《建筑材料》第二十二次课(第七章)

1、建筑材料教案 第七章 金属材料钢材建筑工程系建筑工程系主讲教师：李棱雪主讲教师：李棱雪7.3 钢材的冷加工、时效及热处理钢材的冷加工、时效及热处理7.3.1 冷加工冷加工 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等，使将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性，这个过程称为冷加工强化处理。韧性，这个过程称为冷加工强化处理。n冷拉是将钢筋拉至应冷拉是将钢筋拉至应力力-应变曲线的强化应变曲线的强化阶段内任一点阶段内任一点K处，处，然后缓慢卸去荷载，然后缓慢卸去荷载，当再度加载时，其屈当再度加载时，其屈服点将有所提高，塑

2、服点将有所提高，塑性变形能力将有所降性变形能力将有所降低。钢筋经冷拉后，低。钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高一般屈服点可提高20%25%。将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，使之将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，使之不仅受拉、而且受挤压以提高强度。每次冷拔不仅受拉、而且受挤压以提高强度。每次冷拔断面缩小应为断面缩小应为10%以下，可多次冷拔以下，可多次冷拔n在这个过程中，强度可提高在这个过程中，强度可提高40-60%，效果好，效果好于冷拉于冷拉,但失去软钢的塑性和韧性，但失去软钢的塑性和韧性，n而具有硬钢的特点。而具有硬钢的特点。注意：注意：冷拔钢丝冷拔钢丝屈强比屈强比较大，相应的安全储较大，

3、相应的安全储备较小。备较小。n冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规冷轧是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋，可以提高其强度及与混凝土的则的钢筋，可以提高其强度及与混凝土的粘接力。钢筋在冷轧时，纵向与横向同时粘接力。钢筋在冷轧时，纵向与横向同时产生变形，因而能较好地保持其塑性和内产生变形，因而能较好地保持其塑性和内部结构的均匀性。部结构的均匀性。 冷加工的特点：冷加工的特点： 提高屈服强度，但塑性变形降低。提高屈服强度，但塑性变形降低。冷加工的目的：冷加工的目的： 经过冷加工的钢材，可适当减小钢筋混凝土结构经过冷加工的钢材，可适当减小钢筋混凝土结构设计截面，或减小混凝土中配筋数量，从而达到节

4、约设计截面，或减小混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材的目的。具有明显的经济效益。钢材的目的。具有明显的经济效益。总总 结结 将经过冷拉的钢筋于将经过冷拉的钢筋于常温下存放常温下存放151520d20d， 或或加热到加热到100100200200，并保持，并保持2h2h左右，左右， 这个过程称为时效处理。这个过程称为时效处理。自然时效自然时效人工时效人工时效7.4.2 7.4.2 时效处理时效处理n作用作用: 钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，抗拉强度也有提高，塑性、韧性有进一步提高，抗拉强度也有提高，塑性、韧性有所降低。所降低。 时效过程中应力

5、的消减时效过程中应力的消减, 弹性模量可基本恢复。弹性模量可基本恢复。n时效敏感性时效敏感性因时效而导致性能改变的程度。因时效而导致性能改变的程度。故动荷载重要结构，选用时效敏感性故动荷载重要结构，选用时效敏感性 的钢材。的钢材。小小建筑钢材的冷加工与时效建筑钢材的冷加工与时效n意义：意义：可提高强度，冷拉后屈服强度可提高可提高强度，冷拉后屈服强度可提高20%30%，时效处理后还可使抗拉强度提高。，时效处理后还可使抗拉强度提高。可节约钢材可节约钢材20%30%。对于受动荷载或。对于受动荷载或经常处于中温条件工作的钢结构，如桥梁、经常处于中温条件工作的钢结构，如桥梁、钢轨、锅炉等，为避免过大脆性

6、，出现突钢轨、锅炉等，为避免过大脆性，出现突然断裂，要求采用时效敏感小的钢材。然断裂，要求采用时效敏感小的钢材。习题习题n1.某厂生产钢筋混凝土梁，配筋需用冷拉钢筋，某厂生产钢筋混凝土梁，配筋需用冷拉钢筋，但现有冷拉钢筋不够长，因此将此钢筋对接焊接但现有冷拉钢筋不够长，因此将此钢筋对接焊接加长使用？错加长使用？错n2.钢筋经冷拉及时效处理后，其性质将产生变化钢筋经冷拉及时效处理后，其性质将产生变化的是的是_ADE_。nA.屈服强度提高屈服强度提高 B.塑性提高塑性提高 nC.冲击韧性降低冲击韧性降低 D.抗拉强度提高抗拉强度提高 nE.塑性降低塑性降低 7.4 建筑工程用钢材的标准与选用建筑工

7、程用钢材的标准与选用n7.4.1建筑工程常用钢种建筑工程常用钢种 低合金结构钢低合金结构钢碳素结构钢碳素结构钢1.普通碳素结构钢（非合金钢）普通碳素结构钢（非合金钢）牌号表示法牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；如：如：Q235AF表示为屈服点不小于表示为屈服点不小于235MPa的的A级沸腾钢。级沸腾钢。 牌号牌号共有共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个五个牌号。牌号。技术要求技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合化学成分、力学性能、冷弯

8、性能应符合GB700规定。规定。应用应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板性、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。和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。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。栓连接的结构及加工机械零件。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性，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。常和焊接等性能得到很

9、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、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，广泛地应用于建角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。筑工程中。说明说明Q235AF和和Q235号钢在号钢在性能上有何区别？性能上有何区别？nQ235AF和和Q235D均为均为235碳素结构钢，碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。表现在质量等级和脱氧程度上。n1）按硫、磷含量多少来衡量，）按硫、磷含量多少来衡量，Q235D磷、硫磷、硫含量均少于含量均少于Q235AF, 质

10、量较好。质量较好。n2）按脱氧程度衡量）按脱氧程度衡量Q235D为镇静钢，质为镇静钢，质量最好，量最好，Q235AF 为沸腾钢。为沸腾钢。n3）Q235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而静荷载的结构。而Q235D可适用于动荷载作用可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。或处在低温环境下的工作条件。思考题n钢支架的钢材选用钢支架的钢材选用华北某厂需焊接一座露天需承受动荷载的钢华北某厂需焊接一座露天需承受动荷载的钢支架，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为支架，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为80 mm，Q235抗拉强度已可满足设计要求。三种钢抗拉强度已

11、可满足设计要求。三种钢材的价格是材的价格是。请选用。请选用。、Q235AF 、Q235Ab、Q235C分析nQ235AF为沸腾钢，其内部杂质和夹杂物较多，为沸腾钢，其内部杂质和夹杂物较多，化学成分和力学性能不均匀抗冲击韧性特别是低化学成分和力学性能不均匀抗冲击韧性特别是低温冲击韧性差，可焊性差不宜用于承受动荷载的温冲击韧性差，可焊性差不宜用于承受动荷载的焊接钢结构。焊接钢结构。nQ235Ab为半镇静钢，性能虽优于为半镇静钢，性能虽优于Q235AF，但，但焊接结构应保证碳的极限含量，而焊接结构应保证碳的极限含量，而Q235A钢的含钢的含碳量是不作为交货条件的，一般不用于焊接结构。碳量是不作为交货

12、条件的，一般不用于焊接结构。另外，厚度较大的钢材塑性及冲击韧性及焊接性另外，厚度较大的钢材塑性及冲击韧性及焊接性能一般较差，选用厚度较大的焊接钢结构应选用能一般较差，选用厚度较大的焊接钢结构应选用材质较好的钢。材质较好的钢。 2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢（1 1）牌号）牌号 三部分表示：三部分表示：含碳量、含锰量标著、脱氧程度代号。含碳量、含锰量标著、脱氧程度代号。 前两位数字表示平均含碳量的前两位数字表示平均含碳量的万分数万分数；有；有“含锰量标著含锰量标著”指较高含锰量，无指较高含锰量，无“含锰量标著含锰量标著”指普通含锰量；大部分为镇静钢。指普通含锰量；大部分为镇静钢。如：如：45M

13、n 45Mn 表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.45%0.45%，较高含锰量，较高含锰量的镇静钢。的镇静钢。 30 30 表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.30%0.30%，普通含锰量的，普通含锰量的镇静钢。镇静钢。（2 2）优质碳素结构钢的选用）优质碳素结构钢的选用 30304545号钢：号钢：用于重要结构的钢铸件、高强度螺用于重要结构的钢铸件、高强度螺栓。栓。 4545号钢：号钢：用作预应力混凝土锚具。用作预应力混凝土锚具。 65658080号钢：号钢：用于生产预应力混凝土用钢丝和钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。绞线。3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号表示方法牌号表示方

14、法由代表屈服点的拼音字母（由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、）、屈服点数值、质量等级符号（质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按）三部分按顺序组成。顺序组成。如如Q345A表示屈服点不小于表示屈服点不小于345MPa的的A级钢。级钢。 牌号牌号共有共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个五个牌号。牌号。技术要求技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定的规定应用应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不，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。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主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。程结构。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、，综合力学性能好，焊接性能、冷热