建筑金属材料

建筑金属材料第一页，共五十页，2022年，8月28日第2章建筑金属材料

2.1钢材的分类

2.2建筑钢材的力学与工艺性能

2.3钢材的强化与加工2.4钢材的化学成分对性能的影响

2.5钢材的锈蚀与防护

2.6土木工程常用金属材料的性质及应用★★第二页，共五十页，2022年，8月28日钢材的化学成分：

不可避免的元素：Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素：

Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素：2.1钢材的分类第三页，共五十页，2022年，8月28日1.按化学成分分类低碳钢：<0.25%中碳钢：0.25%～0.6%高碳钢：>0.6%（1）碳素钢（碳钢）

（2）合金钢——专门加入一定量的合金元素按合金元素总含量分：

低合金钢：<5%中合金钢：5%～10%高合金钢：>10%按含碳量分：第四页，共五十页，2022年，8月28日2.按杂质含量（品质）分类普通钢：≤0.050%，≤0.045%优质钢：≤0.035%，≤0.035%高级优质钢：≤0.025%，≤0.025%，牌号后加“高”或“A”特级优质钢：≤0.015%，≤0.015%，牌号后加“E”含硫量含磷量高低第五页，共五十页，2022年，8月28日3.按冶炼时脱氧程度分沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”半镇静钢：介于F与Z之间，代号“b”镇静钢：脱氧充分，代号“Z”特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”密致度高低第六页，共五十页，2022年，8月28日4.按用途分类结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）工具钢：各种工具（高碳钢）特殊钢：具有特殊物理、化学或机械性质（不锈钢、耐热钢、耐酸钢、）

第七页，共五十页，2022年，8月28日2.2建筑钢材的主要技术性能力学性质：强度、弹性、塑性、韧性、硬度、耐疲劳性工艺性质（可加工性）：冷弯性能、可焊性

★第八页，共五十页，2022年，8月28日2.2.1力学性能1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。

第九页，共五十页，2022年，8月28日2.2.1抗拉性能

第十页，共五十页，2022年，8月28日1.抗拉性能拉伸性能指标：屈服点、抗拉强度、伸长率、断面收缩率。值得注意：屈强比伸长率。可靠性参数

强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。伸长率值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。

第十一页，共五十页，2022年，8月28日2.2.1力学性能

2.冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。第十二页，共五十页，2022年，8月28日2.2.1力学性能

3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。一般由拉应力引起，危害极大。疲劳强度第十三页，共五十页，2022年，8月28日2.2.2工艺性能冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力。焊接性能：钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性非常重要。第十四页，共五十页，2022年，8月28日（1）冷弯性能冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）

装好的试件弯曲180°弯曲90°判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。(弯曲角越大，冷弯性能越好。)第十五页，共五十页，2022年，8月28日（1）冷弯性能

冷弯试验意义：1.能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存

在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。2.也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊

件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。第十六页，共五十页，2022年，8月28日（2）焊接性能焊接方式：搭接、对接焊接要求：①焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。②焊接处性能与母材一致,即力学性能、工艺性能应合格，特别是强度不低于原钢材强度。(拉伸试验、冷弯试验)影响因素：碳、合金元素及杂质元素越多，可焊性越小。第十七页，共五十页，2022年，8月28日8.3钢材的强化与加工1冷加工——指钢材在常温下进行的加工。

常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。

特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化处理。第十八页，共五十页，2022年，8月28日1冷加工（1）冷拉冷拉是将钢筋拉至应力-应变曲线的强化阶段内任一点K处，然后缓慢卸去荷载，当再度加载时，其屈服点将有所提高，塑性变形能力将有所降低。钢筋经冷拉后，一般屈服点可提高20%～25%。第十九页，共五十页，2022年，8月28日1冷加工（1）冷拔—是将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔。冷拔比纯拉伸作用强烈，钢筋受拉、挤压作用。如：经过一次或多次的冷拔后得到的冷拔低碳钢丝，屈服点可提高40%～60%，但失去软钢的塑性和韧性，而具有硬钢的特点。第二十页，共五十页，2022年，8月28日1冷加工冷轧-将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋目的：提高强度、与混凝土的粘结力。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均匀性。第二十一页，共五十页，2022年，8月28日2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。

时效处理方法有两种：在常温下存放15～20d，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；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。第二十二页，共五十页，2022年，8月28日3热处理

热处理包括淬火、回火、退火和正火。

第二十三页，共五十页，2022年，8月28日碳：炼钢氧化过程中生成，主要以渗碳体Fe3C存在。2.3钢材的化学成分含碳量钢的抗拉强度、硬度塑性、韧性、可焊性、抗腐蚀性硅：脱氧剂，屈服强度和抗拉强度可焊性、冷加工性锰：脱氧、去硫，具有很强的脱氧、硫能力。可改善钢的热加工性，强度、硬度锰含量过高，可焊接性第二十四页，共五十页，2022年，8月28日有害元素磷：来自炼铁原料，钢的强度和硬度硫：来自炼铁原料氧：常以FeO的形式存在。最大害处：热脆性热加工性、可焊接性冲击韧性、耐疲劳性、抗腐蚀性最大害处：冷脆性低温冲击韧性、可焊接性最大害处：热脆性

强度、机械性能、韧性、可焊性2.3钢材的化学成分第二十五页，共五十页，2022年，8月28日氮：来自空气，影响与碳、磷相似。钛：强脱氧剂，常用合金元素。钒：弱脱氧剂，常用合金元素。优点：可减弱碳、氮的不利影响。

钢的强度、硬度塑性、韧性、可焊性钢中加入少量合金元素Al、Ti、Nb等,改善性能优点：强度韧性、可焊性缺点：可焊性、时效强度、韧性热脆性缺点：钛含量过高，塑性第二十六页，共五十页，2022年，8月28日2.4建筑用钢1建筑常用钢种2钢结构用钢3混凝土结构用钢第二十七页，共五十页，2022年，8月28日2.5.1建筑常用钢种（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）低合金高强度结构钢1建筑常用钢种第二十八页，共五十页，2022年，8月28日（1）碳素结构钢牌号表示方法碳素结构钢的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。质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别用A、B、C、D符合表示；脱氧方法以F表示沸腾钢、Z表示镇静钢、TZ特殊镇静钢，Z、TZ、在钢的牌号中予以省略。如：Q235-AF

屈服强度不小于235的A级沸腾钢

牌号共Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号，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。技术要求第二十九页，共五十页，2022年，8月28日（1）碳素结构钢应用Q195、Q215Q235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、制造铆钉和地脚螺栓Q255、Q275含碳量适中、综合性能好。塑性和可焊性能得到很好配合，用途最广泛。主要用于轧制盘条或钢筋、及圆钢、方钢、扁钢、角钢等型钢硬度、强度较高。耐磨性较好、塑性和可焊性降低主要用于铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件第三十页，共五十页，2022年，8月28日（2）优质碳素结构钢牌号表示方法三部分表示：含碳量、含锰量标著、脱氧程度代号。前两位数字表示平均含碳量的万分数；有“含锰量标著”指较高含锰量，无“含锰量标著”指普通含锰量；大部分为镇静钢。

如：45Mn表示平均含碳量为0.45%，较高含锰量的镇静钢。

30表示平均含碳量为0.30%，普通含锰量的镇静钢。

优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。第三十一页，共五十页，2022年，8月28日

30～45号钢：用于重要结构的钢铸件、高强度螺栓。

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。优质碳素结构钢的选用第三十二页，共五十页，2022年，8月28日（3）低合金高强度结构钢牌号表示方法碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号三部分按顺序组成牌号共Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号技术要求第三十三页，共五十页，2022年，8月28日（3）低合金高强度结构钢应用第三十四页，共五十页，2022年，8月28日补充：合金结构钢合金结构钢的牌号表示:含碳量、合金元素的种类及含量。前两位数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符号表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有数字“2”,表示其平均含量在1.5%～2.5%之间；最后如附有“b”,表示为半镇静钢，否则为镇静钢。如：16Mn表示平均含碳量为0.16%，合金元素平均含量低于1.5%的镇静钢。第三十五页，共五十页，2022年，8月28日2钢结构用钢钢结构用钢主要是热轧成形的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；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。钢结构用钢有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、棒材、钢管和板材。第三十六页，共五十页，2022年，8月28日混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。3混凝土结构用钢第三十七页，共五十页，2022年，8月28日第三十八页，共五十页，2022年，8月28日第三十九页，共五十页，2022年，8月28日第四十页，共五十页，2022年，8月28日第四十一页，共五十页，202