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含碳量小于1.35%,除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外,不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加,钢的强度、硬度升高,塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比,碳素钢使用的早,成本低,性能范围宽,用量大。适用于公称压力PN≤32.0MPa,温度为-30-425℃的水、蒸汽、空气、氢、氨、氮及石油制品等介质。常用牌号有WC1、WCB、ZG25及优质钢20、25、30及低合金结构钢16Mn。
优质碳素结构钢(GB699-88)优质碳素结构钢简称碳结钢,它与普通碳钢相比,质量较优,规定有严格的化学成分,磷、硫等有害杂质含量较少。还同时保证力学性能的有关指标。碳结钢的性能主要取决干含碳,含碳量越高,钢的强度,硬度越高,塑性、韧性越低。根据含碳量的不同,分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳碳结构有良好的塑性和韧性,常经表面热处理制造要求表面硬而耐磨、心部有良好韧性的零件,如销轴、受力不大的小齿轮等。
含碳量较低的低碳钢、如08、08F、08Al等,有很好的塑性和冲压成型性能,是常用的冲压用钢。广泛用作汽车壳体、搪瓷器皿等。中碳碳结构性能适中,经过调质热处理有较高的综合力学性能,常用来制造一些尺寸较小的调质零件,如小轴、齿轮等,也可在正火状态下或经表面淬火制造一些对性能要求不高而尺寸较大的零件。高碳碳结构有较高的强度和硬度,常用来制造弹簧和要求耐磨的零件,也大用来拉制高强钢丝和制造钢丝绳。
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钢铁资源由于其广泛的分布、丰富的储量、低廉的价格、简单的冶炼方法、便于回收等优点,使其成为世界上应用面广的一种金属。随着我国城镇化的快速发展及建筑规模的不断增加,建筑业以支柱性产业的身份支撑着我国的经济发展,影响并带动着其他相关行业如原材料的加工、生产及其他第三产业的发展。抗拉强度和屈服强度强度达到 400MPa 级及以上的钢筋被称为高强度钢筋,其中直径在 6mm-12mm 螺纹钢筋被称为盘螺钢,广泛应用在预应力钢筋混凝土和钢筋混凝土中。与普通钢筋相比,盘螺钢是一种强度髙、综合性能优良、节能环保、使用寿命长且性高的钢筋材料。据中国钢铁工业协会统计山,我国年钢筋产量已经连续三年突破2 亿吨,2015 年钢筋产量 2.04 亿吨,其中高强度钢筋占 80%。
我国由于地理位置的原因是个多地震的,其中强度在 7~9 度的地震区有 101个,由中国地震烈度区划图,可知约总面积的三分之一地区位于7 度以上的地震区,并且全国总城市的约 45%位于这些地区。因此,建筑物的和人的生命直接取决于钢筋力学性能的好坏。近年来,高强度的地震频发给人们的生活带来了灾难性的后果,对钢筋性能的要求也随之增加,建筑结构的性能和抗震性问题引起了高度的关注和重视。从抗震性角度看,钢筋的塑韧性,尤其是大力下伸长率(均匀变形量)对钢筋的抗震性能非常重要。高强度钢筋的良好塑韧性、高强屈比、髙屈服强度可以大限度吸收地震能量,提髙建筑物的性凹。目前,许多都颁布实施了抗震钢筋的相关标准,各国虽然对钢筋抗震指标未形成一个统一的标准,但对建筑用高性能抗震钢筋的要求是相似的。
金属材料因应力作用而被分离成为两个或多个部分被称为断裂。断裂不仅仅指材料的分离,金属内部产生裂纹也应归属于断裂的范畴,如果要将裂纹打开对其研究也可按照断裂方式进行分析,金属材料的失效形式中,断裂是一种常见的失效形式,尤其是脆性断裂的危害性比较大,因此,从某种意义上可以说金属材料的研究是在与断裂作斗争的过程中逐渐发展起来的。一般可将金属材料的断裂分成三个阶段:裂纹的萌生、裂纹扩展、发生断裂。裂纹可以萌生于很多环节,包括金属构件材料的制造、材料的成形以及材料的使用等各个阶段,并且在不同的环境因素和不同的承载状态下进一步扩展终发生断裂,因此,通常根据金属材料发生断裂时宏观塑性变形量的不同,将断裂方式分为两种:即脆性和韧性断裂。
脆性断裂通常指金属材料在没有明显塑性变形就已经断裂的断裂方式。一般情况下脆性断口的表面光亮并且平整,并具有暗灰色颗粒状分布的断口,断面垂直于拉伸应力轴方向。断裂可细分为穿晶型和晶界型断裂两种形式。但并非穿晶型断裂就是脆性断裂,有时穿晶型断裂也属于延性断裂,这是由晶界的变形程度所决定的;晶界断裂往往是脆性断裂。穿晶脆断的断裂形式往往是解理断裂,解理断裂通常都属于脆性断裂,同时这两者又有很大区别。解理是用来描述材料的断裂机理的,而解理断裂则是用来表示材料在破坏过程中的一种机理规律,脆性断裂的宏观断口并非不发生塑性变形,而是指在断口处发生了很小的塑性变形,解理断裂是指金属材料在受到正应力的作用时沿着一定的解理面所发生的分裂,一旦解理面上的拉应力超过临界值时,解理断裂便会在解理面上出现,通常解理面晶面上的能量小,钢铁材料的表面能接近两千尔格每平方厘米,工程结构中所使用的中低强度铁素体钢脆性断裂主要发生在{100解理面上,解理断裂的微观特征一般包括:人字性花样、河流状花样以及二次裂纹等。
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