建筑钢材教材课件

1、第七章 建筑金属材料 7.1 钢材的分类 钢材的化学成分 生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%2.06% 其他元素第7章 建筑金属材料 7.1.1 分类1.按化学成分分类低碳钢：含碳量0.6% （1）碳素钢 （碳钢） （2）合成钢 专门加入合金元素按合金元素含量分 低合金钢：合金元素总含量10% 第7章 建筑金属材料 2按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量0.050%，含磷量0.045%优质钢：含硫量0.035%，含磷量0.035%高级优质钢：含硫量0.025%，含磷量0.025%，牌号后加“高”或“

2、A”特级优质钢：含硫量0.015%，含磷量0.015%， 后加“E” 第7章 建筑金属材料 7.1.2 钢材中的常存杂质 硫：来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很大。 碳：炼钢氧化过程中存于缸中，害处大于益处，故归于有害元素。锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧、硫能力，大大改善 钢材加工性能。硅：脱氧剂，较锰强。 两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。氧：与碳、磷相似。 有 害 元 素第7章 建筑金属材料 7.2 建筑材料的主要技术性能力学性质：强度、弹性、塑性、耐磨性 工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性 第7章 建筑

3、金属材料 7.2.1 力学性能 1.抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。 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：颈缩阶段第7章 建筑金属材料 拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。 （1）屈服强度（屈服点） 上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力； 下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即屈服点Fs 屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N；Ao 钢材的截面积，mm2。 注意：有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳钢等硬钢）， 应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力 作为屈服点（称条件屈服点）,记为0.2或者P0.2。 第7章 建筑金属材

4、料 （3）伸长率：塑性指标 。意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性 增强， 安全性增强。 值有两种：5表示l0=5d0，d0钢材直径； 10l0=10d0。lo试件原始标距长度，mm ；l1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。 第7章 建筑金属材料 2.冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。 指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。 ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。 3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。 危害极大冲击韧性试验原理图第7章 建筑金属材料 （1）

5、冷弯性能冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90、180）。 冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，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。 冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。第7章 建筑金属材料 （2）焊接性能 焊接方式：搭接、对接 焊接要求： 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生 裂缝及硬脆倾向。 焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度 不低于原钢材强度。 影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。第7章 建筑金属材料 7.3 钢材的强化与加

6、工 7.3.1 冷加工 指钢材在常温下进行的加工。 常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度， 这一过程称为冷加工强化处理。第7章 建筑金属材料 7.3.2 时效处理 将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520d，或 加热到100200并保持一段时间,这个过程称为时效处理。自然时效作用: 钢筋冷拉以后再经过 时效处理，其屈服点 进一步提高，塑性继 续有所降低。 时效过程中应力的消减， 弹性模量可基本恢复。人工时效第7章 建筑金属材料 7.4 钢材的锈蚀与防护 7.4.1 钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为钢材的

7、锈蚀。化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小， 降低钢材的性能，因而承载力降低。第7章 建筑金属材料钢筋混凝土用钢力学与工艺性能标准热轧光圆与热轧带肋钢筋牌号公称直径mm（d）屈服强度Rel（MPa）抗拉强度Rm（MPa）最大力总伸长率Agt%（不小于

8、）段裂伸长率A%（不小于）弯心直径dHPB22523537010.025.0dHPB300300420HRB3356253354557.5173dHRBF33528404d40505dHRB400HRBF400625400540164d28405d40506dHRB400HRBF400625500630156d28407d40508d普通钢筋的力学性能测试方法1）组批规则每批同一牌号不大于60t，超过60t部分，每增加40t（或不足40t的余数），增加一个拉伸试样试验和一个弯曲试样试验2）取样数量低碳热轧圆盘条冷弯试件外，均从任意两根中截取，每根钢筋上截取一个拉伸一个冷弯试件低碳热轧圆盘条，冷

9、弯试件取自同盘的两端。切取试件时，在任意端截取500mm后切取。种类每组试件数量拉伸试验弯曲试验热轧带肋钢筋2根2根热轧光圆钢筋2根2根低碳热轧圆盘条2根2根冷轧带肋钢筋逐盘1个每批2个4）拉伸试验步骤：（1）用钢筋标距打点机打标距自由长度范围内，间隔10mm或5mm等间距打上标记（2）调试试验机试件破坏荷载：全量程的20%80%先夹持下端，确认加紧且垂直后，调整压力机上夹具位置，试验机力值清零，加紧试件上端（3）测量屈服强度和抗拉强度应力达到规定屈服强度一半后，调整加载速度范围在660MPa/s持续加载，直至试件拉断。注意上屈服点，和下屈服点的位置。（5）伸长率测量原则上只有断裂处与最接近标

10、距标记的距离小于原始标距的三分之一有效（可采用下列方法测量），如大于等于规定值，不管断裂位置何处均有效。（7）试验结果数值的修约强度性能修约至1MPa断后伸长率修约至0.5%5）冷弯性能试验弯曲压头直径L=（d+3a）0.5a第7章 建筑金属材料 7.5 土木工程常用钢材 2.5.1 钢结构用钢 2.5.2 混凝土结构用钢第7章 建筑金属材料 （2）碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。 具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且 冶炼方便，成本较低，因此广泛用

11、于一般钢结构。其中C、D级可用在重要 的焊接结构。Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作 铆钉、钢筋等。Q235、Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差， 可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量 等级钢及沸腾钢。第7章 建筑金属材料 3.优质碳素结构钢 （1）优质碳素结构钢的分类 普通锰含量钢（0.8%）、较高锰含量钢（0.7-1.2%）牌号由两位数字表示：45钢：平均含碳量0.45%。45Mn高锰钢 最后如附有“F”“B”，表示为沸腾钢、半镇静钢。 特点：成本高，用于重要结构的钢铸件

12、及高强螺栓等。第7章 建筑金属材料 4.低合金高强度结构钢 （1）低合金高强度钢的牌号低合金高强度结构钢 共有8个牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690牌号由三部分表示：Q、屈服强度、质量等级 每个牌号根据硫、磷等有害杂质的含量分为A、B、C、D、E五个等级。 均为镇静钢（2）特点：与碳素结构钢相比，具有较高的强度，综合性能好，可比碳素结构钢节省20-30%有利于减轻自重，良好的塑性、韧性、可焊接性、耐磨性、耐蚀性、耐低温等性能。第7章 建筑金属材料 （3）用途：轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土中。当低合金钢中的铬含量达1

13、1.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。 不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化 时膨胀性较大。 不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。第7章 建筑金属材料 7.5.2 混凝土结构用钢 类型：混凝土结构用钢筋、钢丝1.钢筋1）热轧钢筋 （1）牌号 热轧光圆钢筋分为：HPB235、 HPB300 规格（公称直径）（6、8、10、12、14、16、18、20、22） 带肋筋：普通热轧钢筋,HRB335、HRB400、HRB500。 细晶粒热轧钢筋: ,HRBF335、HRBF400、HRBF500。规格（公称直径）（6、8、10、12、1

14、4、16、18、20、22、25、28、32、36、40、50） 牌号意义：HPB代表热轧光圆钢筋、HRB代表热轧带肋钢筋， 其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆； 热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。 牌号中的数字：表示热轧钢筋的屈服强度。 第7章 建筑金属材料 （2）热轧钢筋的选用光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛 用做普通钢筋混凝土。 HRB325，HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好， 广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。 HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜作预应 力钢筋。第7章 建筑金属材料 2）.冷轧带肋钢筋

15、冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋代号为CRB，按抗拉强度分为三级：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970，其中数值表示钢筋应达到的最小抗拉强度值。冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力， CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋其他可广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢筋网。第7章 建筑金属材料 3）.冷轧扭钢筋加工：冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机 调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节 距的连续螺旋状钢筋。分类：按其截面形状不同分为I型(矩形截面)和型(菱形 截面)两

16、种类型。代号为LZN。应用：冷轧扭钢筋可适用于钢筋混凝土构件. 特点：冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有直接关 系。螺距越小,握裹力越大,但加工难度也越大,因此, 应选择适宜的螺距。冷轧扭钢筋在拉伸时无明显屈服 台阶，为安全起见，其抗拉设计强度采用0.8b。第7章 建筑金属材料 4）.预应力混凝土热处理钢筋加工：热处理钢筋是用热轧带肋钢筋经淬火和回火的调质处理而成的。代号为RB150。种类：按螺纹外形可分为有纵肋和无纵肋两种。牌号：热处理钢筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三个牌号。应用：目前主要用于预应力混凝土轨枕，用以代替高强度钢丝。配筋根数减少,制作方便,锚固性能好

17、,建立预应力稳定。也用于预应力混凝土板、梁和吊车梁，使用效果良好。热处理钢筋系成盘供应（每盘长约20mm），开盘后能自然伸直，不需调直、焊接，故施工简单，并可节约钢材。第7章 建筑金属材料 5）.预应力混凝土用钢丝和钢绞线（1）预应力钢丝分类：按交货状态分为冷拉钢丝及消除应力钢丝两种；按外形 分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋钢丝三种；按松驰能力 分为I级松驰和级松驰两级。代号：RCD（冷拉钢丝）、S（消除应力钢丝）、SI（消除应力刻痕钢丝）、SH（消除应力螺旋肋钢丝）。标记：直径-抗拉强度-代号-松弛等级（2）预应力钢绞线分类：按捻制结构分为三类：用两根钢丝捻制的钢绞线（表示为12）用三根钢丝捻制的钢绞线（表示为1