建筑材料钢材 简PPT课件

1、建筑钢材建筑钢材建筑钢材建筑钢材：是指建筑工程中使用的各种钢材。包括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。第1页/共44页建筑钢材建筑钢材本章主要内容本章主要内容 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）第2页/共44页钢的冶炼及分类第一节、钢的冶炼及分类第一节、钢的冶炼及分类一、钢的冶炼一、钢的冶炼 步骤步骤： 冶炼、脱氧、热处理 三个步骤 1 1、钢的冶炼、钢的冶炼 冶炼过程 铁矿石铁矿石（生）铁钢钢 冶炼 精炼精炼 氧化铁还原氧化铁还原 生铁中杂质氧化 含碳量降到2

2、.06%以下 磷、硫等杂质减少到规定值 2 2、钢的脱氧钢的脱氧 （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。第3页/共44页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）：脱氧彻底第4页/共44页钢的冶炼及分类3 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。通过不同的工艺，改变钢的晶体组织 从而改变钢的性能。第5页/共44页钢的冶炼及分类二二、钢的分类

3、钢的分类 （钢、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。）第6页/共44页二、钢的分类二、钢的分类 1、按冶炼方法分类、按冶炼方法分类 *2、按化学成分分类按化学成分分类 3、按质量分类按质量分类 4、按用途分类、按用途分类 （需要角度不同，注重的分类方式不同）第7页/共44页1、按冶炼方法分类按炉的种类分：

4、 平炉钢、转炉钢、电炉钢 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢（F F） 镇静钢（Z Z） 半镇静钢（b b） 特殊镇静钢（TZTZ） 2 2、按化学成分分类按化学成分分类 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%钢的冶炼及分类第8页/共44页 3 3、按品质（质量等级）分类按品质（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：S0.02

5、5% 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9页/共44页第二节第二节 钢材的主要性能钢材的主要性能一、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 第10页/共44页 一、钢材的力学性能一、钢材的力学性能 1、钢材

6、的力学性质、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：（建筑钢材的抗拉强度包括：（* *复复1 1） 弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。 * *2 2）塑性）塑性-钢的塑性是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 。 （* *复复3 3 钢的塑性定义及表示方法钢的塑性定义及表示方法） 3 3）冲击韧性）冲击韧性( 钢材抵抗冲击荷载作用的能力）4 4）硬度）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

7、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。 第11页/共44页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) 抗拉强度Rm（MPa) 断后伸长率/% 第12页/共44页 （1 1）弹性阶段）弹性阶段（OAOA段）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

8、术指标：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。第13页/共44页（2 2）屈服阶段（）屈服阶段（ABAB段）：段）：（非线性、不可逆性、塑性变形急剧增加）： 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。 技术指标技术指标: : *屈服强度（Rel）： *屈服强度（R

9、el）-不记初始瞬时效应时应力波动的最应力波动的最低值低值。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）e0Re llFS第14页/共44页（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。0mmFRS第15页/共44页（4）颈缩阶段（局部塑性变形）：

10、 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。00100%uLLAL第16页/共44页*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。100%uOOLLALL Lo o试件原始标距，试件原始标距，mm mm ；L Lu u试件断后标距试件断后标距，mmmm。 产生塑性变形越大，表示钢的塑性越好。产生塑性变形越大，表示钢的塑性越

11、好。第17页/共44页 拉伸性能中技术指标的计算公式拉伸性能中技术指标的计算公式 屈服强度屈服强度RelRel 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（抗拉强度（R Rm m) ) 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 ) 。 断后伸长率断后伸长率(A)(A)的测定的测定 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

12、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，按式计算断后伸长率。e0Re llFS0mmFRS00100%uLLAL第18页/共44页* *复复2 2、钢筋拉伸过程分几个阶段、钢筋拉伸过程分几个阶段 ? ?各阶段有什么特点各阶段有什么特点? ?答：四个阶答：四个阶段段 弹性阶段弹性阶段 屈服阶段屈服阶段 强化阶段强化阶段 颈缩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

13、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。第19页/共44页A 5d4S5S5.65L000断后伸长率短比例试样11.3000A 10d4S10S11.3L断后伸长率长比例试样mm 0A mm L断后伸长率非比例试样4220drS根据钢筋试样原始标距L0的选取规则，将钢材拉伸试验试样分为三种规格：第20页/共44页二、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

14、度越大，d/a比值越小，表明钢材冷弯级别越高。 判定标准：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。 第21页/共44页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%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。第22页/共44页第三节第三节 常用建筑钢材常用建筑钢材1 1、钢结构

15、用钢 碳素结构钢碳素结构钢 牌号和化学成分应符合国标牌号和化学成分应符合国标 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 （GB/T 1591-2008） *2 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第23页/共44页 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

16、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。第24页/共44页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：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 rolledlainbars)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、 16、20）mm六种 比例试样 L0=5d （L0原

17、始标距） 直径超过22mm为碳素结构钢2 2、钢筋混凝土结构用钢第25页/共44页2 2）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋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：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 rolledibbed Bars )的缩写 细晶粒热轧钢筋细晶粒热轧钢筋 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（

18、*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 第26页/共44页 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、高均匀度和细晶粒为主要发展目标之一。 第27页/共44页 、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 （GB 13788-2008） 定义

19、： 热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀 分布的三面或两面横肋的钢筋。 *牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970 四个牌号。 (*复7) 由CRB和钢筋的 抗拉强度最小值抗拉强度最小值构成。 CRB （Cold rolled Ribbed Bars）英文缩写。 冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好，与钢筋粘结牢固，节约钢材，质量稳定等优点。公称直径范围： 412mm (CRB650以上4、5、6mm-可用作预应力钢筋)原始标距: CRB550为比例试样 L0=10d CRB650、CRB800、CRB970为非比例试样 L0=100mm * *冷轧钢筋：冷轧钢筋时把热

20、轧钢筋再进行冷加工而得。比如在常温下对冷轧钢筋：冷轧钢筋时把热轧钢筋再进行冷加工而得。比如在常温下对钢筋进行冷拉、冷拔。钢筋进行冷拉、冷拔。热轧钢筋屈服强度较低，塑性性能好；冷轧钢筋屈服强度较高，塑性性能热轧钢筋屈服强度较低，塑性性能好；冷轧钢筋屈服强度较高，塑性性能较差，但两者的极限抗拉强度相同。较差，但两者的极限抗拉强度相同。第28页/共44页 、预应力混凝土用钢丝及钢绞线 定义：定义：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。 特点及应用：特点及应用：预应力混凝土钢丝与钢绞线具有强度高、柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠。施工

21、时不需冷拉及焊接，主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。第29页/共44页第四节第四节 建筑钢材的检验方法建筑钢材的检验方法 （以后略）（以后略）一一、钢材试验的常用标准、检测项目、钢材试验的常用标准、检测项目1、钢材试验常用标准 金属材料 室温拉伸试验方法GB/T 228-2002 金属材料 弯曲试验方法GB/T 232-19992、检验批划分 钢筋应按批进行检查和验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成。每批重量通常不大于60t。 超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的余数），增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样。3、钢筋的主要检测项目 钢筋的主要

22、检测项目：钢筋的主要检测项目：室温拉伸试验室温拉伸试验与与弯曲试验弯曲试验。 使用中有脆断、焊接不良或机械性能不正常时，应进行化学分析；现场验收包括尺寸、表面及质量偏差等。 4、试验设备 材料拉力试验机、钢筋划线机、弯曲试验机、游标卡尺。第30页/共44页建筑钢材的检验方法二二、钢材的检验方法、钢材的检验方法 钢筋拉伸试验钢筋拉伸试验 钢筋弯曲试验钢筋弯曲试验1 1、钢筋拉伸试验、钢筋拉伸试验 对钢筋做拉伸试验，可以求得钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率三个指标。（作为评定钢筋强度等级的主要技术指标） 试试样原始标距的标记样原始标距的标记 1 1）比例试样 比例标距 试样标距L0与横截面积S

23、0存在如下关系 （修约到5mm的倍数） 短比例试样 K取5.65 L0=5d 长比例试样 K取 11.3 L0=10d 2 2）非比例试样非比例标距 L0与S0不存在固定关系（固定数值不修约） 3 3）原始标距的标记原始标距的标记 -两个或一系列等分小冲点或细划线标出。 00LkS第31页/共44页比例试样比例试样 短比例试样短比例试样（L0=5d）： 钢筋混凝土用钢 热轧光圆钢筋（GB 1499.1-2008） 热轧带肋钢筋（GB 1499.2-2007） 长比例试样长比例试样（L0=10d） ： 冷轧带肋钢筋中的CRB550牌号 非比例试样非比例试样 冷轧带肋钢筋中的CRB650、CRB8

24、00、CRB970 牌号，要求原始标距 L0=100mm第32页/共44页数值修约数值修约 四舍六入五考虑 五后非零应进一 五后皆零视奇偶 五前为偶应舍去 五前为奇应进一第33页/共44页原始标距 L000000000 L =kS 5mm4 5.65554 11.31010SLSdSLSd比例试样（修约到的倍数）短比例长比例0 Lxxmm非比例试样（固定数值，不修约）第34页/共44页 拉伸性能的测定拉伸性能的测定 屈服强度屈服强度RelRel 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

25、动的最低值。 抗拉强度（抗拉强度（R Rm m) ) 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 ) 。 断后伸长率断后伸长率(A)(A)的测定的测定 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，按式计算断后伸长率。e0Re llFS0mmFRS00100%uLLAL第35页/共44页建筑钢材的检验方法建筑钢材的检验方法性能测定结果数值修约（GB/T 228-20022N/mm性

26、 能范 围修约间隔 200 1 200 -1000 5 1000 10A（断后伸长率）0.5%2N/mm2N/mm2N/mm2N/mm2N/mm2N/mmeHeLPmR,R,R ,R 2GB 1499.2-2007 A 1%钢筋混凝土用钢 第 部分：热轧带肋钢筋（） 修约间隔5的倍数修约 2.5 舍去 2.5 7.5 修约为5 7.5 进100.5的倍数修约 0.25 舍去 0.25 2001000N/mm2 修约间隔 5 N/mm2 1000N/mm2 修约间隔10 N/mm22014Sd第39页/共44页22O12125.65 15.651S =d =201.1mm 580473.61000365.987365201.174.31000369.467370201.199.81000496.270495201.1101.21000503.232505201.198.0080100%22%80OeLeLmmLdmmRMPaRMPaRMPaRMPaAA解：299.0080100%24%80第40页/共44页 建筑钢材复习题建筑钢材复习题