钢材试验培训讲学

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1、钢材,钢材的分类 钢材的主要力学性能 桥梁用主要钢材 钢筋检测 预应力混凝土用钢筋、钢丝和钢绞线检测 焊接钢筋质量检测方法,钢材采用标准,钢材的分类,一、按化学成分分 碳素钢 （含碳量） 低碳钢 含碳量0.25； 中碳钢 0.25 含碳量为0.6； 高碳钢 0.6 含碳量 2% 。 合金钢 （含合金元素含量） 低合金钢 合金元素含量5； 中合金钢 5 合金元素含量10； 高合金钢 10 合金元素含量。 建筑用钢主要是普通碳素钢和普通低合金钢两大类。,注意：化学成分对碳素钢技术性能的影响 （一） 碳素钢的化学成分 1、主要成分： 铁(Fe)和碳（C） 2、杂质元素 锰（Mn）、硅(Si)、磷(P

2、)、硫(S)、氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)等。 （二）影响内容 1、碳（C） 建筑钢材含碳量不大于0.8% 在此范围内随着碳含量提高，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性、韧性和冷弯性能相应降低。 2、当碳的含量超过0.8% 当碳的含量超过0.8%以后，强度反而下降。碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抵抗大气锈蚀性。,二、按质量（杂质含量）分类 普通钢 含硫量0.055，含磷量0.045； 优质钢 含硫量0.040，含磷量0.035 0.040。 三、根据钢在冶炼过程中脱氧程度分类 沸腾钢：脱氧不完全的钢，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差。 镇

3、静钢：脱氧充分，化学成分均匀，机械性能好，品质好，可用于承受冲击荷载的重要结构。 半镇静钢：脱氧程度及钢的质量介于上述两者之间。,五、桥梁用钢按其形状分 型材 主要包括型钢和钢板，常用于钢桥建筑； 棒材（或线材） 主要包括钢筋、预应力钢筋、高强钢丝和钢绞线等，是钢筋混凝土桥梁建筑中使用的主材之一； 异型材（特种形状） 为特殊用途而制作的，如预应力混凝土桥梁的锚具、夹具和大变形装置中使用的异型钢梁等。,钢材的主要力学性能,强度 塑性 冷弯性能 硬度 冲击韧度 耐疲劳性 良好的焊接性,强 度,1.强度是钢材力学性能的主要指标，包括屈服强度和抗拉强度； 2.屈服强度(屈服极限) 开始丧失对变形的抵抗

4、能力 开始产生大量的塑性变形时所对应的应力; 注意:中碳钢和高碳钢无明显的屈服点-以残余变形0.2%的应力为屈服强度（或测变形1%代） 3.抗拉强度-能承受的最大拉应力，达极限时，完全丧失对变形的抵抗能力而断裂； 4.屈强比-屈服强度与抗拉强度比值，表结构的可靠性和钢材的有效利用率。屈强比越小，可靠性越高，利用率低。,抗拉强度,1.测定方法： 由拉伸试验测出。 2.低碳钢在拉伸试验中在外力作用下的变形一般可分为四个阶段： 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段 、 颈缩阶段。,3.低碳结构钢的应力-应变图,塑 性,钢材的塑性指标有两个：伸长率和断面收缩率。 （1）伸长率(Elongation),式中 n

5、伸长率（%）； L0试样的原标距长度，单位为mm； L1试样拉断时的标距长度，单位为mm； n试样长度与试件直径之比,说明: 当断裂点在原始标距以内且离最近端的 距离不小于原始标距的三分之一时按上 式计算;否则按移位法计算。具体参照 金属材料 室温拉伸试验方法 GB/T 228-2002执行。,（2）断面收缩率(Reduction),式中 断面收缩率（%）； A0试件原横截面积 A1试件拉断处的横截面积 与越大，说明钢材的塑性越好。 一般以5%，10%为宜。,冷弯性能,1.定义： 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 2.测定方法： 将条形钢材试件以规定的弯心进行试验，弯曲至90或180，检查在

6、弯曲处外面及侧面有无裂纹、裂缝、断裂等情况。,3.结论： 弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度的比值愈小， 则表明冷弯性能愈好。,硬 度,1、定义： 钢材抵抗硬物压入表面的能力称为钢材的硬度，亦即对局部塑性变形的抗力。指抵抗塑性变形的能力 2、测定钢材硬度的方法： 布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度(HV)三种。 3、布氏法的测定原理 利用直径为D的淬火钢球，以P的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载。计算压痕单位面积所承受的荷载值即为布氏硬度。,HB=P/A 式中 HB布氏硬度； P所受荷载 A压痕表面积,冲击韧度,1、定义： 钢材抵抗瞬间冲击荷载而不破坏的能力称为冲击韧度

7、衡量抵抗脆性破坏的指标 2、测定方法： 按照我国国家标准试验方法的摆冲法、横梁式来测定。 3、测定指标： 试件冲断时缺口处单位面积上所消耗的能量为冲击韧性指标。 4、计算方法：,式中 ak钢材的冲击韧性； 摆锥质量 重力加速度 ,摆锥冲击前后的高度 A0试件槽口处原截面积,耐疲劳性,1.疲劳破坏-若在交变应力（随时间作周期性交替变更的应力）的反复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂 2.耐疲劳性-抵抗疲劳破坏的能力,良好的焊接性,1.良好的焊接性-指钢材的连接部分焊接后力性能不低于焊件本身,以防止产生硬化脆性和内应力过大等现象,桥梁建筑用主要钢材,1. 碳素结构钢 2. 优质碳素

8、结构钢 3. 低合金结构钢 4. 桥梁用结构钢,一、碳素结构钢,1可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程 2构件可进行焊接、铆接和栓接。 3碳素结构钢都由氧气转炉、平炉和电炉冶炼，一般以热轧（包括控轧）状态交货。,（一）牌号和符号,1牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。 例如：Q235-AF 2符号含义 Q钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母； A、B、C、D分别为质量等级； F沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母； b半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母； Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母； TZ特殊镇钢“特镇”两字汉语拼音首

9、位字母。 注：在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。,碳素结构钢的牌号 A:碳素结构钢按屈服点分为五个牌号 Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。 B:其牌号组成 由首位字母+屈服点数值+质量等级符号（A、B、C、D）+脱氧方法符号（F-沸腾钢；b-半沸腾钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇静钢;牌号中“Z”和“ TZ”符号可以省略。 ）等四部分按顺序组成。 如Q235-AF；表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。,（一）牌号和符号,3碳素结构钢的性能 A 塑性好 B 化学性能稳定 C 对轧制、加热及骤冷的敏感性较小 但与低合金钢相比强度较低。 4碳素结构钢的应用 由于五个牌

10、号的性能不同，其用途也不同： Q195、Q215号钢 塑性高，易于冷弯和焊接，但强度较低，故多用于受荷载较小及焊接的构件；,Q235号钢 具有较高的强度和良好的塑性、韧性，易于焊接，且经焊接及气割后力学性能仍稳定，有利于冷热加工，故广泛地用于桥梁构件及钢筋混凝土结构中的钢筋等，是目前应用最广泛的钢种； Q255、Q275号钢 屈服强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，可用于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构的构件和螺栓。,（二）技术要求,1牌号和化学成分 在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A级钢的碳、硅锰含量和各牌号其他等级钢的碳、锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量（熔炼分析）应在质量

11、证明书中注明。 其化学成分见表8-1。,表8-1 碳素结构钢的化学成分（GB/T700-1988）,2力学性能 钢材的拉伸和冲击试验应符合表3-16 弯曲试验应符合表3-17规定 各牌号A级钢的冷弯试验，在需方有要求时方进行。 当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条件。 同一种钢，平炉钢和氧气转炉钢质量优于空气转炉钢 特殊镇静钢优于镇静钢，镇静钢优于半镇静钢，更优于沸腾钢； 钢号增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低； 同一钢号内质量等级越高，钢的质量越好，如Q235C，D级优于A，B级，可作为重要焊接结构使用。,（三）取样方法,1、钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉

12、罐号、同一等级、同一品种、同一尺寸、同一交货状态组成。每批重量不得大于60t。 2、每批钢材的取样数量和取样方法见下表,二、低合金高强度结构钢,1定义： 低合金高强度结构钢是在普通碳素结构钢的基础上加入总量小于5的合金元素而形成的钢种。 2组成元素： 在碳素结构钢的基础上，适量加入某些合金元素，常用的合金元素有硅、锰、钒、铬、镍和铜等 3特点： 强度高、塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点（加入合金元素的目的是提高钢材强度和改善性能。大多数合金元素不仅可以提高钢材强度和硬度，还能改善塑性和韧性）。,二、低合金高强度结构钢,4技术应用： 广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构

13、、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。 5牌号表示方法： 钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符合（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。如Q390A 6力学性能见下页,表8-3 低合金高强度结构钢的机械性能（GB1591-1994）,二、低合金高强度结构钢,7取样： 钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一质量等级、同一品种、同一尺寸、同一热处理制度(指按热处理状态供应)的钢材组成。 A级钢或B级钢允许同一牌号、同一质量等级、同一冶炼和浇注方法、不同炉罐号组成的混合批。但每批不得多于6个炉罐号，但各炉罐号含碳量之差不大于0.02，

14、含锰量之差不大于0.15 每批重量不得大于60t,二、低合金高强度结构钢,钢板、钢带及型钢厚度12mm或直径16mm的钢棒做冲击试验时，应采用10mm10mm55mm试样；厚度为6mm12mm的钢板、钢带及型钢或直径为12mm16mm的钢棒做冲击试验时，应采用5mm10mm55mm小尺寸试样。冲击试样可保留一个轧制面。冲击试样的纵向轴线应平行于轧制方向。,二、低合金高强度结构钢,8每批钢材的检验项目、取样数量、取样部位和试验方法应符合表3-19规定。,三、优质碳素结构钢,1优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格、质量稳定，性能优于普通碳素结构钢。 2特点： S、P的含量少，纯洁度、均匀性及表面质

15、量都比较好。 3冶炼方法 钢以平炉、氧气碱性转炉、电弧炉冶炼，亦可采用标准要求的其它方法冶炼。共有31个钢号，除3个钢号是沸腾钢外，其余是镇静钢。 4组批规则 钢材应按批检查和验收，每批由同一炉罐号、同一加工方法、同一尺寸、同一交货装态（或同一热处理炉次）的钢材组成。,三、优质碳素结构钢,5钢材的取样及试验方法应符合下表,四、桥梁用结构钢 1桥梁钢的牌号： 由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”+屈服点数值+桥梁钢的汉语拼音字母q+质量等级（a、b、c、d）符号4个部分组成。 2描述Q345qc的含义： 表示屈服点为345 MPa，质量等级为C级桥梁用结构钢。 3桥梁用结构钢中掺入微量元素的目的与要

16、求： 目的：为了改善钢材性能，可以加入钒、铌、钛、氨等。 要求：其含量应符合表8-4的规定，并应在质量说明书中注明。钢的牌号与化学成分、力学性能与工艺性能应符合表8-5和表8-6的规定。,表8-4 桥梁结构钢中微量元素含量限定值(GB/T 714-2000),表8-5桥梁结构钢的牌号与化学成分要求(GB/T 714-2000),表8-6桥梁结构钢的力学性能与工艺性能要求,表8-6桥梁结构钢的力学性能与工艺性能要求,钢筋检测,钢筋的力学性能和表面质量要求 钢筋的力学性能检测,钢筋的力学性能和表面质量要求,1.钢筋混凝土中的钢筋和预应力混凝土中的非预应力钢筋有光圆钢筋、热轧带肋钢筋、低碳钢热轧圆盘条和冷轧带肋钢筋。,2.钢筋混凝土结构用钢筋分类 按生产工艺可分为热轧、冷拉、热处理钢筋等。 （1）热轧钢筋分类 光圆的和带肋的两种。 热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制，其牌号为HPB235，H-热轧（Ho