第08讲第十二章第五节建筑钢材(新版)

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第五节建造钢材钢和铁的主要成分均是铁和碳，其中含碳量大于2％的为生铁，含碳量小于2％的为钢。一、钢材的分类：1、按照化学成分划分：碳素钢：主要为铁碳合金，按照含碳量分为低碳钢（碳含量<0.25%）、中碳钢（碳含量0.25~0.6%）高碳钢（碳含量>0.6%）合金钢：含有合金元素，按照合金元素量分为低合金钢（合金元素<5%）中合金钢（合金元素5~10%）高合金钢（合金元素>10%2、按照脱氧程度划分：沸腾钢：脱氧不充足，质量差，尤其是韧性差，但是成本低。沉着钢：脱氧很充足，质量好，成本高。半沉着钢：性能介于沸腾钢和沉着钢。3、按照质量（主要为硫和磷的含量）划分为：普通钢、优质钢和高级优质钢等二、主要力学性能1、抗拉性能：钢材在拉伸过程中的应力-应变曲线可分为四个阶段，即弹性阶段（OA段）、屈服阶段（AB段）、强化阶段（BC段）和颈缩阶段（CD段），祥见下图。钢材的拉伸曲线屈服点（s）：是设计时钢材强度取值的根据。（2）屈强比（s/b）：屈服点和抗拉强度的比值，该值反映钢材的安全性和利用率。屈强比越小，表明钢材在超过屈服点工作时可靠性较高，较为安全。（3）伸长率（）：钢材拉断后的伸长值占钢材原标距长度的百分率，反映了钢材的塑性变形能力。2、冲击韧性：指钢材抵御冲击荷载的能力。（1）指标：冲击破坏时单位面积消耗的功。（2）特点：钢材的冲击韧性会随温度降低而减低，当温度降低到一定范围时，会表现出脆性，这种现象称为钢材的冷脆性，发生脆性改变的温度称为脆性临界温度，脆性临界温度越低，低温冲击韧性越好。因此，对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须举行冲击韧性检验。脆性临界温度应低于使用环境的最低温度。3、冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，反映了钢材在恶劣条件下的塑性。冷弯性能的检测：以弯曲角度及弯心直径对试件厚度（或直径）的比值表示。检查弯曲处若没有无裂纹、断裂及起层等现象。则认为钢材的冷弯性能合格。4、硬度：指材料表面局部抵御压入产生塑性变形的能力。用布氏硬度HB表示。5、耐疲劳性：材料在交变应力作用下，在远低于抗拉强度时骤然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳极限：在规定的周期基数内不发生脆断所承受的最大应力值。三、影响钢材性能的因素1、钢材的晶体组织形态及其对钢材性能的影响分为：铁素体、渗碳体和珠光体三种基本组织。铁素体是碳在铁中的固溶体，塑性、韧性好，强度和硬度差。渗碳体是铁碳化合物，脆硬，塑性、韧性差。珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，具有较好的强度，较好的塑性和韧性。含碳量小于0.8%：随含碳量增强，珠光体含量增强，铁素体减少，强度、硬度增强，塑性、韧性降低。含碳量大于0.8%：随含碳量增强，珠光体减少，渗碳体增强，强度会降低硬度增大，塑性、韧性降低2、化学成分（1）含碳量：随着含碳量的增强，其强度和硬度提高，塑性和韧性降低。当含碳量大于0.3％时，钢的可焊性显著降低；当含碳量大于1％时，脆性增大，硬度增强，强度下降。此外，含碳量增强，钢的冷脆性和时效敏感性增大，耐锈蚀性降低。（2）合金成分：Si：主加元素，硅含量的增强将显著提高钢材的强度和硬度，而对塑性和韧性无显著影响。Mn：锰的增强可提高钢材的强度、耐腐蚀和耐磨性，消除热脆性。有害成分：P、S、O、N硫：是有害元素，引起热脆性，使机械性能、焊接性能及抗腐蚀性能下降。磷：是有害元素，引起冷脆性，降低塑性、韧性、焊接性和冷弯性，提高耐磨性及耐腐蚀性。2、加工处理：冷加工：将钢材于常温下举行冷拉、冷轧或冷拔，使其产生塑性变形，从而提高屈服点的过程。可提高屈服点，抗拉强度不变，塑性、韧性、弹性模量降低。时效处理：经过冷加工后的钢材，在常温下存放15~20天或加热到100~200℃并保持一定时光。时效可使屈服点进一步提高，抗拉强度也增大，塑性和韧性继续降低，弹性模量恢复四、建造钢材的标准及其选用（一）钢材原材1、碳素结构钢：（1）牌号划分：牌号包括四个部分：屈服点字母（Q）、屈服点数值、质量等级代号和脱氧程度符号。牌号增大，含碳量及强度增大，冷弯性和伸长率下降。Q235是常用钢材种类。（2）特性：碳素结构钢冶炼方便，成本较低，具有良好的塑性及各种加工性能。在恶劣的条件下，如冲击、温度大幅度变化或超载时具有良好的安全性。但与低合金钢相比，其强度较低，在一些异常情况下不能满意性能要求。2、低合金高强度结构钢（1）牌号划分：屈服点字母（Q）、屈服点数值、质量等级代号划分牌号。性能要求有屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性及冷弯。（2）特性：强度较高，耐腐蚀、耐低温性、抗冲击韧性及使用寿命等综合性能良好，焊接性及冷加工性能好，易于加工和施工。（二）常用建造钢材1、钢筋混凝土结构用钢筋（1）热轧钢筋：Ⅰ级光圆，用Q235碳素钢轧制，做非预应力钢筋。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级钢筋为带肋钢筋，由合金钢轧制而成，Ⅱ或Ⅲ做非预应力或预应力钢筋，Ⅳ做预应力钢筋。（2）冷拉钢筋：为了提高钢筋的强度及节约钢筋，常对热轧钢筋举行冷拉，屈服点提高17~27%。（3）冷拔低碳钢丝：将直径为6.5～8mm（4）预应力混凝土用钢丝及钢绞线：预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条经酸洗、冷拉等工艺制成。钢胶线是用7根直径为2.5～7.0（5）冷轧带肋钢筋：将热轧钢筋再冷轧成肋。强度提高，塑性较好，与混凝土的握裹力好。LL550用于非预应力混凝土受力主筋，LL650和LL800用于预应力混凝土受力主筋。（6）热处理钢筋：热轧低碳钢筋经淬火和回火处理而成。强度提高，韧性好，塑性不小。不能焊接，电焊切割。用于预应力砼。（7）冷轧扭钢筋：强度高，与砼握裹力大。用于预应力及承受较大荷载的部位如梁、柱。2、钢结构用钢（1）热轧型钢：角钢、I字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。其标记包括型钢名称、横断面主要尺寸、型钢标准及钢号与钢种标准。主要用于钢结构中。（2）冷弯薄壁型钢：有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。通常由2～6mm薄钢板冷弯或模压而成，用于轻型钢结构。（3）钢板和压型钢板：热轧钢板按厚度分为中厚板（>4mm）和薄板（0.35～4mm）；冷轧钢板惟独薄板（厚度为0.2~4mm）一种。薄钢板可在面层镀锌（俗称白铁皮）、敷以有机涂层（或称彩色钢板）。薄钢板经冷压或冷轧成波形、双曲形、V型等形状，称为压型钢板。五、钢材的防锈与防火（一）钢材防锈钢结构防锈主意：涂刷防锈漆，如底漆红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆，面漆有铅灰油、醇酸磁漆、酚醛磁漆。或表面镀锌或涂塑。钢筋防锈：限制水灰比和水泥用量、限制氯盐外加剂、提高密实度、加防锈剂等。（二）钢材防火裸露的、表面未做防火处理的钢结构耐火极限为15min，所以对钢结构，尤其是有可能经历高温环境的钢结构，需要做好防火处理。主要主意是涂敷防火隔热层。六、练习题1、钢和生铁的区别在于其含碳量值小于：A、4.0%B、3.5%C、2.5%D、2.0%提醒：含碳量小于2%的铁碳合金为钢材。答案：D2、钢筋冷弯是检验钢筋的什么性质?A低温下承受塑形变形的性能B常温下的抵御塑性变形性能C常温下抵御冲击作用的性能D常温下抵御弹性变形的能力解析：冷弯是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯反映了钢材在恶劣条件下的塑性。答案：B3、钢材对冷弯性的要求越高，实验时采用的：A、弯心直径越大，弯心直径对试件直径的比值越大B、弯心直径越小，弯心直径对试件直径的比值越小C、弯心直径越小，弯心直径对试件直径的比值越大D、弯心直径越大，弯心直径对试件直径的比值越小提醒：弯心直径约小，弯心直径对试件直径比值越小，表明钢材的冷弯性能要求越高。答案：B4、钢材中的含碳量提高，可提高钢材的：A、强度B、塑性C、可焊性D、韧性提醒：随着含碳量增强，钢材的强度和硬度提高，塑性、韧性和可焊性下降。答案：A5、金属晶体是各向异性的，而金属材料却是各向同性的，其缘故是：A、因金属材料的原子罗列是彻低随机的B、因金属材料中的晶粒是随机取向的C、因金属材料是玻璃体和晶体的混合物D、因金属材料多为金属键结合提醒：金属晶体是各向异性的，但是金属材料是由许多晶粒组成的，而晶粒是随机取向罗列，使晶体的各向异性得以抵消，表现为各向同性。答案：B6