建筑钢材第八章

建筑钢材第八章8.1钢的冶炼和分类建筑钢材（定义）：是以铁为主要元素，含碳量为0.02%~2.06%，并含有其他元素的合金材料。优点：抗拉、抗压和抗冲击性能好，可切割、可焊接、可铆接，装配方便。缺点：容易生锈，耐火性差。钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用钢材在建筑工程中的应用建筑钢材的主要品种1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。建筑钢材的主要品种2.线材如钢筋、钢丝等。建筑钢材的主要品种3.管材无缝钢管、焊接钢管等。建筑钢材的主要品种4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。钢结构用各种型材示意图8.1.1钢的冶炼1钢的生产分为以下两步(1)炼铁铁矿砂在熔炉（高炉）中提炼的过程为炼铣。(2)炼钢白口铁液态生铁吹入空气或氧气钢浇注成钢锭脱氧熔融根据炼钢设备的不同，常用的炼钢方法有氧气转炉法、平炉法、电炉法。氧气转炉炼钢法。氧气转炉法是以熔铁水为原料，用纯氧代替空气由炉顶向转炉内吹入高压氧气，能有效的去除磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，而成本却较低。平炉炼钢法。以固体或液体生铁、铁矿石或废钢为原料，用煤气或重油进行冶炼。电炉炼钢法。电炉炼钢法是以生铁或废铁为原料，利用电能顺速加热进行炼钢。氧气

转炉法平炉炼钢法电炉炼钢法8.1.2钢的分类合金钢

碳素钢按化学成分分

沸腾钢,F半镇静钢,B

镇静钢,Z特殊镇静钢,TZ按脱氧程度分8.2建筑钢材的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抗拉性能塑性冲击韧性耐疲劳性冷弯性能焊接性能8.2.1力学性能1.抗拉性能

抗拉伸是建筑钢材的主要工作形式，所以抗拉性能是表示钢材性能和选用钢材的重要指标。标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0

A0d0头部头部工作段l非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。低碳钢的受拉过程分为四个阶段弹性阶段OA屈服阶段AB强化阶段BC颈缩阶段CDABCD低碳钢受拉的应力－应变图O一、弹性阶段OA一条通过原点的直线，应力与应变成正比。弹性弹性模量

E值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。

A点对应的应力。图形的特点：

试件的特点：计算的指标：弹性极限αO低碳钢受拉的应力－应变图ABCD二、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。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力——

屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力。图形的特点：试件的特点：计算的指标：屈服。α低碳钢受拉的应力－应变图CDBB上B下三、强化阶段BC

一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高——抗拉强度

图形的特点：试件的特点：计算的指标：强化。C点对应的应力。α低碳钢受拉的应力－应变图CB上B下四、颈缩阶段CD

一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——，直到断裂。伸长率δ：

图形的特点：试件的特点：计算的指标：颈缩αOAACDBB上B下L1L0三个重要的指标1.屈服强度σs结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度σb钢材所能承受的最大应力屈强比

屈强比，利用率，安全可靠程度3.伸长率δ

衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好

↑↑↓αOCDB上B下拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。通过对钢材进行抗拉试验所测的的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。抗拉性能2、塑性

建筑钢材应具有很好的塑性。钢材的塑性通常用伸长率和断面收缩率表示。

3、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。

冲击韧性性随温度的降低而下降，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种形制为钢材的冷脆性。

4、耐疲劳性

受交变荷载反复作用时，刚才在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。

在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。

钢材在无穷次交变荷载作用下而不至于引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限。

一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限值也较高。

8.2.2工艺性能1、冷弯性能2、焊接性能3、冷加工性能及时效处理

1、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。指标：弯曲角度、弯心直径钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示冷弯性能越好。钢筋冷弯冷弯试验试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。冷弯检验是：按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发生裂缝、断裂或起层,即认为冷弯性能合格。冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率则是反映钢材在均匀变形下的塑性。因此，冷弯是对钢材塑性更严格的检验，它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。冷弯试验对焊接质量也是一种严格的检验，能揭示焊件在受弯表面存在未熔合、微裂纹及夹杂物等缺陷。

2、焊接性能焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔状态，而老牢固连接起来。它是钢结构主要的连接形式。钢材的焊接性能（定义）钢材的化学成分对钢材的焊接性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。焊接质量的检验方法测量：将焊接的钢材试件进行拉伸试验，要求断裂处不在焊接点上。合格不合格钢材的可焊性试验焊接点断裂点断裂点3、冷加工性能及时效处理（1）.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。3、冷加工性能及时效处理（2）.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。8.2.3钢材成分对性能的影响（1）钢材化学成分以生铁冶炼钢材，经过一定的工艺处理后，钢材中除主要含有铁和碳外，还有少量硅、锰、磷、硫、氧、氮等难以除净的化学元素。另外，在生产合金钢的工艺中，为了改善钢材的性能，还特意加入一些化学元素，如锰、硅、矾、钛等。化学成分有益因素锰硅（2）化学元素钢材性能的影响碳化学成分有害因素硫磷

氧、氮、氢8.3建筑钢材的种类和选用建筑工程用钢可分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，前者采用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝。钢结构用钢的母材主要有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢三种。薄壁轻钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢、和小角钢。钢结构用钢常见的类型有热轧钢型钢、冷弯薄壁型钢、棒材、和板钢。8.3.1碳素结构钢1、碳素结构钢牌号及其表示方法

代表屈服点的字母屈服点名称质量等级符号牌号组成脱氧程度符号牌号与性能的关系共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。根据国家标准GB700-88的规定，碳素结构钢按屈服点分为五个牌号，当牌号增大时，钢材的含碳量提高，强度提高，伸长率降低，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。2.碳素结构钢技术性能与应用Q195、Q215，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、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。8.3.2低合金高强度结构钢1.牌号表示方法共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。牌号组成屈服点字母Q屈服点数值质量等级2、低合金高强度结构钢的性能及应用Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。8.3.3钢筋混凝土结构用钢1、热轧钢筋2、冷轧带肋钢筋3、热处理钢筋4、预应力混凝土用钢丝5、预应力混凝土用钢绞线1、热轧钢筋1.生产采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。2.分类钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。3.牌号热轧直条光圆钢筋：HPB235热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm2.冷轧带肋钢筋1.生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。3.规格直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm2.冷轧带肋钢筋4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。3.热处理钢筋1.概述热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。2.规格公称直径6、8.2、10mm。3.牌号有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。3.热处理钢筋4.力学性能5.特点及应用热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋。预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能4、预应力混凝土用钢丝1.生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。2.分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。3.力学性能应符合相应标准规定。钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋。5、预应力混凝土用钢绞线1.生产由多根圆