【材料课件】6建筑钢材精编版

《【材料课件】6建筑钢材精编版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【材料课件】6建筑钢材精编版（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、6 建筑钢材,6.1 钢 材 的 分 类 6.2 建筑钢材的技术性质 6.3 钢材的冷加工及时效 6.4 建 筑 中常 用 的 钢 种,6.1 钢 材 的 分 类,6.1.1 按 化 学 成 分 分 类 钢的基本元素是铁，普通碳素钢中纯铁约占 99%，其它有碳、硅等。为了改善钢的性质，在钢中适当加入锰、硅、铬、钛等金属，这种钢称为合金钢。 （1）碳素钢 根据含碳量可分为： 低碳钢 含碳量0.25%； 中碳钢 含碳量为0.250.6%； 高碳钢 含碳量0.6%。 （2）合金钢 按掺入合金元素量分为： 低合金钢 合金元素总含量 5% ； 中合金钢 合金元素总含量为510% ； 高合金钢 合金元素总

2、含量 10% 。,6.1 钢 材 的 分 类,6.1.2 按钢材的质量等级分类 钢材的质量等级，是对硫、磷有害杂质限制不同，可分为： 普通碳素钢 含硫量0.0550.065%，含磷量0.0450.085%； 优质碳素钢 含硫量0.03 0.045%，含磷量0.0350.04%； 高级优质钢 含硫量0.02 0.03%， 含磷量0.0270.035%。 6.1.3 按用途分类 结构钢 主要用于建筑工程中的钢结构和钢筋混凝土结构； 工具钢 一般用于各种切削工具、量具、模具等工具的生产； 特殊性能钢 具有各种特殊性质的钢。如不锈钢、磁钢、耐热钢； 目前, 在建筑工程中常用普通碳素结构钢和普通低合金结

3、构钢。,6.1 钢 材 的 分 类,6.1.4 按脱氧程度分类 钢材在冶炼过程中，不可避免地产生部分氧化物并残留在钢水中，降低了钢的质量，根据脱去氧化物的程度，可分为： 1. 沸腾钢 含氧量较高，气泡从钢液中冒出呈沸腾状，故称沸腾钢。沸腾钢中碳和有害杂质(硫、磷等)的偏析（即钢锭截面上的化学成分分布不均匀）较严重，因此冲击韧性和可焊性差； 2. 镇静钢 脱氧充分，钢水浇入锭模后平静的冷却和凝固，无沸腾现象。其化学成分均匀，组织致密，质量较好，但成本较高； 3.半镇静钢 其脱氧程度、质量、性质及成本介于上述两者之间； 4.特殊镇静钢 质量和性质均优于镇静钢，成本高于镇静钢建筑工程中，常用的钢材主

4、要是沸腾钢、镇静钢和半镇静钢 。,6.1 钢 材 的 分 类,6.1.5 按冶炼方法分类 钢和铁的主要成分是铁和碳，含碳量2%为生铁，含碳量2%为钢。根据冶炼方法，钢材可分为： 1. 转炉钢 分空气转炉钢和氧气转炉钢。前者是以熔融的铁水为原料，由转炉底部或侧面吹入高压空气，因空气中含有氮、氢等杂质，一般只用于生产小型角钢或钢筋；后者是由转炉顶部吹入纯氧（99.5%），其冶炼时间短(2545min)，杂质含量少，用于生产优质碳素钢和合金钢。 2. 平炉钢 是以固体或液体生铁、废钢铁和适量铁矿石为原料，以煤气或重油为燃料，使杂质氧化而被除去。该方法冶炼时间长(412h)，清除杂质较彻底，但需燃料能

5、耗高，正逐渐被淘汰。 3. 电炉钢 用电热进行高温冶炼的钢。其质量最好，可用于生产优质碳素钢和特殊合金钢。,6.2 建筑钢材的技术性质,建筑钢材作为主要的受力结构材料，其技术性质包括两个方面：力学性质和工艺性质，钢材在外力作用下表现出来的性质称为力学性质；钢材在加工过程中表现出来的性质称为工艺性质。,6.2.1 力 学 性 质,1. 抗拉性质 以低碳钢拉伸试验为例，如图6.1，从开始受力至拉断可分为以下四个阶段： 弹性阶段() OA段是一条直线，为弹性变形阶段。A点对应的应力值称为弹性极限，用p 表示，应力与应变的比值为一常数，称为弹性模量，用E表示，弹性模量是评定钢材弹性的指标； 屈服阶段（

6、） AB段为屈服阶段。此时应变迅速增长，材料暂时失去了抵抗变形的能力，这种现象称为屈服，一般取波动应力的最低值B下作为材料的屈服强度(又称屈服点)，用s 表示。 对于在屈服现象不明显的钢材(图6.2所示)，如高碳钢，规定卸载后0.2%塑性应变对应的应力值作为屈服强度，用0.2表示。 屈服强度是建筑设计中强度取值依据。,6.2.1 力 学 性 质,1. 抗拉性质 强化阶段() BC为强化阶段。该阶段钢料恢复了变形抵抗力，强度提高,最高点C对应的应力称为强度极限，又称抗拉强度，用b表示。 屈服强度与抗拉强度的比值称屈强比，是评价钢材安全可靠性和强度利用率的参数，合理的屈强比为0.60.75。 颈缩

7、阶段() CD为颈缩阶段。试件薄弱处的断面迅速缩小，塑性变形急剧增加，产生颈缩现象并很快断裂，如图6.3所示。 伸长率是试件变形长度与原长的比率,是评定钢材塑性的指标。,6.2.1 力 学 性 质,2. 冲击韧性 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用而不破坏的能力。冲击韧性指标是通过冲击试验确定的，如图6.4所示，缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2），即为冲击韧性指标，以k表示。 3. 疲劳强度 钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。一般把承受交变荷载106107 次不发生破坏所能承受的最大应力作为疲劳强度。 4. 硬度 硬度是指钢材表面抵抗其他较硬物

8、体压入产生塑性变形的能力。常用布氏法测定，其指标称布氏硬度值HB,其测定原理见图6.5 , 钢球以P(N)的荷载压入试件表面，经规定持续时间后,即得直径为d(mm)得压痕，以压痕表面积F除以荷载P，所得值为布氏硬度值HB。,6.2.2 工 艺 性 质,1. 冷弯性质 冷弯性质是指钢材在常温下抵抗弯曲变形的能力。通过按规定的弯曲角和弯心直径弯曲后，弯曲处的外面和侧面有无裂纹、起层、磷落等进行评定。如图6.6所示,若弯曲角度()越大，弯心直径与试件直径(或厚度)的比值(d/do)越小, 则表明冷弯性质越好。 冷弯性和伸长率都是评定钢材塑性的指标，而冷弯试验对钢材的塑性评定比拉伸试验更严格，更有助于

9、揭示钢材内部缺陷。 2. 焊接性质 焊接性质是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热区不产生裂缝及脆性倾向，焊接后的力学能不低于原钢材的性质。 钢的化学成分、冶炼质量及冷加工都影响焊接性质。此外，正确的焊接工艺也是保证焊接质量的重要措施。,6.2.3 钢的化学成分对钢材性质的影响,1 . 碳 碳是决定钢材性质的主要元素。随含碳量增加，钢材抗拉强度和硬度也相应提高，而塑性和韧性相应降低。但含碳量1.0%时，因钢材变脆，强度反而下降，同时冷弯、焊接及耐锈蚀性质下降，并增加钢材的冷脆性和时效敏感性。 2 . 硅、锰 硅是钢的主要合金元素，含量1%，能提高钢材的强度，对塑性和韧性没有明显影响。锰是

10、低合金结构钢的主要合金元素，能改善热加工性质。,6.2.3 钢的化学成分对钢材性质的影响,3 . 硫、磷 硫、磷都是钢材的有害元素。硫在钢材热加工时容易引起钢的脆裂，降低钢的冲击韧性、疲劳强度、可焊性及耐锈蚀性。磷可显著降低钢材的脆性和韧性，但可提高钢材的强度。 4. 氧、氮 氧、氮是在炼钢过程中进入钢液的，也是有害元素，可显著降低钢材的塑性、韧性、冷弯性及可焊性等。 5. 钛、钒、铌 钛、钒、铌均是钢的脱氧剂，也是合金钢常用的合金元素。可改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性和显著提高钢材的强度。,钢材的冷加工、时效是钢材加工过程具有的特性 6.3.1 冷加工 冷加工指钢材在常温下进行冷拉、冷拔、

11、冷轧(称 “三冷操作”)的加工过程,从而提高屈服强度，塑性和韧性相应降低。 冷拉是将钢筋加力进行张拉。冷拔是强行使钢筋通过截面小于钢筋直径的拔丝模，钢筋不仅受拉，同时还受挤压作用。冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成刻痕，可增大钢筋与混凝土间的粘结力。 6.3.2 时效 时效指钢材经冷加工后，放置一定时间，钢材屈服强度和强度极限进一步提高提高,而塑性和韧性逐渐降低的现象。经过冷拉的钢筋在常温下存放15d20d，或加热到100200并保持一定时间，前者为自然时效，后者为人工时效。 以钢筋的冷拉及时效为例,见图6.7。,6.3 钢材的冷加工及时效,6.4 建筑中常用的钢种,6.4.1 碳 素 结 构 钢 6

12、.4.2 低 合 金高 强 度结 构 钢 6.4.3 钢 筋 6.4.4 预 应力 混 凝土用钢 丝 6.4.5 预应力混 凝土用钢绞线,6.4.1 碳素结构钢,1. 牌号及表示方法 碳素结构钢牌号的表示方法由代表屈服点的字母( Q )、屈服点数值(Mpa) 、质量等级符号、脱氧程度符号等四部分按顺序组成。其中，屈服点的数值共分195、215、235、255、275 五种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分为A、B、C、D四个级别；脱氧程度以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z表示镇静钢、TZ表示特殊镇静钢，Z和TZ在牌号表示法中予以省略。 例如：Q235-A.F 表示屈服点为235 MPa

13、的A级沸腾钢。 Q255-B表示屈服点为255 MPa的B级镇静钢。,6.4.1 碳素结构钢,2. 技术要求 各牌号钢的化学成分、力学性质、工艺性质应符合表6.1、6.2、6.3。 3. 碳素结构钢的选用 Q235钢的机械强度、韧性、可焊性、可加工性等综合性质好，且成本较低, 是建筑工程中主要应用的钢。Q195、Q215钢强度较低，但有较好的塑性和韧性，易于冷加工，建筑上常用作铆钉、钢筋和钢丝等。Q255、Q275 钢强度较高，但塑性和韧性、可焊性差，不易冷加工，可用于钢筋混凝土配筋和钢结构中及螺栓等。 选用时如在动荷载、焊接结构及低温工作时,不能选用A、B 级和F钢。,6.4.2 低合金高强

14、度结构钢,1. 牌号及表示方法 低合金高强度结构钢共有5个牌号，由代表屈服点的字母Q、屈服点的数值和质量等级（A、B、C、D、E）符号三部分组成。 例如：Q295 A 表示屈服点为295MPa 质量为A级的钢。 2. 技术要求 低合金高强度结构钢的化学成分、力学性质符合表6.4、6.5。 3. 低合金高强度结构钢的应用 在钢结构中常采用低合金高强度结构钢轧制型钢、钢板，用来建造大跨度桥梁、高层建筑及大柱网结构，在预应力钢筋混凝土结构中，常用于轧制型钢、钢板、钢管、钢筋等。,6.4.3 钢 筋,1. 热轧钢筋 热轧钢筋是用加热钢坯轧成的条型成品钢筋。按轧制外型分热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋。带肋钢

15、筋的横截面也为圆形，但表面带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。带肋钢筋与混凝土的粘结力大，共同工作性更好。热轧钢筋主要用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土中的配筋。 热轧光圆钢筋有HPB235一个牌号，H、P、B分别为热轧、光圆、钢筋三个词的英文首位字母，235表示最小屈服强度为235 MPa。热轧带肋钢筋有HRB335、HRB400、HRB500三个牌号，R表示带肋。各牌号热轧钢筋的力学性质及工艺性质应符合表6.6 的要求。低碳钢热轧圆盘条，直径820mm，盘条分建筑用盘条和拉丝用盘条两类，其力学性质及工艺性质应符合表6.7要求。,6.4.3 钢 筋,2. 冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋是用低碳

16、钢热轧圆盘条经冷轧后，在其表面冷轧成沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋的钢筋。按抗拉强度分为五个牌号，分别为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，C、R、B为冷轧、带肋、钢筋三个词的英文首位字母，550表示最小抗拉强度为550MPa。各牌号的力学性质及工艺性质应符合表6.8的要求。 冷轧带肋钢筋与冷拔低碳钢丝相比，具有强度高、塑性好，与混凝土粘结牢固，节约钢材，质量稳定等优点。因此在普通混凝土结构, 中、小型预应力构件中的应用越来越广泛 。,6.4.3 钢 筋,3. 热处理钢筋 热处理钢筋是用热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理后的钢筋，代号为RB150。热处理钢筋按外形分有纵肋和无纵肋两种，但都有横肋。有40Si2Mn、48Si2Mn及45Si2Cr三个牌号，40Si2Mn表示钢的含碳量为0.4%、含有Si、Mn合金