建筑与装饰材料第三版课件 第九章 金属材料

9金属材料9.1

建筑钢材9.1.1钢材的特点及其应用材质均匀、性能可靠、抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，具有一定的塑性和韧性，常温下能承受较大的冲击和振动荷载；优点：具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接或螺栓连接，便于装配等。9.1.1钢材的特点及其应用缺点：易锈蚀，维修费用高，耐火性差等。9.1.1钢材的特点及其应用建筑上由各种型钢组成的钢结构安全性大，自重较轻，适用于大跨度和高层结构。应用：钢筋混凝土结构虽自重较大，但节省钢材，而且克服了钢材易锈蚀、维修费用高的缺点。钢结构厂房效果图钢结构吊装转炉炼钢法平炉炼钢法

电炉炼钢法9.1.2

钢的冶炼(1)钢的冶炼方法沸腾钢镇静钢

半镇静钢(2)脱氧处理炼钢9.1.3

钢的分类9.2

建筑钢材的主要技术性能

建筑钢材的技术性能力学性能工艺性能化学性能冲击韧性硬度冷弯性能冷加工强化及时效焊接性能拉伸性能（1）拉伸性能9.2.1

力学性能拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以拉伸性能是表示钢材性能和选用钢材的重要依据。拉伸性能实验录像αOA低碳钢受拉的应力－应变图ABCD1）弹性阶段OA

一条通过原点的直线，应力与应变成正比。弹性模量反映了钢材抵抗弹性变形的能力，是计算钢材在受力条件下变形的重要指标。弹性极限A点对应的应力。αOA低碳钢受拉的应力－应变图ACDBB上B下2）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。屈服强度B下点对应的应力。当钢材受力达到屈服强度时，将产生不可恢复的永久变形，即塑性变形，这在结构上是不允许的。

屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。αOA低碳钢受拉的应力－应变图ACDBB上B下3）强化阶段BC

在该阶段，钢材抵抗外力的能力重新提高，图形为一段上升的曲线。抗拉强度C点对应的应力。

抗拉强度是钢材受拉时所能承受的最大应力值。αOAACDBB上B下4）颈缩阶段CD

在该阶段，变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小，直到断裂。低碳钢受拉的应力－应变图伸长率

是衡量钢材塑性的重要指标，该值越大说明钢材塑料越好。屈强比：屈强比利用率安全可靠程度↑↑↓建筑结构用钢合理的屈强比一般为0.60～0.75。（2）冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。冲击韧性试验录像衡量指标↑影响因素

1)钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制、焊接质量等。如钢中磷、硫含量较高，存在非金属夹杂物，脱氧不完全和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性降低。2）温度冲击韧性随温度的降低而下降，开始下降缓慢，当达到一定温度范围时，实然下降很多而呈脆性，称为钢材的冷脆性。脆性临界温度越低，钢材的低温冲击韧性越好。

在负温下使用的结构，应选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。（1）

冷弯性能

是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。用弯曲角度α、弯心直径与厚度的比值d/a来表示。9.2.2

工艺性能

弯曲性能试验录像弯曲角度α越大，d/a越小，说明试件冷弯性越好。钢材冷加工的方式有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。（2）冷加工强化及时效1）冷加工强化图8-20钢筋冷拉钢材经冷加工后时效可迅速发展。时效处理方式有自然时效和人工时效两种。

钢材经冷加工后，一般进行时效处理，通常强度较低的钢材宜采用自然时效，强度较高的钢材则应采用人工时效。2）时效钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化

对钢筋进行冷加工可达到节约钢材的目的。

对盘条进行冷拉可同时起到开盘、矫直、除锈的作用。3）冷加工在建筑工程中的应用对于承受冲击、振动荷载的钢材，不得采用冷加工钢材。

冷加工钢材的焊接必须在冷加工前进行，不得在冷加工后进行焊接。焊接的质量取决于焊接工艺、焊接材料和钢的可焊性能。（3）焊接性能钢材的可焊性是指钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性好的钢材易于用一般焊接方法和工艺施焊，在焊缝及附近过热区不产生裂缝，焊接后的力学性能，特别是强度不低于原有钢材，硬脆倾向小。钢材可焊性的好坏，主要取决于化学成分及其含量。碳、硫、合金元素、杂质等含量的增加，都会使可焊性降低。低碳钢具有良好的可焊性。（1）碳

随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。9.2.3

化学成分对钢材性能的影响含碳量对热轧碳素钢性质的影响σb—抗拉强度；αk—冲击韧性；HB—硬度；δ—伸长率；φ—面积缩减率2.硅、锰加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。3.硫、磷

硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使钢材的冷脆性增加。4.氧、氮降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。5.铝、钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。9.3

建筑钢材的常用钢种普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。9.3.1

碳素结构钢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、脱氧程度符号四部分按顺序组成。（1）碳素结构钢的牌号表示方法例如：Q215-A·F表示屈服强度为215MPa的A级沸腾钢；Q235-C表示屈服强度为235MPa的C级镇静钢。碳素结构钢的技术要求包括化学成分、力学性能、冷弯性能、冶炼方法、交货状态及表面质量等方面。应符合国家标准《碳素结构钢》（GB/T700－2006）的规定。（2）碳素结构钢的技术要求（3）碳素结构钢的应用低合金高强度结构是在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素（总含量小于5%），其目的是为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。9.3.2

低合金高强度结构钢（1）低合金钢的牌号表示方法

低合金高强度结构钢的牌号由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级三个部分组成，共有8个牌号。低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20%-30%，但成本并不很高。（2）低合金高强度结构钢的性能和应用钢结构安装9.4

钢筋混凝土用钢材热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。9.4.1

钢筋混凝土用热轧钢筋热轧光圆钢筋

HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。热轧带肋钢筋9.4.2

冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋用于普通混凝土结构时，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右。冷轧带肋钢筋用于预应力混凝土结构时，与冷拨低碳钢丝相比，伸长率高，塑性好，由于表面带肋，提高了钢筋与混凝土的粘结力，是一种比较理想的预应力钢材。冷轧带肋钢筋CRB550宜用于普通钢筋混凝土结构，其他牌号的钢筋宜用于预应力混凝土结构。热处理钢筋经过调质热处理而成，具有强度高、韧性高、粘结力高和塑性降低小等优点，特别适用于预应力混凝土构件，主要是预应力混凝土轨枕。9.4.3

预应力混凝土用热处理钢筋9.4.4

低碳钢热轧圆盘条是由屈服强度较低的碳素结构钢热轧制成的盘条，大多通过卷线机卷成盘卷供应，也称为盘圆或线材，是目前用量最大、使用最广的线材。按用途分为供拉丝等深加工及其他一般用途的低碳钢热轧圆盘条。9.4.5

预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹梁、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。预应力混凝土用钢丝9.4.6

预应力混凝土用钢绞线钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。预应力钢绞线截面图9.5

建筑装饰用钢材制品

主要是厚度小于4mm的薄板，用最最多的是厚度小于2mm的板材。不锈钢薄板可作内外墙饰面、幕墙、隔墙、屋面等面层。（1）不锈钢钢板9.5.1

建筑装饰用钢材制品

镜面板(平面钢板)

亚光板(平面钢板)

拉丝不锈钢板

凹凸板压纹板是在不锈钢板上再进行艺术加工，使其成为各种色彩绚丽的装饰板。（2）彩色不锈钢板具有良好的抗腐蚀性，耐磨、耐高温等特点，彩色面层经久不褪色，色泽随光照角度不同会产生色调变幻，增强装饰效果。常用作厅堂墙板、顶棚、电梯厢板、外墙饰面等。彩色不锈钢板彩色不锈钢板应用涂层有有机、无机和复合层三种。

具有耐污染、洗涤后表面光泽、色差不变，热稳定性好，装饰效果好、易加工、耐久性好等优点。可用作外墙板、壁板、屋面板等。（3）彩色涂层钢板彩色涂层钢板示意图是以镀锌钢板为基材，经成型轧制，并敷以各种耐腐蚀涂层与彩色烤漆而成的装饰板材。其性能和用途与彩色涂层钢板相同。（4）彩色压型钢板彩色压型钢板彩色压型钢板应用彩色压型钢板应用

是以冷轧钢板、镀锌钢板或彩色涂层钢板经轧制而成的薄壁型钢。

按断面形状分为U型、C型、T型和L型。(5)轻钢龙骨T型U型C型L型轻钢龙骨轻钢龙骨应用

轻钢龙骨安装示例9.6

铝及铝合金

造价较高，但因长期维修费用低，并且在造型、色彩、玻璃镶嵌、密封和耐久性方面均比钢、木门窗有着明显的优势，所以在高层建筑和公共建筑中应用特别广泛。（1）铝合金门窗9.6.1

建筑装饰用铝合金制品铝合金门窗特点：自重轻密封性好装饰性好耐久性好推拉式平开式固定式纱窗具有价格便宜、加工方便、色彩丰富、质量轻、刚度好，耐大气腐蚀、经久耐用等特点。适用于宾馆、商场、体育馆、办公楼等建筑的墙面和屋面装饰。（2）铝合金装饰板材

花纹美观大方、不易磨损、防滑性好、防腐蚀性强、便于冲洗，通过表面处理可获得各种美丽的色彩。1）铝合金花纹板

花纹板板材平整，裁剪尺寸精确，便于安装，广泛用于现代建筑的墙面装饰及楼梯板等处。

有多种颜色，自重轻，有很强的反光能力，防火、防潮、防腐，在大气中可使用20年以上。主要用于建筑墙面和屋面装饰。2）铝合金波纹板铝合