第8章建筑钢材课件

1、上上海海宝宝山山钢钢铁铁厂厂8.1 钢的冶炼和分类钢的冶炼和分类 建筑钢材（定义）：是以建筑钢材（定义）：是以铁铁为主要元素，含为主要元素，含碳碳量为量为0.02%2.06%，并含有其他元素的合，并含有其他元素的合金材料。金材料。 优点：抗拉、抗压和抗冲击性能好，可切割、优点：抗拉、抗压和抗冲击性能好，可切割、可焊接、可铆接，装配方便。可焊接、可铆接，装配方便。 缺点：容易生锈，耐火性差。缺点：容易生锈，耐火性差。钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种v1.型钢型钢

2、简单截面型钢：圆钢、简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角方钢、六角钢、八角钢等；钢等；复杂截面型钢：工字复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢钢、角钢、槽钢、钢轨等。轨等。建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种2.线材线材如钢筋、钢丝等。如钢筋、钢丝等。建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种v3.管材管材 无缝钢管、焊接无缝钢管、焊接钢管等。钢管等。建筑钢材的主要品种建筑钢材的主要品种4.板材板材光面钢板、花纹光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板、彩色涂层钢板等。钢板等。8.1.1 钢的冶炼钢的冶炼1钢的生产分为以下两步钢的生产分为以下两步 (1)炼铁炼铁 铁矿砂在熔炉（高炉）中提炼的过程为炼铁矿砂在

3、熔炉（高炉）中提炼的过程为炼铣。铣。 (2)炼钢炼钢白口铁白口铁液态生铁液态生铁吹入空气或氧气吹入空气或氧气钢钢浇注成钢锭浇注成钢锭脱脱 氧氧熔融v根据炼钢设备的不同，常用的炼钢方法有根据炼钢设备的不同，常用的炼钢方法有氧氧气转炉法气转炉法、平炉法平炉法、电炉法电炉法。v氧气转炉炼钢法氧气转炉炼钢法。氧气转炉法是以熔铁水为。氧气转炉法是以熔铁水为原料，用纯氧代替空气由炉顶向转炉内吹入原料，用纯氧代替空气由炉顶向转炉内吹入高压氧气，能有效的去除磷、硫等杂质，使高压氧气，能有效的去除磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，而成本却较低。钢的质量显著提高，而成本却较低。v平炉炼钢法平炉炼钢法。以固体或液体

4、生铁、铁矿石或。以固体或液体生铁、铁矿石或废钢为原料，用煤气或重油进行冶炼。废钢为原料，用煤气或重油进行冶炼。v电炉炼钢法电炉炼钢法。电炉炼钢法是以生铁或废铁为。电炉炼钢法是以生铁或废铁为原料，利用电能顺速加热进行炼钢。原料，利用电能顺速加热进行炼钢。氧气氧气转炉法转炉法平炉炼钢法平炉炼钢法电炉炼钢法电炉炼钢法8.1.2 钢的分类钢的分类合金钢合金钢 碳素钢碳素钢按化学成分分按化学成分分 沸腾钢沸腾钢,F半镇静钢半镇静钢,B 镇静钢镇静钢,Z特殊镇静钢特殊镇静钢,TZ按脱氧程度分按脱氧程度分8.2 8.2 建筑钢材的技术性能建筑钢材的技术性能 建筑钢材的技术性能建筑钢材的技术性能力学性能力学性

5、能工艺性能工艺性能化学性能化学性能抗拉性能抗拉性能塑性塑性冲击韧性冲击韧性耐疲劳性耐疲劳性冷弯性能冷弯性能焊接性能焊接性能8.2.1 力学性能力学性能1.抗拉性能抗拉性能 抗拉伸是建筑钢材的主要工作形式，所以抗拉性能是表示钢材性抗拉伸是建筑钢材的主要工作形式，所以抗拉性能是表示钢材性能和选用钢材的重要指标。能和选用钢材的重要指标。标准试件标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0 A0d0头部头部工作段l非标准试件非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。不经过加工，直接在线材上切取的试件。低碳钢的受拉过程分为四个阶段低碳钢的受拉过

6、程分为四个阶段0LLAF弹性阶段弹性阶段OAOA屈服阶段屈服阶段ABAB强化阶段强化阶段BCBC颈缩阶段颈缩阶段CDCDABCD低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图O一、弹性阶段一、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。 弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。 A点对应点对应的应力。的应力。l图形的特点：图形的特点：l 试件的特点试件的特点：l计算的指标计算的指标：弹性极限弹性极限tgE:p0LLOAF低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pABCD二、屈服阶

7、段二、屈服阶段AB 一条波动的曲一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加线，应力增加很小，而应变增加很大。很大。 所能承受的拉所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点）屈服强度（也叫屈服点） 点对应的应力。点对应的应力。l图形的特点图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：屈服屈服。:sAFss0LLAF低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pCDBB上上B下下s三、强化阶段三、强化阶段BC 一段上升的曲线。一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新抵抗塑性变形的能力又重

8、新提高提高抗拉强度抗拉强度 l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标计算的指标：AFbb强化。强化。:bC点对应的应力。AF低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pCB上上B下下sb0LL四、颈缩阶段四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。，直到断裂。伸长率伸长率： l图形的特点图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：颈缩颈缩%100001LLLAF0LLOApACDBB上上B下下sbL1L0三个重要的指标三个重要的指标1.1.屈

9、服强度屈服强度s s 结构设计中钢材强度取值的依据结构设计中钢材强度取值的依据2.2.抗拉强度抗拉强度b b 钢材所能承受的最大应力钢材所能承受的最大应力 屈强比屈强比 屈强比，利用率屈强比，利用率 ，安全可靠程度，安全可靠程度3.3.伸长率伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好说明钢材的塑性越好 bs%100001LLLAF0LLOpCDB上上B下下sb2、塑性、塑性 建筑钢材应具有很好的塑性。钢材的塑性建筑钢材应具有很好的塑性。钢材的塑性通常用通常用伸长率伸长率和和断面收缩率断面收缩率表示。表示。 3 、冲击韧性、冲击韧性钢材的冲击韧性钢材的冲击韧性是指

10、钢材抵抗冲击荷载而是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。不被破坏的能力。冲击韧性性冲击韧性性随温度的降低而下降随温度的降低而下降，当达到，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种形制为钢材的这种形制为钢材的冷脆性冷脆性。 4、 耐疲劳性耐疲劳性 受交变荷载反复作用时，刚才在应力低受交变荷载反复作用时，刚才在应力低于其屈服强度的情况下于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂突然发生脆性断裂破坏破坏的现象，称为的现象，称为疲劳破坏疲劳破坏。 在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。随应力循环次数的增加

11、而降低。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至于引钢材在无穷次交变荷载作用下而不至于引起断裂的起断裂的最大循环应力值最大循环应力值，称为，称为疲劳强度疲劳强度极限极限。一般来说，钢材的一般来说，钢材的抗拉强度高抗拉强度高，其，其疲劳极疲劳极限值也较高限值也较高。 8.2.2 8.2.2 工艺性能工艺性能v1、冷弯性能冷弯性能 v2、焊接性能焊接性能v3、冷加工性能及时效处理冷加工性能及时效处理 1、冷弯性能冷弯性能 v冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力形的能力，是钢材的重要工艺性能是钢材的重要工艺性能。v指标指标：弯曲弯曲角度角度、弯心直径弯心直径钢筋冷弯钢

12、筋冷弯冷弯试验冷弯试验试验时采用的试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高能的要求愈高。冷弯检验是：按规定的弯曲角度和弯心直径进冷弯检验是：按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲后，检查行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发试件弯曲处外面及侧面不发生裂缝、断裂或起层生裂缝、断裂或起层,即认为冷弯性能合格即认为冷弯性能合格。v冷弯冷弯是钢材是钢材处于不利变形条处于不利变形条件下件下的塑性的塑性，而，而伸长率伸长率则是则是反映钢材反映钢材在均匀变形下在均匀变形下的塑的塑性。性。v因此，冷

13、弯是对钢材塑性更因此，冷弯是对钢材塑性更严格的检验，它能严格的检验，它能揭示揭示钢材钢材是否存在内部组织不均匀、是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。冷内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验对焊接质量也是一种弯试验对焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在未熔合、微裂受弯表面存在未熔合、微裂纹及夹杂物等缺陷。纹及夹杂物等缺陷。 2、焊接性能焊接性能v焊接焊接是把两块金属局部加热，并使其接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔状态，而老牢缝部分迅速呈熔融或半熔状态，而老牢固连接起来。它是钢结构主要的连接形固连接起来。它是钢结构主要的连接形式。式。

14、v钢材的焊接性能（定义）钢材的焊接性能（定义）v钢材的钢材的化学成分化学成分对钢材的焊接性有很大对钢材的焊接性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂杂质元素含量的提高，钢材的可焊性杂杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低降低。3、冷加工性能及时效处理冷加工性能及时效处理（1）.冷加工强化冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过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屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷拉、冷拔、冷轧、刻痕冷轧、刻痕等等 。对钢材进行冷加

15、工的目的，主要是对钢材进行冷加工的目的，主要是利利用时效提高强度用时效提高强度，利用塑性节约钢材利用塑性节约钢材，同同时也达到调直和除锈的目的时也达到调直和除锈的目的。3、冷加工性能及时效处理冷加工性能及时效处理（2）.时效时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，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而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效时效。时效分为时效分为自然时效自然时效和和人工时效人工时效两种。两种。v自然时效是将其冷加工后，在常温下放自然时效是将其冷加工后，在常温下放置置1520d；v人工时效是将冷加工后的钢材加热至人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200保

16、持保持2h以上。以上。经过时效处理后的钢材，其经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高拉强度及硬度都将提高，而，而塑性和韧性降塑性和韧性降低低。 8.2.3 钢材钢材成分对性能的影响成分对性能的影响v（1）钢材化学成分）钢材化学成分 以生铁冶炼钢材，经过一定的工艺处以生铁冶炼钢材，经过一定的工艺处理后，钢材中除主要含有理后，钢材中除主要含有铁铁和和碳碳外，还外，还有少量有少量硅、锰、磷、硫、氧、氮硅、锰、磷、硫、氧、氮等难以等难以除净的化学元素。除净的化学元素。另外，在生产合金钢的工艺中，为了改善另外，在生产合金钢的工艺中，为了改善钢材的性能，还钢材的性能，还特意加

17、入一些化学元素特意加入一些化学元素，如锰、硅、矾、钛等。如锰、硅、矾、钛等。化学成分化学成分有益因素有益因素锰锰硅硅化学成分化学成分有害因素有害因素硫硫磷磷 氧、氮、氧、氮、氢氢8.38.3建筑钢材的种类和选用建筑钢材的种类和选用 建筑工程用钢可分为建筑工程用钢可分为钢结构用钢钢结构用钢和和钢筋混钢筋混凝土结构用钢凝土结构用钢两类，前者采用型钢和钢板，两类，前者采用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝。后者主要采用钢筋和钢丝。 钢结构用钢的母材主要有钢结构用钢的母材主要有碳素结构钢碳素结构钢、优优质碳素结构钢质碳素结构钢和和低合金结构钢低合金结构钢三种。薄壁轻三种。薄壁轻钢结构中主要采用薄壁型钢

18、、圆钢、和小角钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢、和小角钢。钢结构用钢常见的类型有热轧钢型钢、钢。钢结构用钢常见的类型有热轧钢型钢、冷弯薄壁型钢、棒材、和板钢。冷弯薄壁型钢、棒材、和板钢。8.3.1 8.3.1 碳素结构钢碳素结构钢1 1、碳素结构钢牌号及其表示方法、碳素结构钢牌号及其表示方法代表屈服点的字母代表屈服点的字母屈屈 服服 点点 名名 称称质质 量量 等等 级级 符符 号号牌号组成牌号组成脱脱 氧氧 程程 度度 符符 号号v共有共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五五个牌号。个牌号。v根据国家标准根据国家标准GB700-88的规定，碳素结构钢的规定，碳素结构钢按屈服点分

19、为按屈服点分为五五个牌号，个牌号，当牌号增大时，钢当牌号增大时，钢材的含碳量提高，强度提高，伸长率降低，材的含碳量提高，强度提高，伸长率降低，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。v同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如如Q235C、Q235D级优于级优于Q235A、Q235B级。级。 2.碳素结构钢技术性能与应用碳素结构钢技术性能与应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等

20、。制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和，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、成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，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。连接的结构及加工机械零件。8.3.2 8.3.2 低合

21、金高强度结构低合金高强度结构钢钢1.牌号表示方法牌号表示方法共有共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五五个牌号。个牌号。牌号组成牌号组成屈服点屈服点字母字母Q屈服点屈服点数值数值质量质量等级等级2 2、低合金高强度结构低合金高强度结构钢的钢的性能及应用性能及应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，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。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，综合力学性能好，焊

22、接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较，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。求强度高、荷载大的轻型结构。8.3.3 钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢v1、热轧钢筋、热轧钢筋v2、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋v3 3、热处理钢筋热处理钢筋v4 4、预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝v5 5、预应力混凝

23、土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线1、热轧钢筋、热轧钢筋1.生产生产采用钢锭经加热轧制自然采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。冷却而成。2.分类分类钢筋混凝土用热轧钢筋分钢筋混凝土用热轧钢筋分为为光圆钢筋光圆钢筋和和带肋钢筋带肋钢筋两两种。种。 3.牌号牌号热轧直条光圆钢筋热轧直条光圆钢筋 ：HPB235热轧带肋钢筋：热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500 H、R、B分别为分别为热轧热轧（Hotrolled）、）、带肋带肋（Ribbed）、）、钢筋钢筋（Bars）三）三个词英文首位字母。个词英文首位字母。 推荐公称尺寸：推荐公称尺寸：光圆：光圆：8、10、12、16、20 ；带肋：带肋

24、：6、8、10、12、16、20、25、32、40和和50mm 2.2.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋1.生产生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条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。后允许进行低温回火处理。2.牌号牌号按抗拉强度分为按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。共五个牌号。 3.规格规格直径范围为直径范围为412mm，推荐的公称直径为，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm 2.2.冷轧带肋钢筋冷轧带肋

25、钢筋4.力学性能和工艺性能力学性能和工艺性能应符合应符合GB13788的相关规定的相关规定 。5.应用应用冷轧带肋钢筋用于冷轧带肋钢筋用于非预应力构件非预应力构件，与热轧圆盘条，与热轧圆盘条相比，强度提高相比，强度提高17%左右，可节约钢材左右，可节约钢材30%左右；左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，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。预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。 3.3.热处理钢筋热处理钢筋1.概述概述热处理钢筋是经过淬火和热处理钢筋

26、是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。回火调质处理的螺纹钢筋。分分有纵肋有纵肋和和无纵肋无纵肋两种，两种，其外形分别见右图。代号其外形分别见右图。代号为为RB150。2.规格规格公称直径公称直径6、8.2、10mm。3.牌号牌号 有有40Si2Mn、48Si2Mn和和45Si2Cr三个三个 。3.3.热处理钢筋热处理钢筋4.力学性能力学性能5.特点及应用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，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。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但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产

27、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等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋 。预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能 4 4、预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝1.生产生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。 2.分类分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。3.力学性能力学性能应符合相应标准规定。应符合相应标准规定。钢丝钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋 。5 5、预应力混凝土用预应力混凝土用钢绞线钢绞线1.生产生产由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。回火处理消除内应力。2.规格规格钢绞线钢绞线按应力松弛性能按应力松弛性能分为两级：分为两级：级松弛（代号级松弛（代号）、级松弛（代号级松弛（代号）。公称直径有。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。三种规格