建筑材料培训课件建筑钢材08

1、资料员专业基础知识建筑钢材重难点以及授课方法 2各部分的重难点以及授课方法（6）建筑钢材 考纲要求：掌握建筑钢材的主要性能 了解建筑钢材常用的品种 了解钢材的验收检验与保管措施 重点内容： 建筑钢材的力学性能和工艺性能、钢材的冷加工与时效、常用建筑钢 材技术标准与选用、钢材的验收检验。 难点内容：钢材的力学性能、钢材的技术标准与选用。 授课方法：教师可通过多媒体首先介绍钢材的基本知识入手，并结 合钢材实物演示实验使学生掌握钢材在建筑工程应用中应具备怎样的力 学与工艺性能，同时懂得钢材力学性能与工艺性能指标是工程中钢材质 量合格性检验的主要依据。然后通过对常用建筑钢材牌号与技术要求的 区别比较使

2、学生能根据建筑工程实际特点合理选用、验收与保管钢材。一、建筑钢材的冶炼与分类二、建筑钢材技术性能三、建筑钢材常用的品种及应用11月10日,世界高层建筑学会“2013年度高层建筑奖”评在美国芝加哥揭晓。中央电视台新址大楼获得最高奖全球最佳高层建筑奖。“911”事件学习要求建筑钢材是主要的建筑材料之一，其力学性能、工艺性能、冷加工是学习的重点和难点。钢结构用钢和混凝土结构用钢筋是建筑工程使用最广的两大类钢材，在学习时，要能综合他们的各项技术性能指标，根据工程实际情况作出合理选材。学习要求任务8.1 钢材的基本知识现代建筑工程中大量使用的钢材主要有两类，一类是钢筋混凝土用钢材；另一类则为钢结构用钢材

3、建筑钢材具有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载；一、建筑钢材的类型型材板材线材管材角钢工字钢槽钢方钢吊车轨钢板桩薄板厚板钢筋钢丝钢绞线钢管、排水管道等。二、建筑钢材的应用重型工业厂的屋架、吊车梁；大跨度房屋结构；大跨度桥梁；多层、高层房屋的梁架；移动式结构；轻型结构；在抗震要求比较高的地方。三、建筑钢材的特点优点缺点承载力高而重量较轻；材质均匀、致密，可靠性高；钢材的塑性和韧性好；加工性能好，便于安装；耐热性较好。易锈蚀；耐火性差；能耗大、成本高；特点四、钢的生产钢的生产钢的铸锭钢的压力加工钢的生产过程钢的生产方法铸锭脱氧处理化学偏析热加工冷加工氧气转炉法空气转炉法平炉炼钢法

4、电炉炼钢法炼钢生铁+氧生铁矿生铁FeO、Fe2O3钢Fe2O3高炉中高温、加C（燃料）、石灰石等溶剂Fe，含C、S、P等有害元素，硬而脆、塑性差、抗拉强度差。C+O2 CO2S+O2 SO2P+O2 P2O5加氧脱氧C、S、P等元素含量减少，技术性能及质量比生铁好的多。钢的生产过程示意图返回比重较大，生成矿渣加 Mn、Si任务8.1 钢材的基本知识8.1.1 钢的分类碳素钢合金钢按化学成分分类 1. 按化学成分分类（）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含碳量为0.022.06。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢（含碳量小于

5、0.25）、中碳钢（含碳量为0.250.60）高碳钢（含碳量大于0.60）（）合金钢。是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢（合金元素总含量小于）中合金钢（合金元素总含量为10）高合金钢（合金元素总含量大于10）。任务8.1 钢材的基本知识8.1.1 钢的分类按炼钢过程中脱氧程度不同分类沸腾钢，代号为F镇静钢，代号为Z半镇静钢，代号为b特殊镇静钢，代号为TZ2. 按冶炼时脱氧程度分类（）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从

6、钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。（）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。（）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“”。（）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。3.

7、 按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷（）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：（）普通钢。磷含量不大于0.045；硫含量不大于0.050%。（）优质钢。 磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。（）高级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。（）特级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。结构钢工具钢按用途分类特殊钢任务8.1 钢材的基本知识2 钢的化学成分对钢材的影响用生铁冶炼钢材时，会从原料、燃料中引入一些其他元素，这些元素存在于钢材的组织结构中，对钢材的结构和性能有重要的影响一类能改善钢材的性能称为合金元素，主要有硅、锰、钛、钒和

8、铌等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质元素，主要有氧、硫、氮和磷等。1. 钢材的化学成分及对性能的影响 钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。 （1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。（2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。（）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热

9、脆性，使钢材的热加工性质改善。（）硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。 （）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。S热脆现象P冷脆现象（）氧：为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。 （）

10、氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。 （）钛：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。 （）钒：钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向。第二节建筑钢材的主要技术性能 建筑钢材的技术性能力学性能工艺性能化学性能抗拉性能冲击韧性疲劳强度硬 度冷弯性能焊接性能1.应力 2.应变3.弹性模量E= /eFFALL0L1建筑钢材的抗拉性能 E1 E2E值的大小反映了钢材抵

11、抗弹性变形的能力。一、钢材的抗拉性能钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳钢的受拉过程分为四个阶段建筑钢材的抗拉性能O弹性阶段OA屈服阶段AB强化阶段BC颈缩阶段CDABCD低碳钢受拉的应力应变图 一、弹性阶段OA 一条通过原点的直线，应力与应变成正比。 弹性弹性模量E= /e，反映钢材的刚度，是计算结构受力变形的重要指标。A点对应的应力。OA低碳钢受拉的应力应变图图形的特点： 试件的特点：计算的指标：ABCD弹性极限 二、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。 所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材

12、不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点） B点对应的应力。规范规定卸载后残余应变为0.2%时对应的应力值作为屈服强度，用 0.2表示图形的特点：试件的特点：计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上B下屈服。 屈服强度是建筑设计中钢材强度取值的依据。 三、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高极限抗拉强度 图形的特点：试件的特点：计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上B下C点对应的应力。强化。 四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率： L1-L0 L0 图形的特点：试件的特点：计算的指标：OAACD

13、BB上B下L1L0计算的指标：颈缩 三个重要的指标1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比s/b 屈强比越小，利用率越低 ，但安全可靠程度越高3.伸长率衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 OAACDBB上B下d0L0L0=5d0或10d05与10谁大思考题中碳钢、高碳钢的应力应变图规定：产生残余变形为原始标距的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，称为条件屈服强度，用0.2表示。二、冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载的能力。 定义试件ak冲击韧性。钢的化学成分;例：S、P冲击韧性冶炼及轧制质量质量冲击韧性温度温度，冲击韧性 ak影响冲击

14、韧性的因素 三、疲劳强度受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 钢材疲劳曲线示意图四、钢材的硬度硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法任务8.2 建筑钢材性能8.2.2 工艺性能工艺性能焊接性能冷弯性能是指钢材在常温下抵抗弯曲变形的能力。是各种型钢、钢板、钢筋的重

15、要连接方式。建筑工程的钢结构有90%以上是焊接结构。任务8.2 建筑钢材性能8.2.2 工艺性能图8-8 钢筋冷弯实验试件安装；(b) 弯曲90；(c) 弯曲l80；(d) 弯曲至两面重合 图8-9 钢筋冷弯规定弯曲直径弯曲角度 d/a ，表示冷弯性能越高。结论钢材的冷弯 任务8.2 建筑钢材性能8.2.2 工艺性能钢材的冷加工、时效及热处理 将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性和韧性的过程称为冷加工。 钢材经冷加工后，在常温下存放1520d，或加热到100200并保持2h左右，钢材屈服强度和抗拉强度进一步提高，而塑性和韧性逐渐降低，这个过程称为时效。

16、 将钢材按一定规则加热、保温和冷却，获得需要性能的一种工艺过程称为热处理。1、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈服点提高了，长度增加了，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。时效处理：一般常温下存放1520天，用于级钢筋（自然时效）；加热100200并保持一定时间（2h），用于、级 钢筋（人工时效）冷拉：屈服强度提高、 抗拉强度不变、 延伸率降低。时效：屈服强度进一步提高、 抗拉强度提高、 延伸率进一步降低。钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔后屈服强度可提高40%-60%。2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。效

17、果：屈服强度和抗拉强度提高； 塑性、韧性下降 ，脆性升高。 图8-10 钢筋冷拔示意图（四）钢的热处理热处理：按照一定规则加热、保温和冷却，以改变钢材组织，从而获得需要的性能的一种工艺过程。常用的方法有：淬火、回火、退火和正火加强屈服强度，降低塑性和韧性。淬火 淬火是指将钢材加热到723以上温度，经保温停留一段时间后在盐水、冷水或油中急速处理的过程。 经过淬火的钢材硬度极高，脆性大而塑性小。 对淬火处理的钢，再进行加热，冷却的过程称为回火，回火的温度低于723。其目的是、消除淬火钢件的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。回火 退火是指将钢材加热至723以上某一温度，保持相当时间后，在退

18、火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。 退火是将钢材加热到723以上某一温度，并保持相当长时间，然后在空气中缓慢冷却，则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小。正火(二)焊接性能 焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉

19、或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。任务8.2 建筑钢材性能8.2.2 工艺性能1冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行；2焊接部位应清除铁锈、熔渣和油污等；3应尽量避免不同国家的进口钢筋之间或进口钢筋与国产钢筋之间的焊接。钢筋焊接应注意的问题包括第三节建筑钢材的常用钢种8.3.1 建筑常用钢种分类碳素结构钢优质碳素结构钢低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管和钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。(一)

20、碳素结构钢的牌号表示方法随着牌号的增大钢的碳含量、抗拉强度增大，塑性、韧性、冷弯性能降低。质量等级代号：A、B、C、D屈服点数值（N/mm2）： 195、215、235、255、275钢材屈服点代号：Q脱氧程度代号：F、b、Z、TZ，其中Z、TZ可以省略 8.3.2 钢结构用钢热轧型钢，钢结构常用的型钢有工字钢、槽钢、角钢等。分类冷弯薄壁型钢通常是用26mm薄钢板冷弯或模压而成，有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。工字钢规格规格以腰高(h)*腿宽(b)*腰厚(d)的毫米数表示 槽钢规格 角钢是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。其规格以边宽边宽边厚的毫米

21、数表示。如“30303”，即表示边宽为 30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。也可用型号表示，型号是边宽的厘米数，如3#。热轧等边角钢的规格为2#-20#。 角钢规格 钢板按厚度分，薄钢板4毫米（最薄0.2毫米），厚钢板460毫米，特厚钢板60115毫米。 薄板的宽度为5001500毫米；厚的宽度为6003000毫米。 钢板的表示方法： 宽度厚度长度钢管按生产方法可分为两大类：无缝钢管和焊接钢管。 无缝钢管用优质碳素钢或合金钢制成，有热轧、冷轧（拔）之分。 焊接钢管因其焊接工艺不同而分为炉焊管、电焊（电阻焊）管和自动电弧焊管，因其焊接形式的不同分为直缝焊管和螺旋焊管两种 第四节钢筋混凝土用钢材钢筋

22、混凝土（Reinforced concrete ）混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋（ reinforced/rebar ）增强混凝土抗拉强度，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。热轧（Hot rolled ）钢筋：由冶金工厂直接热轧成型；冷加工钢筋：主要是为了节约钢材而采用的，有冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝；预应力砼用钢丝、钢绞线：用优质碳素钢条加工而成；预应力砼热处理钢筋：一般经过淬火、回火处理，具有较好的塑性和强度。 热轧钢筋分类 光圆钢筋 （ HPB235/300等） 按外形分 变形钢筋 （HRB335/400等 ） 级 按强度等级分 级 级 级热轧钢筋根据屈服点、抗拉强度、伸长率和冷弯性能指标划分等级。常用钢筋符号与图例钢筋等级符号牌号级钢筋HPB235/HPB300级钢筋HRB335级钢筋HRB400级钢筋HRB500热处理钢筋热处理钢筋是将热轧的带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理想。使用时按所需长度切割，不能使用点焊或气焊切割，也不能焊接。 热处理钢筋的力学性质(GB 44631984) 公称直径(mm)牌号屈服