建筑材料钢材简

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1、建筑钢材,建筑钢材：是指建筑工程中使用的各种钢材。 包括 钢结构用各种型钢。如圆钢、角钢、槽钢和工字钢 板材。 钢筋混凝土结构中用的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。,建筑钢材 本章主要内容 第一节、钢的冶炼及分类 第二节、钢材的主要性能 第三节、常用建筑钢材 第四节、建筑钢材的检验方法(略）,钢 的 冶 炼 及 分 类,第一节、钢的冶炼及分类 一、钢的冶炼 步骤： 冶炼、脱氧、热处理 三个步骤 1、钢的冶炼 冶炼过程 铁矿石（生）铁钢 冶炼 精炼 氧化铁还原 生铁中杂质氧化 含碳量降到2.06%以下 磷、硫等杂质减少到规定值 2、钢的脱氧 （加入脱氧剂） 在炼钢炉内和盛钢桶中，加入少量的锰铁、硅铁或

2、铝块等脱氧剂，使之与钢中残留的FeO反应，使铁还原，达到去氧的目的。,钢 的 冶 炼 及 分 类,根据脱氧程度分： 1、沸腾钢（F）：脱氧不充分 2、镇静钢（Z）：脱氧充分 3、半镇静钢（b）：脱氧程度介于 “”与“”之间 4、特殊镇静钢（TZ）：脱氧彻底,钢 的 冶 炼 及 分 类,3、热处理 将钢加热到临界温度以上，并保持一定时间后，以不同的速度冷却，则会形成完全不同的晶体组织。 热处理的综合操作工艺 将钢进行加热-保温-以不同的速度冷却。 *目的通过不同的工艺，改变钢的晶体组织 从而改变钢的性能。 热处理方式： 退火、正火、淬火、回火等。,钢 的 冶 炼 及 分 类,二、钢的分类 （钢、

3、铁的区别在于含碳量的不同） 钢的化学成分 铁（Fe)：主要元素 碳（C)： 0.02%2.06% 生产钢不可避免的元素： 其他元素： Si、Mn、P、S、N 专门加入的合金元素： Si、Mn、Ti、V、Cr (* 非金属夹杂物大部分是各种氧化物和硅酸盐，硬而脆，易造成微裂缝，破坏钢的整体连续性，引起应力集中，使钢脆化，降低钢的质量。）,二、钢的分类 1、按冶炼方法分类 *2、按化学成分分类 3、按质量分类 4、按用途分类 （需要角度不同，注重的分类方式不同）,钢 的 冶 炼 及 分 类,1、按冶炼方法分类 按炉的种类分： 平炉钢、转炉钢、电炉钢 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢（F） 镇静钢（Z）

4、 半镇静钢（b） 特殊镇静钢（TZ） 2、按化学成分分类 低碳钢 （C0.25%） 碳素钢 中碳钢 （C 0.25-0.60%） 高碳钢 （ C0.60% ） 低合金钢（总含量5%） 合金钢 中合金钢（总含量5-10%） (合金元素) 高合金钢（总含量10%,钢 的 冶 炼 及 分 类,3、按品质（质量等级）分类 （ S、 P含量控制程度） 普通碳素钢： S0.050%， P0.045% 优质碳素钢： S0.035%，P0.035% 高级优质碳素钢：S0.025% P0.025% 特级优质碳素钢：S0.015%， P0.025%,4、按用途分类 （使用角度） 结构钢： 建筑钢材 工具钢： 量具

5、钢、刃具钢、模具钢 专门用途钢： 铁道用钢、船舶用钢 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢,第二节 钢材的主要性能,一、力学性能： *1、力学性质强度、塑性、冲击韧性、硬度、疲劳强度 *2、抗拉性能-拉伸试验 （针对建筑用低碳钢） 可测得钢材的： 弹性极限、屈服强度、抗拉强度和伸长率。 抗拉性能通过钢材受拉时的应力-应变图来阐明。 二、工艺性能：冷弯性能、可焊接性能,一、钢材的力学性能 1、钢材的力学性质 1）强度-在外力作用下，材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 抗拉强度是建筑钢材最主要的技术性能。 *建筑钢材的抗拉强度包括：（*复1） 弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。 *2）塑性-钢的塑性是

6、指在外力作用下钢破坏前产生塑性 变形的能力。通常用拉伸断裂时的伸长率A来表示 。 （*复3 钢的塑性定义及表示方法） 3）冲击韧性( 钢材抵抗冲击荷载作用的能力）4）硬度（钢材软硬程度指标） 5）疲劳强度-钢构件承受反复或交变荷载作用时，可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂，这种断裂现象称为疲劳破坏。-疲劳破坏对应的应力称为疲劳强度。 疲劳破坏断裂是突发的，事先无明显塑性变形，危害性大。,2、钢材的抗拉性能-拉伸试验 *拉伸过程分四个阶段： OA：弹性阶段 AB：屈服阶段 BC：强化阶段 CD：颈缩阶段 可测得钢材的 弹性模量E（MPa) 弹性极限Rp 屈服强度Rel（MPa) 抗拉强

7、度Rm（MPa) 断后伸长率/%,钢材的力学性能,（1）弹性阶段（OA段） （线性、可逆性） OA范围内，应力与应变成 （线性）正比例关系。 若卸荷，试件恢复原状。在这一范围内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量。 技术指标：弹性模量E、弹性极限Rp 弹性模量（E=/）：弹性模量反应了钢材的刚度，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。 *弹性极限：弹性阶段应力的最大值称为弹性极限,用Rp表示。 （普通碳素钢Q235的弹性模量E=(2.02.1)105MPa 弹性极限Rp=180200MPa。,钢材拉伸试验,（2）屈服阶段（AB段）： （非线性、不可逆性、塑性变形急剧增加）： 当应力超过

8、弹性极限， 钢筋出现屈服现象。 此时，应力不增加，但应变却迅速增长。在屈服阶段，变形为塑性，若卸去外力，试件不能恢复原状。 技术指标: *屈服强度（Rel）： *屈服强度（Rel）-不记初始瞬时效应时应力波动的最低值。表示钢材在工作状态允许达到的应力值。在Rel之前，钢材一般不会发生较大的塑性变形。-在设计中一般以屈服点作为强度取值依据。 （普通碳素钢Q235的Rel应不小于235MPa）,钢材拉伸试验,（3）强化阶段（BC段） （弹塑性、变形均匀连续） 当应力超过屈服极限后（B点），钢材内部组织重新建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，这时变形随着应力增大而增加，变形是弹塑性变形。 技术指

9、标：*抗拉强度Rm-对应于最高点的应力. * 抗拉强度在结构设计中不能完全利用。,钢材拉伸试验,（4）颈缩阶段（局部塑性变形）： 过C点，材料抗拉变形 能力明显降低。应变迅速增加, 应力反而下降。变形不再均匀， 钢材被拉长，并在变形最大处 发生“颈缩” ，直至钢筋断裂。 技术指标 * 断裂伸长率A -体现的是钢材塑性变形的能力 *塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。通常用拉伸断裂时的伸长率A表示。,钢材拉伸试验,*2、塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。通常以试件断裂时的伸长率A表示。,Lo试件原始标距，mm ； Lu试件断后标距，mm。,产生塑性变形越大，表示钢的塑性

10、越好。,钢材拉伸试验,拉伸性能中技术指标的计算公式 屈服强度Rel 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。 钢筋试验取下屈服强度。指不记初始瞬时效应的应力波动的最低值。 抗拉强度（Rm) 对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从测力盘读取过了屈服现象之后的最大力。-相应最大力（Fm)的应力。 无明显屈服（连续屈服），读取试验过程中的最大力（ Fm ) 。 断后伸长率(A)的测定 试样拉断后，将试样断裂的部分仔细地配接在一起使轴线处于同一直线上，用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测断后标距，准确到0.25mm，按式计算断后

11、伸长率。,*复2、钢筋拉伸过程分几个阶段 ?各阶段有什么特点?,答：四个阶段 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段,弹性阶段：应力与应变基本成正比，变形是弹性变形，若卸荷，试件仍然能够恢复原状。 屈服阶段：当应力超过弹性极限，钢筋出现屈服现象，此时，应力不增加，但应变却迅速增长，在屈服阶段，变形为塑性，若卸去外力，试件不能恢复原状。 强化阶段：当应力超过屈服极限后，钢材内部组织重新建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，这时变形随着应力增大而增加，变形是弹塑性变形。 颈缩阶段：试件的某一断面开始缩小，产生大量的塑性变形,承受外力的能力开始下降，最后钢筋断裂。,根据钢筋试样原始标距L0的选取规

12、则， 将钢材拉伸试验试样分为三种规格：,钢材拉伸试验,二、钢材的工艺性能 1、冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 弯曲角度 d-弯心直径 a- 钢材厚度 弯曲角度越大，d/a比值越小，表明钢材冷弯级别越高。 判定标准：按规定的弯曲角度和弯心直径进行试验，试件的弯曲处外面无裂断、裂缝或起皮，视为合格。,钢材的工艺性能,2、可焊性 焊接是钢结构的连接方式之一。钢的可焊性就是指钢材在焊接后，体现其焊头联结的牢固程度和硬脆性倾向大小的一种性能。 可焊性好的钢，焊接后的焊头牢固可靠，硬脆倾向小，仍能保持与母体基本相同的性质。 钢的化学成分、冶金质量及冷加工对可焊性影响很大。 含碳量小于0.25%

13、的低碳钢具有良好的可焊性。 含碳量增加、硫、磷及气体杂质、过多的合金元素均降低可焊性。,钢材的工艺性能,第三节 常用建筑钢材,1、钢结构用钢 碳素结构钢 牌号和化学成分应符合国标 低合金高强度结构钢 （GB/T 1591-2008） *2、钢筋混凝土结构用钢 （*复4） 热轧钢筋 钢筋混凝土用热轧光园钢筋（GB1499.1-2008) 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007) 冷轧带肋钢筋 （GB13788-2000） 预应力混凝土用钢丝及钢绞线,略,解释 钢筋混凝土结构用钢 热轧钢筋 热轧成型并经自然冷却的成品钢筋 有：热轧光园钢筋、 热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 将热轧圆盘条经

14、冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面肋的钢筋。 预应力混凝土用钢丝及钢绞线 预应力混凝土用钢丝、钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧、或绞捻加工而成的专用产品。,钢筋混凝土用热轧钢筋 1）钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB 1499.12008） 定义：经热轧成型并经自然冷却的、横截面通常为圆形 ， 表面光滑的成品钢筋。 *热轧光圆钢筋牌号（两个）： HPB 235、 HPB300 （*复5） 构成：HPB屈服强度特征值构成 HPB (Hot rolled lain bars)热轧光圆钢筋的英文缩写） 钢筋的公称直径范围 为 6mm-22mm （6、8、10、12、 1

15、6、20）mm六种 比例试样 L0=5d （L0原始标距） 直径超过22mm为碳素结构钢,2、钢筋混凝土结构用钢,2）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB 1499.2-2007） 热轧带肋钢筋分为两种 普通热轧钢筋 细晶粒热轧钢筋 普通热轧钢筋： 按热轧状态交货的钢筋。 牌号： HRB335、HRB400、HRB500 牌号构成： HRB屈服强度特征值构成 HRB （Hot rolled ibbed Bars )的缩写 细晶粒热轧钢筋 在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的 细晶粒钢筋。（HRBF F-Fine细） 牌号： HRBF335、 HRBF400、 HRBF500 （*复6）热轧带肋钢筋有6个牌号： HRB335、HRB400、HRB500 HRBF335、HRBF400、HRBF500 公称直径范围6-50mm 比例试样L0=5d,钢筋混凝土结构用钢,简单解释： 细晶粒热轧钢筋 在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体 。 通过控扎控冷工艺获得超细组织，可在不增加合金含量的基础上大幅度提高钢材的性能，并可以节省资源、降低成本。 目前成为国际上研究的热点。同时未来钢铁材料研究发展方向是以高纯洁度、高均匀度