5建筑钢材课件课件

1、第五章 建筑钢材51 概 述一、钢及其特性钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性和抗冲击能力；工艺性能良好(可焊），易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差，维修费用高。二、建筑钢材的主要品种1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。二、建筑钢材的主要品种2.线材如钢筋、钢丝等。二、建筑钢材的主要品种3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。二、建筑钢材的主要品种4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板三、钢的分类1

2、.按冶炼方法分沸腾钢：脱氧不完全，钢水浇注后，产生大量CO气体逸出，引起钢水沸腾。结构不致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，质量差，成本低。可用于一般建筑结构。钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢三、钢的分类 镇静钢：脱氧充分，铸锭时无气泡，在锭模内平静凝固。组织致 密，化学成分均匀，机械性能好，质量好，成本高。可用于承受冲击荷载的结构和预应力混凝土中。 半镇静钢：脱氧程度及刚的质量介于沸腾钢和镇静钢之间。 化学偏析：在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分

3、在钢锭截面上分布不均匀。其中尤以硫磷偏析最严重，偏析现象对钢的质量影响很大。2.按质量分 按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。三、钢的分类3.按化学成分分4.按用途分 分为结构钢（建筑钢、机械钢） 、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等）。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C0.25%C=0.25%0.60C0.60合金总含量5%5%1010三、钢的分类5.按压力加工分： 热加工热加工：将钢锭加热至塑性状态，再施加压力改变其形状，并使钢 锭内部的气泡焊合，疏松组织密实。 可使钢锭轧制成各种型钢、钢筋，提高了钢的强度和质量。通常碾压的次数越

4、多，钢的强度越大。 冷加工冷加工：钢材在常温下进行的压力加工。 冷加工方式很多，有冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冲压、挤压等。冷轧可轧出厚度很薄、表面光洁度较高的钢板。 建筑中，常用冷拉、冷拔来提高钢材的强度和硬度。52 建筑钢材的主要性能 标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0l 非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段一、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能0钢材拉伸过程的-图OA弹性阶段AB屈服阶段BC强化阶段CD颈缩阶段A0SB0CDFB上上屈服点B下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程0钢材拉伸弹性阶段示意图AS0弹性阶段p

5、比例极限，MPa。ppp弹性极限，MPa。注：由于A、S两点相距较近，一般认为p=p。弹性模量E= / ，反映钢材抵抗弹性变形的能力。0 钢材拉伸屈服阶段示意图AS0B下B上BSB下B上B屈服阶段放大后s屈服强度（屈服点） s= Fs/AO0 钢材拉伸强化阶段示意图AS0B下B上BC强化阶段bb 抗拉强度或强度极限。极限抗拉强度 b= Fb/AO屈强比=屈服强度/抗拉强度=s / b反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。 抗拉强度在结构构件中不能够完全利用。 屈强比越小，结构安全可靠程度越高，若取值过小，说明材料的利用率偏低，安全储备过高，造成钢材的浪费。 建筑结构钢合理的屈强比通常为0.60-

6、0.75屈强比 0D钢材拉伸颈缩阶段示意图AS0B下B上BCCD颈缩阶段（2）拉伸过程的参数强度指标屈服强度：抗拉强度：屈强比=屈服强度/抗拉强度0AFss0AFbb（2）拉伸过程的参数塑性指标 伸长率： 衡量高才塑性的指标。 越大，钢材的塑性越好，强度较低。 好处：钢材具有一定得塑性变形能力，可以保证应力重新分布（可将结构上超过屈服点的应力重新分布），避免应力集中，从而提高结构中钢材的安全性，避免结构过早破坏。 标距 ：塑性变形在标距内分布不均，颈缩处变形最大。 原标距/直径 比值越小，说明颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重越大，得到的伸长率就越大%100001lll2.硬钢（高碳钢）的拉伸性

7、能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。0A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。二、冲击韧性定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值k表示。k 越大，则冲击韧性越好。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。二、冲击韧性冷脆性：冲击韧性随温度

8、降低而降低。开始时下降缓慢，在达到一定温度时，突然下降很多，呈脆性，称为钢材的冷脆性。此时温度称为脆性临界温度（即脆性转变温度范围）。脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好。时效;钢材随时间的延长而表现出强度提高、塑性和冲击韧性下降的现象。 时效过程可达数十年。钢材经冷加工或使用中受振动和反复荷载作用，时效可迅速发展。时效敏感性：因时效导致钢材性能改变的程度。 对于受动荷载和冲击荷载的重要结构，应选用时效敏感性小的钢材。疲劳强度疲劳破坏：钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于抗拉强度的情况下突然破坏。钢材的疲劳破坏指标：疲劳强度（疲劳极限）。疲劳极限：试件在交变应力的作用下，不发生

9、疲劳破坏的最大应力。疲劳破坏过程：疲劳破坏是拉应力引起的。先在局部形成微裂纹，在裂纹尖端产生应力集中使得裂纹迅速开展直至钢材断裂。疲劳强度影响因素: 化学偏析、非金属夹杂物、最大应力处的表面光洁度、加工损伤、钢构件截面变化、内应力大小等。硬度硬度：金属材料抵抗硬物压入表面局部体积的能力。钢材硬度：压入法。以一定静荷载（压力），通过压头压在金属表面，然后测定压痕的面积和深度来确定硬度布氏硬度：用直径为D的淬火钢球以P（N)的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸荷，即得直径为d（mm）的压痕，以荷载P/压痕表面积F，所得应力值为试件的布氏硬度值HB，以数字表示，不带单位。钢材的HB值与抗拉强

10、度有关系：材料的强度越高，抵抗塑性变形的能力越强，硬度值越大。碳素钢：HB175时，b3.6HB HB175时，b3.5HB 因此，可在钢结构上测出钢材的HB值，估算该钢材的b。三、工艺性能1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90或180）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹、裂断火分层则冷弯合格。 通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。三、工艺性能2.可焊性 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是

11、否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。可焊性焊接过程特点：在短时间内达到很高温度，金属融化的体积很小，由于金属传热快，故冷却速度也快。因此，在焊件中常产生复杂的、不均匀的反应和变化，存在剧烈的膨胀和收缩，易产生变形、内应力、裂缝。钢筋焊接应注意的问题： 冷拉钢筋应在冷拉之前焊接 焊接前，焊接部位应清除铁锈、熔渣、油污等 避免不同国家的钢筋焊

12、接在一起四、钢材的冷加工强化和时效1.冷加工强化 冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工，产生一定塑性变形，屈服强度、硬度提高，塑性、韧性及弹性模量降低。 建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。 对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。 四、钢材的冷加工强化和时效2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。 自然时效是将其冷加工后，在常温下放置1520d； 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。 通常，强

13、度较低的钢材宜采用自然时效，强度较高的钢材则应采用人工时效。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。 53 建筑钢材的钢种及牌号 一、碳素结构钢（非合金钢）1.牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号（四级）、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；如：Q235AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。 2.牌号共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。3.技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。一、碳素结构钢（非合金钢）4.应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于

14、轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。二、低合金高强度结构钢 1.牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。 2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3.技术要求其化学

15、成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定二、低合金高强度结构钢4.应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。 54 钢 筋 一、热轧钢筋1.生产 采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。2.分类 钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种

16、。 3.牌号 热轧直条光圆钢筋 ：HPB235 热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500 H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。 推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20 ；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm 一、热轧钢筋4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能 应符合下表的规定。表面形状强度等级代号公称直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%冷弯d弯心直径a钢筋公称直径不小于光圆HPB23582023537025180d=a月牙肋HRB335625285033549016180

17、d=3a180d=4aHRB400625285040057014180d=4a180d=5aHRB500625285050063012180d=6a180d=7a一、热轧钢筋5、应用热轧光圆钢筋（HPB235 ）：强度低，塑性&焊接性能好，便于冷加工。 普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。HRB335&HRB400：强度较高，塑性和焊接性能较好。 大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。HRB500：强度高，塑性&焊接性能较差，可用作预应力钢筋。二、低碳热轧圆盘条1.概述低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆

18、或线材。2.分类按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。 3.牌号低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。 二、低碳热轧圆盘条4.力学性能和工艺性能 5.应用大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。 牌 号力学性能冷弯试验180d=弯心直径a=试样直径屈服点s，MPa抗拉强度b，MPa伸长率5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 三、冷轧带肋钢筋 1.生产冷轧带肋钢筋由低碳钢热轧圆盘条

19、经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。 3.规格直径范围为412mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm 三、冷轧带肋钢筋4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定 。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。 四、热处理钢筋 1.概述 热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，均有横肋。其外形分别见右图。代号为RB150。2.规格 公称直径6、8.2、10mm。3.牌号 有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个 。有纵肋无纵肋四、热处理钢筋4.力学性能5.特点及应用 热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。 但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋 。预