钢材基础知识PPT课件

1、浙江省建设工程质量检测管理实施办法 （二）建设工程钢结构检测机构资质 1、组织机构 （1）有健全的组织机构和检验检测管理制度、责任制度，完善的技术管理与质量保证体系，并具有一定的工作业绩； （2）注册资本金应在100万元以上； （3）具有300平方米以上固定办公、试验场所，且能满足检测工作需要。 2、技术力量和技术装备 （1）机构负责人具有中级以上技术职称、3年以上实验室工作经历；技术负责人和专业审核人具有结构力学或相关专业高级职称、5年以上本专业检测实验工作 经历； （2）必须具有力学、工民建、钢结构等专业技术人员； （3）检测机构具有相关专业中级、高级职称、从事钢结构检测工作经历3年以上的

2、技术人员各不少于2人，其中拥有二级以上注册结构工程师不少于1人； （4）持有省建设行政主管部门颁发的相关专业检测岗位证书的专职检测人员不少于10人； （5）具有与申请的检测项目相应的仪器设备，检测试验仪器设备的品种、数量、性能、技术指标、精度必须符合国家有关规范标准的要求；有完善的仪器设备维护 管理制度；属于强制性检定的计量器具，需经法定计量部门计量检定合格； （6）配备必要的钢结构力学计算分析软件。 3、必备的检测项目 检测机构必须具备以下项目的检测能力（仪器、设备最低配置见附件二）： （1）钢结构材料物理性能：（屈服强度、抗拉强度、伸长率、弯曲、冲击韧性、硬度） （2）钢结构构件性能实荷载

3、检验 （3）钢结构焊缝超声波检测 （4）钢结构防腐及防火涂装检测（防腐及防火涂层厚度检测） （5）钢结构的连接性能检测（摩擦面抗滑移系数检验、高强度螺栓连接副扭矩系数和预拉力检验、施工终拧扭矩检测） （6）钢结构变形检测 业务范围 业务范围除必备的检测项目外，还可根据自身的技术力量和技术装备申请以下项目及建筑钢结构的其它检测项目： （1）钢结构材料化学分析：碳、硅、锰、磷、硫元素分析 （2）钢结构的动力测试 大量采用钢结构是现代土木工程的一个重要特点。 美、欧、日等发达国家的建筑用钢总量占全部钢产量的60%以上。 近年来，国内建筑钢结构的发展非常迅速。2004年焊接钢结构占钢材总消费量 的比例

4、为40%45%左右。2010年这比例将达到50%。 钢结构通常由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成； 各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或铆钉连接。有些钢结构还用钢 铰线、钢丝绳或钢丝束以及铸钢等材料组成。 热轧型钢 焊接型钢 钢结构钢材的选用 GB 50017-2003 钢结构设计规范 3.3 材料选用 3.3.1 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标 准碳素结构钢GB/T700和低合金高强度结构钢GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时，尚 应符合相应有关的规定和要求。 钢材基础知识 一.钢材分类 GB/T 13304

5、-91 钢分类简介 一般讲： （钢是含碳量在0.02%2.0%之间的铁碳合金） （碳钢以含碳量来分类：低碳钢，含碳量0.25% 中碳钢，含碳量0.25%0.6% 高碳钢，含碳量0.6% ） 钢的定义 术语2.1 钢 steel 以铁为主要元素,含碳量一般在2%以下,并含有其他元素的材料。 第一部分 钢按化学成分分类 3.1 按化学成分分类 非合金钢 低合金钢 合金钢 3.1.2 ,处在表1中所列非合金钢、低合金钢或合金钢相应元素的界限值范围内时，这些钢分别为非合金钢、 低合金钢或合金钢。 铝Al 硼B 铋Bi 铬Cr钴 Co铜Cu 锰Mn钼 Mo 镍Ni 铌Nb 铅Pb 硒Se硅 Si 碲Te

6、 钛Ti 钨W 矾V 锆Zr 一般讲： （掺入一定量的有益的合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、 Mo等）的钢称为合金钢） （一般按合金元素的加入量分） （合金钢可分为 低合金钢（合金总量不超过5%） 中合金钢（合金总量5% - 10%） 高合金钢（合金总量超过10%） 第二部分 钢按主要质量等级和主要性能及使 用特性分类 3.1按主要质量等级分类 非合金钢按主要质量等级分为 普通质量非合金钢 优质非合金钢 特殊质量非合金钢 GB 699 优质碳素结构钢 GB 700 碳素结构钢 GB 1591 低合金结构钢 GB 3077 合金结构钢 GB700 碳素结构钢 GB699 优质碳素结构钢 3.

7、1.1普通质量非合金钢 3.1.1.1 普通质量非合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的并应同时满足下列四种条件的 所有钢种。 3.1.1.2普通质量非合金钢主要包括： a.一般用途碳素结构钢，如GB 700规定的 A、B级钢； ( 注：如Q235A、 Q235B) 3.1.2 优质非合金钢 3.1.2.1优质非合金钢是指除普通质量非合金钢和特殊质量非合金钢以外的 非合金钢，在生产过程中需要特别控制质量（例如控制晶粒度，降低硫、 磷含量，改善表面质量或增加工艺控制等），以达到比普通质量非合金钢 特殊的质量要求（例如良好的抗脆断性能，良好的冷成型性等），但这种 钢的生产控制不如特殊质量

8、非合金钢严格（如不控制淬透性）。 3.1.2.2优质非合金钢主要包括： a.机械结构用优质碳素钢，如GB 699规定的条钢（但7085钢、65Mn、70Mn钢除 外）； （注：如高强螺栓用钢材45、35等） b.工程结构用碳素钢，如GB 700规定的质量等级为C、D级钢； （注：如 Q235C、Q235D ） 3.1.3 特殊质量非合金钢 3.1.3.1特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能（例如，控制淬透性和纯洁度） 的非合金钢，应符合下列条件。 略 3.2 按主要性能及使用特性分类 略 4 低合金钢的主要分类 4.1按主要质量等级分类 低合金钢按主要质量等级分为 普通质

9、量低合金钢 优质低合金钢 特殊质量低合金钢 4.1.1.2普通质量低合金钢主要包括： a.一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa,如GB1591- 94 规定的低合金钢（但不包括屈服强度大于360MPa的牌号）； (注： 如 Q295、Q345中的16Mn、12MnV等) 4.1.2.2优质低合金钢主要包括： a.可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于 420MPa； （注： 如GB 1591-94中的15MnV、15MnTi、16MnNb、15MnVN等） 5 合金钢的主要分类 5.1 按主要质量等级分类 合金钢按主要质量等级分为 优质合金钢 特殊质量合金

10、钢 5.1.2.2 特殊质量合金钢主要包括： d.合金结构钢，如GB 3077规定的全部牌号 （注：如高强螺栓用材：20MnTiB、35VB、40B等） 一般讲： （钢的通常分类） 一、按化学成分分类： 碳素钢；合金钢。 二、按冶炼时脱氧程度分类： 沸腾钢；镇静钢；半镇静钢；特殊镇静钢。 三、按有害杂质含量分类： 普通钢；优质钢；高级优质钢；特级优质钢。 四、按用途分类： 结构钢；工具钢；特殊钢。 JGJ 812002建筑钢结构焊接技术规程 表5.1.6.2 常用钢材分类 钢材应用 钢结构应根据结构的重要性，荷载特征，连接方法，工作温度等不同情况，选择适当的钢材。通常采用的 钢材为普通低碳钢和

11、普通低合金钢，含碳量一般宜在0.22以下，否则将降低塑性和可焊性。对于承受较 重荷载、特别是动力荷载,以及处于低温下的结构,常采用3号镇静钢或16锰钢、16锰桥钢、15锰钒钢等。 热轧成型的钢材有钢板、角钢、槽钢、工字钢、钢管、方钢、圆钢等（见热轧型钢）。冷弯薄壁型钢是用 厚度较小(一般为1.56毫米)的带钢或钢板经冷弯或冷轧成型，可制成角钢、卷边角钢、槽钢、卷边槽钢、 卷边Z型钢、方管、圆管等。 钢结构所用钢材须保证抗拉强度、伸长率、屈服点和硫、磷的极限含量，对焊接结构还须保证碳的极限含 量。对重要的结构以及需要冷弯成型的构件，应保证冷弯试验合格；对直接承受动力荷载的重要结构，须 根据结构所

12、处的计算温度，保证相应的常温或低温冲击韧性。 屈服点通常被认为是钢材强度计算的极限值，是确定钢材设计强度的主要依据；抗拉强度表明钢材屈服后 的强度储备；而伸长率则表明钢材塑性性能的指标。冷弯试验可以反映钢材承受规定的弯曲变形的能力， 并能检验钢材内部组织结构的缺陷。冲击韧性表明钢材在应力集中和冲击作用下抵抗脆性破坏的能力;温度 降低,冲击韧性下降。 GB/T 700-2006 碳素结构钢 简介 3 牌号表示方法和符号 3.1牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方 法符号等4个部分按顺序组成。例如：Q235AF。 3.2符号 Q钢材屈服强度“屈”字汉语拼音

13、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； Z镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母； TZ 特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母； 在牌号组成表示方法中，“Z”与”TZ“符号可以省略。 GB/T 1591-2008低合金高强度结构钢 简介 4 牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量 等级符号三个部分按顺序排列。 例如：Q345D。其中： Q钢材屈服强度的“屈”字汉语拼音首位字母； 345屈服强度数值，单位MPa; D质量等级为D级。 当需方要求钢板具有厚度方向性能时，则在上述规定的牌号后加 上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，例

14、如：Q345DZ15。 6.1.1 钢的牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1的规定。 Q345 注：C、Mn、Si、P、S 为常规五元素，P、S是有害物质。 钢材的拉伸、冲击和弯曲试验 Q345（厚度16mm） Z向钢 JGJ 812002 建筑钢结构焊接技术规程 3.0.4 焊接T型、十字型、角接接头，当其翼缘板厚度等于或大于40 mm 时，设计宜采用抗层状撕裂的钢板。钢板的厚度方向性能级别应根据工程 的结构类型、节点形式及受力状态的不同情况选择。 钢板厚度方向性能级别Z15、Z25、Z35相应的含硫量、断面收缩率应符合 附录A的规定。 附录A GB/T 2212000钢铁产品牌号表示方法简

15、介 2.3采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、 特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉 字的汉语拼音中选取第一个字母。当和另一产 品所取字母重复时，改取第二个字母或第三个 字母，或同时选取两个汉字的第一个拼音字母。 采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不 超过两个。 产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号见 表2 钢材基础知识 二、钢材性能 使用性能：为了保证机械零件、结构件等能正常工作，材料所 应具备的性能。 力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等） 物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等） 化学性能（耐蚀性、热稳定性等） 工艺性能： 材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适 应

16、各种冷、热加工的性能，例如铸造、焊接、热处理、压力加 工等方面的性能。 力学性能 应力与应变（与） 物体在外力作用下，其形状尺寸所发生的相对改变称为应变，物体 内某处的线段在变形后长度的改变值与线段原长之比称为线应变。 =L/L 物体在外力作用下变形时，其内部任一截面单位面积上的内力大小 通常称为应力，方向垂直于截面的应力称为正应力。正应力可以分为拉应 力和压应力。 =F/A 弹性模量 E= / 强度 金属抵抗永久变形和断裂的能力。 屈服强度和抗拉强度（s 和b） b s 塑性 材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。 评定材料塑性别的指标通常用伸长率和断面收缩率 （和）， （5和10

17、 ,510 ） 硬度 材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。 硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估 算材料的强度。 JGJ 812002建筑钢结构焊接技术规程 5 焊接工艺评定 5.5.4 试样检验应符合下列规定： . 5 硬度试验 、类钢材焊缝及热影响区最高硬度不宜超过HV350；、类钢材焊缝及热影响区硬度应根据工程 实际要求进行评定。 冲击韧性（a kv） 材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。 冲击韧性高的材料一般都有较高的塑性，但塑性较高的材料却不一定都有 较高的冲击韧性。 冲击韧性是对材料的化学成分、冶金质量、组织状态、

18、内部缺陷以及试验 温度等比较敏感的一个质量指标，同时 也是衡量材料脆性转变和断裂特性的 重要指标。 JGJ 812002建筑钢结构焊接技术规程 5 焊接工艺评定 5.5.4 试样检验应符合下列规定： . 3 冲击试验 焊缝中心及热影响区粗晶区各三个试样的冲击功平均值应分别达到母材标准或设计要求的最低值，并允 许一个试样低于以上规定值，但不得低于规定值的70%。 GB/T 503442004 建筑结构检测技术标 准简介 6.2.1 对结构构件钢材的力学 性能检验可分为屈服点、抗拉 强度、伸长率、冷弯和冲击功 等项目。 6.2.2 表6.2.2 JGJ 1902010 建筑工程检测试验技术管理规程

19、 参见培训资料（三） 4 检测试验项目 表4.2.2 施工过程质量检测试验项目、主要检测试验参数和取样依据 4 钢结构 参见339页 附录A 2 钢材 碳素结构钢 低合金高强度结构钢 参见348页 3 钢结构连接件及防火涂料 参见349页 GB/T 2282002 金属材料 室温拉伸试 验方法 GB/T 2292007 金属材料 夏比摆锤冲 击试验方法 GB/T 2321999 金属材料 弯曲试验方 法 GB 29751998 钢及钢产品 力学性能 试验取样位置及试样制备 GB/T 2282002 金属材料 室温拉伸试验方法简介 参见培训资料（二） 19页 4 定义 4.1.1原始标距（LO）

20、 比例试样 参36页表B1，非比例试样 参37页B2.3.2 4.1.2断后标距（Lu） 4.4.1断后伸长率（A） 4.5 引伸计标距（Le） 4.6 延伸 4.7 断面收缩率（Z） 4.9.1抗拉强度（Rm） 4.9.2屈服强度 4.9.2.1上屈服强度 （ReH） 4.9.2.2下屈服强度 （ReL） 4.9.3 规定非比例延伸强度 （RP） 参4.6.2非比例延伸率 11断后伸长率（A）和断裂总伸长率（At） 的测定 14上屈服强度（ReH）和下屈服强度 （ReL）的测定 15规定非比例延伸强度 （RP）的测定 18抗拉强度（Rm）的测定 19断面收缩率（Z）的测定 引伸计 物理性能

21、熔点： 钢的熔点在14001500之间。 钢结构有一定的耐热性，但不防火，当其温度到达450 650时，强度下降极快，在600时已不能承重， 只有在200 以下时钢材的性能无甚变化。钢结构在火灾时因高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15分 钟，因此钢结构必须有防火措施。 化学性能 耐蚀性：以铬、镍为主加元素的奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9等）具有良好的化学稳定性。在钢中加入少量的 合金元素，如Cu、Cr、Ni和Nb等使其在金属基体表面形成保护层以提高钢材耐大气腐蚀性能，这类钢称 为耐大气腐蚀用钢或耐候钢。但普通的钢结构用材，耐腐蚀性较差，使用期间需定期保养。 工艺性能 （冷弯性能 、焊接性能）

22、 冷弯性能： 是指钢材在常温下，承受弯曲变形的能力，另外它也是反映钢材缺陷的一 种重要工艺性能。 以试验时的弯曲角度和弯心直径为指标来表示。 钢材冷弯时弯曲角度愈大，弯曲直径愈小，则表示对冷弯性能的要求愈高。 试样弯曲处若无裂纹、断裂及起层等现象，则认为其冷弯性能合格。 在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验一种手段。 GB/T2321999金属材料 弯曲试验方法 GB 2653焊接接头弯曲及压扁试验方法 JGJ 812002建筑钢结构焊接技术规程 5 焊接工艺评定 5.5.4 试样检验应符合下列规定： . 2 接头弯曲试验 1）对接接头弯曲试验：试样弯至180后应符合下列规定：

23、 各试样任何方向裂纹及其它缺陷单个长度不大于3mm; 各试样任何方向不大于3mm的裂纹及其它缺陷总长不大于 7mm; 四个试样各种缺陷总长不大于24mm（边角处非熔渣引起的 裂纹不 计）； 2） T形及十字形接头弯曲试验：弯至左右侧各60时应无裂纹及明显缺陷； 3）栓钉（略） 弯曲 压力容器焊接弯曲试验图解 注:在这个图中,标有橙色的部位进行取样称侧弯,兰色部位取样为面弯,它的 底部为背弯. 4,弯曲参数: 试验过程(以侧弯为例): 合格指标 试件弯曲到规定的角度后,拿下观察,受弯面上任何方向不得有单 条长度大于3mm的裂纹和缺陷 GB159194 低合金高强度结构钢 5.4.1 钢材的拉伸、

24、冲击和弯曲试验结果应符合表2的规定 焊接性能（可焊性） 焊接性是钢材对焊接加工的适应性， 指在一定的焊接工艺条件下能获得优质焊接接头的难易程度。 焊接性能好的钢材，焊接质量易于保证。 含碳量小于0.20%的碳素钢具有良好的焊接性。含碳量增加焊接性能显著下降。 所以焊接结构要求含碳量控制在0.12%0.20%，并希望变化幅度愈小愈好。 影响钢材性能的主要因素 1.化学成分 碳 锰硅 硫磷 氧氮 钒钛 2.冶金缺陷 偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹和分层。 3.热处理 4.温度的影响 钢材对温度很敏感 温度升高，总趋势是强度降低、塑性增大。 温度下降，强度提高、塑性和韧性降低，脆性倾向增加。 钢材表面

25、质量 GB 50205-2001 4.2.5 钢材的表面外观质量除应符合国家现行有关标准的规定 外，尚应符合下列规定： 1 当钢材的表面有锈蚀、麻点或划痕等缺陷时，其深度不得大 于该钢材厚度负允许偏差值的1/2； 2 钢材表面的锈蚀等级应符合现行国家标准涂装前钢材表面 锈蚀等级和除锈等级GB 8923规定的C级及C级以上； 3钢材端面或断口处不应有分层、夹渣等缺陷。 GB/T 503442004 建筑结构检测技术标准 6.5 缺陷、损伤与变形 6.5.1 钢材外观质量的检测可分为均匀性，是否有夹层、裂纹、非金属夹杂和明显的偏析等项目。当对钢 材的质量有怀疑时，应对钢材原材料进行力学性能检验或化

26、学成分分析。 6.5.2 对钢结构损伤的检测可分为裂纹、局部变形、锈蚀等项目。 其他力学检测 参见培训资料（二） JG/T 102009 钢网架螺栓球节点 6.2.3 螺栓球和高强度螺栓组成的拉力载荷试件如图8所示， 6.4.2 封头或锥头与钢管的连接焊缝载荷试验在拉力试验机或有 拉力的试验装置上进行，采用轴力拉伸试验方法，试件简图如 图9。 JG/T 112009 钢网架焊接空心球节点 6.1.1焊接空心球的极限承载力试验 6.1.2压弯焊接空心球的试验 结束 谢谢！ 浙江大学 王性立钢结构钢材的选用 GB 50017-2003 钢结构设计规范 3.3 材料选用 3.3.1 承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q4