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合金结构钢(GB3077-88):合金结构钢简称合结钢,它是在优质碳素结构钢的基础上,适当地加人一种或数种合金示素(总含量不超过5%)而制成的钢种。合金元素主要用来提高钢的淬透性,通过适当的热处理可以使钢获得较高的强度和韧性,合金结构钢在一定程度上能使零件在整个截面上.获得比较均匀的较高的综合性能,这对钢材使用是极有现实意义的。因此合金结构钢常用于制造尺寸较大,形状较复杂、用碳结钢难于满足性能要求的各种零件。
合金结构钢根据其化学成分(主要是含碳量)、使用时的热处理工艺和用途的不同,大致可以分为为渗碳钢、调质钢和氮化钢三类。渗碳钢也称表硬化钢,主要是低碳合结钢(含碳量≤0.25%),用这类钢制成的零配件,大都经过表面热处理(渗碳或氰化),淬火并低温回火,可以获得很硬的表面层(HRV60以上),而心部仍具有良好的韧性,使零部件既耐磨,又能承受较高交变载荷或冲击载荷,常用来制造齿轮、轴等。
调质钢含碳量一般在0.25%以上,属于中碳台结钢。所制成的零部件经淬火及高温回火的调质处理后,可以获得配合很好的高强度和良好的韧性,即且有良好的综合力学性能,常用于制造承受较大载荷的轴、连杆、紧固件等。
氮化钢是含铝的中碳合结钢,所制成的零部件需先经过调质或表面火焰淬火,高频淬火处理、获得所需要的力学性能,再经过终切削精加工,然后进行氮化处理、以进一步增加其表面硬度和耐磨性。常用的氮化钢是38CrMoA1钢。可制造高耐磨性、高疲劳强度、高尺寸精密度的氮化零件,如高压阀门、撑床撑杆、磨床主轴等。
无缺陷的连铸坯生产技术和控轧控冷手段,来达到尽可能的少加或者不加诸如Cr、N、M 之类的贵重合金元素条件下,使钢在热轧的状态下便可获得高强韧性、高可焊性以及良好的成型性能。铌(Nb)、钒(V)、钛(T) 是常见的微合金元素,有时也向钢中加入钼(Mo)、硼(B)及稀土(RE)等作为微合金元素,我国铌储量比较缺乏,但钒、钛和稀土储量极为丰富。
沉淀强化作用和品粒细化是钢筋中微合金化元素的两大主要作用。钢中的微合金化元素能够形成细小而弥散的碳化物、氮化物以及碳氮化物从而抑制了奥氏体晶粒的长大:在相变之后,细小的铁素体能够提高钢筋的强韧性,由此可见氮元素对钢筋微合金化过程中碳氮化物的析出行为有着重要的作用。
C在传统的钢铁制备中是决定钢材力学性能的主要元素,螺纹钢筋规定的含碳量 W(C)<0.25%,HRB400 的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.54。HRB500的螺纹钢筋碳当量ceq≤0.5%,C 元素的添加通常被视为是主要的强化措施,碳含量每增加0.1%,屈服强度和抗拉强度可分别提高 28N/mm2和 70Nmm。碳的存在对奥氏体具有稳定作用,同时对贝氏体的转变具有延缓作用,另一方面能够降低上贝氏体的下限温度。含碳量很大程度的决定着残留奥氏体的的稳定性。液态凝固时的膨胀会被碳所形成的球状石墨大大增加,于是降低了凝固收缩导致的缩松倾向、缩孔和残余应力,提高了了材料的内在质量4。钢材在轧制过程中发生相变形成了铁素体(F)、渗碳体(Fe3O)和奥氏体(A),其他的对钢材起到强化作用的组织,如魏氏体(W)、马氏体(M)、贝氏体(B)等合金相则是在不同的冷却条件下形成的。碳含量的增加能够渗碳体的含量,但由于渗碳体硬而脆,在提高钢材的强度和硬度的同时使得韧性与塑性下降。因此,在对钢的化学成分进行设计时,必须对各元素对钢的作用进行综合的考虑,满足钢筋刚度要求的同时,必须要保证其良好的塑性。要严格控制钢中C的含量,不能为追求强度而大幅度提高C 含量,避免出现过高的碳当量。
锰元素
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在我国的房屋建筑中,钢筋混凝土结构仍将会是主要的建筑结构形式。钢筋能为混凝土提髙必要的强度和稳定性。因此,钢筋混凝土结构中盘螺钢筋的一些性能指标必须符合相关标准,如强度等级、延伸性能、以及循环应变能力等。由我国标准化委员会和质检总局共同发布的 GB1499,2-2007《钢筋混凝土用钢第2 部分:热轧带肋钢筋》,明确提出抗震钢筋的牌号后要加“E”,抗震结构钢筋与普通热轧带肋钢筋相比有着更高的强韧性指标闻,主要体现在以下3方面:
(1)钢筋抗拉强度的实测值(Rm实)与屈服强度实测值(Rel实)的比值(即强屈比)必须大于或等于 1.25,即 Rm实/Rel 实≥1.25;
(2)钢筋屈服强度实测值(Rel实)与标准要求的屈服强度(Rel标)之间的比值(即比)必须小于或等于 1.30,即 Rel实/Rel 标≤1.30;
(3)钢筋的均匀伸长率 Agt 必须大于或等于 9%,即Agt≥9%。
高强度建筑用盘螺钢常见力学性能缺陷:高强度建筑用盘螺钢在出厂前需要检测的性能指标主要包括屈服强度(Rel)、抗拉强度(Rm)、延伸率(Agt)、强屈比(Rm实/el实)和比(Rel实/Rel标)。
屈服强度、抗拉强度不足
通常将材料发生屈服现象所对应的屈服极限称为屈服强度。当金属材料没有明显屈服现象时,规定屈服极限为产生0.2%残余变形时的应力值。当外力超过此屈服极限时零件便会性的失效,无法在恢复。原子的本性、原子的结合键、原子的结构和组织是影响屈服强度的内在因素温度、应变速率和应力状态是影响屈服强度的外在因素。材料的屈服强度随着温度的降低及应变速率的增加而升高,体心立方金属对应变速率和温度的敏感性更为显著。屈服强度虽是反映材料内在性能的一个重要指标,但屈服强度值会随着应力状态的不同而不同。我国规定HRB400E盘螺钢筋的屈服强度Rel≥400Mpa,HRB50E盘螺钢筋的屈服强度Rel≥500MPa。
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