建筑材料 建筑钢材

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1、7. 建筑钢材,学习知识点： 1、 钢材的分类；钢材牌号的表示方法； 2、钢材的化学组成与金相结构； 3、钢材的物理力学性能；钢材的加工； 4、建筑钢材的标准；常用钢材的质量要求； 5、钢材的腐蚀与防护。 教学要求： 1、了解钢材的分类方法；掌握钢材牌号的表示方法。 2、理解钢材的化学成分对钢材性能的影响，了解钢材的金相结构。 3、掌握钢材物理力学性能的测定方法。 4、了解钢材的热处理和冷加工对钢材性能的影响。 5、掌握常用建筑钢材的性能指标及其应用。 6、掌握钢材产生腐蚀的原因及其防止方法。,7.1 钢材的分类及冶炼,金属材料：是一种或两种以上的金属元素与某些非金属元素组成的合金的总称。 金

2、属材料的特征为：不透明、有光泽、密度大、导热性和导电性好，常温下为固态结晶体；强度高、弹性模量大、组织均匀密实、可焊、可铆、易于加工、便于装配和机械化施工 。 金属材料分为：黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁元素为主的铁金属及其合金，如钢、铁；有色金属是除黑色金属以外的其他金属，如铝、铜、金、银等。,7.1 钢材的分类及冶炼,一、钢材的冶炼 炼铁：把铁矿石、焦炭、石灰石（助溶剂）按比例装入高炉中，在高温条件下，将铁矿石中的铁还原出来，得到的铁中含有较多的碳和其他杂质，性能脆且硬，称为生铁。 炼钢：把生铁在炼钢炉中进一步冶炼，降低碳及其他杂质含量，得到钢坯。 轧制：将钢坯在轧机中轧制成钢材

3、。,7.1 钢材的分类及冶炼,二、钢材的分类 1、按冶炼方法分：转炉钢、平炉钢、电炉钢。 2、按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。 3、按化学成分分： （1）、碳素钢：含碳量不大于1.35，含锰量不大于1.2，含硅量不大于0.4，有少量硫、磷杂质的铁碳合金。碳对钢材的性能起决定性作用。 低碳钢：含碳量0.25以下，性质软韧，易加工，是建筑工程的主要用钢。 中碳钢：含碳量0.250.6，性质较硬，可淬火、退火，主要用于机械部件。 高碳钢：含碳量大于0.6，性质很硬，一般用于制造工具。 根据碳素钢中硫、磷等杂质含量，碳素钢分为： 普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。,7.1 钢材的分类及冶

4、炼,（2）、合金钢：在碳钢的基础上加入一种或几种合金元素，使钢具有特殊性能。根据合金元素的含量分为： 低合金钢：合金元素总含量小于3.5。 中合金钢：合金元素总含量在3.510。 高合金钢：合金元素总含量大于10。 4、按用途分： （1）、结构钢 根据化学成分分为碳素结构钢、合金结构钢。 碳素结构钢又分为：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢。 （2）、工具钢 碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢。 （3）、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、电工硅钢。 （4）、专门用途钢 钢筋钢、桥梁钢、钢轨钢。,7.2 钢材的技术性质,一、拉伸性能 （一）、低碳钢的拉伸性能 通过对低碳钢进行拉伸试验，可测得低碳钢的屈服强

5、度、抗拉强度、伸长率三个重要指标。,1、弹性阶段：-曲线在该段0A成直线关系，E = /为常量，称为材料的弹性模量。应力极限值p 称为弹性极限。,2、屈服阶段：-曲线在该段AB不成直线关系，应力增加较小，应变增加较大，产生较大的塑性变形，应力极限值s 称为屈服极限。,3、强化阶段：BC段，钢材内部组织发生变化，恢复了抵抗变形的能力，应力继续增加，应变也继续增加，应力极限值b 称为强度极限。s /b称为材料的屈强比。,4、颈缩阶段：CD段，试件抵抗变形的能力迅速下降，伸长变形急剧增加，试件断面在最薄弱处急剧缩小，产生颈缩断裂。试件的伸长率按下式计算： n （L1L0）/ L0 。 L0 试件标距

6、长度 ，L1 试件拉断后标距之间的长度。,7.2 钢材的技术性质,7.2 钢材的技术性质,钢筋拉伸试件伸长率测量,7.2 钢材的技术性质,7.2 钢材的技术性质,7.2 钢材的技术性质,（二）、高碳钢的拉伸性能 高碳钢受拉伸时，产生的塑性变形很小，没有明显的屈服现象，不能直接测定其屈服强度。规范规定以产生0.2L0残余变形时的应力值作为屈服强度，用0.2 表示。,二、冷弯性能 钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯性能用弯曲角度及弯心直径与试件直径（或厚度）的比值来表示。,图25 钢筋弯曲实验,三、冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载的能力。 冲击韧性值 M-摆锤质量，kg; g-重力加速度，9.81m

7、/s2; H、h-摆锤冲击前后高度差，m； A-试件槽口处截面积，cm2。 四、硬度 钢材抵抗其他物体压入的能力。 常用布氏硬度（HB）表示。,7.2 钢材的技术性质,7.2 钢材的技术性质,三、疲劳强度 1、疲劳破坏：受交变荷载的反复作用下。钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏。 2、疲劳强度：钢材在无数次交变荷载作用下（通常以2106次应力循环为基准）不致引起脆性断裂的最大循环应力值称为疲劳强度极限，简称疲劳强度。 3、钢材产生疲劳破坏的原因：由于钢材内部存在局部缺陷，在应力作用下形成细小的裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速了裂纹的扩展，最终导致钢材的疲劳断裂

8、。 4、影响钢材疲劳强度的因素： 钢材品种、钢材质量、 组织结构、表面状态、 受力状态等。,7.3 钢铁的组织与化学成分对钢材性能的影响,一、钢的晶体结构 （一）、钢的晶体结构 体心晶体结构 面心晶体结构。 （二）、晶体缺陷 1、点缺陷 空位使钢材强度降低，塑性增加； 间隙原子提高强度，降低塑性。 2、线缺陷 位错降低钢材的强度，提高钢材的塑性。 3、面缺陷 晶粒界面处的原子无序排列，强度提高，塑性降低。晶粒越细小，受力状态越均匀，可提高钢材性能。,二、钢的基本组织 钢材中的铁和碳或其他元素有以下三种结合方式： 固溶体：铁为溶液，碳或其他元素为溶剂形成的固态溶液。碳溶于铁中而形成的固体溶液称为

9、铁素体。 化合物：铁和碳或其他元素化合成化合物。化合物一般具有较高的硬度，脆性大，强度低，塑性差。铁与碳的化合物Fe3C称为渗碳体。 机械混合物：固溶体和化合物的混合体。铁素体和渗碳体的层状机械混合物称为珠光体。珠光体的强度、硬度较高，塑性较好。 钢的组织是由以上单一结构形式或多种结构形式构成，具有一定形态的聚合体。,7.3 钢铁的组织与化学成分对钢材性能的影响,三、钢材中的化学成分对钢材性能的影响 1、碳 决定钢材性能的最主要元素。当钢中含碳量在0.8以下时，随着含碳量增加，钢的强度、硬度增加，塑性、韧性下降；当含碳量大于1时，含碳量增加，强度反而下降；含碳量过高还会增加钢的冷脆性和时效敏感

10、性，降低抗大气腐蚀性和可焊性。,300,250,200,100,150,7.3 钢铁的组织与化学成分对钢材性能的影响,2、硅（Si） 钢筋钢中加入的主要合金元素，含量在2以内时，大部分溶于铁素体中，能提高钢材的强度，对钢材的塑性、韧性影响不大。 3、锰 （Mn） 低合金钢中加入的主要合金元素，含量在2以内时，大部分溶于铁素体中，能提高钢材的强度，对钢材的塑性、韧性影响不大。还可以起到脱硫脱氧作用，改善钢材的热加工性能。锰含量较高时，将显著降低钢的可焊性。当锰含量为1114时，称为高锰钢，高锰钢具有较高的耐磨性。 4、磷（P） 磷是非常有害元素之一。磷使钢材的强度、硬度提高，塑性、韧性降低可焊性

11、降低，耐磨性和耐腐蚀性提高。 5、硫（S） 硫在钢材中以FeS形式存在，是低熔点化合物，高温下在钢材内部产生裂纹，大大降低了可焊性和热加工性。 6、氧（O）、氮（N） 氧和氮能部分溶于铁素体中，以化合物形式存在，降低钢材的韧性和可焊性。,7.3 钢铁的组织与化学成分对钢材性能的影响,7.4 钢材的加工与焊接,一、冷加工 钢材在常温下进行加工，使之产生塑性变形，从而提高钢材的强度的过程。冷加工处理的钢材屈服强度增加，塑性、韧性、可焊性降低。常用冷加工方法有：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 钢材受力超过屈服应力时产生塑性变形，晶体沿晶格界面发生滑移，滑移后的晶体破碎成细小晶粒，不易再滑移变形，要

12、使晶粒继续发生塑性变形，产生新的滑移，需要更大的外力。,冷拉：钢筋经过冷拉，屈服强度可提高2025，并可起到调直除锈作用。 冷拔：将钢筋强行通过小于钢筋截面的拔丝孔，钢筋同时受到纵向拉伸和横向压缩。经过多次拔制的钢筋，强度提高40以上，但塑性大大降低。 冷轧：在常温下对钢材进行轧制。一般在钢厂进行。,7.4 钢材的加工与焊接,7.4 钢材的加工与焊接,二、时效 钢材随时间的延长，强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为时效。 1、自然时效：钢材在常温下搁置而产生的时效称为自然时效。一般强度较低的钢筋采用自然时效，冷拉钢筋自然时效需1520天。 2、人工时效：将冷加工的钢筋加热至100200，保

13、持2小时，称为人工时效。强度较高的钢筋采用人工时效。 3、时效敏感性：因时效而导致钢材性能改变的程度称为时效敏感性。,三、钢材的热处理 将钢材按一定的制度加热、保温、冷却以改变钢材的内部组织，消除内应力，从而获得所需性能的处理工艺称为热处理。 1、淬火：将钢材加热至组织转变温度（723 ）以上，保温一定时间后，在水中或油中急剧冷却。 2、回火：将淬火后的钢材加热至组织转变温度（723 ）以下，保温一定时间后，再缓慢冷却。 3、退火：将钢材加热至组织转变温度（723 ）以上，保温一定时间后，在退火炉中缓慢冷却。,7.4 钢材的加工与焊接,7.5 钢材的标准与选用,一、结构用钢 （一）、碳素结构钢

14、： 1、牌号及其表示方法： 国标碳素结构钢（GB/T7002006）规定，牌号由代表屈服强度的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中，以“Q”表示屈服点，屈服点数值共分195、215、235、255、275MPa五个强度等级;质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分为A、B、C、D四个等级；脱氧方法以“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可在钢的牌号中予以省略。 例如：Q235-A.F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢； Q255-C. 表示屈服点为255MPa的C级镇静钢。,7.5 钢材的标准与选用,2、技术要求 碳

15、素结构钢的化学成分（GB/T700-2006）,7.5 钢材的标准与选用,碳素结构钢的力学性能（GB/T700-2006）,7.5 钢材的标准与选用,碳素结构钢的冷弯性能（GB/T700-2006）,注：B为试样宽度，a钢材厚度（直径）。,7.5 钢材的标准与选用,3、碳素结构钢的性质与应用： 碳素结构钢随牌号的增大，含碳量增高，屈服强度、抗拉强度提高，塑性、韧性降低，冷弯性能变差，可焊性下降。 工程中常用的碳素结构钢的牌号为Q235，可用Q235轧制成各种型材和板材。其中Q235-A级钢仅适用于承受静荷载作用的结构，Q235-C和D级钢可用于重要的焊接结构，Q235-D级钢尤其适用于低温环境

16、。 Q195和Q215号钢常用作生产钢钉、铆钉、螺栓及铁丝。 Q275一般用于生产机械零件和工具。 下列结构不宜采用沸腾钢： 焊接结构：重级工作制的吊车梁；温度低于20时的中级工作制的吊车梁；温度低于30时的其他结构。 非焊接结构：温度低于20时的重级工作制的吊车梁或其他结构。,7.5 钢材的标准与选用,（二）、低合金高强度结构钢： 牌号及其表示方法： 国标低合金高强度结构钢（GB159194）规定，牌号表示组成及顺序为：含碳量的万分数、合金元素符号、合金元素平均含量的百分数、脱氧程度符号等4部分。其中合金元素含量是以在合金元素符号右下角加注数字来表示，并规定：当合金元素含量小于1.5时，不脚注；合金元素含量为1.52.5时，脚注“2”；合金元素含量为3.54.5时，脚注“3”，依此类推。低合金结构钢一般均为镇静钢，若为半镇静钢时，则在牌号后加符号“b”。 如：16Mn表示平均含碳量为0.16，平均锰含量小于1.5的镇静低合金钢。20Si2MnV表示平均含碳量为0.20，平均硅含量为1.52.5，钒平均含量小于1.5的镇静低合金钢。 低合金结构钢的S、P含量均不得大于0.045。,