造价员建筑材料复习 建筑钢材课件

目的要求了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系熟练掌握建筑钢材的主要性质及其实用意义掌握工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则第7章建筑钢材概述钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的铁碳合金称为钢。建筑钢材指用于钢结构的各种型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。钢材与非金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大。钢的冶炼与分类

将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经浇铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后得到钢材。炼钢的目的就是通过生铁在炼钢炉内的高温氧化作用，减少生铁中碳和硫、磷等杂质含量，以显著改善其技术性能，提高质量。将生铁中的含碳量降至2％以下，使磷、硫等杂质含量降至一定范围内即成为钢。

镇静钢镇静钢是脱氧充分、铸锭时钢液平静的钢，故称镇静钢；代号为“Z”。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。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“b”。

二、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CO气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“F”。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。钢的晶体结构和化学成分

纯铁的晶格类型钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁-碳合金晶体。纯铁的晶格有两种构架，即体心立方晶格和面心立方晶格(见图)。其晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。钢晶格的两种构架910-1400度的纯铁（γ-Fe）为面心立方晶格；在900度以下的纯铁（α-Fe）为体心立方晶格。钢的基本晶体组织钢材在常温下主要有三种显微组织：铁素体:钢材中的铁素体为碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.005％），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，是钢中主要强化组分。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，层状结构，性能介于铁素体和渗碳体之间。

2.硅、锰

硅、锰是钢中的有益元素。大部分溶于铁素体中，当硅含量小于1％时，可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在1％～2％之间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加工性。

3.磷、硫

磷、硫是钢中有害的元素。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性。磷也使钢材的可焊性显著降低。硫的存在会加大钢材的热脆性，降低钢材的各种机械性能，也使钢材的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。低碳钢受拉时的应力-应变图

①弹性阶段(OA段)②屈服阶段(AB段)③强化阶段(BC段)④颈缩阶段(CD段)伸长率的测量

％故—般以B下点对应的应力作为屈服点。钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为抗拉强度。工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。

但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0．65～0．75。颈缩阶段(CD段)当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，为钢材的重要工艺性质。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)为指标表示。钢材冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d(d=na)，弯曲到规定的角度(180°或90°)时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象，若无则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。

钢材冷弯试验示意图

冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。将有缺口的标准试件放在冲击试验机的支座上，用摆锤打断试件，测得试件单位面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用冲击值α表示，α值愈大，表明钢材在断裂时所吸收的能量越多，则冲击韧性越好。

HB=P/F

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。

钢材的疲劳破坏先在局部形成细小裂纹，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。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2×106次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中几种情况。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

将经过冷拉的钢筋。于常温下存放15—20d，或加热到100—200°C并保持2～3h后，则钢筋强度将进一步提高，这个过程称为时效处理，前者称自然时效，后者称为人工时效，通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢筋则需采用人工时效。钢材经冷加工产生塑性变形后，塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，导致滑移面下的晶粒破碎，晶格歪扭畸变，滑移面变得凹凸不平，对晶粒进一步滑移起阻碍作用，亦即提高了抵抗外力的能力，故屈服强度得以提高。同时，冷加工强化后的钢材，由于塑

性变形后滑移面减少，从而使其塑性降低，脆性增大，且变形中产生的内应力，使钢的弹性模量降低。钢筋经冷拉及时效以后，屈服强度得到进一步提高，且抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则要相应降低，弹性模量基本恢复。脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。例如：Q235－A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。建筑工程中主要应用的是碳素钢Q235。Q235——强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q235-A一般用于只承受静荷载作用的钢结构。Q235-B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构，Q235-C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构，

Q235-D适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢以屈服强度划分成五个等级：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，质量分为五个等级：A、B、C、D、E。

由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。HPB235光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作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带肋钢筋

的强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。

HRB500带肋钢筋强度高，但塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是热轧圆盘钢筋的深加工产品，是一种新型高效建筑钢材。牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170优点强度高、塑性好、握裹力强等，而且节约钢材、降低成本，其综合性能优良。应用

CRB550宜用作普通钢筋混凝土结构。其它牌号宜用作预应力混凝土结构中。钢结构用钢材

钢结构用钢主要是热轧成型的型钢和钢板等；钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。热轧型钢

钢结构常用的型钢有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，所以它是钢结构中采用的主要钢材。钢板分类按供货：以平板状态供货的称钢板以卷状供货的称钢带按轧制温度：分为热轧和冷轧两种按厚度：热轧钢板分为厚板（厚度大于4mm）和薄板（厚度为0.35-4mm）两种冷轧钢板只有薄板(厚度0.2-4mm)一种。应用建筑用钢板及钢带主要是碳素结构钢。一般厚板可用焊接结构；薄板可用作屋面或墻面等围护结构，或用作涂层钢板的原材料；还可用来弯曲为型钢。

钢材的锈蚀和防止

钢材的腐蚀

钢材与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。腐蚀不仅使钢材有效截面积减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。一、化学腐蚀

化学腐蚀指钢材与周围的介质直接发生化学作用，生成疏松的氧化铁而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快。

电化学腐蚀

钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。整个电化学腐蚀过程如下：阳极区：Fe-2e=Fe2+

阴极区：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2O

溶液区：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。钢材的防腐

钢材的腐蚀既有内因（材质），又有外因（环境介质的作用），因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性，隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。

一、合金法

这是一种极好的防止钢材锈蚀的技术措施，即在冶炼过程中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如铬、镍、锡、钛等，制成不同的合金钢，能有效地提高钢材的抗腐蚀能力。

二、金属覆盖用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。常用的方法有：镀锌（如白铁皮）、镀锡（如马口铁）、镀铜和镀铬等。

非金属覆盖

在钢材表面用非金属材料作为保护膜，与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀。如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。

涂料通常分为底漆、中间漆和面漆。底漆要求有比较好的附着力和防锈能力，中间漆为防锈漆，面漆要求有较好的牢度和耐候性以保护底漆不受损伤或风化。一般应用为两道底漆（或一道底漆和一道中间漆）与两道面漆，要求高时可增加一道中间漆或面漆。使用防锈涂料时，应注意钢构件表面的除锈以及低漆、中间漆和面漆的匹配。