建筑材料-钢材-简

建筑材料----钢材-简第一页，共43页。建筑钢材本章主要内容第一节、钢的冶炼及分类第二节、钢材的主要性能第三节、常用建筑钢材第四节、建筑钢材的检验方法(略）第二页，共43页。钢

的

冶

炼

及

分

类第一节、钢的冶炼及分类一、钢的冶炼步骤：冶炼、脱氧、热处理三个步骤

1、钢的冶炼

冶炼过程

铁矿石———（生）铁————钢

冶炼精炼

氧化铁还原

生铁中杂质氧化含碳量降到2.06%以下磷、硫等杂质减少到规定值

2、钢的脱氧

（加入脱氧剂）

在炼钢炉内和盛钢桶中，加入少量的锰铁、硅铁或铝块等脱氧剂，使之与钢中残留的FeO反应，使铁还原，达到去氧的目的。第三页，共43页。钢

的

冶

炼

及

分

类根据脱氧程度分：1、沸腾钢（F）：脱氧不充分2、镇静钢（Z）：脱氧充分3、半镇静钢（b）：脱氧程度介于“Ｆ”与“Ｚ”之间4、特殊镇静钢（TZ）：脱氧彻底第四页，共43页。钢

的

冶

炼

及

分

类3、热处理

将钢加热到临界温度以上，并保持一定时间后，以不同的速度冷却，则会形成完全不同的晶体组织。热处理的综合操作工艺

将钢进行加热---保温---以不同的速度冷却。

*目的——通过不同的工艺，改变钢的晶体组织从而改变钢的性能。热处理方式：退火、正火、淬火、回火等。第五页，共43页。钢

的

冶

炼

及

分

类二、钢的分类

（钢、铁的区别在于含碳量的不同）钢的化学成分

铁（Fe)：主要元素

碳（C)：

0.02%—2.06%

生产钢不可避免的元素：

其他元素：

Si、Mn、P、S、N···

专门加入的合金元素：

Si、Mn、Ti、V、Cr···(*非金属夹杂物大部分是各种氧化物和硅酸盐，硬而脆，易造成微裂缝，破坏钢的整体连续性，引起应力集中，使钢脆化，降低钢的质量。）第六页，共43页。二、钢的分类

1、按冶炼方法分类

*2、按化学成分分类

3、按质量分类4、按用途分类（需要角度不同，注重的分类方式不同）钢

的

冶

炼

及

分

类第七页，共43页。1、按冶炼方法分类按炉的种类分：

平炉钢、转炉钢、电炉钢

按冶炼时脱氧程度分类

沸腾钢（F）

镇静钢（Z）

半镇静钢（b）

特殊镇静钢（TZ）2、按化学成分分类

低碳钢（C﹤0.25%）

碳素钢

中碳钢（C

0.25-0.60%）

高碳钢（C﹥0.60%）

低合金钢（总含量﹤5%）

合金钢

中合金钢（总含量5-10%）

(合金元素)

高合金钢（总含量﹥10%钢

的

冶

炼

及

分

类第八页，共43页。

3、按品质（质量等级）分类

（S、P含量控制程度）

普通碳素钢：

S≤0.050%，

P≤0.045%

优质碳素钢：

S≤0.035%，P≤0.035%

高级优质碳素钢：S≤0.025%

P≤0.025%

特级优质碳素钢：S≤0.015%，

P≤0.025%4、按用途分类

（使用角度）

结构钢：建筑钢材

工具钢：量具钢、刃具钢、模具钢

专门用途钢：铁道用钢、船舶用钢

特殊性能钢：不锈钢、耐热钢第九页，共43页。第二节钢材的主要性能一、力学性能：*1、力学性质——强度、塑性、冲击韧性、硬度、疲劳强度*2、抗拉性能-----拉伸试验（针对建筑用低碳钢）

可测得钢材的：弹性极限、屈服强度、抗拉强度和伸长率。

抗拉性能通过钢材受拉时的应力----应变图来阐明。

二、工艺性能：冷弯性能、可焊接性能

第十页，共43页。一、钢材的力学性能

1、钢材的力学性质

1）强度----在外力作用下，材料抵抗塑性变形或断裂的能力。

抗拉强度是建筑钢材最主要的技术性能。

*建筑钢材的抗拉强度包括：（*复1）

弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。

*2）塑性---钢的塑性是指在外力作用下钢破坏前产生塑性变形的能力。通常用拉伸断裂时的伸长率A来表示。

（*复3钢的塑性定义及表示方法）

3）冲击韧性(钢材抵抗冲击荷载作用的能力）4）硬度（钢材软硬程度指标）

5）疲劳强度----钢构件承受反复或交变荷载作用时，可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂，这种断裂现象称为疲劳破坏。----疲劳破坏对应的应力称为疲劳强度。

疲劳破坏断裂是突发的，事先无明显塑性变形，危害性大。

第十一页，共43页。2、钢材的抗拉性能-----拉伸试验*拉伸过程分四个阶段：

OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段可测得钢材的

①弹性模量E（MPa)

弹性极限Rp

②屈服强度Rel（MPa)③抗拉强度Rm（MPa)④断后伸长率/%

钢材的力学性能第十二页，共43页。

（1）弹性阶段（OA段）（线性、可逆性）OA范围内，应力与应变成（线性）正比例关系。若卸荷，试件恢复原状。在这一范围内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量。

技术指标：弹性模量E、弹性极限Rp

弹性模量（E=σ/ε）：弹性模量反应了钢材的刚度，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。*弹性极限：弹性阶段应力的最大值称为弹性极限,用Rp表示。（普通碳素钢Q235的弹性模量E=(2.0～2.1)×105MPa弹性极限Rp=180～200MPa。钢材拉伸试验第十三页，共43页。（2）屈服阶段（AB段）：（非线性、不可逆性、塑性变形急剧增加）：当应力超过弹性极限，钢筋出现屈服现象。此时，应力不增加，但应变却迅速增长。在屈服阶段，变形为塑性，若卸去外力，试件不能恢复原状。

技术指标:*屈服强度（Rel）：*屈服强度（Rel）--不记初始瞬时效应时应力波动的最低值。表示钢材在工作状态允许达到的应力值。在Rel之前，钢材一般不会发生较大的塑性变形。----在设计中一般以屈服点作为强度取值依据。（普通碳素钢Q235的Rel应不小于235MPa）钢材拉伸试验第十四页，共43页。（3）强化阶段（BC段）（弹塑性、变形均匀连续）

当应力超过屈服极限后（B点），钢材内部组织重新建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，这时变形随着应力增大而增加，变形是弹塑性变形。

技术指标：*抗拉强度Rm----对应于最高点的应力.

*抗拉强度在结构设计中不能完全利用。钢材拉伸试验第十五页，共43页。（4）颈缩阶段（局部塑性变形）：

过C点，材料抗拉变形能力明显降低。应变迅速增加,应力反而下降。变形不再均匀，钢材被拉长，并在变形最大处发生“颈缩”，直至钢筋断裂。技术指标*断裂伸长率A----体现的是钢材塑性变形的能力*塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。通常用拉伸断裂时的伸长率A表示。钢材拉伸试验第十六页，共43页。*2、塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。通常以试件断裂时的伸长率A表示。Lo——试件原始标距，mm；Lu——试件断后标距，mm。

产生塑性变形越大，表示钢的塑性越好。钢材拉伸试验第十七页，共43页。拉伸性能中技术指标的计算公式屈服强度Rel当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。钢筋试验取下屈服强度。指不记初始瞬时效应的应力波动的最低值。

抗拉强度（Rm)

对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从测力盘读取过了屈服现象之后的最大力。---相应最大力（Fm)的应力。无明显屈服（连续屈服），读取试验过程中的最大力（Fm

)。

断后伸长率(A)的测定试样拉断后，将试样断裂的部分仔细地配接在一起使轴线处于同一直线上，用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测断后标距，准确到±0.25mm，按式计算断后伸长率。第十八页，共43页。*复2、钢筋拉伸过程分几个阶段?各阶段有什么特点?答：四个阶段弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段弹性阶段：应力与应变基本成正比，变形是弹性变形，若卸荷，试件仍然能够恢复原状。屈服阶段：当应力超过弹性极限，钢筋出现屈服现象，此时，应力不增加，但应变却迅速增长，在屈服阶段，变形为塑性，若卸去外力，试件不能恢复原状。强化阶段：当应力超过屈服极限后，钢材内部组织重新建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，这时变形随着应力增大而增加，变形是弹塑性变形。颈缩阶段：试件的某一断面开始缩小，产生大量的塑性变形,承受外力的能力开始下降，最后钢筋断裂。第十九页，共43页。根据钢筋试样原始标距L0的选取规则，将钢材拉伸试验试样分为三种规格：钢材拉伸试验第二十页，共43页。二、钢材的工艺性能1、冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。

α—弯曲角度d--弯心直径a---钢材厚度弯曲角度越大，d/a比值越小，表明钢材冷弯级别越高。判定标准：按规定的弯曲角度和弯心直径进行试验，试件的弯曲处外面无裂断、裂缝或起皮，视为合格。钢材的工艺性能第二十一页，共43页。2、可焊性

焊接是钢结构的连接方式之一。钢的可焊性就是指钢材在焊接后，体现其焊头联结的牢固程度和硬脆性倾向大小的一种性能。

可焊性好的钢，焊接后的焊头牢固可靠，硬脆倾向小，仍能保持与母体基本相同的性质。钢的化学成分、冶金质量及冷加工对可焊性影响很大。

含碳量小于0.25%的低碳钢具有良好的可焊性。

含碳量增加、硫、磷及气体杂质、过多的合金元素均降低可焊性。钢材的工艺性能第二十二页，共43页。第三节常用建筑钢材1、钢结构用钢①碳素结构钢牌号和化学成分应符合国标②低合金高强度结构钢

（GB/T1591-2008）

*2、钢筋混凝土结构用钢（*复4）

①热轧钢筋钢筋混凝土用热轧光园钢筋（GB1499.1-2008)

钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007)②冷轧带肋钢筋（GB13788-2000）

③预应力混凝土用钢丝及钢绞线略第二十三页，共43页。

解释钢筋混凝土结构用钢

①热轧钢筋热轧成型并经自然冷却的成品钢筋有：热轧光园钢筋、热轧带肋钢筋②冷轧带肋钢筋将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肋的钢筋。③预应力混凝土用钢丝及钢绞线

预应力混凝土用钢丝、钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧、或绞捻加工而成的专用产品。第二十四页，共43页。①钢筋混凝土用热轧钢筋

1）钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB1499.1—2008）

定义：经热轧成型并经自然冷却的、横截面通常为圆形，

表面光滑的成品钢筋。

*热轧光圆钢筋牌号（两个）：

HPB235、HPB300

（*复5）

构成：HPB＋屈服强度特征值构成

HPB(HotrolledＰlain

bars)热轧光圆钢筋的英文缩写）

钢筋的公称直径范围

为

6mm-22mm

（6、8、10、12、16、20）mm六种

比例试样

L0=5d

（L0原始标距）

直径超过22mm为碳素结构钢2、钢筋混凝土结构用钢第二十五页，共43页。2）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007）

热轧带肋钢筋分为两种

普通热轧钢筋

细晶粒热轧钢筋

普通热轧钢筋：

按热轧状态交货的钢筋。

牌号：

HRB335、HRB400、HRB500

牌号构成：

HRB＋屈服强度特征值构成

HRB（HotrolledＲibbedBars)的缩写

细晶粒热轧钢筋

在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。（HRBFF----Fine细）

牌号：

HRBF335、

HRBF400、

HRBF500（*复6）热轧带肋钢筋有6个牌号：

HRB335、HRB400、HRB500

HRBF335、HRBF400、HRBF500

公称直径范围6-50mm

比例试样L0=5d钢筋混凝土结构用钢第二十六页，共43页。

简单解释：细晶粒热轧钢筋

在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体。

通过控扎控冷工艺获得超细组织，可在不增加合金含量的基础上大幅度提高钢材的性能，并可以节省资源、降低成本。目前成为国际上研究的热点。同时未来钢铁材料研究发展方向是以高纯洁度、高均匀度和细晶粒为主要发展目标之一。第二十七页，共43页。②、冷轧带肋钢筋

（GB13788-2008）

定义：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。*牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。(*复7)

由CRB和钢筋的

抗拉强度最小值构成。

CRB

（Coldrolled

Ribbed

Bars）英文缩写。

冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好，与钢筋粘结牢固，节约钢材，质量稳定等优点。公称直径范围：

4~12mm(CRB650以上4、5、6mm----可用作预应力钢筋)原始标距:

CRB550为比例试样

L0=10d

CRB650、CRB800、CRB970为非比例试样

L0=100mm

*冷轧钢筋：冷轧钢筋时把热轧钢筋再进行冷加工而得。比如在常温下对钢筋进行冷拉、冷拔。热轧钢筋屈服强度较低，塑性性能好；冷轧钢筋屈服强度较高，塑性性能较差，但两者的极限抗拉强度相同。钢筋混凝土结构用钢第二十八页，共43页。③、预应力混凝土用钢丝及钢绞线

定义：预应力混凝土用钢丝、钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻加工而成的专用产品。

特点及应用：预应力混凝土钢丝与钢绞线具有强度高、柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠。施工时不需冷拉及焊接，主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。钢筋混凝土结构用钢第二十九页，共43页。第四节建筑钢材的检验方法（以后略）一、钢材试验的常用标准、检测项目1、钢材试验常用标准

《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002

《金属材料弯曲试验方法》GB/T232-19992、检验批划分

钢筋应按批进行检查和验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成。每批重量通常不大于60t。

超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的余数），增加一个拉伸试验试样和一个弯曲试验试样。3、钢筋的主要检测项目

钢筋的主要检测项目：室温拉伸试验与弯曲试验。

使用中有脆断、焊接不良或机械性能不正常时，应进行化学分析；现场验收包括尺寸、表面及质量偏差等。4、试验设备

材料拉力试验机、钢筋划线机、弯曲试验机、游标卡尺。第三十页，共43页。建筑钢材的检验方法二、钢材的检验方法

钢筋拉伸试验钢筋弯曲试验1、钢筋拉伸试验

对钢筋做拉伸试验，可以求得钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率三个指标。（作为评定钢筋强度等级的主要技术指标）

①试样原始标距的标记

1）比例试样

—比例标距试样标距L0与横截面积S0存在如下关系

（修约到5mm的倍数）

短比例试样K取5.65L0=5d长比例试样K取11.3L0=10d

2）非比例试样—非比例标距—L0与S0不存在固定关系（固定数值不修约）

3）原始标距的标记---两个或一系列等分小冲点或细划线标出。

第三十一页，共43页。比例试样

短比例试样（L0=5d）：

钢筋混凝土用钢

热轧光圆钢筋（GB1499.1-2008）

热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007）

长比例试样（L0=10d）：

冷轧带肋钢筋中的CRB550牌号

非比例试样

冷轧带肋钢筋中的CRB650、CRB800、CRB970

牌号，要求原始标距

L0=100mm第三十二页，共43页。数值修约

四舍六入五考虑五后非零应进一五后皆零视奇偶五前为偶应舍去五前为奇应进一第三十三页，共43页。原始标距

L0第三十四页，共43页。②拉伸性能的测定屈服强度Rel当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。钢筋试验取下屈服强度。指不记初始瞬时效应的应力波动的最低值。

抗拉强度（Rm)

对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从测力盘读取过了屈服现象之后的最大力。---相应最大力（Fm)的应力。无明显屈服（连续屈服），读取试验过程中的最大力（Fm

)。

断后伸长率(A)的测定试样拉断后，将试样断裂的部分仔细地配接在一起使轴线处于同一直线上，用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测断后标距，准确到±0.25mm，按式计算断后伸长率。第三十五页，共43页。建筑钢材的检验方法性能测定结果数值修约（GB/T228-2002性能范围修约间隔

≤2001＞200-10005

＞1000

10A（断后伸长率）0.5%5的倍数修约

·≤2.5舍去2.5<·<7.5修约为5·≥7.5进100.5的倍数修约·≤0.25舍去0.25<·<0.75修约为0.5·≥0.7