实施步骤：一、组织教学、课前提问（5ˊ）二、教学引导（5ˊ）三、进入本次课讲授内容（包括课堂练习）（85ˊ）四、小结巩固（重申教学目的、重点、难点）（5ˊ）讲授内容：第八章建筑钢材本知识点为本章的入门，是从分类的角度对钢材特性有总体了解。

着重了解碳素钢按碳含量分为3种类型，以及其主要特性；并了解冶炼时脱氧程度对钢材质量的影响。

【基本知识】1.按化学成分分类2.按品质（杂质含量）分类3.按冶炼时脱氧程度分类指出多种分类方式，着重点明其中代表性的分类。

【观察与讨论】观察沸腾钢与镇静钢锭剖面图，从而指出脱氧程度对钢材结构性能的影响。

引导学生作组成--结构--性能线索的思考。

【工程实例分析】钢结构屋架坍塌从工程实例初步理解钢材选用的重要性。

第一节钢的冶炼和分类一、钢的冶炼钢是由生铁冶炼而成的。

钢和铁都是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于2%。

另外钢中的杂质含量也少于生铁。

生铁有炼钢生铁和铸造生铁之分。

钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。

根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。

(1)平炉炼钢它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料。

利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。

可用于炼制优质碳素钢和合金钢等。

(2)氧气转炉炼钢以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间短(20～40min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质量好，成本低，应用广泛。

(3)电炉炼钢以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，并精炼成钢。

电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。

冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧，FeO与碳作用生成CO气泡，并使某些元素产生偏析(分布不均匀)，影响钢的质量。

所以必须进行脱氧处理，方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝等脱氧剂。

根据脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三种。

(1)沸腾钢是脱氧不完全的钢。

(2)镇静钢是脱氧充分的钢。

(3)半镇静钢其脱氧程度和质量介于上述两者之间。

建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。

二、钢的分类第二节钢材的主要性能1.强度和硬度本小点是本章的重点。

理解弹性模量、弹性极限、屈服强度和极限强度几个概念，注意观察低碳钢单轴拉伸应力－应变曲线示意图，以利于理解。

并了解钢材的硬度与抗拉强度较固定的关系。

【基本知识】观察钢材疲劳断裂的宏观断口特征，分析讨论疲劳破坏。

【工程实例分析】（1）北海油田平台倾覆（2）钢吊车梁裂缝讨论疲劳破坏。

4.工艺性能钢材的工艺性能表示其在加工过程中的行为。

注意应把冷弯性能与伸长率作对比。

而对焊接性能应注意比较不同钢材，如低碳钢与高碳钢的差异。

【基本知识】(1) 冷弯性能结合图说明。

(2)焊接性能【观察与讨论】观察两种伸长率相近的钢材的冷弯性能，讨论其内部组织差异。

【工程实例分析】某运输廊倒塌分析讨论其塑性及焊接方面的问题。

二、钢材的强化与加工钢材的冷加工强化与热处理在土木工程中广泛应用。

注意是在改变钢材结构时导致钢材性能的变化。

即某些性能会提高，而某些性能会下降。

【基本知识】1.冷加工强化冷拉、冷拔、冷轧，冷拔动画演示。

2.其它强化方法固溶强化、弥散强化、时效处理。

3.热处理淬火、回火、退火、正火，以图形象说明，并强调其对性能的影响。

【观察与讨论】观察钢筋应力-应变曲线，讨论冷加工强化和时效处理的机理。

让学生从结构与性能的关联来理解冷加工。

【工程实例分析】从钢结构吊车梁裂纹讨论热处理及冷加工第五问题。

一、建筑钢材的力学与工艺性能1.抗拉性能由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε)关系图(图8.1)可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。

(1)弹性阶段(O—A) (2)屈服阶段(A—B)(3)强化阶段(B—C) (4)颈缩阶段(C—D)(1)弹性阶段(O—A)在OA范围内应力与应变成正比例关系，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。

弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限σp。

当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表示，E=σ/ε=tanα。

(2)屈服阶段(A—B)当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而应变迅速增长。

在σ-ε关系图上出现了一个接近水平的线段。

如果卸去外力已出现塑性变形，AB称为屈服阶段。

B下所对应的应力值称为屈服极限σs。

(3)强化阶段(B—C)当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。

在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。

对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大应力。

(4)颈缩阶段(C—D)当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩”现象并很快断裂。

将断裂后的试件拼合起来，量出标距两端点间的距离，按下式计算出伸长率δ：δ=（L1-L0）/ L0×100%2.冲击韧性冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。

它是用试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面，将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以αk 表示(J/cm2)。

αk值越大，表明钢材的冲击韧性愈好(如图8.2)。

影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。

3.疲劳强度钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为疲劳破坏。

疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。

一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

钢材的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。

4.硬度硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。

测定钢材硬度常用布氏法。

布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷载P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以压痕表面积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。

HB值越大，表示钢材越硬。

如图8.3。

5.冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。

钢材的冷弯性能指标是用弯曲角度和弯心直径对试件厚度(直径)的比值来衡量的。

试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(直径)的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。

如图8.4所示。

钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的反映。

二、钢材的冷加工1.钢材的冷加工及时效钢材经冷加工产生一定塑性变形后，其屈服强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象称为冷加工强化。

钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。

以钢筋的冷拉为例(图8.5)，图中OBCD为未经冷拉时的应力-应变曲线。

图8.4 钢材冷弯(a)试样安装；(b)弯曲90°；(c)弯曲180°；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心2.冷加工在工程中的应用钢筋冷拉后屈服强度可提高15%～20%，冷拔后屈服强度可提高40%～60%。

冷拔是将外形为光圆的盘条钢筋从硬质合金拔丝模孔中强行拉拔(如图8.6)，由于模孔直径小于钢筋直径，钢筋在拔制过程中既受拉力又受挤压力，使强度大幅度提高但塑性显著降低。

三、钢的化学成分对钢材性能的影响在学习了钢材的一系列性能后，再以钢材的组成、结构来分析其对性能的影响。

在重点了解碳含量对钢材所形成的几种基本晶体组织及性能影响的基础上，可定性地了解其它有益的微量组分与有害组分。

【基本知识】1 钢材的晶体结构除讨论其晶体结构外，还涉及缺陷。

2 钢材的基本组织铁素体、渗碳体、珠光体和奥氏体。

【观察与讨论】通过观察与讨论使对上述抽象的问题形象而深入。

（1）碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响观察含碳量与碳素钢基本组织的关系图，讨论组成、结构与性能的差异。

此为难点，加以讲解。

（2）钢材的晶体结构与性能观察晶格滑移及缺陷示意动画通过讨论让学生形象理解为何实际强度低于理论强度。

【工程实例分析】钢结构倒塌从工程质量事故讨论钢组成结构对性能的影响。

1.碳是决定钢材性能的主要元素。

如图8.7所示，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。

但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。

2.硅、锰加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。

3.硫、磷硫不溶于铁而以FeS的形式存在，FeS和Fe形成低熔点的共晶体。

当钢材温度升至1000℃以上进行热加工时，共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做热脆性。

磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。

4.氧、氮未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、Fe4N等。

这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。

氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。

5.钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。

能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。

第三节建筑钢材的技术标准及选用土木工程常用的金属材料有钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢以及铝合金。

注意对比它们之间的异同点，根据工程需要合理选用。

【基本知识】钢结构用钢（1）碳素结构钢的牌号意义及性能（2）低合金钢混凝土结构用钢主要用途列表表示。

铝合金说明其特性与多种用途。

【材料综合选用】在东北地区，三种钢材供选择，结合实例分析并理解沸腾钢、镇静钢、半镇静钢的性能用途差异。

【工程实例分析】（1）韩国汉城大桥倒塌（2）低质量的铝合金门窗结合实例分析，让学生深刻理解钢材的性能与应用。

建筑工程中需要消耗大量的钢材，按用于不同的工程结构类型可分为：钢结构用钢，如各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土工程用钢，如各种钢筋和钢丝。

从材质上分主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢，也用到优质碳素结构钢。

一、普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。

其含碳量为0.02%～2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。

现行国家标准《碳素结构钢》(GB 700—1988)具体规定了它的牌号表示方法、技术要求、试验方法、检验规则等。

1.碳素结构钢的牌号表示方法碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。

碳素结构钢可分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号。