土木工程材料-钢材课件

第三章建筑金属材料金属材料主要有：钢材优点：轻质高强：艾菲尔铁塔321M7200T（1889）

333M4000T（1958）韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能外表轻巧、华美，具有光泽等钢材缺点：易锈蚀、维护费用高、耐火性差等黑色金属：钢、铁以及钢铁合金：除黑色金属以外的金属铝、铜等1第三章建筑金属材料金属材料主要有：黑色金属：钢、铁以及钢铁概况1

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您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+++整体概况2概况1+++整体概况2本章的教学目标是：⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系⑵熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素，掌握钢材工艺性能⑶熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法⑷掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则3本章的教学目标是：3★★第三章建筑金属材料＆3.1钢材的冶炼和分类＆3.2建筑钢材的主要技术性能＆3.3钢材的组成结构及对性能的影响（自学为主）

＆3.4钢材的冷加工与热处理＆3.5钢材的应用建筑用钢钢结构用钢钢筋混凝土用钢＆3.6钢材的防护4★★第三章建筑金属材料＆3.1钢材的冶炼和分类4＆3.1钢材的冶炼和分类一、钢的冶炼原料：铁矿石（1）炼铁：铁矿石铁水+矿渣方法：高炉炼铁生铁：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）炼钢：铁水、铁块或废钢钢水+钢渣钢:含碳量0.06%--2.0%钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼炼钢的原理就是把熔融的生铁进行加工，使其中碳的含量降到2.0%以下，其它杂质含量也控制在相应规定范围之内。5＆3.1钢材的冶炼和分类一、钢的冶炼钢与生铁的主要区别：钢的冶炼方法主要有三种：氧气转炉法；平炉法；电炉法。氧气转炉钢——用纯氧吹入铁液中使碳和杂质氧化脱离氧气转炉种类：顶吹、底吹、侧吹、顶底复合平炉钢——以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石中的氧使碳和杂质氧化电炉钢——采用电炉加热炼制钢材，主要为各种特殊钢目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的主要方法，而平炉法则已基本淘汰。6钢的冶炼方法主要有三种：目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的炉种原料特点生产钢种平炉生铁、废钢容量大，冶炼时间长，钢质较好且稳定，成本较高碳素钢低合金钢氧气转炉铁水、废钢冶炼速度快，生产效率高，钢质较好碳素钢低合金钢电炉废钢容积小，耗电大，控制严格，钢质好，但成本高特殊合金钢优质碳素钢三种主要炼钢方法的特点和应用7炉种原料特点生产钢种平炉生铁、废钢容量大，冶炼时间长，钢质较二、钢的分类1按化学成分分：钢的主要成分：铁、碳其他一些杂质：硅、锰、钛、钒磷、硫、氧、氮（1）碳素钢--低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25-0.6%）高碳钢（含碳量>0.6%）（2）合金钢--低合金钢（合金元素含量<5%）中合金钢（合金元素含量<5-10%）高合金钢（合金元素含量>10%）有害可以调整钢材性能专门加入合金元素8二、钢的分类1按化学成分分：有害可以调整专门加入8二、钢的分类2按冶炼时脱氧程度分：（1）镇静钢：用硅脱氧，钢质均匀密实，品质好，成本高，可用于承受冲击荷载的重要结构。（2）沸腾钢：用锰铁脱氧，内部杂质多，化学成分和力学性能不均匀，强度低、冲击韧性差、可焊性差、生产成本低，可用于一般建筑结构。（3）半镇静钢：用少量硅脱氧，性能介于镇静钢和沸腾钢之间（4）特殊镇静钢(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭的纵剖面图代号“F”代号“TZ”代号“Z”代号“b”AB9二、钢的分类2按冶炼时脱氧程度分：(A)沸腾钢(B问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。

脱氧程度排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢

钢材性能与质量排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢10问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的二、钢的分类3按杂质含量分：普通钢：含硫量≤0.045％-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％。特级优质钢:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌号后加“高”或“A”后加“E”11二、钢的分类3按杂质含量分：牌号后加“高”或“A”后加“E4、按照用途：（1）结构钢：主要用于工程构件和机械零件,一般为中、低碳钢（2）工具钢：主要用于各种刀具，量具和磨具,一般为高碳钢（3）特殊钢：用于特殊场合，如不锈钢，耐热钢，磁性钢，耐酸钢等，一般为合金钢建筑上常用的是结构钢。5、按照产品型式：（1）型材：钢结构用角钢，工字钢，方钢，槽钢等（2）板材：各种厚度钢板（3）线材：钢筋，钢丝，钢绞线（4）管材：钢管，自来水管，钢管桩124、按照用途：123.2建筑钢材的主要技术性能一、力学性能静荷载：一定的力学强度和不致过大的变形动荷载：较高的韧性1、强度（抗拉性能）2、塑性3、韧性4、硬度5、疲劳强度力学性能工艺性能技术性能强度、弹性、塑性、耐磨性…（可加工性）：冷弯、可焊性133.2建筑钢材的主要技术性能一、力学性能力学性能工艺性能技一、力学性能1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和破坏能力钢材受力产生应力、应变，反映钢材的主要力学特征低碳钢的应力-应变关系曲线OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段。14一、力学性能1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和破坏能力低弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。（弹性模量和弹性极限）屈服阶段(AB段)：图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用бs表示。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)：对应于最高点C的应力，称为强度极限或抗拉强度。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。颈缩阶段(CD段):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。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距。标距的伸长值与原始标距的百分比称为伸长率。15弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，(1)弹性模量：钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与应变之比为常数，称为弹性模量，即E=б/ε。这个阶段的最大应力（P点对应值）称为比例极限бp。弹性模量反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标。拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。通过对钢材进行抗拉试验所测的屈服强度、抗拉强度(极限强度）和伸长率是钢材的重要技术性质指标。(2)弹性极限：应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（e点对应值）称为弹性极限бe。事实上，бp与бe相当接近。注意16(1)弹性模量：钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力(3)屈服强度和条件屈服强度

当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用бs表示，设计中一般以其为强度取值依据。

有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度(б0.2)。高碳钢拉伸时的应力-应变曲线如图所示。

注意17(3)屈服强度和条件屈服强度

当应力超过弹性极限后硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。条件屈服点σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。18硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈(4)极限强度当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值（b点对应值）称为强度极限或抗拉强度бb，不直接利用。屈强比（бs/бb）：反映材料的安全可靠程度和利用率。19(4)极限强度19（1）伸长率：伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距L0与试件的直径d0之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。所以规定L0=5d0或L0=10d0。2塑性：塑性是钢材的一个重要性能指标。

在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力用拉伸试验时的伸长率、断面收缩率表示20（1）伸长率：伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。δ5：表示L0=5d0的伸长率δ10：表示L0=10d0时的伸长率d0——钢材直径21伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好(2)断面收缩率（ψ）

伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越大，说明钢材塑性越大。钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。Ａ0——试件原始截面积

Ａ1——试件拉断后颈缩处的截面积22(2)断面收缩率（ψ）伸长率和断面收缩率表示钢材断3冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标。233冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标冲击韧性值（αk）：以摆锤冲击V形缺口试件时单位面积所消耗的功钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降。钢材的冷脆性：材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性脆性转变温度24冲击韧性值（αk）：以摆锤冲击V形缺口试件时单位面积所消一、力学性能4、硬度：钢材表面局部体积内抵抗变形的能力测定方法：以硬物压入钢材表面，根据压力大小和压痕面积或压入深度评定。常用指标：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA或HRC）布氏法——压痕直径：用一定的压力把淬火的钢球压入钢材表面，将压力除以压痕面积，得布氏硬度（HB）。压痕较大，实验数据准确、稳定。洛氏法——压痕深度：在洛氏硬度机上根据测量的压痕深度计算（HRA或HRC）操作简单迅速，但压痕小，试验精度差。25一、力学性能4、硬度：钢材表面局部体积内抵抗变形的能力255、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，如本身强度、组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中情况等。265、疲劳强度钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断二、工艺性能冷弯性能焊接性能钢材在各种加工过程中的行为冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。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。钢材的冷弯性能也是表明钢材在静荷下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段。1冷弯性能27二、工艺性能冷弯性能钢材在各种加工过程中的行为冷弯性能是指钢二、工艺性能2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。钢材的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。

钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25％时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。28二、工艺性能2焊接性能:28问题：

什么是屈强比，对选用钢材有何意义？

答：屈服强度与极限强度是衡量钢材强度的两个重要指标，二者之比称为屈强比s/b。

在应用中，s/b愈小，则反映钢材的可靠性愈大，结构的安全性愈高。但这个比值过小，则钢材的利用率低，不够经济；若屈强比较大，虽然钢材的利用率较大，但强度的储备过小，脆断倾向较大，不够安全。因此，屈强比最好在0.60~0.75，既安全又经济。29问题：

什么是屈强比，对选用钢材有何意义？答：屈服3.3钢材的组成结构及对性能的影响一、钢材的晶体结构

铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架：钢材晶体结构中，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。钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：体心立方晶格面心立方晶格点缺陷线缺陷面缺陷303.3钢材的组成结构及对性能的影响一、钢材的晶体结构

铁-钢晶格的两种构架钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。晶格滑移面示意图晶格缺陷示意图31钢晶格的两种构架钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存二、钢材的基本晶体组织纯铁在不同温度下有不同的晶体结构液态铁δ-Fe

体心立方晶体γ-Fe面心立方晶体α-Fe体心立方晶体1535℃1394℃912℃钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式：固溶体化合物机械混合物钢是以铁（Fe）为主的Fe-C合金32二、钢材的基本晶体组织纯铁在不同温度下有不同的晶体结构液态铁Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织，显微镜下能观察到它们的微观形貌图象(见下图)，故也称显微组织。片状珠光体（1000倍）针状和块状铁素体（100倍）铁素体渗碳体珠光体奥氏体二、钢材的基本晶体组织33Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的铁素体:钢材中的铁素体系碳在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0.02％），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，抗拉强度低。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。奥氏体：钢材在温度高于723℃时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。钢材在常温下主要显微组织：34铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体，由于α-Fe化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他硅（Si）<1%↑↑↑影响不大溶入铁素体,形成固熔体硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑锰（Mn）<1%↑↑↑↑溶入铁素体，形成固熔体脱氧脱硫锰（Mn）<1%↑↓↑↓硫（S）↑↓↓↓↓↓以FeS形式存在；偏析、热脆性磷（P）↑↑↓↓↓溶入铁素体，形成固熔体偏析、冷脆氧（O）↑↓↓↓↓↓以FeO形式存在；偏析、热脆性氮（N）↑↑↑↓↓↓↓溶入铁素体，形成固熔体冷脆性氢（H）↑↓↓↓↓↓形成间隙固溶体；氢脆化学元素对钢材性能的影响

35化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他硅（Si）<1%↑↑↑影响问题：

钢材的伸长率与钢材中的含碳量有何关系？答：伸长率反映钢材的塑性，伸长率越大，塑性越好。钢材的塑性随着含碳量增加而变差，因此，钢材的伸长率随着含碳量增加而减小。36问题：

钢材的伸长率与钢材中的含碳量有何关系？答：363.4钢材的冷加工与热处理一、冷加工强化：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性，这个过程称为冷加工强化处理。

建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。冷拔钢丝的屈服点可提高40％—60％可适当减小钢筋混凝土结构设计截面减小混凝土中配筋数量从而达到节约钢材的目的373.4钢材的冷加工与热处理一、冷加工强化：将钢材于常温一、冷加工冷拉原理：变形硬化：钢筋内部晶格滑移，引起屈服强度提高，塑性、弹性模量降低时效硬化：内部组织调整，内应力会促使钢筋内部组织调整，屈服强度进一步提高1、冷拉：在常温下以超过钢筋的屈服强度的拉应力拉伸钢筋，使钢筋产生塑性变形，以提高强度，节约钢材;特点：只能提高钢筋的抗拉强度，抗压强度不变。38一、冷加工冷拉原理：1、冷拉：在常温下以超过钢筋的屈服强度的2、冷拔使直径6-10mm的光圆钢筋通过特制的钨合金拔丝模使钢筋产生塑性变形，以改变其物理力学性能。横向压缩，纵向拉伸抗拉强度、抗压强度、硬度提高，塑性降低，无明显的屈服点392、冷拔使直径6-10mm的光圆钢筋通过特制的钨合金拔丝模使3冷轧冷轧: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部结构的均匀性。时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-20d，或加热至100-200℃后保持一定时间（2-3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理自然时效:在常温下存放15-20d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋人工时效:加热至100-200℃后保持一定时间（2-3h)称人工时效，适合于高强钢筋403冷轧冷轧:是将圆钢在轧钢机上轧成断面形状规则的钢筋，可问题：

直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？答：不能。因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。41问题：

直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢二、热处理热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和微观结构组织的工艺方法，改变的钢材的部分性能热处理包括淬火、回火、退火和正火。

1、退火：将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却，以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性和韧性得到改善。42二、热处理热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从2、正火（正常化处理）：将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有所降低。是退火的一种特例：冷却速度不同在空气中冷却硬度、强度较高，塑性较退火小获得均匀细致的结构，细化晶粒，消除组织缺陷3、淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使基本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加，强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。432、正火（正常化处理）：将钢件加热至基本组织改变温度以上，然4、回火：将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下（150～650℃），保温后按一定温度冷却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。

据加热温度可以分为：高温回火：500-650℃中温回火：300-500℃低温回火：250-300℃调质处理：在淬火后随即采用高温回火，强度、塑性、韧性均有较大改善。444、回火：将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温三、钢材的焊接1、焊接的基本方法：电弧焊：接头由基体金属和焊条金属通过电弧高温熔化连接成一体。接触对焊：通过电流把金属焊头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而成一体。2、影响钢材焊接质量的因素：钢材的可焊性焊接工艺焊条材料45三、钢材的焊接1、焊接的基本方法：45＆3.5钢材的应用1.建筑用钢2.钢结构用钢3.钢筋混凝土用钢46＆3.5钢材的应用1.建筑用钢461.建筑用钢一、碳素结构钢（GB/T700-2006）规定了碳素钢的牌号表示方法、技术标准等二、优质碳素结构钢（GB699-1999）将优质碳素结构钢划分为31个牌号。三、低合金高强度结构钢（GB159-94）规定了低合金高强度结构钢的牌号和技术性能。四、钢的选用471.建筑用钢一、碳素结构钢（GB/T700-2006）47一、碳素结构钢（GB/T700-2006）1、★牌号：以屈服点等级划分成四个牌号，其表示方法为：Q235AF屈服QU屈服强度值质量等级脱氧程度国家标准GB/T700-2006《碳素结构钢》中规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195MPa、215MPa、235MPa和275Mpa四种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；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。随着牌号的增大，对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大，对伸长率的要求降低。48一、碳素结构钢（GB/T700-2006）1、★牌号：以屈服根据屈服强度分为4个牌号：Q195、Q215、Q235、Q275质量等级：根据硫、磷等有害杂质含量，按冲击韧性分A级----不要求冲击韧性；B级----要求+200C冲击韧性C级----要求00C冲击韧性D级----要求-200C冲击韧性脱氧程度：F（沸腾钢）b(半镇静钢)Z（镇静钢）（可省略）TZ（特殊镇静钢）（可省略）49根据屈服强度分为4个牌号：492、技术性能随着牌号的增大，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。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。具体力学性能、工艺性能见GB/T700-2006一、碳素结构钢（GB/T700-2006）3、应用Q195钢强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好。主要用于轧制薄板和盘条Q215钢用途与Q195钢基本相同，由于其强度稍高，还大量用作管坯、螺栓等。502、技术性能一、碳素结构钢（GB/T700-2006）3、3、应用Q235钢强度适中，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好，是钢结构常用的牌号。Q235钢大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q275钢强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差。因此，Q275钢不宜在建筑结构中使用，主要用于制造轴、农具、耐磨零件和垫板等。513、应用51二、优质碳素结构钢（GB/T699-1999）对有害杂质含量控制严格(硫磷含量分别不大于0.035%)，质量稳定，综合性能好，但成本较高。分类：普通含锰量（0.35%-0.80%）较高含锰量（0.70%-1.20%）31个牌号：除3个牌号是沸腾钢外，其余的都是镇静钢。表示方法：如：“10F”，“45”，“30Mn”以平均含碳量（以0.01%为单位）+含锰量标注+（脱氧程度代号）性能：取决于含碳量。含碳量高，则强度高，弹塑性和韧性降低。用途：30-45号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45号钢用作预应力混凝土锚具，65-80号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。52二、优质碳素结构钢（GB/T699-1999）对有害杂质含量三、低合金高强度结构钢（GB/T1591-94）低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。（1）牌号：Q345B以屈服点等级划分为主划分成五个牌号：屈服点强度——质量等级屈服点等级：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460质量等级：A、B、C、D、E（磷硫含量）53三、低合金高强度结构钢（GB/T1591-94）低合金高强度（2）技术性能与应用特点：较好的强度，且具用较好的塑性、韧性和可焊性。Q345、Q390综合性能较好，是钢结构的常用牌号。与碳素结构钢Q235相比，低合金高强度结构钢Q345的强度和承载力更高，并具有良好的承受动荷载和耐疲劳性能，但价格稍高。用低合金高强度结构钢代替碳素结构钢Q235可节省钢材15%-25%，并减轻结构的自重。用途：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。54（2）技术性能与应用54建筑用钢碳素结构钢（GB/T700-2006）屈服点等级——质量等级.脱氧程度Q235CZ优质碳素结构钢（GB/T699-1999）表示方法：以平均含碳量（以0.01%为单位）+含锰量标注+（脱氧程度代号）“45Mn”表示平均含碳量为0.45%较高含锰量的镇静钢；

低合金高强度结构钢（GB/T1591-94）屈服点等级——质量等级Q390C55建筑用钢碳素结构钢（GB/T700-2006）55四、钢的选用基本要求：对一般结构：具有屈服点、抗拉强度、伸长率三项机械性能和硫、磷含量两项化学成分的合格保证对焊接结构应有含碳量的合格保证对于较大型构件、直接承受力荷载的结构，钢材应具有冷弯试验的合格保证对于大、重型结构和直接承受动力荷载的结构，根据冬季工作温度情况应具有常温和低温冲击韧性的合格保证56四、钢的选用基本要求：56不同建筑结构对材料要求：钢结构设计规范GB50017-2003（1）重要结构构件（如梁、柱、屋架等）高于一般构件（如墙架、平台等）（2）受拉、受弯构件高于受压构件（3）焊接结构高于栓接和铆接结构（4）低温工作环境的结构高于常温工作环境的结构（5）直接承受力荷载的结构高于间接承受力荷载或承受静力荷载的结构（6）重级工作制构件（如重型吊车梁）高于中、轻级工作构件。57不同建筑结构对材料要求：钢结构设计规范GB50017-200其他：高层建筑钢结构：采用B、C、D等级的Q235碳素结构钢和B、C、D、E等级的Q345低合金高强度结构钢。抗震结构：钢材的强屈比不应小于1.2，应有明显的屈服台阶，伸长率应大于20%，且有良好的可焊性。Q235沸腾钢不宜用于下列承重结构：重级工作制焊接结构冬季工作温度≤-200C的轻、中级工作制焊接结构和重级工作制的非焊接结构冬季工作温度≤-300C的其它承重结构。58其他：58钢结构：热轧成型的钢板和型钢薄壁轻型钢结构：薄壁型钢、圆钢和小角钢房屋建筑结构中钢材所用的母材：普通碳素结构钢低合金高强度结构钢

2.钢结构用钢59钢结构：2.钢结构用钢59组合结构(1)用钢材加强钢筋混凝土构件

A.钢骨钢筋混凝土构件北京香格里拉饭店B.钢管混凝土结构构件广州好世界大厦60组合结构(1)用钢材加强钢筋混凝土构件A.钢骨钢筋混凝土一、热轧型钢钢结构常用的型钢有：工字钢H型刚T型刚槽钢等边角钢不等边角钢原材牌号——原材标准号型钢规格—型钢标准号标记方法型钢名称61一、热轧型钢钢结构常用的型钢有：原材牌号——原材标准号型钢规（1）热轧普通工字钢（GB706-88）规格：腰高度*腿宽度*腰厚度（mm）腰厚度（mm）规格范围：10号-63号同一腰高，不同腿宽和腰厚，其后标注a、b、c用途：建筑结构和桥梁中承受横向弯曲（腹板平面内受弯）构件，不宜单独用作轴心受压构件或双向受弯构件62（1）热轧普通工字钢（GB706-88）规格：腰高度*腿宽度（2）热轧H型钢和T型钢（GB11263-2005）H型钢的优点：翼缘宽，侧向刚度大，抗弯能力强，翼缘两表面互相平行、重量轻、节省钢材分类：宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）、窄翼缘（HN）、H型钢桩（HP）用途：HW、HM型钢适用于钢柱等轴心受压构件、HN型钢适用于钢梁等受弯构件63（2）热轧H型钢和T型钢（GB11263-2005）H型钢的规格型号：代号腹板高度×翼板宽度×腹板厚度×翼板厚度（mm）代号腹板高度×翼板宽度（mm）对于同样高度的H型钢，宽翼缘型的腹板和翼板厚度最大，中翼缘型次之，窄翼缘型最小规格：HW100×100-HW400×400HM150×100-HM600×300HN100×50-HN900×300HP200×200-HP500×500用途：要求承载力大、界面稳定性好的大型结构（高层建筑）64规格型号：64（3）热轧普通槽钢（GB707-88）规格：腰高度×腿宽度×腰厚度（mm）或腰高度（cm）规格范围：5号-40号同一腰高，不同腿宽和腰厚，其后标注a、b、c用途：承受轴向力的杆件、承受横向弯曲的梁以及联系杆件建筑钢结构、车辆制造65（3）热轧普通槽钢（GB707-88）规格：65（4）热轧L型钢（GB9946-88）规格：腹板高度×面板宽度×腹板厚度×面板厚度（mm）型号：L250×90×9×13-L500×120×13.5×3566（4）热轧L型钢（GB9946-88）规格：66(5)热轧等边角钢（GB-9787-88）

热轧不等边角钢（GB-978-88）等边角钢规格：边宽度×边宽度×厚度（mm）规格范围：20×20×（3-4）-200×200×（14-24）不等边角钢规格：长边宽度×短边宽度×厚度（mm）或长边宽度/短边宽度(mm)规格范围：25×16×（3-4）-200×125×（12-18）67(5)热轧等边角钢（GB-9787-88）

热轧不等边角二、冷弯薄壁型钢68二、冷弯薄壁型钢68三、钢棒（1）热轧六角钢和八角钢（GB705-89）规格：对边距离六角钢规格范围：8-70mm八角钢规格范围：16-40mm用途：制作钢结构用的螺栓（2）热轧扁钢（GB704-88）规格：厚度×宽度规格范围：3×10-60×150（mm）用途：房架构件、扶梯、桥梁、栅栏（3）热轧圆钢和方钢（GB702-86）规格：直径或边长（mm）圆钢规格范围：5.5-250mm方钢规格范围：5.5-200mm用途：轻型钢结构，一般杆件和连接件69三、钢棒（1）热轧六角钢和八角钢（GB705-89）69四、钢管分类：无缝钢管、焊接钢管用途：制作桁架、塔桅等构件、制作钢管混凝土（1）结构用无缝钢管规格：外径×壁厚（mm）热轧钢管规格范围：32×(2.5-8)-530×(9-75)-630×(9-24)（mm）冷拔钢管规格范围：6×(0.25-2.0)-200×(4.0-12)（mm）（2）焊缝钢管分类：直缝电焊钢管、螺旋缝钢管用途：各种结构、输油管道70四、钢管分类：无缝钢管、焊接钢管70五、板材（1）钢板（2）花纹钢板（3）建筑用压型钢板（4）彩色涂层钢板：71五、板材（1）钢板713.钢筋混凝土用钢一、热轧钢筋二、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋三、预应力混凝土用热处理钢筋四、预应力混凝土用钢丝和钢绞线五、钢筋的选用723.钢筋混凝土用钢一、热轧钢筋72一、热轧钢筋（HPBHRB）经热轧成型并自然冷却的成品钢筋1、分类：（1）按外形分：GB1499.1-2008《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB1499.2-2007《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB13014-91《钢筋混凝土用余热处理钢筋》规定了钢筋混凝土用钢筋技术要求光圆钢筋带肋钢筋73一、热轧钢筋（HPBHRB）经热轧成型并自然冷却的成品热轧钢筋1.生产采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。2.分类钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。3.牌号热轧直条光圆钢筋：HPB235、HPB300普通热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm74热轧钢筋1.生产H、R、B分别为热轧（Hotrolled）钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能和冷弯性能表面形状种类公称直径/mmσs/MPaσb/MPaδ5/%冷弯试验不小于角度弯心直径光圆HPB2358~2023537025180°d=a带肋HRB3356~2528~40>40~5033545517180°d=3ad=4ad=5aHRB4006~2528~40>40~5040054016180°d=4ad=5ad=6aHRB5006~2528~40>40~5050063015180°d=6ad=7ad=8a75钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能和冷弯性能表面种类公称直径/m低碳钢热轧盘条拉丝用盘条（L类）：Q195、Q215、Q235建筑用盘条（J类）：HRB235标记方式：盘条原材牌号-分类代号公称直径-GB701-97盘条HRB235A.F-J6.5-GB701-9776低碳钢热轧盘条76

直径6-8mm的HRB235或Q215的热轧盘条经冷拔而成屈服点提高40%-60%，塑性降低，硬脆冷拔低合金钢丝抗拉强度标准值为800MPa,可用于中小混凝土构件中的预应力筋二、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋级别直径（mm）抗拉强度，MPa伸长率，%（标距100mm）反复弯曲次数（180度）应用I组II组不小于甲级56506003.04中小混凝土构件的预应力筋47006502.5乙级3~55502.0焊接网、焊接骨架、箍筋、构造钢筋77直径6-8mm的HRB235或Q215的热轧盘条经冷拔而成冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺要求

GB13788-2008牌号反复弯曲次数抗拉强度σb/Mpa≥伸长率(%)≥冷弯180°D弯心直径d钢筋公称直径初始应力松弛σcon=0.70σb

δ11.3δ1001000h(%)≤CRB500CRB650CRB800CRB970-3335506508009708.0----4.04.04.0D=3d----88878冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺要求

GB13788-2008冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋根据国家标准GB13788－2008《冷轧带肋钢筋》的规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成C、R、B分别为冷轧（coldrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bar）三个词的英文首位字母冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋CRB550钢筋的公称直径范围为4-12mm。CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4、5、6mm79冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均三、预应力混凝土用热处理钢筋GB/T5223.3-2005用热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理而成。分有、无纵肋两种（都有横肋）规格：6、8.2、10mm条件屈服强度≥1325MPa抗拉强度≥1470MPa伸长率δ10≥6%1000h应力损失≤3.5%用途：预应力混凝土梁板和轨枕80三、预应力混凝土用热处理钢筋GB/T5223.3-2005用四、预应力混凝土用钢丝和钢绞线1、钢丝母材：优质碳素结构钢抗拉强度1470-1770MPa按加工状态分：冷拉钢丝(WCD)及消除应力钢丝两类按外形可分为：光面钢丝(P)，螺旋肋钢丝(H)和刻痕钢丝(I)三种消除应力钢丝按松弛性能不同：低松弛级钢丝(WLR)和普通级松弛钢丝(WNR)标记方式：预应力钢丝直径-抗拉强度--松弛等级-外形代号-标准号预应力钢丝4.00-1670-WCD-P-GB/T5223-2002直径为4.00mm，抗拉强度为1679MPa的冷拉光圆钢丝81四、预应力混凝土用钢丝和钢绞线1、钢丝812、钢绞线钢绞线:以数根优质碳素结构钢丝绞捻和消除内应力的热处理而制成类型：1×2、1×3、1×3I、1×7、（1×7）C5类标记方法：预应力钢绞线结构代号-公称直径-强度级别-GB/T5224-2003预应力钢绞线1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003特点：强度高，柔韧性好，无接头用途：大荷载、大跨度、曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构822、钢绞线钢绞线:以数根优质碳素结构钢丝绞捻和消除内应力的热

图例：板内预应力钢筋83图例：板内预应力钢筋83五、钢筋的选用普通受力钢筋：热轧钢筋(HRB400\HRB335)冷轧带肋钢筋（CRB550常用）预应力钢筋：预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋冷拉HRB400\HRB335\HPB235级热轧带肋钢筋中小型预应力构件的受力主筋：CRB650、CRB800级冷轧带肋钢筋、甲级冷拔低碳钢丝、冷拔低合金钢丝84五、钢筋的选用普通受力钢筋：843.6钢材的防护一、腐蚀：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）

危害：均匀锈蚀使钢材有效截面积减小，局部锈蚀不仅使钢材有效截面积减小，且引起应力集中，另外钢的强度、塑性、韧性降低（2）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。（1）化学腐蚀：钢材与周围介质直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀853.6钢材的防护一、腐蚀：钢材表面与周围介质发生作用而引起破（2）电化学腐蚀整个过程如下：阳极区：Fe=Fe2++2e阴极区：2H2O+4e+O2=4OH-钢铁表面吸附水膜酸性较弱或中性时2H++2e=H2钢铁表面吸附水膜酸性强时溶液区：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。86（2）电化学腐蚀整个过程如下：阳极区：Fe=Fe2++二、防腐1、采用耐腐蚀钢（耐大气腐蚀钢）在碳素钢和低合金钢中加入少量的铜、铬等合金元素制成，在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层2、阻锈剂3、阴极保护（采用电位比钢材高的金属覆盖）4、阳极保护（牺牲阳极、外加电流）5、非金属覆盖（涂漆）6、混凝土表面处理87二、防腐1、采用耐腐蚀钢（耐大气腐蚀钢）87混凝土用钢筋的防锈1、提高混凝土密实度，增大钢筋保护层的厚度2、易碳化地区，采用硅酸盐水泥或普通水泥3、限制含氯盐外加剂参量4、使用混凝土用钢筋阻锈剂5、钢筋涂覆环氧树脂或镀锌88混凝土用钢筋的防锈1、提高混凝土密实度，增大钢筋保护层的厚度三、钢在火灾中的表现200度以内性能基本不变；超过300度：弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；300度：失去承载能力四、防火采用绝热或吸热材料，隔阻火焰和热量，推迟钢结构的升温速率包覆法：以防火涂料（膨胀型和非膨胀型）、不燃烧板材或混凝土和砂浆将钢结构包裹起来89三、钢在火灾中的表现89铝及铝合金基本知识

铝是一种银白色的轻金属，属于有色金属，纯铝的比重削，仅2.7g/cm3，为铁的三分之一，熔点较低（660℃），具有良好的导热性、导电性、反辐射性能及耐腐蚀性能，并有易于加工和焊接等特点。

防锈铝防锈铝是铝镁或铝锰的合金。其特点是耐蚀性较高，抛光性好，能长期保持其光亮的表面，其强度比纯铝高，塑性及焊接性能良好，但切削加工性不良，可用于承受中等或低负载及要求耐腐蚀及光洁表面的构件、管道等90铝及铝合金基本知识铝是一种银白色的轻金属，硬铝

硬铝是铝和铜或再加入镁、锰等组合的合金，建筑工程上主要为含铜（3.8％～4.8％）、镁（0.4％～0.8％）、锰（0.4％～0.8％）、硅（不大于0.8％）的铝合金，称为硬铝。经热处理强化后，可获得较高的强度和硬度，耐腐蚀性好。建筑上可用于作承重结构或其他装饰制件，其强度极限可达330～490MPa，伸长率可达12％～20％，布氏硬度值HB可达1000MPa，是发展轻型结构的好材料。

91硬铝硬铝是铝和铜或再加入镁、锰等组合超硬铝

超硬铝是铝和锌、镁、铜等的合金。经热处理强化后，其强度和硬度比普通硬铝更高，塑性及耐蚀性中等，切削加工性和点焊性能良好，但在负荷状态下易受腐蚀，常用包铝方法保护，可用于承重构件和高荷载零件。锻铝

锻铝是铝和镁、硅及铜的合金。除具有较高的强度外，还有良好的高温塑性及焊接性，但易腐蚀，适宜作承重中等荷载的构件。

92超硬铝超硬铝是铝和锌、镁、铜等的合金。

铝在建筑上，早在80多年千就已被作为装饰材料，逐渐发展应用到窗框、幕墙，以及结构构件。1970年美国建筑上用铝量约为100多万吨，20年中，增长了4倍，占其全国铝消耗量的1/4以上。1973年日本在建筑上使用铝占其全国总耗铝量的1/3，在房屋建筑中使用600kt以上。93铝在建筑上，早在80多年千就已被作为装饰材料，逐渐发铝合金制品铝合金门窗铝合金门窗用已表面处理过的型材和配件组合装配而成。主要有推拉窗，平开窗，悬挂窗等。具有质量轻、气密性，水密性和隔声性能好，色泽美观，不锈蚀，不褪色，经久耐用，有利于工业化生产。94铝合金制品铝合金门窗铝合金门窗用已表面铝合金装饰板

铝合金花纹板采用铝合金坏料花纹轧辊制成。有针状、扁豆状、方格等花纹。其特点是花纹美观、防滑、防锈蚀，不易磨损，便于安装等。可用于现在建筑的墙面装饰、楼梯踏步等。铝合金波纹板边面轧制成波浪形或梯形。其特点是防火、防潮、防腐蚀。可用于商场、宾馆、饭店等建筑物的墙面和屋面装饰。95铝合金装饰板铝合金花纹板采用铝合金坏料铜及铜合金

纯铜

铜由黄铜矿、辉铜矿等精练而成的铜锭、铜锭线和电解铜三种，经加工变形后活动各种形状的纯铜材，纯铜经脱氧为无氧铜。铜是有色金属中的紫色重金属，其特点为具有很高的导电、导热、耐蚀性和易加工性，延展性好铜合金在铜中掺入锌、锡、铝等可制成铜合金，其强度、硬度等性能得到提高，使用性能更好。96铜及铜合金纯铜铜由黄铜矿、辉铜矿黄铜

在铜中掺入锌的合金为普通黄铜，在铜中掺入锌和其他元素组成锡、铅等。土木工程中常用的为普通黄铜或普通黄铜粉，呈黄色或金黄色，装饰性好。普通黄铜主要用于建筑五金、水暖电器、土木工程装饰，门窗、栏杆等。普通黄铜粉用于调制装饰涂料、代替金粉使用。青铜在铜中掺入锡的合金为锡青铜。在铜中掺入铝、铁等的合金为铝青铜。呈青灰色或灰黄色，强度较高硬度大，耐磨性、耐蚀性好。主要用于板材、管材，机械零件等97黄铜在铜中掺入锌的合金为普通黄铜，在铜中

铸铁

黑色金属中含碳大于2.06%的铁碳合金称为生铁。常用的断口呈灰色鼓称为铸铁。铸铁性脆、无塑性，抗压强度较高，抗拉和抗弯强度不高，不适合用于结构材料。常用于排水沟、地沟等的盖板、铸铁水管、暖气片及零部件、门、窗、栏杆等。98铸铁黑色金属中含碳大于2.06%的铁碳本章小结钢材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑钢材主要包括各种型钢、钢筋、钢丝和钢绞线等；建筑钢材的主要性能包括力学性能、工艺性能和耐久性三个方面；建筑钢材所用的钢种包括碳素结构钢（非合金钢）、低合金高强度结构钢。建筑工程中常用的钢筋，其力学性能、工艺性能、化学成分等必须符合相应标准的规定。钢丝和钢绞线具有强度高、变形较小等特点，主要用作普通预应力混凝土结构及大跨度预应力结构的预应力筋。99本章小结钢材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑钢材主要包括Q&A问答环节

敏而好学，不耻下问。

学问学问，边学边问。

He

is

quick

and

eager

to

learn.

Learning

is

learning

and

asking.100Q&A问答环节

敏而好学，不耻下问。

学问学问，边学边问。

结束语

感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边101结束语

101感谢聆听Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm讲师：XXXX日期：20XX.X月102感谢聆听讲师：XXXX日期：20XX.X月102第三章建筑金属材料金属材料主要有：钢材优点：轻质高强：艾菲尔铁塔321M7200T（1889）

333M4000T（1958）韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能外表轻巧、华美，具有光泽等钢材缺点：易锈蚀、维护费用高、耐火性差等黑色金属：钢、铁以及钢铁合金：除黑色金属以外的金属铝、铜等103第三章建筑金属材料金属材料主要有：黑色金属：钢、铁以及钢铁概况1

您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况2

您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。概况3

您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+++整体概况104概况1+++整体概况2本章的教学目标是：⑴了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系⑵熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素，掌握钢材工艺性能⑶熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法⑷掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则105本章的教学目标是：3★★第三章建筑金属材料＆3.1钢材的冶炼和分类＆3.2建筑钢材的主要技术性能＆3.3钢材的组成结构及对性能的影响（自学为主）

＆3.4钢材的冷加工与热处理＆3.5钢材的应用建筑用钢钢结构用钢钢筋混凝土用钢＆3.6钢材的防护106★★第三章建筑金属材料＆3.1钢材的冶炼和分类4＆3.1钢材的冶炼和分类一、钢的冶炼原料：铁矿石（1）炼铁：铁矿石铁水+矿渣方法：高炉炼铁生铁：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）炼钢：铁水、铁块或废钢钢水+钢渣钢:含碳量0.06%--2.0%钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼炼钢的原理就是把熔融的生铁进行加工，使其中碳的含量降到2.0%以下，其它杂质含量也控制在相应规定范围之内。107＆3.1钢材的冶炼和分类一、钢的冶炼钢与生铁的主要区别：钢的冶炼方法主要有三种：氧气转炉法；平炉法；电炉法。氧气转炉钢——用纯氧吹入铁液中使碳和杂质氧化脱离氧气转炉种类：顶吹、底吹、侧吹、顶底复合平炉钢——以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石中的氧使碳和杂质氧化电炉钢——采用电炉加热炼制钢材，主要为各种特殊钢目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的主要方法，而平炉法则已基本淘汰。108钢的冶炼方法主要有三种：目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的炉种原料特点生产钢种平炉生铁、废钢容量大，冶炼时间长，钢质较好且稳定，成本较高碳素钢低合金钢氧气转炉铁水、废钢冶炼速度快，生产效率高，钢质较好碳素钢低合金钢电炉废钢容积小，耗电大，控制严格，钢质好，但成本高特殊合金钢优质碳素钢三种主要炼钢方法的特点和应用109炉种原料特点生产钢种平炉生铁、废钢容量大，冶炼时间长，钢质较二、钢的分类1按化学成分分：钢的主要成分：铁、碳其他一些杂质：硅、锰、钛、钒磷、硫、氧、氮（1）碳素钢--低碳钢（含碳量<0.25%）中碳钢（含碳量0.25-0.6%）高碳钢（含碳量>0.6%）（2）合金钢--低合金钢（合金元素含量<5%）中合金钢（合金元素含量<5-10%）高合金钢（合金元素含量>10%）有害可以调整钢材性能专门加入合金元素110二、钢的分类1按化学成分分：有害可以调整专门加入8二、钢的分类2按冶炼时脱氧程度分：（1）镇静钢：用硅脱氧，钢质均匀密实，品质好，成本高，可用于承受冲击荷载的重要结构。（2）沸腾钢：用锰铁脱氧，内部杂质多，化学成分和力学性能不均匀，强度低、冲击韧性差、可焊性差、生产成本低，可用于一般建筑结构。（3）半镇静钢：用少量硅脱氧，性能介于镇静钢和沸腾钢之间（4）特殊镇静钢(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭的纵剖面图代号“F”代号“TZ”代号“Z”代号“b”AB111二、钢的分类2按冶炼时脱氧程度分：(A)沸腾钢(B问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。

脱氧程度排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢

钢材性能与质量排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢112问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的二、钢的分类3按杂质含量分：普通钢：含硫量≤0.045％-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％。特级优质钢:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌号后加“高”或“A”后加“E”113二、钢的分类3按杂质含量分：牌号后加“高”或“A”后加“E4、按照用途：（1）结构钢：主要用于工程构件和机械零件,一般为中、低碳钢（2）工具钢：主要用于各种刀具，量具和磨具,一般为高碳钢（3）特殊钢：用于特殊场合，如不锈钢，耐热钢，磁性钢，耐酸钢等，一般为合金钢建筑上常用的是结构钢。5、按照产品型式：（1）型材：钢结构用角钢，工字钢，方钢，槽钢等（2）板材：各种厚度钢板（3）线材：钢筋，钢丝，钢绞线（4）管材：钢管，自来水管，钢管桩1144、按照用途：123.2建筑钢材的主要技术性能一、力学性能静荷载：一定的力学强度和不致过大的变形动荷载：较高的韧性1、强度（抗拉性能）2、塑性3、韧性4、硬度5、疲劳强度力学性能工艺性能技术性能强度、弹性、塑性、耐磨性…（可加工性）：冷弯、可焊性1153.2建筑钢材的主要技术性能一、力学性能力学性能工艺性能技一、力学性能1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和破坏能力钢材受力产生应力、应变，反映钢材的主要力学特征低碳钢的应力-应变关系曲线OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段。116一、力学性能1、强度：在外力作用下，材料抵抗变形和破坏能力低弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。（弹性模量和弹性极限）屈服阶段(AB段)：图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用бs表示。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)：对应于最高点C的应力，称为强度极限或抗拉强度。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。颈缩阶段(CD段):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。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距。标距的伸长值与原始标距的百分比称为伸长率。117弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，(1)弹性模量：钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与应变之比为常数，称为弹性模量，即E=б/ε。这个阶段的最大应力（P点对应值）称为比例极限бp。弹性模量反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标。拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。通过对钢材进行抗拉试验所测的屈服强度、抗拉强度(极限强度）和伸长率是钢材的重要技术性质指标。(2)弹性极限：应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（e点对应值）称为弹性极限бe。事实上，бp与бe相当接近。注意118(1)弹性模量：钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力(3)屈服强度和条件屈服强度

当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用бs表示，设计中一般以其为强度取值依据。

有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度(б0.2)。高碳钢拉伸时的应力-应变曲线如图所示。

注意119(3)屈服强度和条件屈服强度

当应力超过弹性极限后硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。条件屈服点σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。120硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈(4)极限强度当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值（b点对应值）称为强度极限或抗拉强度бb，不直接利用。屈强比（бs/бb）：反映材料的安全可靠程度和利用率。121(4)极限强度19（1）伸长率：伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距L0与试件的直径d0之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。所以规定L0=5d0或L0=10d0。2塑性：塑性是钢材的一个重要性能指标。

在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力用拉伸试验时的伸长率、断面收缩率表示122（1）伸长率：伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。δ5：表示L0=5d0的伸长率δ10：表示L0=10d0时的伸长率d0——钢材直径123伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好(2)断面收缩率（ψ）

伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越大，说明钢材塑性越大。钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。Ａ0——试件原始截面积

Ａ1——试件拉断后颈缩处的截面积124(2)断面收缩率（ψ）伸长率和断面收缩率表示钢材断3冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标。1253冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标冲击韧性值（αk）：以摆锤冲击V形缺口试件时单位面积所消耗的功钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温