建筑材料8-建筑钢材

金属材料五金，指金、银、铜、铁、锡五项金属材料之称，五金为工业之母；国防之基础，五金材料之产品，通常只分为大五金及小五金两大类。大五金指钢板、钢筋，扁铁、万能角钢、槽铁、工字铁及各类型之钢铁材料，小五金则为建筑五金、白铁皮、锁类铁钉、铁丝、钢铁丝网、钢丝剪、家庭五金、各种工具等等。就五金之性质与用途，应分钢铁材料、非铁金属材料、机械机件、传动器材、辅助工具、工作工具、建筑五金、家庭五金等八大类建筑钢材海珠桥一、钢及其特性理论上，凡是把含碳量为0.02%~2.06%的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁(含碳多，脆，无塑性)；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁（或称熟铁，软，塑性好，强度和硬度低）。钢的特点强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。二、建筑钢材的主要品种1、型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。2、线材如钢筋、钢丝等。3、管材无缝钢管、焊接钢管等。4、板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。三、钢的生产钢的生产钢的铸锭钢的压力加工钢的生产过程钢的生产方法铸锭脱氧处理化学偏析热加工冷加工氧气转炉法空气转炉法平炉炼钢法电炉炼钢法炼钢——生铁+氧生铁矿生铁FeO、Fe2O3钢Fe2O3高炉中高温、加C（燃料）、石灰石等溶剂Fe，含C、S、P等有害元素，硬而脆、塑性差、抗拉强度差。C+O2CO2S+O2SO2P+O2P2O5加氧脱氧C、S、P等元素含量减少，技术性能及质量比生铁好的多。钢的生产过程示意图比重较大，生成矿渣加Mn、Si四、钢的分类1、按冶炼方法分2、按质量分按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。钢转炉钢沸腾钢(F)电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢(b)镇静钢（Z）特殊镇静钢（TZ）按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢名称脱氧程度质量沸腾钢不完全组织不够致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，质量较差，成本较低镇静钢充分组织致密，成分均匀，机械性能好，质量较好，成本较高半镇静钢均介于上二者之间一般工程预应力砼工程3、按化学成分分4、按用途分分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金总含量＜5%5%～10％＞10％六、建筑钢材的应用重型工业厂的屋架、吊车梁；大跨度房屋结构；大跨度桥梁；多层、高层房屋的梁架；移动式结构；轻型结构；在抗震要求比较高的地方。

建筑钢材的技术性能力学性能工艺性能化学性能抗拉性能冲击韧性疲劳强度硬度冷弯性能五、建筑钢材的技术性质1.应力

2.应变3.弹性与弹性变形4.塑性与塑性变形FFAΔLL0L1建筑钢材的抗拉性能一、钢材的拉伸性能钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0ΔL1ΔL2低碳钢的受拉过程分为四个阶段建筑钢材的抗拉性能O弹性阶段OA屈服阶段AB强化阶段BC颈缩阶段CDABCD低碳钢受拉的应力－应变图建筑钢材的抗拉性能一、弹性阶段OA

一条通过原点的直线，应力与应变成正比。弹性弹性模量

E值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。

A点对应的应力。αOA低碳钢受拉的应力－应变图

E1

＞E2图形的特点：试件的特点：计算的指标：ABCD弹性极限建筑钢材的抗拉性能二、屈服阶段AB

一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力——

屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力。图形的特点：试件的特点：计算的指标：αOA低碳钢受拉的应力－应变图ACDBB上B下屈服。三、强化阶段BC

一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高——抗拉强度

图形的特点：试件的特点：计算的指标：αOA低碳钢受拉的应力－应变图ACDBB上B下C点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能强化。四、颈缩阶段CD

一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——

，直到断裂。伸长率δ：

图形的特点：试件的特点：计算的指标：αOAACDBB上B下L1L0建筑钢材的抗拉性能计算的指标：颈缩三个重要的指标1.屈服强度σs

结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度σb

钢材所能承受的最大应力屈强比

屈强比，利用率，安全可靠程度3.伸长率δ

衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好

↑αOAACDBB上B下↑↓二、冲击韧性

钢材抵抗冲击荷载的能力。

定义试件讨论与分析计算式测试方法ak↑冲击韧性↑。

钢的化学成分;例：S、P↑冲击韧性↓冶炼及轧制质量质量↑冲击韧性↑温度温度↓，冲击韧性↓

ak影响冲击韧性的因素

三、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。钢材疲劳曲线示意图四、钢材的硬度硬度――是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法讨论与分析材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。五、钢材的冷弯性能

指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，

试件被弯曲角度α、弯心直径与厚度的比值d/a

定义指标弯曲角度α↑d/a，表示对冷弯性能要求越高。结论钢材的冷弯

钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。六钢材的冷加工(一)钢材的冷加工及时效冷加工强化处理是指常温下对钢材进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形并提高屈服点。1、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈服点提高了，长度增加了，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。时效处理：一般常温下存放15～20天，用于Ⅰ级钢筋（自然时效）；加热100～200°并保持一定时间（2h），用于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋（人工时效）2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。效果：屈服强度和抗拉强度提高；

塑性、韧性下降，脆性升高。

在常受冲击荷载作用、低温的环境中，不宜采用冷拔钢筋。（二）钢的热处理热处理：按照一定规则加热、保温和冷却，以改变钢材组织，从而获得需要的性能的一种工艺过程。常用的方法有：淬火、回火、退火和正火淬火是指将钢材加热到723°以上某一温度，经保温停留一段时间后在盐水、冷水或油中急速处理的过程。经过淬火的钢材硬度极高，脆性大而塑性小。淬火对淬火处理的钢，再进行加热，冷却的过程称为回火，回火的温度低于723°。其目的是、消除淬火钢件的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。回火将钢材加热到800～850°，经保温停留一段时间，然后随炉温冷却或埋在细纱中，缓慢冷却处理的过程称为退火。

退火可降低钢材的原有硬度，改善钢材的塑性和韧性及加工性能，也可以消除加工及焊接时的内应力。退火将钢加热经保温停留后，在空气中冷却处理的过程叫正火。与退火相比，经正火的钢材强度和硬度更高，而塑性减小。正火(二)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。它是钢结构的主要连接形式。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。影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。建筑钢材的技术标准

与选用一、碳素结构钢（非合金钢）1、牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；

如：Q235－A·F

表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。2、牌号共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。3、技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700--2006规定。4、应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。

Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。二、低合金高强度结构钢1、牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。

2、牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3、技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB1591-94的规定4、应用

Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。

Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。

Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。Q345D,Q460E.----七成来自武钢钢筋混凝土结构用钢材1、生产是经过热轧成型并自然冷却的成品钢筋；2、分类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热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500一、热轧钢筋推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm带肋钢筋通常为圆形横截面，且表面有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。如图所示，按肋纹形状分为月牙肋和等高肋。带肋钢筋外形二、低碳热轧圆盘条1、概述

低碳热轧圆盘条的公称直径为5.5～30mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。2、分类

按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。

3、牌号

低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。三、冷轧带肋钢筋1、生产冷轧带肋钢筋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两面横肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2、牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。3、规格直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm。4、力学性能和工艺性能应符合GB13788-2000的相关规定。5、应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。预应力混凝土结构用钢材预应力混凝土的概念：为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。

一、热处理钢筋1、概述热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。2、规格公称直径6、8.2、10mm。3.牌号有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。有纵肋无纵肋4、力学性能5、特点及应用

热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。但其对腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接点焊的钢筋。预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能公称直径mm牌号σ0.2σbδ10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706二、预应力混凝土用钢丝钢丝刻痕（I）光圆（P）螺旋肋（H）按外形分钢丝消除应力钢丝冷拔钢丝低松弛级钢丝（WLR）按加工状态分普通松弛级钢丝（WNR）预应力混凝土用钢丝采用优质碳素结构钢制成，抗拉强度高达1470～1770MPa。消除应力钢丝的塑性比冷拉钢丝好，刻痕钢丝和螺旋肋钢丝与混凝土的粘结力好。三、预应力混凝土用钢绞线是以数根优质碳素钢钢丝经绞捻和消除内应力的热处理后制成的。根据《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003），预应力钢绞线按结构分为5类，代号分别为：用2根钢丝捻制的钢绞线1×2

用3根钢丝捻制的钢绞线1×3