建筑钢材第七章建筑钢材

第七章.建筑钢材一.定义

—土木工程中使用的各种钢材及制品。钢结构用—型钢、钢板包括钢筋混凝土结构用—各种钢筋、钢丝和钢绞线围护结构和装修工程用—深加工钢板和复合板优点—强度高、塑性韧性好、能承受冲击和振动荷载、易于加工二.特点

和装配缺点—易生锈、耐火性差、维护费用大

第一节.钢的冶炼与分类一.钢和铁的定义

—钢和铁主要是Fe—C合金，另有少量的杂质(Si,Mn,S,P,)含碳量大于2.06%的Fe—C合金，称为（生）铁；含碳量小于2.06%的Fe—C合金，称为钢；氧气转炉法—钢质好、冶炼速度快、成本低二.钢的冶炼方法

平炉法—钢质好、冶炼速度慢、成本低电炉法—钢质好、能耗高、成本高三.钢的分类

按化学成分

分类

按有害杂质—普通钢、优质钢、高级优质钢等按用途—结构钢、工具钢、特殊钢等定义—脱氧不彻底(充分)，钢水浇入锭模时,会有大量的CO气

沸腾钢F体从钢水中溢出,引起钢水呈沸腾状,故名沸腾钢.特性—组织不够致密，成分不太均匀，S、P等杂质偏析较严重，冲击韧性和可焊性差。但成本低、产量高。

镇静钢Z

定义—脱氧彻底(充分)，钢水浇入锭模时,平静的冷却凝固特性—钢质均匀密实，品质好，可用于冲击荷载的重要结构但成本高。

半镇静钢b—介于二者之间碳素钢—低碳钢、中碳钢、高碳钢合金钢—低合金钢、中合金钢、高合金钢沸腾钢F半镇静钢b镇静钢Z特殊镇静钢TZ按脱氧程度第二节.钢材的技术性能钢材性能

软钢σ-ε曲线σbs0εσb0.20ε

硬钢σ-ε曲线强度塑性冲击韧性硬度冷弯性能焊接性能（可焊性）冷加工热处理一.力学性能

(机械性能)二.工艺性能一.力学性能(一).强度

屈服强度(屈服点)s—结构设计中,钢材强度取值依据1.软钢

抗拉强度b—钢材强度极限值

屈强比s/b—能反映结构安全可靠程度及钢材利用率

s/b小—钢材利用率低，但结构安全可靠程度高；s/b大，则相反。2.硬钢

条件(名义)屈服点0.2—产生0.2%l0残余(永久、塑性)变形时应力抗拉强度b(二).塑性

1.指标—伸长率

2.5、10表示l0=5d、10d时的伸长率5与10之间的关系为5(﹥、﹤、=)10(三).冲击韧性—钢材抵抗冲击荷载的能力

指标—冲击韧性

ak(四).硬度—钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力

指标—布氏硬度

HB

二.工艺性能(一).冷弯性能

1.定义—钢材在常温下承受弯曲变形的能力

2.指标—弯曲角度()，弯心直径(d=na)

3.合格标志—弯曲处无裂纹、断裂及起层现象4.冷弯性能—与伸长率一样，也是反映钢材在静荷载作用下的塑性性能

但：伸长率—反映钢材在均匀变形下的塑性性能冷弯性能—反映钢材在不利变形条件下的塑性性能

5.冷弯试验的作用①揭露钢材内在缺陷，②评定塑性好坏③评定焊接接头质量(二).焊接性能(可焊性）

钢材在一定焊接工艺条件下，在焊接及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向，焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相同。(三).冷加工处理1.冷加工强化

①定义—钢材在常温下进行冷拉、冷拔和冷轧，使其产生塑性变形，提高屈服强度的过程。

②作用—s明显提高，b不变；而塑性、韧性及弹性模量明显降低。2.(冷加工)时效处理(强化)①定义—将经过冷加工的钢筋，于常温下存放15–20d(自然时效)；或加热到100–200℃并保持一定时间(人工时效)，此过程称为时效处理(强化)。②作用—s进一步提高,b略有提高；塑性、韧性进一步降低；弹性模量得以恢复3.冷加工与时效处理的目的提高钢筋的屈服强度，节约钢材(四).热处理1.定义—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显微结构组织，获得需要性能的一种综合工艺。2.方法—退火、正火、淬火及回火等第三节.钢的组织与化学成分一.钢的晶体组织1.钢是以铁为主的Fe–C合金，其中Fe和C有以下三种结合形式①固溶体—铁(Fe)中固溶着微量的碳(C)②化合物—铁和碳结合成化合物Fe3C

③机械混合物—固溶体和化合物的混合物。2.钢的组织—以上三种形式的Fe–C合金于一定条件下形成具有一定形态的聚合体

钢的基本组织及性能二.钢的化学成分

钢的化学成分对钢材性能的影响组织名称铁素体奥氏体渗碳体珠光体含碳量(%)≤0.020.86.670.8结构特征固溶体固溶体化合物机械混合物

性能强度、硬度低，塑性、韧性很好强度、硬度不高，塑性大抗拉强度低，硬脆，耐磨，塑性几乎为零强度高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体化学成分CSiMnSPONH影响随C,强度硬度,塑性韧性强度强度热脆性冷脆性强度塑性韧性备注有益元素有害元素第四节.建筑用钢材的品种一.碳素结构钢1.牌号—依据屈服强度划分为五牌号，即Q195、Q215、Q235、Q255、Q2752.质量等级

—依据冲击韧性（即S、P含量）划分四级，即A、B、C、D3.脱氧程度—F、b、Z、TZ(特殊镇静钢)，[注：Z、TZ通常省略]4.牌号表示方法：

—

例如：Q235-B•F表示屈服强度为235MPa的B级沸腾钢5.特性：碳素结构钢（尤其是Q235）既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，可焊性也好，适宜于各种加工，广泛用于制作钢结构用钢、钢筋和钢板等。二.优质碳素结构钢1.牌号—共31个牌号2.特性：对S、P含量控制更严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。屈服点代号Q屈服点数值/MPa质量等级脱氧程度三.低合金高强度结构钢1.定义—是一种在碳素结构钢基础上添加了不大于5%合金元素的钢材。2.牌号—依据屈服强度划分为五牌号，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q4603.质量等级—依据冲击韧性（即S、P含量）划分五级，即A、B、C、D、E4.牌号表示方法：

—例如：Q345–D表示屈服强度为345MPa的D级低合金结构钢5.特性：与碳素结构钢相比，低合金结构钢（Q345）具有高的强度，又有

较好的塑性、低温冲击韧性、可焊性、耐腐蚀性及冷加工性，是一种综合性能较为理想的建筑钢材。广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，尤其是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动荷载和冲击荷载的结构。四.钢材的选用原则荷载类型—静荷载、动荷载依据连接方式—焊接、铆接、螺栓连接环境温度—常温、低温（尤其是负温下：如-20℃、-30℃）屈服点代号Q屈服点数值/MPa质量等级第五节.钢结构用钢材钢结构用钢材主要是热轧成型的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢等；钢材所用母材主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢一.热轧型钢主要有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等类型。二.冷弯薄壁型钢主要有：结构用空心冷弯型钢、通用冷弯开口型钢等两大类。三.棒材主要有：热轧六角钢和八角钢、热轧扁钢、热轧圆钢和方钢等三大类。四.钢管主要有：结构用无缝管、焊接钢管等两大类。五.板材主要有：（厚、薄）钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板、彩色涂层钢板等

四大类。第六节节.钢钢筋混混凝土土用钢钢材砼抗压压强度度高，，但抗抗拉强强度很很低；；而钢钢筋抗抗拉和和抗压压强度度均很很高；；将二二者复复合成成钢筋砼，，可以以充分分发挥挥各自自的特特长。。此外外砼的的碱性性环境境保护护钢筋筋不锈锈蚀。。一.热热轧钢钢筋热轧钢

热轧钢筋等级、性能和用途

注：H(热轧)、P(光圆)、R(带肋)、B(钢筋)二.冷轧带肋钢筋①定义—采用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条，经冷轧或冷拔减径后在其表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。

②牌号—按抗拉强度最小值分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号。C、R、B分别代表冷轧、带肋、钢筋。钢筋级别强度等级代号外形钢种分级依据用途ⅠHPB235光圆低碳钢s

b

冷弯非预应力筋ⅡHRB335带肋月牙肋低碳低合金钢非预应力筋预应力筋ⅢHRB400

Ⅳ

HRB500等高肋中碳低合金钢预应力筋三.预预应力力砼用用热处处理钢钢筋四.预预应力力砼用用钢丝丝和钢钢绞线线五.钢钢筋的