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第八章第八章 建筑钢材建筑钢材南华大学杨建明教授Page 2n n金属材料包括黑色金属和有色金属n n建筑钢材包括钢结构用的型钢、钢板；钢筋混凝土用钢筋、钢丝和钢铰线Page 38.1 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类n n一、钢材的冶炼n n钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2.06%的为生铁，小于2.06%的为钢。n n钢是由铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭和少量石灰石等在高温作用下形成。n n冶炼方法：氧气转炉法、电炉法和平炉法。n n炼钢过程中脱氧，加入MnO、SiO2、Al2O3。n n沸腾钢、镇静钢、半镇静钢Page 48.1 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类n n二、钢材的分类n n1、按冶炼方法分类n n按生产的炉型 平炉钢n n 转炉钢n n 电炉钢n n按脱氧程度分类 沸腾钢n n 镇静钢n n 特殊镇静钢n n 半镇静钢Page 58.1 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类n n2、按化学成分分类n n碳素钢含碳量0.022.06%的铁碳合金n n 低碳钢0.25%n n 中碳钢0.25%0.6%n n高碳钢0.6%n n合金钢低合金钢5%n n中合金钢5%10%n n高合金钢10%Page 68.1 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类n n根据钢中磷、硫等杂质含量的不同，碳素钢可分为：n n普通碳素钢其中磷的含量不大于0.045%，硫的含量不大于0.050%n n优质碳素钢其中磷和硫的含量均不大于0.035%n n高级优质碳素钢其中硫和磷含量均不在于0.025%n n特级优质碳素钢硫含量0.025%，磷含量0.015%Page 78.1 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类n n3、按用途分类n n 结构钢低、中碳钢n n工具钢高碳钢n n特殊钢不锈钢Page 88.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n力学性能（抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度）和工艺性能（冷弯性能、焊接性能和热处理性能）Page 98.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n一、力学性能n n1、抗拉性能n n通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率。（图8.1）n n1）弹性阶段低碳钢弹性模量E2.01052.1MPa，弹性极限P180MPa200MPan n2）屈服阶段用S表示，常用低碳钢S为195MPa300MPaPage 118.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n3）强化阶段抗拉强度，用b表示，低碳钢b385520MPa，屈强比S/bn n0.580.63（碳素钢）；0.650.75（合金钢）n n4）颈缩阶段n n塑性表示钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。Page 128.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n采用伸长率和断面收缩率表示。采用伸长率和断面收缩率表示。n nA A、伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久、伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。变形的能力。n nB B、断面收缩率是试件拉断后缩颈处横断面的、断面收缩率是试件拉断后缩颈处横断面的最大缩减量占横截面积的百分率。最大缩减量占横截面积的百分率。（%）n n中碳钢、高碳钢，无明显屈服现象，脆性破坏，中碳钢、高碳钢，无明显屈服现象，脆性破坏，采用名义屈服点采用名义屈服点 0.20.2Page 138.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n2、冲击韧性n nm摆锤质量n nA试件槽口处断面积（cm2）n n规范中通常是根据负温条件规定20或40负温冲击值指标。Page 148.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n3、疲劳强度n n钢材在交变荷载反复作用下，可在远小于抗拉强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。用疲劳强度或疲劳极限表示。它是指试件在交变应力下，作用107周次，不发生疲劳破坏的最大应力值。Page 158.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n4、硬度n n布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度n n1）布氏硬度n n根据国家标准压头用淬火钢球，符号为HBn n压头用硬质合金钢时，符号为HBn n2）洛氏硬度n n金刚石圆锥体或钢球初始试验力（F0）总试验力F（FF0主试验力F1）（h1-h0）Page 168.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n二、工艺性能n n冷弯、冷拉、冷拔及焊接性能n n1、冷弯性能n n弯曲角度（）和弯心直径（d）n n2、焊接性能碳含量0.25%，可焊性好，0.3%可焊性差Page 178.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n3 3、冷加工性能及时效处理、冷加工性能及时效处理n n1 1）冷加工强化与时效处理）冷加工强化与时效处理n n存放存放15d20d15d20d自然时效自然时效n n或加热或加热100100200200，保持，保持2h3h2h3h，人工时效，人工时效n n2 2）常见冷加工方法）常见冷加工方法n n（1 1）冷拉）冷拉n n屈服强度提高屈服强度提高20%30%20%30%，节约钢材，节约钢材10%20%10%20%n n（2 2）冷拔）冷拔n n40%60%40%60%n n3 3）钢材冷加工强化与时效处理的机理）钢材冷加工强化与时效处理的机理Page 188.2 钢材的力学性能与工艺性能钢材的力学性能与工艺性能n n4 4、钢材的热处理、钢材的热处理n n1 1）退火是将钢材加热到一定温度，保温后缓慢）退火是将钢材加热到一定温度，保温后缓慢冷却（随炉冷却）的一种热处理工艺。冷却（随炉冷却）的一种热处理工艺。n n2 2）正火是退火的一种特例。正火在空气中冷却，）正火是退火的一种特例。正火在空气中冷却，两者仅冷却速度不同。两者仅冷却速度不同。n n3 3）淬火是将钢材加热到基本组织转变温度以上）淬火是将钢材加热到基本组织转变温度以上（一般为（一般为900900以上），保温使组织完全转变，即以上），保温使组织完全转变，即放入水或油等冷却介质快速冷却，使之转变为不放入水或油等冷却介质快速冷却，使之转变为不稳定组织的热处理。稳定组织的热处理。n n4 4）回火是将钢材加热到基本组织转变温度以下）回火是将钢材加热到基本组织转变温度以下（150650150650内选定），保温后在空气中冷却的一内选定），保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。种热处理工艺。Page 198.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响钢的组织和化学成分对钢材性能的影响n n一、钢的组织及其对钢材性能的影响n n 1535 1394 912n n液态铁 -Fe -Fe -Fen n 体心立方晶体体心立方晶体 面心立方晶体面心立方晶体 体心立方晶体体心立方晶体n n固溶体n n化合物n n机械混合物Page 208.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响钢的组织和化学成分对钢材性能的影响n n二、钢的化学成分对钢材性能的影响n n1、碳n n钢材由铁素体（都好）、渗碳体（抗拉强度低、很耐磨）、珠光体（介于渗碳体和铁素体）n n2、硫热脆性0.045%n n3、磷对塑性和韧性影响更大0.045%冷脆性n n4、锰脱氧、硫n n5、硅Page 218.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响钢的组织和化学成分对钢材性能的影响n n6、氧0.03%n n7、氮与碳、磷相似 0.018%Page 228.4 建筑钢材的锈蚀与防护建筑钢材的锈蚀与防护n n一、钢材锈蚀机理n n1、化学锈蚀 FeO保护膜n n2、电化学锈蚀n n阳极n n阴极n n总反应n n水和氧的存在Page 238.4 建筑钢材的锈蚀与防护建筑钢材的锈蚀与防护n n二、钢筋混凝土中钢筋锈蚀二、钢筋混凝土中钢筋锈蚀n n埋于混凝土中的钢筋，因系处于碱性介质条件（新浇混凝埋于混凝土中的钢筋，因系处于碱性介质条件（新浇混凝土的土的PHPH值为值为12.512.5或更高），而氧化保膜为碱性，故不致锈或更高），而氧化保膜为碱性，故不致锈蚀。在碱性环境中，阴极过程难于进行，即使原电池存在，蚀。在碱性环境中，阴极过程难于进行，即使原电池存在，生成的生成的Fe(OH)Fe(OH)2 2也能存在，成为钢筋保护膜。也能存在，成为钢筋保护膜。n n钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要原因有：钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要原因有：1 1）混凝土不密实；）混凝土不密实；2 2）混凝土保护层厚度小或发生严重碳化；）混凝土保护层厚度小或发生严重碳化；3 3）混凝土内）混凝土内ClCl-含量过大；含量过大；4 4）预应力钢筋存在微裂缝。）预应力钢筋存在微裂缝。n n混凝土配筋防锈措施，主要根据结构和所处环境条件等，混凝土配筋防锈措施，主要根据结构和所处环境条件等，考虑混凝土的质量要求，即限制水灰比和水泥用量，并加考虑混凝土的质量要求，即限制水灰比和水泥用量，并加强施工管理，以保证混凝土的密实性，经及保证足够的保强施工管理，以保证混凝土的密实性，经及保证足够的保护层厚度和限制氯盐外加剂的掺用量。护层厚度和限制氯盐外加剂的掺用量。Page 248.4 建筑钢材的锈蚀与防护建筑钢材的锈蚀与防护n n三、钢材锈蚀的防止n n1、表面刷漆n n钢结构防止锈蚀的方法通常采用表面刷漆。n n底漆红丹、环氧富锌漆n n中间漆红丹、铁红n n面漆灰铅、酚醛磁漆n n2、表面镀金属n n薄壁钢材可采用热浸镀锌后加涂塑料。n n3、采用耐候钢Page 258.4 建筑钢材的锈蚀与防护建筑钢材的锈蚀与防护n n四、钢的防火四、钢的防火n n无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限0.25h0.25h，钢梁，钢梁0.25h0.25hn n200200基本不变基本不变n n300300下降下降n n400400急剧降低急剧降低n n600600弹性模量、屈服点和极限强度接近于零。弹性模量、屈服点和极限强度接近于零。n n1 1、防火涂料包裹法、防火涂料包裹法n n2 2、不燃性板材包裹法防水板、石膏板、蛭石板、不燃性板材包裹法防水板、石膏板、蛭石板、珍珠岩板珍珠岩板n n3 3、实心包裹法采用混凝土、实心包裹法采用混凝土Page 268.5 建筑钢材的品种与选用建筑钢材的品种与选用n n钢结构用钢、钢筋混凝土用钢钢结构用钢、钢筋混凝土用钢n n一、碳素结构钢一、碳素结构钢n n1 1、牌号及其表示方法、牌号及其表示方法n n碳素结构钢有碳素结构钢有Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275n n表示方法如下：屈服点等级质量等级表示方法如下：屈服点等级质量等级 脱氧程脱氧程度度n n质量等级：质量等级：A A、B B、C C、DDn n脱氧程度：脱氧程度：F F、b b、Z Z、TZTZn n2 2、力学性能及工艺性能、力学性能及工艺性能n n表表8.18.1n n3 3、特性及应用、特性及应用Page 288.5 建筑钢材的品种与选用建筑钢材的品种与选用n n二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢n n所加元素有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土所加元素有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素元素n n1 1、牌号及其表示方法、牌号及其表示方法n nQ295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q460Q460n n其表示方法如下：屈服点等级质量等级其表示方法如下：屈服点等级质量等级n n质量等级：质量等级：A A、B B、C C、DD、E En n2 2、力学性能、力学性能n n表表8.28.2n n3 3、特性及应用、特性及应用n nQ345Q345Page 308.5 建筑钢材的品种与选用建筑钢材的品种与选用n n三、优质碳素结构钢GB/T699199931牌号n n牌号表示方法：平均含碳量的万分数含锰量标识脱氧程度Page 318.6 常用建筑钢材常用建筑钢材n n（一）钢筋（一）钢筋n n1 1、热轧钢筋、热轧钢筋n n主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。n n如如表表8.38.3、8.48.4n n1 1）热轧光圆钢筋）热轧光圆钢筋R235R235n n2 2）热轧带肋钢筋）热轧带肋钢筋HRB335HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500n n2 2、低碳钢热轧圆盘条、低碳钢热轧圆盘条n n3 3、冷轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋n n4 4、预应力混凝土用热处理钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋n n5 5、预应力混凝土用钢丝和钢绞线、预应力混凝土用钢丝和钢绞线Page 348.6 常用建筑钢材常用建筑钢材n n二、型钢n n钢结构所用钢材主要是型钢和钢板。n n连接方式可铆接、螺栓连接或焊接。n n1、热轧型钢采用碳素结构钢和低合金钢Q235A、Q345、Q390n n角钢、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、L型钢n n2、冷弯薄壁型钢n n3、钢板热轧钢板和冷轧钢板n n4、钢管热轧无缝钢管、焊接钢管感谢您的关注感谢您的关注