建筑钢材.pptx

第一节第一节 概述概述n钢铁材料包括生铁和钢材。钢铁材料包括生铁和钢材。生铁是铁矿石在高炉内通过焦炭还原而得到的铁碳合金。钢是用生铁冶炼而成的。将生铁在熔融状态下进行氧化，除去过多的碳及杂质即得钢液。n钢材的分类钢材的分类1.1.按脱氧程度的不同，钢材可分为：按脱氧程度的不同，钢材可分为：沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”镇静钢：脱氧充分，代号“Z”半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“Z”之间，代号“b”特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”2.2.按化学成分，可分为：按化学成分，可分为：按含碳量的多少，可分为低碳钢（C0.6%）。按合金元素的含量，可分为非合金钢、低合金钢及合金钢三大类。3.3.按钢材质量，可分为：按钢材质量，可分为：普通质量钢、优质钢和特殊优质钢。4.4.按主要性能和使用特性，可分为：按主要性能和使用特性，可分为：结构钢：建筑结构、机械结构（低、中碳钢）工具钢：各种工具（高碳钢）特殊钢：不锈钢（具有各种特殊的物理化学性质）专门用途钢：桥梁钢、铁道用钢、船舶用钢、低温压力容器用钢等第二节第二节 建筑钢材的力学性能和工艺性能建筑钢材的力学性能和工艺性能1.1.力学性能力学性能（1 1）抗拉性能）抗拉性能是建筑是建筑钢材钢材最重要的力学性能。最重要的力学性能。拉伸过程分四个阶段：拉伸过程分四个阶段：OAOA：弹性阶段：弹性阶段 ABAB：屈服阶段：屈服阶段 BCBC：强化阶段：强化阶段 CDCD：颈缩阶段：颈缩阶段抗拉屈服强度（s）是指钢材在拉力作用下，开始产生塑性变形时的应力。有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳钢等硬钢），应采用产生残余变形为0.2%时的应力作为屈服强度,记为0.2。抗拉极限强度（b）是指试件破坏前，应力应变图上的最大应力值，亦称抗拉强度。屈强比（s/b）是指钢材的抗拉屈服强度与极限强度的比值。屈强比是钢结构和钢筋混凝土结构中选用钢材的一个质量指标。屈强比屈强比值越小，结构可靠性越高，安全值越小，结构可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。性越高，但利用率降低，浪费增大。伸长率（）意义：值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。值有两种：5表示L0=5d0，d0钢材直径；10表示L0=10d0。Lo试件原始标距长度，mm；L1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。钢材的化学成分、晶粒度、环境温度对冲击韧性有很大的影响。此外，钢材中微裂隙以及晶界析出物等都会使冲击韧性显著下降。（2）冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。（3）硬度 建筑材料常用的硬度指标是布氏硬度。硬度的大小，可以用来判断钢材的软硬，有可以及近似地估计钢材的抗拉强度。一般来讲，硬度高，耐磨性较好，但脆性亦大。2.2.工艺性能工艺性能（1）可焊性 焊接会使焊缝及其附近区域内的钢材发生组织构造的变化，产生局部变形、内应力和局部变硬变脆，甚至在焊缝周围产生裂纹，降低钢材质量。是指钢材在常温下承受静力弯曲时所容许的变形能力。判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。也能对钢材的焊接质量进行严格的检验。（2）冷弯性能第三节第三节 钢的晶体组织、化学成分对其钢的晶体组织、化学成分对其性能的影响性能的影响1.1.钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织 钢的基本组分是铁和碳。铁原子和碳原子之间的结合方式有三种基本方式：固溶体、化合物及二者之间的机械混合物。由于铁与碳结合方式的不同，碳素钢在常温下形成的基本晶体组织有以下三种：n铁素体和奥氏体 铁素体：碳在-Fe中形成的固溶体。铁素体强度和硬度低，塑性好，伸长率大。奥氏体：碳在-Fe中形成的固溶体。奥氏体是强度、塑性和韧性都很高的组织。n渗碳体 渗碳体是铁与碳的化合物，分子式为Fe3C，含碳量高达6.67。渗碳体塑性差，性质硬脆，抗拉强度低。n珠光体 是铁素体和渗碳体的混合物。其含C为0.8，通常为层状结构。珠光体性能介于铁素体和渗碳体之间。2.2.钢的基本晶体组织的相对含量与含碳量钢的基本晶体组织的相对含量与含碳量之间的关系之间的关系n亚共析钢 含碳量小于0.8时，钢的基本晶体组织由铁素体和珠光体组成。n共析钢 含碳量为0.8时，钢的基本晶体组织仅为珠光体组成。n过共析钢 含碳量大于0.8时，钢的基本晶体组织由珠光体和渗碳体组成。第四节第四节 化学元素对钢材性能的影响化学元素对钢材性能的影响n碳 含碳量增加，钢的伸长率和冲击韧性逐渐下降，但硬度增大，抗拉强度则在C0.8时随含C量的增加而逐渐提高。C 0.8时则逐渐下降。含碳量增加，将使钢材的冷弯性能、焊接性能下降。n硅 当钢中含Si量小于1时，能显著提高钢的强度，而对塑性和韧性没有明显影响。当含硅量超过1时，钢的塑性和韧性会显著降低，冷脆性增加，可焊性变差。n锰 锰能消除钢的热脆性，改善热加工性。当含量在0.81时，可显著提高钢的强度和硬度，而几乎不降低其塑性和韧性。n磷 磷能固溶于铁素体中，使钢的强度提高，但塑性降低，韧性显著下降。磷可显著增加钢的冷脆性，使冷弯性能急剧降低，可焊性变差。n硫 硫使钢的热脆性增加，热加工性和可焊性降低，还会降低钢的冲击韧性和疲劳强度。n氧 氧在钢中以氧化物的形式存在，使钢材强度下降，热脆性增加，冷弯性能变坏，并使钢的热加工性能和可焊性能下降。n氮 氮可提高钢的强度和硬度，但使钢的塑性和冲击韧性显著下降，也会增大冷脆性、热脆性和时效敏感性，并使钢的焊接性能和冷弯性能变差。第五节第五节 钢的压延加工和热处理钢的压延加工和热处理n压力热加工 压力热加工和消除钢锭中的某些缺陷，从而带俩机械性能的提高。n冷加工及冷加工强化 冷加工：冷拉、冷拔、冷轧等工艺。冷加工强化：冷加工过程中，钢材发生了塑性变形，强度和硬度提高，塑性和韧性降低。n钢的热处理 是通过对钢进行加热、保温、冷却等手段，来改变钢材的组织结构，以达到改善性质的一种工艺。退火淬火回火正火调质处理n钢的时效硬化 钢的硬度和强度随时间延长而逐渐增大，塑性和韧性逐渐降低的现象称为时效硬化。热时效：又称淬火时效，是高碳钢在高温快速冷却后，其塑性和韧性随静置时间延长而不断降低的现象。冷加工时效：经过冷加工后的钢材，静置一段时间后，会发生冷加工时效。第六节 建筑钢材的牌号与应用 1.1.钢结构用钢钢结构用钢（1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号表示方法 由屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、质量等级（有A、B、C、D 4级，逐级提高）和脱氧方法符号（F-沸腾钢；b-半镇钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇钢。Z、TZ可省略）四部分组成。例如：Q235AF表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。Q235B表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。（2）碳素结构钢的选用n碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度提高，但塑性和韧性降低，冷弯及可焊性下降。nQ195、Q215号钢材强度低，Q225、Q275号钢材强度高，但塑性和可焊性较差；Q235号钢既有较高的强度，又有较高的塑性和可焊性，是建筑过程中引用广泛的钢种。2.低合金高强度结构钢 低合金高强度钢的牌号表示方法与碳素结构钢牌号表示方法相似。低合金高强度结构钢比碳素结构钢既有更高的屈服强度，同时还具有良好的塑性、冷弯性、可焊性和低温冲击韧性，更适合大跨度钢结构和大型水工建筑物。2 2 钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝（1）热轧钢筋牌号 热轧钢筋分为R235、HRB335、HRB400、HRB500四个牌号。牌号意义：R代表热轧光圆钢筋、HRB代表热轧带肋钢筋，其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆；热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。牌号中的数字：表示热轧钢筋的屈服强度。热轧钢筋的选用n光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用做普通钢筋混凝土结构用钢筋。n HRB335，HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。n HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜作预应力钢筋。（2）冷拉热轧钢筋 为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对热轧钢筋进行冷拉。工规程对热轧钢筋进行冷拉。冷拉热轧钢筋分为：冷拉冷拉热轧钢筋分为：冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级。级。冷拉热轧钢筋的选用n冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋。n冷拉、级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的预应力筋。n由于冷拉钢筋的塑性、韧性较差，易发生脆断，因此，冷拉钢筋不宜用于负温度、受冲击或重复荷载作用的结构。（3）冷轧带肋钢筋n冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。n冷轧带肋钢筋代号为LL，按抗拉强度分为三级：LL550、LL560、LL800，其中数值表示钢筋抗拉强度等级。n冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力，可广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢筋网。（4）预应力混凝土用热处理钢筋n热处理钢筋的代号为RB150，可分为有纵肋和无纵肋两种。n热处理钢筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三个牌号。n热处理钢筋的强度高，与混凝土粘结性能好，应力松弛低。主要用于各种预应力钢筋。（5）预应力混凝土用钢丝和钢绞线预应力钢丝n分类：按交货状态分为冷拉钢丝及消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋钢丝三种；按松驰能力分为I级松驰和级松驰两级。n代号：RCD（冷拉钢丝）、S（消除应力钢丝）、SI（消除应力刻痕钢丝）、SH（消除应力螺旋肋钢丝）。预应力钢绞线n分类 按捻制结构分为三类：用两根钢丝捻制的钢绞线（表示为12）、用三根钢丝捻制的钢绞线（表示为13）、用七根钢丝捻制的钢绞线（表示为17）。按应力松驰能力分为I级松驰和级松驰两种。预应力钢丝和钢绞线的应用 主要用于大型预应力混凝土结构及电杆、枕轨等预制构件。质量稳定，施工简单，安全可靠，节约钢材，且不需冷拉，焊接接头等加工，因此，在土木工程中得到广泛应用。