钢材的介绍课件

第八章建筑钢材建筑钢材：指用于钢结构中的各种型材、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。与混凝土相比，钢材的特点：（1）有较高的强度，尤其抗拉强度大；有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载；生产工艺控制严格，因此性能稳定，质量可靠。－－用于荷载较大，受力较强的部位。（2）安全性大，自重较轻－－尤其适用于高层、大跨度、网架结构。（3）缺点：易锈蚀，耐火性差。第一节钢的的冶炼与分类一、钢的冶炼（一）炼铁

Fe2O3、Fe3O4

→

Fe

生铁：C含量2.06-6.67%，P、S等杂质等含量也较高。生铁的特点：硬而且脆，无塑性和韧性，很少直接使用。（二）炼钢I早期初炼

C→CO2S→SO2P→P2O5部分Fe→FeO

钢水：C<2%p.s等杂质也降到允许范围内II后期精炼

FeO→FeIII浇注轧钢1、化学偏析在钢锭冷却过程中，某些元素在液相中的溶解度高于固相，这些元素向凝固较晚的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀——化学编析。2、热压加工将钢锭加热呈塑性状态，施加压力改变其形状，使内部气泡焊合、疏松组织密实、成分均匀。（3）半镇静钢：脱氧程度、钢的质量介于镇静钢、沸腾钢之间，用“b”表示。二、钢的分类1、按质量（主要S、P含量）2、按化学成分（1）碳素钢:以铁为主，其次是碳，含碳量为0.02-2.06％，还有极少量的的Si、Mn、S、P等。（2）合金钢：指在炼钢过程中，有意识地加入一种或几种改善钢材性能的合金元素而制得的钢。第二节钢材的主要技术性能一、力学性能（一）抗拉性能低碳钢受力拉至拉断，全过程分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，P166图8.1。Ⅰ

弹性阶段OA――弹性变形

与A点对应的应力－－弹性极限以бp表示应力与应变的比值－－弹性模量

――工程上选择弹性模量大的钢材。Ⅱ屈服阶段AB――塑性变形

与B下点对应的应力－－屈服强度，бs表示。Ⅲ强化阶段BC――塑性变形超过屈服强度后，钢材内部组织得到强化，抵抗变形的能力又重新提高——强化阶段。对应于最高点C的应力值——极限抗拉强度，简称抗拉强度，它是钢材所能承受的最大应力值бb。－－工程上，据屈强比的大小可以判断钢材的结构安全可靠性和有效使用率。Ⅳ颈缩阶段－－钢材被破坏超过C点后，钢材迅速变形，试件被拉长，在最薄弱处发生颈缩直至断裂——颈缩阶段。图8.2伸长率：试件拉断的伸长值与原长度之比。

L0――钢材的原长度L1――钢材拉断前的长度通常以δ5（L0=5d0）和δ10（L0=10d0）为基准，对不同钢材进行比较。（二）冲击韧性1、含义：指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。以试件冲断时缺口处单位面积上所消耗的功表示。（三）疲劳强度疲劳破坏：指钢材在交变荷载反复作用下，可在最大应力远低于抗拉强度的情况下突然破坏。疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，不发生疲劳破坏的最大应力值。测定：钢材在荷载交变107次时不发生疲劳破坏的最大应力值作为钢材的疲劳强度。（四）硬度（不讲）指材料抵抗硬物压入表面能力。用布氏硬度HB表示。1、硬度的测定――压入法P156图8.6用一定直径的淬火钢球，用规定的荷载P、在规定的时间内加压。HB：布氏硬度（不带单位）P：所受的荷载，NA：钢球压入金属表面的压痕面积，mm23、冷弯性能与伸长率的异同相同点：都是对钢材塑性的检验,都暴露内部缺陷。不同点：伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的；冷弯性能则是在不均匀变形条件下测定的钢材局部变形的能力，比伸长率更有助于暴露钢材内部缺陷。――工程中，可以利用冷弯的方法，使焊口处受到不均匀变形，来检验各种焊接接头的焊接质量。

2、时效（1）未经冷加工的钢材,随时间的延长：强度和硬度提高、塑性和冲击韧性下降――时效。钢材完成时效，通常需几十年。（2）钢材冷加工后，再

强度和硬度进一步提高，塑性和韧性继续下降――时效。四、焊接性能（不讲）钢材的可焊接性：指钢材采用某一焊接材料、焊接工艺，获得优良焊接的难易程度，即焊接后焊缝处的性质与母才性质的一致程度。焊接的特点：局部在短时间内达到很高温度，又快速冷却，存在剧烈的膨胀和收缩，易产生裂纹、气孔、变形甚至导致裂缝。（1）焊接结构用钢应选用（2）第三节建筑钢材的标准和选用一、钢结构用钢材（一）碳素结构钢1、牌号表示方法

如Q235—A.FQ255—D含义

2、技术要求五种牌号碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能应符合P160表8.1、8.2、8.3要求。3、各类牌号钢材的性能和用途Q195、Q215：强度低、塑性和韧性好，易于冷加工――常用作钢钉、铆钉、螺栓、铁丝等。Q215－－也可冷加工后代替Q235号使用。Q235：具较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性也好，即其综合性能好，能满足一般钢结构、钢筋砼用钢要求，且成本低――工程中应用最广泛。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适合用于低温环境承受动荷载焊接的重要钢结构.Q255、Q275：强度较高，但塑性、韧性较差，可焊性也差，不易焊接和冷加工。－－可用于轧制带肋钢筋、作螺栓配件，更多用于机械零件和工具等。

（二）低合金高强度结构钢是在碳素钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素（总含量<5%）的一种结构钢，均为镇静钢。1、牌号表示方法如Q345-D含义（三）钢结构用钢材1、型钢（1）热轧型钢主要有角钢、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。其母钢主要是碳素结构钢Q235—A，强度适中，塑性、可焊性较好，成本低――适合建筑工程使用。规范中推荐使用的低合金钢有两种Q345、Q390，用于大跨度承受动荷载钢结构中。（2）冷轧薄壁型钢冷弯薄壁型钢有角钢、槽钢、方型钢、矩型钢等。常用2-6mm薄钢板冷弯或模压制成－－主要用于轻型钢结构。2、钢板（1）按照供货方式（2）按照轧制方式①热轧钢板②冷轧钢板只有薄板一种，厚度为0.2-4mm③冷轧压型钢板薄钢板冷轧制成波形、V型等形状。（3）应用普通建筑用钢板、钢带主要为碳素结构钢－－重型结构、大跨度板梁等使用的钢板、钢带－－采用低合金钢。（2）分级

P176表8.6、图8.11I级外型光圆，采用普通碳素结构钢轧制而成。特点：强度较低，塑性及焊接性较好。－－广泛应用于普通钢筋混凝土结构。II级III级月牙肋，采用普通低合金钢轧制而成。特点：强度、塑性、焊接性较好；纵肋和横肋不相交,与砼之间的粘结力介于I级、IV级之间。－－广泛用于大、中型普通钢筋混凝土结构的受力钢筋；－－也可在冷拉后作预应力钢筋使用。IV级等高肋，采用优质合金钢轧制而成。特点：强度高，塑性，可焊性较差。纵肋和横肋相交，与混凝土之间的粘结力最大。－－多作预应力钢筋使用。2、预应力混凝土用热处理钢筋是用热轧带肋钢筋（低合金钢）经淬火和回火调质处理后的钢筋。（1）强度高、综合性能好，配筋少，节约钢材；（2）带横肋，与混凝土之间粘结性好、不易打滑，预应力值稳定；（3）成盘供应，使用时开盘钢筋自行伸直，不需调直及焊接，按要求长度切断――施工简单。－－主要用于预应力混凝土结构，使用效果好。3、冷轧带肋钢筋热轧圆盘条（母材I级光圆筋碳素钢）经冷轧减径后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋——冷轧带肋钢筋。5、预应力混凝土用钢丝和钢跤线钢丝由含碳量0.6—0.8%的优质碳素钢圆盘条，经酸洗、冷拔、回火等工艺处理而成的高强度钢丝。钢绞线是由数根（1*2、1*3、1*7）优质碳素结构钢丝经绞捻和消除内应力的热处理后制成。特点：钢丝和钢绞线都具有强度高、柔韧性好，与砼粘结性能好,质量稳定,使用时可据要求长度,施工方便,但成本高。－－大荷载、大跨度、曲线配筋等的预应力钢筋混凝土结构。三、钢材选用的原则（1）荷载的性质经常承受动荷载或振动荷载的结构，容易产生应力集中，引起疲劳破坏――应选用材质较高的钢材。（2）使用温度经常处于低温状态的结构,钢材容易发生冷脆断裂，特别是焊接结构更加显著――应要求钢材具有良好的塑性和低温冲击韧性。（3）连接方式焊接结构随着温度变化、受力性质改变，接缝附近的母体钢材容易产生裂纹，导致结构破坏――焊接结构对钢材的化学成分和机械性能要求应较严。（4）钢材厚度钢材的力学性能一般随着厚度的增大而降低――故一般结构使用的钢材的厚度不宜超过40mm。第四节建筑钢材的锈蚀与防止（不讲）一、钢材的锈蚀指钢材表面与周围介质发生化学反应而遭到破坏。1、化学锈蚀指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。钢材表面生成疏松的氧化物，进而使钢材破坏。2、电化学锈蚀指钢材与电解质溶液接触产生电流，形成微电池，引起钢材锈蚀破坏。机理：钢材表面铁为阳极，碳为阴极的微电池①在阳极，Fe被氧化失去电子Fe→Fe2+进入水膜；②在阴极，水膜中的氧被还原O→OH-。③在水膜中，Fe2++OH-→Fe(OH)2→Fe(OH)3①钢材表面设置保护层法非金属保护层――通常是采用表面涂刷防锈漆、沥青等,防止钢材表面产生水膜,避免发生电化学