[工学]第2章 建筑钢材.ppt

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1、工学工学第第2章章 建筑钢材建筑钢材 自重轻、强度高自重轻、强度高 品质均匀、性能可靠品质均匀、性能可靠 弹性、塑性、韧性好弹性、塑性、韧性好 易于连接，可加工性好，施工方便、快捷易于连接，可加工性好，施工方便、快捷 易腐蚀易腐蚀 耐热、耐高温、防火性能差。耐热、耐高温、防火性能差。l 钢材的化学组成、结构与分类钢材的化学组成、结构与分类l 建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能l 钢材的加工工艺钢材的加工工艺l 钢材的防火和防腐蚀钢材的防火和防腐蚀l 建筑钢材的品种与选用建筑钢材的品种与选用 钢是由钢是由铁铁、碳碳、合金元素合金元素及及杂质杂质组成。组成。 ：是决定钢材性能的主要元素。：是决定

2、钢材性能的主要元素。 当碳含量：当碳含量： 2%2%时，称为铁；时，称为铁； 2%2%时，称为钢。时，称为钢。 ：主要有硅：主要有硅SiSi、锰、锰MnMn、鈦、鈦TiTi、钒、钒V V、铌铌NbNb等。等。 ：主要有磷：主要有磷P P、硫、硫S S、氧、氧O O、氮、氮N N等。等。名名 称称含碳量含碳量% %结结 构构 特特 征征性性 能能铁素体铁素体0.060.06碳溶于碳溶于铁中的固溶体铁中的固溶体强度、硬度很低，塑性好，强度、硬度很低，塑性好，冲击韧性好冲击韧性好渗碳体渗碳体6.67化合物化合物Fe3C抗拉强度较高，硬脆，很耐抗拉强度较高，硬脆，很耐磨，塑性几乎为零磨，塑性几乎为零珠

3、光体珠光体0.8铁素体与铁素体与Fe3C的机械混合物的机械混合物强度较高，塑性、韧性介于强度较高，塑性、韧性介于铁素体和渗碳体之间铁素体和渗碳体之间钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织 C的存在方式：固溶、的存在方式：固溶、 化合物、化合物、 机械混合物机械混合物 形成三种组织：铁素体、形成三种组织：铁素体、 渗碳体、渗碳体、 珠光体珠光体铁素体铁素体珠光体珠光体渗碳体渗碳体晶体组织含量晶体组织含量 %碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系 含碳量，含碳量，%0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 低碳钢低碳钢 含碳量含碳量 0.6% 低合金钢低合金钢 合金含

4、量合金含量10% 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。 普通钢、优质钢、高级优质钢。普通钢、优质钢、高级优质钢。 结构钢、工具钢、特殊性能钢。结构钢、工具钢、特殊性能钢。2、 b / s 强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性也愈高。一般应大于也愈高。一般应大于1.21.21、拉力试验：将钢材的受力过、拉力试验：将钢材的受力过程分以下为四个阶段：程分以下为四个阶段：弹性阶段弹性阶段(OA)(OA)： p p( (弹性极限弹性极限) )屈服阶段屈服阶段(AB)(AB)： s s( (屈服强度屈服强度) ) 强化阶段

5、强化阶段(BC)(BC)： b b( (抗拉强度抗拉强度) ) 颈缩破坏阶段颈缩破坏阶段(CD)(CD)应力应变OABCD低碳钢受拉的应力低碳钢受拉的应力- -应变曲线应变曲线 s b p注：标距注：标距lo o通常有通常有5d5do o、10d10do o； 对同一种钢材，通常对同一种钢材，通常5 5 10 伸长率：伸长率：%100001lll%100A010AA 断面收缩率：断面收缩率： 对其进行拉伸试验，对其进行拉伸试验，测得的应力应变曲线无明测得的应力应变曲线无明显的屈服点。显的屈服点。以发生残余变形以发生残余变形达到原始标距达到原始标距L L0的的0.2%0.2%时时所对应的应力值作

6、为屈服所对应的应力值作为屈服极限。极限。 用用 0.2表示表示硬钢受拉时的应力硬钢受拉时的应力-应变曲线应变曲线应变O0.2% 0.2 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 弯曲角度；弯心直径与试件弯曲角度；弯心直径与试件厚度（或直径）的比值：厚度（或直径）的比值：d/ad/a压头压头试件试件 指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。FAaKk试件装置试件装置V型缺口试件型缺口试件测定：测定：面积面积冲击功冲击功 值愈大，钢材的值愈大，钢材的冲击韧性愈好！冲击韧性愈好！kaFAaKk 材料的缺陷材料的缺陷 使用温度：使用温度：材料的冲击韧性随

7、使用温度下降材料的冲击韧性随使用温度下降而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，突然下降而呈脆性，此现象称为突然下降而呈脆性，此现象称为“冷脆性冷脆性”，此，此时的温度是时的温度是“脆性转变温度脆性转变温度”。 使用时间：使用时间：随时间的延长钢材表现为强度提随时间的延长钢材表现为强度提高，塑性和冲击韧性下降，称为高，塑性和冲击韧性下降，称为“时效时效” 。因。因时效导致性能改变的程度称为时效导致性能改变的程度称为“时效敏感性时效敏感性”。 指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。入产生塑性变形的

8、能力。测定方法：测定方法： 有有布氏法、洛氏布氏法、洛氏法、维氏法。法、维氏法。 硬度大小是材料硬度大小是材料强度、塑性及韧性等强度、塑性及韧性等性能的综合反映。性能的综合反映。 指指钢结钢结构或构件在交变应力作构或构件在交变应力作用下的，当应力远小于用下的，当应力远小于钢材抗拉强度时，发生钢材抗拉强度时，发生断裂的现象。断裂的现象。 疲劳破坏的危险应疲劳破坏的危险应力用力用疲劳强度（极疲劳强度（极限限)r r表示。表示。疲劳曲线示意图疲劳曲线示意图疲劳疲劳试验中，试件在交变试验中，试件在交变应力作用下，于规定应力作用下，于规定的周期基数（的周期基数（200万次万次或或400万次以上）内不万次

9、以上）内不发生断裂，所承受的发生断裂，所承受的最大应力。最大应力。钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳破坏的性能。钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳破坏的性能。在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。 屈服强度提高，抗拉强度基本不变。屈服强度提高，抗拉强度基本不变。 节约钢材。节约钢材。 除锈、调直。除锈、调直。有有冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业。钢材在长时间的搁置中，

10、尤其在经冷钢材在长时间的搁置中，尤其在经冷加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。塑性和韧性逐渐降低的现象。 将经过冷加工的钢筋将经过冷加工的钢筋加热到加热到100 C 200 C 并保持一定时间。并保持一定时间。 将经过冷加工的钢筋于常温下存放将经过冷加工的钢筋于常温下存放15 20天。天。 优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。 缺点：塑性、韧性下降缺点：塑性、韧性下降 将钢材加热至将钢材加热至723723以上某一温度，以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于并保持一定时间后，迅速置于水

11、中或机油水中或机油中冷却，中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。这个过程称钢材的淬火处理。 将淬火后的钢材重新加热到将淬火后的钢材重新加热到723以以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。 是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。工艺过程。 是指将钢材加热至是指将钢材加热至723以上，保持以上，保持一定时间后，在一定时间后，在退火炉中退火炉中缓慢冷却

12、。以消除钢材缓慢冷却。以消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。降低，塑性和韧性提高。 是将钢材加热到是将钢材加热到723以上某一温度，以上某一温度，并保持相当长时间，然后并保持相当长时间，然后在空气中在空气中缓慢冷却，而缓慢冷却，而得到均匀细小的显微组织。正火后钢材强度和硬得到均匀细小的显微组织。正火后钢材强度和硬度提高，塑性较退火为小。度提高，塑性较退火为小。有电弧焊和电渣压力焊等。有电弧焊和电渣压力焊等。 是由基体金属和焊缝金属（焊条）融是由基体金属和焊缝金属（焊条）融合而成。合而成。 不用焊条，通过电流所形成的高

13、不用焊条，通过电流所形成的高温使钢筋接头处局部熔化，并在机械压力下使接温使钢筋接头处局部熔化，并在机械压力下使接头熔合。头熔合。 取样试验取样试验和和原位非破损检测原位非破损检测两类两类是指钢材在焊接后，反映焊接接头是指钢材在焊接后，反映焊接接头牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。钢结构：设置防火板或涂刷防火钢结构：设置防火板或涂刷防火涂料等。涂料等。 混凝土结构：钢筋应确保混凝土保护混凝土结构：钢筋应确保混凝土保护层的厚度，符合耐火极限要求。层的厚度，符合耐火极限要求。 钢结构：涂覆（刷漆）的方法。钢结构：涂覆（刷漆）的方法。 混凝土结构：提高密实度、确保混凝

14、土混凝土结构：提高密实度、确保混凝土保护层的厚度、限制氯盐外加剂及加入防腐保护层的厚度、限制氯盐外加剂及加入防腐剂。剂。 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 应力腐蚀应力腐蚀常用建筑钢材的品种与选用常用建筑钢材的品种与选用 建筑钢材的主要钢种建筑钢材的主要钢种 根据国标根据国标碳素结构钢碳素结构钢(GB700-2006)(GB700-2006)的规定：的规定：分分Q195、Q215、Q235及及Q275四个牌号。四个牌号。脱氧程度代号，脱氧程度代号，F代表沸腾钢；代表沸腾钢；b代代表半镇静钢表半镇静钢 ；Z代表镇静钢；代表镇静钢；TZ代代表特殊镇静钢，（表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予符号

15、可予以省略。以省略。钢材屈服点数值钢材屈服点数值质量等级代号分质量等级代号分A、B、C、D四级四级钢材屈服点代号，以钢材屈服点代号，以“屈屈”字汉语字汉语拼音首位字母拼音首位字母“Q”表示表示如：如： Q235-C表示：表示： Q195Q195、Q215Q215强度不高，但伸长率和韧性大，强度不高，但伸长率和韧性大，冷弯性好，易冷加工，常用作钢、铆钉、螺栓及冷弯性好，易冷加工，常用作钢、铆钉、螺栓及铁丝等。铁丝等。 Q235Q235除除A A级外，其他级冲击韧性均较好，强级外，其他级冲击韧性均较好，强度较高，加工性好，是钢结构、钢筋混凝土用钢。度较高，加工性好，是钢结构、钢筋混凝土用钢。可制作

16、低碳热轧圆盘条等。可制作低碳热轧圆盘条等。C C、D D可作重要焊接结可作重要焊接结构。构。 Q275Q275强度更高，硬而脆，适用于制作耐磨构强度更高，硬而脆，适用于制作耐磨构件、机械零件和工具，也可用于钢结构构件。件、机械零件和工具，也可用于钢结构构件。 应符合国家标准应符合国家标准低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢(GB/T1591-2008)(GB/T1591-2008)的规定：分的规定：分Q345、Q390、Q420、 Q460、 Q500、 Q550、 Q620、及及Q690八八个牌号。个牌号。质量等级符号，分质量等级符号，分A、B、C、D、E五级五级屈服点数值屈服点数值代表屈服

17、点的汉语拼代表屈服点的汉语拼音字母音字母Q 适用大跨度、承受动荷载适用大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物。和冲击荷载的结构物。如：如：Q345-C热轧型钢热轧型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢 热轧型钢热轧型钢 冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢钢板和压型钢板钢板和压型钢板钢板有钢板有厚板：厚板：4mm，薄板：薄板：4mm也分冷轧和热轧也分冷轧和热轧两类两类l 热轧钢筋热轧钢筋l 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋l 预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋l 预应力混凝土用钢丝钢绞线预应力混凝土用钢丝钢绞线带肋钢筋带肋钢筋 光圆钢筋：由低碳钢热轧，牌号有光圆钢筋：由低碳钢热轧，牌号有HPB235HPB235

18、、HPB300HPB300； 带肋钢筋：低合金钢热轧，有带肋钢筋：低合金钢热轧，有HRB(F)335HRB(F)335、HRB(F)400HRB(F)400、HRB500(F)HRB500(F)三种。三种。(GB1499.1-2008(GB1499.1-2008、GB1499.2-2007)GB1499.2-2007)强度高，塑强度高，塑性、可焊性好，与砼性、可焊性好，与砼的握裹力强，可用于的握裹力强，可用于混凝土结构的受力钢混凝土结构的受力钢筋及预应力钢筋。筋及预应力钢筋。 低碳钢热轧圆盘条低碳钢热轧圆盘条(GB/T701-2008)(GB/T701-2008)钢筋级别强度等级代号外形钢种公

19、称直径(mm)屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率5，%冷弯试验主要用途角度弯心直径HPB235HPB300光圆光圆 低碳钢低碳钢820235300370420251800d非预应力非预应力 HRB335月月牙牙纹纹低碳低低碳低合金钢合金钢6253354551718003d4d5d非预应力非预应力预应力预应力2850 HRB400625400540169004d5d6d2850 HRB500中碳低中碳低合金钢合金钢625500630159006d7d8d预应力预应力2850 使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔后，在使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。其表面冷轧

20、成三面有肋的钢筋。 按按抗拉强度划分为抗拉强度划分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四级，其直径范围为四级，其直径范围为4-12mm4-12mm。 强度高、塑性好，与混凝土粘结牢固、强度高、塑性好，与混凝土粘结牢固、节约钢材、质量稳定。节约钢材、质量稳定。 CRB550CRB550宜用做普通混凝土构件的受力宜用做普通混凝土构件的受力主筋、架立筋、箍筋等；其它宜用做中、小型预主筋、架立筋、箍筋等；其它宜用做中、小型预应力混凝土结构构件中受力主筋。应力混凝土结构构件中受力主筋。是将热轧的带肋钢筋（中碳是将热轧的带肋钢筋（中碳低合金钢）经淬火和高温回火调质处理而成低合金钢）经淬

21、火和高温回火调质处理而成的。的。 按外形分为有纵肋和无纵肋两种。按外形分为有纵肋和无纵肋两种。按直径分按直径分6、8.2、10mm三种规格。三种规格。 塑性降低不大，但强度提高很多，塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能较理想。综合性能较理想。 主要用于预应力混凝土梁板和轨枕。主要用于预应力混凝土梁板和轨枕。 用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品，也称为优质碳素钢丝绞捻等加工而成的专用产品，也称为优质碳素钢丝及钢绞线。及钢绞线。 分为冷拉钢丝和消除应力钢丝；按外形分为冷拉钢丝和消除应力钢丝；按外形分光面钢丝和刻痕钢丝。分光面钢

22、丝和刻痕钢丝。 直径有直径有3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8mm8mm六种规六种规格，抗拉强度为格，抗拉强度为1470-1670MPa1470-1670MPa，屈服，屈服强度强度为为1100-1100-1250Mpa1250Mpa。 直径有直径有3 312mm12mm十种规格，抗拉十种规格，抗拉强度为强度为1470-1770MPa1470-1770MPa，屈服强度为，屈服强度为1250-1500Mpa1250-1500Mpa。 是由两根、三根或七根圆形断面是由两根、三根或七根圆形断面钢丝绞捻成一束经热处理制成的。钢丝绞捻成一束经热处理制成的。 七根捻制的钢绞线，破坏荷载达七根捻制的钢

23、绞线，破坏荷载达300KN300KN，屈服荷载可达，屈服荷载可达255KN255KN。钢丝和钢绞线钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好，使用时均具有强度高、塑性好，使用时不需要接头等优点，尤其适用于不需要接头等优点，尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。构、大跨度或重荷载的屋架等。 1. 1.钢材的主要化学成分有哪些？对其性能有何钢材的主要化学成分有哪些？对其性能有何影响？影响？ 2.2.钢材的主要力学性质有哪些？用何指标衡量钢材的主要力学性质有哪些？用何指标衡量? ? 3. 3.何谓钢材的强屈比？有何工程意义？何谓钢材的强屈比？有何工程意义

24、？ 4.4.衡量钢材延性的指标有哪些？衡量钢材延性的指标有哪些？ 5.5.硬钢的屈服强度如何确定？硬钢的屈服强度如何确定？ 6.6.何谓钢材的冷脆性？影响钢材冲击韧性的主何谓钢材的冷脆性？影响钢材冲击韧性的主要因素有哪些？要因素有哪些？ 7.7.何谓钢材的冷加工强化？常用哪些方法？何何谓钢材的冷加工强化？常用哪些方法？何谓谓“三冷作业三冷作业”，有何工程意义？，有何工程意义？ 8. 8.何谓钢材的时效性、时效敏感性？如何进行何谓钢材的时效性、时效敏感性？如何进行人工时效、自然时效处理？人工时效、自然时效处理？ 9.9.钢材防火的主要措施有哪些？钢材防火的主要措施有哪些？ 10.10.钢材防腐的主要措施有哪些？钢材防腐的主要措施有哪些？ 11.11.钢材的主要品种有哪些？钢材牌号划分依据钢材的主要品种有哪些？钢材牌号划分依据何指标？各有哪些强度等级？何指标？各有哪些强度等级？ 12.12.钢结构常用的钢材品种有哪些？钢结构常用的钢材品种有哪些？ 13.13.钢筋混凝土结构常用有哪些钢材品种？钢筋混凝土结构常用有哪些钢材品种？