建筑材料课件一二

钢材的分类

1.按化学成分分类（１）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含碳量为0.02％～2.06％。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％）高碳钢（含碳量大于0.60％）碳素钢（２）合金钢。是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢（合金元素总含量小于５％）中合金钢（合金元素总含量为５％～10％）高合金钢（合金元素总含量大于10％）。合金钢2.按冶炼时脱氧程度分类（１）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“Ｆ“。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。（２）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“Ｚ”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。（３）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“ｂ”。（４）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。钢材的技术性质1.抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。其技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见图8－１.低碳钢受拉时的应力一应变图3.按有害杂质含量分类

接钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类：

（１）普通钢。磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.050%。

（２）优质钢。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。

（３）高级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。

（４）特级优质钢。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。（１）屈服点：当试件拉力在ＯＢ范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为常数，因此，该阶段被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段ＢＣ时，称屈服下限Ｃ下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做σs。设计时一般以σs作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2作为屈服强度。（２）抗拉强度：从图8－１中ＣＤ曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点Ｄ的应力称为抗拉强度，用σb表示。设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比σs／σb有一定意义。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。(3)伸长率：图8－１中当曲线到达Ｄ点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”而断裂。量出拉断后标距部分的长度Ll，标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长率。即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，故当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。通常以δ5和δ10分别表示L0=5d0和L0=10d0（ｄ0为试件直径）时的伸长率。对同一种钢材，δ5应大于δ10。冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。

冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90°、180°）及弯心直径ｄ对试件厚度（或直径）a的比值（ｄ/a）区分的，试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击韧性。试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。发生冷脆时的温度称为临界温度，其数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材。随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降的现象称为时效。完成时效变化的过程可达数十年，但是钢材如经受冷加工变形，或使用中经受震动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性，对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。冲击韧铺性冲击韧性是指钢低材抵抗恰冲击荷崭载的能者力。冲击韧性据指标是通过醒标准试今件的弯塑曲冲击锈韧性试咐验确定京的。以屑摆锤打屠击试件迹，于刻椒槽处将逃其打断退，试件蛾单位截秆面积上河所消耗谷的功，币即为钢命材的冲侧击韧性拘指标，捉用冲击负韧性ak（Ｊ/cm夜2）表示倒。ak值愈大，孙冲击韧性盏愈好。硬度钢材的宫硬度是指其哗表面局箱部体积罚内抵抗匆外物压秧入产生扎塑性变镜形的能甩力。常牧用的测摆定硬度跌的方法府有布氏铺法和洛筐氏法。布氏法的省测定原理是利用喜直径为司Ｄ（ｍ视ｍ）的况淬火钢净球，以P（Ｎ）的坡荷载将其弹压入试件史表面，经丛规定的持模续时间后射卸除荷载弊，即得到采直径为ｄ雅（ｍｍ）辉的压痕，嘉以压痕表教面积Ｆ（羽ｍｍ）除熊荷载Ｐ，芽所得的应排力值即为辉试件的布青氏硬度值垂ＨＢ，以典数字表示竖，不带单递位。洛责氏法测定桂的原理与消布氏法相久似，但系雪根据压头跟压入试件舟的深度来少表示硬度鲁值，洛氏桌法压痕很童小，常用阵于判定工龄件的热处亡理效果。耐疲劳猴性在反复荷键载作用下胡的结构构填件，钢材壮往往在应闪力远小于抬抗拉强度膛时发生断俊裂，这种度现象称为验钢材的疲喝劳破坏。勿疲劳破坏艘的危险应毕力用疲劳自极限来表财示，它是鸟指疲劳试换验中，试辽件在交变劝应力作用廊下，于规份定的周期莫基数内不印发生断裂姑所能承受谊的最大应茎力。一般认为财，钢材的尖疲劳破坏蝇是由拉应沾力引起的湾，因此，姨钢材的疲案劳极限与饼其抗拉强夺度有关，送一般抗拉歇强度高，拳其疲劳极哄限也较高育。由于疲裹劳裂纹是可在应力集蓝中处形成们和发展的仓，故钢材移的疲劳极双限不仅与煮其内部组旅织有关，敞也和表面而质量有关枪。焊接性牛能钢材的可宗焊性是指焊接究后在焊缝拌处的性质床与母材性评质的一致做程度。影赵响钢材可友焊性的主巾要因素是潮化学成分舅及含量。旷如硫产生片热脆性，裕使焊缝处带产生硬脆玻及热裂纹要。又如，都含碳量超锹过0.3％，可翼焊性显航著下降凝等。钢材的化德学成分及棚对性能的承影响钢材的化移学成分主爬要是指碳触、硅、锰果、硫、磷向等，在不庄同情况下叫往往还需沫考虑氧、派氮及各种润合金元素狼。（1）碳：斧土木工躲程用钢苏材含碳西量不大隔于0.8％。在此撒范围内，诞随着钢中随碳含量的也提高，强步度和硬度很相应提高训，而塑性锐和韧性则匙相应降低题，碳还可钓显著降低何钢材的可特焊性，增卫加钢的冷别脆性和时探效敏感性梅，降低抗戒大气锈蚀恢性。（2）硅：当硅在钢丘中的含量郑较低（小寺于1%）时，元可提高暑钢材的杠强度，形而对塑炒性和韧龟性影响袄不明显卸。（３）锰弊：锰是我讯国低合撞金钢的庭主加合饿金元素才，锰含绍量一般斥在1%～２％范总围内，它呢的作用主恋要是使强咽度提高，的锰还能消免减硫和氧柱引起的热难脆性，使斯钢材的热礼加工性质衰改善。（４）附硫：硫是很有政害元素。桥呈非金属旬硫化物夹珍杂物存在矩于钢中，额具有强烈晨的偏析作吸用，降低解各种机械费性能。硫与化物造成扭的低熔点谅使钢在焊黄接时易于乳产生热裂落纹，显著最降低可焊首性。（５）姿磷：为有害元龙素，含量盲提高，钢锐材的强度翻提高，塑舅性和韧性叫显著下降追，特别是摘温度愈低左，对韧性侦和塑性的挠影响愈大钟，磷在钢盆中的偏析镰作用强烈寇，使钢材祥冷脆性增纯大，并显祝著降低钢名材的可焊名性。磷可已提高钢的渔耐磨性和鉴耐腐蚀性删，在低合治金钢中可屑配合其他停元素作为怖合金元素从使用。（６）仇氧：为有害元忆素。主要该存在于非爆金属夹杂笼物内，可并降低钢的榆机械性能伟，特别是轮韧性，氧瓶有促进时并效倾向的肌作用，氧中化物造成读的低熔点窜亦使钢的滚可焊形变牺差。（７）氮弓：氮对钢材划性质的影挑响与碳、死磷相似，堡使钢材的奶强度提高槐，塑性特重别是韧性五显著下降萝。氮可加端剧钢材的美时效敏感春性和冷脆希性，降低堵可焊性。车在有铝、绕妮、钒等最的配合下置，氮可作兵为低合金锦钢的合金戏元素使用婶。（８）钛紫：钛是强脱安氧剂。它虎能显著提城高强度，烘改善韧性废和可焊性住，减少时帜效倾向，联是常用的奋合金元素乔。（９）踏钒：钒是强的争碳化物和喘氮化物形籍成元素。元能有效提姨高强度，弱并能减少中时效倾向善，但增加条焊接时的案淬硬倾向。钢材的晶泼体组织钢是铁低碳合金叮晶体。你晶体结舅构中各降个原子轿是以金箩属键相葬结合的童，这是剪钢材具珍有较高忍强度和俭良好塑些性的基削础。原思子在晶益粒中排乳列的规运律不同香可以形变成不同蛇的晶格恨，如体缠心立方统晶格是放原子排送列在一社个正六波面体的恋中心和碍各个顶纸点而构小成的空恰间格子波；面心土立方体裹晶格是俗原子排王列在一览个正六里面体的堪各个顶裂点和六慕个面的赠中心而妇构成的肺空间格东子。铁岩和碳两拜种元素积可以不嫩同的形均态存在躁，这种蚕形态称孩为晶体宫组织。碳素钢叮冶炼时口在钢水膛冷却过薄程中，秆其Fe和Ｃ有以瓦下三种结花合形式：固溶体——铁（Fe）中固溶尤着微量的瞒碳(C)；化合物——铁和碳结刻合成化合莫物Fe3Ｃ；机械混合留物——固溶体言和化合冤物的混予合物。以上三奏种形式惧的Fe—Ｃ合金，聚于一定条兼件下能形纳成具有一御定形态的戏聚合体，败称为钢的罢组织，在激显微镜下搂能观察到病它们的微严观形貌图朵像，故也匀称显微组议织。钢的基垦本组织绑主要有移以下几娱种：（１）铁摇素体钢材中鸭的铁素缎体为Ｃ悦在α一Fe中的固溶粘体，由于α一Fe体心立敌方晶格森的原子筑间空隙功小，溶抢碳能力精较差，帜故铁素铜体含Ｃ稼量很少场（小于0.02％），雹由此决羽定其塑酬性、韧永性很好而，但强鞠度、硬永度很低舒。（２）盲奥氏体奥氏体判为Ｃ在γ一Fe中的固溶签体，溶碳康能力较强砌，高温时豪含碳量可置达2.06％，低温星时下降至0.8％。其强弱度、硬度粮不高，但矩塑性好，您在高温下垮易于轧制冻成型。（３）放渗碳体渗碳体为洽铁和碳的步化合物Fe3C，其含蚊Ｃ量高盒（达6.6岛7％），晶训体结构复昌杂，塑性两差，性硬仇脆，抗拉饭强度低。（４）魄珠光体珠光体壤为铁素呈体和渗节碳体的赵机械混号合物，见含Ｃ量她较低（0.8％），层雄状结构，害塑性较好贤，强度和吧硬度较高衰。1.钢材的冷怪加工冷加工隶是指钢推材在常聪温下进炸行的加粮工，建滚筑钢材虎常见的叙冷加工堪方式有跌：冷拉耕、冷拔渴、冷轧狐、冷扭喝、刻痕君等。将杜钢材在赠常温下么进行冷标拉、冷唉拔或冷剂轧，使甩产生塑手性变形湾，从而神提高屈往服强度归，这个呢过程称巡寿为钢材踩的冷加豪工强化症。冷加工强演化的原理感是：钢材胞在塑性变识形中晶格施的缺陷增藏多，而缺穷陷的晶格管严重畸变诉，对晶格洪的进一步读滑移将起握到阻碍作燥用，故钢盒材的屈服茎点提高，歌塑性和韧呈性降低。效由于塑性扯变形中产骂生内应力积，故钢材黄的弹性模淡量Ｅ降低翅。工地或榨预制厂妨钢筋混睡凝土施予工中常超利用这检一原理梁，对钢铜筋或低尤碳钢盘汇条按一管定制度惊进行冷姓拉或冷旨拔加工技，以提奖高屈服叨强度。将经过冷膊拉的钢筋播于常温下革存放15～20ｄ，或加贴热到100～200屋°Ｃ并保冷持一段协时间，根这个过思程称为时效处理。抱前者称卵为自然劝时效，贱后者称墨为人工询时效。时效垒钢材随久时间的鼓延长，阔强度、无硬度提虹高，而嚷塑性、惯韧性下尤降的现驼象称为貌时效。袜钢材在岗自然条乌件下的跟时效是谁非常缓赏慢的，朵若经过合冷加工蛛或使用期中经常浅受到振杏动、冲太击荷载唐作用时张，时效汗将迅速蚂发展。词钢材经棋冷加工动后在常璃温下搁芽置15~2邪0天或加耕热至100~究200℃保持2h以内，钢搁材的屈服俱强度、抗伐拉强度及润硬度都进原一步提高郑，而塑性贞、韧性继邻续降低完葵成时效过梅程，前者佛称为自然捞时效，后兼者称为人舟工时效。岛如图9-8所示，经舒冷加工和厘时效后，善其应力—应变曲拜线为O`K阶1C1甚D1，此时抵屈服强骗度（K1）和抗沿拉强度竭（C1）比时委效前进求一步提调高。一歼般强度顺较低的啊钢材采矩用自然蓝时效，带而强度液较高的每钢材采吗用人工记时效。冷拉以后扮再经过时孤效处理的渣钢筋，其蹦屈服点进带一步提高熊，抗拉强退度稍见增贱长，塑性扁继续有所瓣降低。由螺于时效过直程中应力死的消减，与故弹性模取量可基本洞恢复。钢材产礼生时效修的主要顽原因是叛，溶于α一Fe中的碳专、氮原体子，向侍晶格缺量陷处移估动和集爪中的速剥度大为菠加快，恨这将使好滑移面字缺陷处样碳、氮宁原子富啊集，使踪蝶晶格畸繁变加剧拉，造成昨其滑移垄、变形关更为困遣难，因蹈而强度行进一步声提高，肝塑性和该韧性则晚进一步办降低，概而弹性倚模量则掠基本恢希复。钢材的徒热处理按照一定镰的制度，拆将钢材加忽热到一定毅的温度，碎在此温度炎下保持一臣定的时间河，再以一盲定的速度壶和方式进肤行冷却，卖以使钢材盾内部晶体搞组织和显店微结构按买要求进行罗改变，或烂者消除钢圈中的内应尚力，从而远获得人们芽所需求的附机械力学别性能，这摘一过程就娘称为钢材装的热处理渴。钢材的跟热处理雪通常有意以下几僚种基本欢方法：(１)淬火。将钢材加输热至723饥℃（相变际温度）塔以上某犬一温度疗，并保炊持一定妹时间后搭，迅速经置于水食中或机炸油中冷暴却，这涝个过程惰称钢材峡的淬火六处理。玩钢材经膜淬火后毯，强度浴和硬度声提高，朱脆性增婚大，塑倘性和韧糖性明显彻降低。(２)回火。将淬火后确的钢材重辰新加热到723℃以下某一湖温度范围须，保温一笛定时间后攀再缓慢地牢或较快地滥冷却至室先温，这一梢过程称为鹊回火处理珍。回火可递消除钢材择淬火时产没生的内应省力，使其声硬度降低城，恢复塑锈性和韧性司。回火温突度愈高，附钢材硬度把下降愈多粘，塑性和崇韧性等性阅能均得以要改善。若溉钢材淬火后后随即进怠行高温回负火处理，奋则称调质杰处理，其像目的是使甩钢材的强六度、塑性似、韧性等秧性能均得议以改善。（３）退小火。退火是街指将钢见材加热兴至723℃以上某一扭温度，保朽持相当时素间后，在热退火炉中猎缓慢冷却躺。退火能筑消除钢材够中的内应类力，细化乏晶粒，均卖匀组织，哀使钢材硬妻度降低，醋塑性和韧溉性提高。（４）正摇火。是将钢材度加热到723℃以上某女一温度杜，并保酿持相当闭长时间轰，然后迎在空气烂中缓慢棒冷却，欧则可得谷到均匀牙细小的化显微组旬织。钢吉材正火腹后强度豪和硬度石提高，挠塑性较托退火为趟小建筑钢材懂的主要钢皆种（1）碳素结抬构钢按国家标控准GB70蓄0-88规定，瓣我国碳雹素结构惕钢分五吴个牌号劝，即Ｑ195、Q215、Q23蒙5、Q25亮5和Q275。各牌坚号钢又妹按其硫资、磷含奶量由多需至少分流为Ａ、高Ｂ、Ｃ斧、Ｄ四算个质量脉等级。肉碳素结船构钢的艇牌号表前示按顺鸡序由代锁表屈服归点的字透母（Q）、屈服健点数值（市Ｎ/mm逼2）、质看量等级岩符号(A、B、C、D)、脱氧洪程度符蛾号(F、B、Z、TZ)等四部摄分组成慌。例如Q235咱-A.F换.，它表示产：屈服点养为235N／ｍｍ2的平炉或喜氧气转炉龙冶炼的Ａ参级沸腾碳银素结构钢马。当为镇陡静钢或特脂殊镇静钢候时，则牌岸号表示“址Ｚ”与“刷ＴZ”符号可予稍以省略。二、混总凝土结召构用钢目前混炉凝土结厅构用钢首主要有牙：热轧林钢筋、鱼冷拉热潜轧钢筋泻、冷拔厅低碳钢萍丝、冷主轧带肋蒜钢筋、峡热处理价钢筋和蒜预应力嘱混凝土生用钢丝狠及钢绞瞎线。1、热轧含钢筋遭混凝土认结构用异热轧钢完筋应有渴较高的呀强度，加具有一躬定的塑编性、韧财性、冷老弯和可面焊性。肯热轧钢预筋主要阅有用Q235轧制的仰光圆钢驶筋和用甜合金钢剥轧制的尚带肋钢冬筋两类著。

热孩轧钢筋场的标准希国标《钢筋混裕凝土用乱热轧光窑圆钢筋》（GB1道301诵3—9舱1）和《钢筋混凝制土用热轧腐带肋钢筋》（GB14免99—9茂1）规定，痛按强度（杨屈服强度雾和抗拉强捉度）将钢蓝筋分为四朴级。热轧殃直条圆钢秧筋为Ⅰ级，强度处等级代号拴为R23裹5；热轧带问肋钢筋的荷级别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其强燃度等级代继号为RL33先5、RL40遗0、RL5兄40；热轧螺纹奔钢筋热轧光例圆钢筋热轧带崇钢2、热轧勿钢筋的配选用普通混凝具土废预应评力钢筋可轨根据使用广条件选用Ⅰ级钢筋胜或Ⅱ、Ⅲ级钢筋；盒预应力混骂凝土应优姐先选用Ⅳ级钢筋，朽也可选用Ⅲ级或Ⅱ级钢筋助。热轧蒙钢筋除Ⅰ级是光圆棕钢筋，其接余为月牙两肋或等高会肋钢筋，隔粗糙的表片面可提高栏混凝土与万钢筋之间医的握裹力忠。3、冷拉祥热轧钢典筋将Ⅰ~Ⅳ级热轧钢随筋，在常订温下拉伸浅至超过屈撒服点的某染一应力，陵然后卸荷检，即制成荐了冷拉钢怀筋。冷拉愧可使屈服露点提高17%牵~27照%，材料变伴脆、屈服泼阶段变短坡，伸长率准降低，冷督拉时效后墙强度略有植提高。生话产中可将却冷拉、除慈锈、调直各、切断合猫并为一道篮工序，这谈样简化了安流程，提内高了效率唉；冷拉既雨可以节约束钢材，有赚可以制成警预应力钢加筋，增加劲了品种规可格，设备姑简单，易杠于操作，捐是钢筋冷坐加工的常扯用方法之军一。4、冷轧带盟肋钢筋冷轧带肋牧钢筋使用奏低碳钢热臭轧圆盘条霞经冷轧或予冷拔减径瓜后，在其增表面冷轧换成三面有库肋的钢筋抛。国标《冷轧带恰肋钢筋》（GB1凭378枣8—9境2）规定逗，冷轧四带肋钢桑筋代号乞用LL表示，并亏按抗拉强坦度等计划闲分为三级产：LL55匪0、LL6志50、LL8沿00，其直涂径一般尚为5、6、7、8、10m顾m，

冷旷轧带肋记钢筋克盈服了冷欣拉、冷翅拔钢筋畏握裹力急低的缺挎点，同赚时具有浴和冷拉胞、冷拔际相近的膜强度，绢因此在叛中、小毙型预应宴力混凝伟土结构络构件和叫普通混候凝土结赔构构件祥中得到衡了越来窄越广泛里的应用冷轧带剃肋钢筋顺机组热轧带词肋钢筋冷轧带扩肋钢筋冷轧带刚肋钢筋尚盘条5、冷拔鸽低碳钢可丝冷拔低堡碳钢丝他是将直陆径为6.5~存8mm的Q23曾5（或Q21类5）圆盘条舱通过截面葬小于钢筋锐截面的钨裳合金拔丝向模而制成睡。冷拔钢煮丝不仅受闯拉、同时巾还将受到喇挤压作用租，如图7-7所示。经银受一次或饥多次的拔周制而得的犁钢丝，其专屈服强度旨可提高40%~脾60%，且已失央去了低碳泄钢的性质水，变得硬桑脆，属硬弓钢类钢丝于，国标《混凝土邪结构工驻程施工利及验收拥规范》（GB50适204—考92）规定垒，冷拔掩低碳钢谷丝按力恩学强度届分为两萍极：甲乒级为预叮应力钢