2-钢结构材料与成品解析

2钢结构材料与成品CompanyLogo钢结构材料与成品2.1钢材的加工方法2.2钢材的主要工作性能2.3影响钢材主要性能的因素2.4钢材的种类及选用2.5其他辅助材料及成品2.1钢材的加工方法热加工：如建筑用一、二、三级钢冷加工：(常温加工)

方法：冷轧、冷拉、冷拔

如冷轧带肋、冷轧扭、冷弯薄壁型钢、压型钢板等。冷加工后钢材回因为晶粒分布不均，会导致局部或整体硬化，即提高了强度和硬度，但却降低了塑性和韧性，这种现象叫冷作硬化。好：如冷弯薄壁型钢、冷拔高强度钢丝。坏：复杂截面应避免。热处理：对已经成形的钢材再一次加热处理，使其性质发生改变。

退火：将钢材缓慢加热，然后保存足够时间缓慢冷却。

作用（目的）：降低硬度、改善塑性和韧性、去除残余应力等。正火：将工件加热到一定温度，保温一段时间后，取出在空气中冷却。问：正火与退火的区别？1、正火温度高，退火温度低。2、正火冷却速度比退火快，所以正火钢的强度和硬度高于退火钢。3、使用效果不同。含碳量在0.25%一下的钢材，正火后可提高强度改善加工性能，退火做不到。4、正火时间短，退火时间长。

淬火：加温后快速降温。

目的：提高强度和硬度。但塑性和韧性将降低。

回火：是淬火后的下一道工序，将淬火钢加热到一定温度，并保温一段时间后一适当的方式冷却到室温，以改善其塑性和韧性。

通常称淬火加高温回火的处理叫调质处理。调质处理后强度塑性、韧性均较好。2.2钢材的主要工作性能破坏形式强度塑性韧性冷弯性能可焊性钢材的破坏形式塑性破坏

构件应力达到材料极限强度而产生的断口呈纤维状，色泽发暗脆性破坏

构件破坏时计算应力可能小于钢材的屈服强度（fy）断口平整，呈光泽的晶粒状强度、塑性屈服强度（fy）抗拉强度（fu）常温静载单项拉伸试验建筑钢材的强度和塑性一般由常温静载下单向拉伸试验曲线表明，该试验是将钢材的标准试件在拉伸试验机上，按规定的加荷速度逐渐施加拉力荷载，使试件逐渐伸长，直至拉断破坏。根据加荷过程中所测得的数据画出应力－应变曲线（即σ－ε曲线）。如图2--1低碳钢单向拉伸应力－应变图1、弹性阶段（OA段）

OA段符合虎克定律：σ=Eε

2、屈服阶段（AC段）

fy3、强化阶段（CD段）

fu4、颈缩阶段（DE段）fy/fu叫做屈强比，其值愈大，说明钢材被充分利用；愈小则安全储备愈大。塑性钢材的塑性是指应力超过屈服点后，能产生显著的塑性变形，而不立即断裂的性质，可用试件静力拉伸时的伸长率和断面收缩率来衡量。

伸长率为试件拉断后，原标距的伸长值与原标距比值的百分数，既

断面收缩率为试件拉断后，原试件截面面积与拉断后试件截面面积比值的百分数，即讨论：1)、因fp与fy的值很接近，实际工程中常以为fy钢材单向均匀受拉时弹、塑性的分界。

σ

fy时弹性阶段；

σ＞fy时塑性阶段实际钢材应力--应变曲线理想钢材应力--应变曲线冷弯性能

冷弯试验示意图钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对产生裂纹的抵抗能力的一项指标。冷弯试验是鉴定钢材质量的一种好方法，常作为静力拉伸试验和冲击试验的补充试验。综上所述：fy，fu,δ

被认为是承重钢结构对钢材要求所必需的三项基本机械性能指标。机械性能的六项指标：屈服点fy，抗拉强度fu，伸长率δ，180°冷弯，常温及负温冲击韧性。韧性Akv(Cv)图2—5冲击韧性试验及试件缺口形式

（a）试验示意图；(b)梅氏U形缺口；(c)夏比氏V形缺口

可焊性施工上的可焊性：指焊缝金属产生裂纹的敏感性。使用性能上的可焊性：要求焊缝处的机械性能不低于母材的机械性能。

Q235钢的机械性能

Q345及Q390钢的机械性能钢材常用数据要求：各种钢材弹性模量都相同，所以由挠度控制的结构无须采用高强度钢材；由于疲劳验算与钢号无关，所以由疲劳控制的结构无须采用高强度钢材；2.3影响钢材性能的因素化学成分主要元素：铁（99%）、碳（<0.22%）有益元素：锰、硅、钒、铜…

有害元素：硫、磷、氧、氮…内部缺陷偏析、夹杂、气孔、夹层、裂纹...钢材硬化

时效硬化：强度提高、塑性韧性降低人工快速时效

冷作硬化：强度提高、塑性韧性降低温度蓝脆现象疲劳脆性破坏应力集中2.4钢材的种类碳素结构钢

按国家标准《碳素结构钢》GB/T700生产的钢材共有Q195、Q215、Q235、Q255和Q275种品牌，板材厚度不大于16mm，塑性、韧性均较好。钢的牌号组成屈服点中屈字汉语拼音的字首Q，屈服点数值（N/mm2）质量等级代号（A、B、C、D）C级为镇静钢，D级为特殊镇静钢脱氧方法代号（F、b、Z、TZ）沸腾、半镇静、镇静、特殊镇静钢

代号Z、TZ可以省略如：Q235A表示屈服强度为235N/mm2的A级镇静碳素结构钢；

Q235D表示屈服强度为235N/mm2的D级特殊镇静碳素结构钢。

低合金高强度结构钢按国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591生产的钢材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5种牌号，板材厚度不大于16mm的相应牌号钢材的屈服点分别为295、345、390、420和460N/mm2。这些钢的含碳量不大于0.20%，强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到，合金元素的总量低于5％，故称为低合金高强度钢。A、B、C、D、E五个等级A级无需冲击韧性试验B级20℃的冲击韧性

C级0℃的冲击韧性D级-20℃的冲击韧性

E级-40℃的冲击韧性C、D、E为特殊镇静钢钢材的规格钢结构所用钢材主要为热轧成型的钢板和型钢，以及冷加工成型的冷轧薄钢板和冷弯薄壁型钢等。钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢（或带钢）之分。钢板截面的表示方法为在符号“－”后加“宽度×厚度×长度”，如－200×20,—200×20×2100（板带）等规格：

厚板：厚度4.5—60mm薄板：厚度0.35—4mm扁钢：厚度4—60mm，宽度12—200mm,长度3—9m。常用的有角钢、工字钢、槽钢、H型钢等角钢分为等边（也叫等肢）的和不等边（也叫不等肢）的两种。角钢型号的表示方法为在符号“L”后加“长边宽×短边宽×厚度”（不等边角钢，如L125×80×8），或加“边长×厚度”（等边角钢，如L125×8）。H型钢的基本类型：宽翼缘（HW）、中翼缘（HM）及窄翼缘（HN）三类。还可剖分成T型钢供应，代号分别为TW、TM、TN。H型钢和相应的T型钢的型号分别为代号后加“高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼缘厚度t2”，例如HW400×400×13×21和TW200×400×13×21等。槽钢有普通槽钢和轻型槽钢二种，以“［”“Q［”表示［32a指截面高度320mm，腹板较薄的槽钢。钢管有无缝钢管和焊接钢管两种。型号可用代号“D”后加“外径d×壁厚t”表示，如D180×8等轧制钢材强度、塑性、韧性均较好，且薄板比厚板力学性能更好。(a)角钢；(b)工字钢；(c)槽钢；(d)H型钢；(e)T字钢；(f)钢管；(g)冷弯薄壁型钢；(h)压型钢板热轧型钢及冷弯薄壁型钢槽钢工字型钢角钢H型钢钢板钢材的验收钢材验收应达到以下要求：(1)钢材的品种和数量是否与订货单一致。(2)钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号相符。(3)核对钢材的规格尺寸，测量钢材尺寸是否符合标准规定，尤其是钢板厚度的偏差。(4)钢材表面质量检验，表面不允许有结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷，钢材表面的锈蚀深度不得超过其厚度负偏差值的一半，有以上问题的钢材应另行堆放，以便研究处理试验取样数量检验项目标准名称及标准号化学成分拉伸试验弯曲试验常温冲击低温冲击时效冲击表面厚度方向性能超声波探伤碳素结构钢GB/T700-19881/每炉罐号1/批1/批3/批3/批优质碳素结构钢GB/T699-19991/每炉罐号2/批2/批低合金高强度结构钢GB/T1591-19941/每炉罐号1/批1/批3/批3/批焊接结构用耐候钢GB/T4172-20001/每炉罐号1/批1/批3/批高耐候结构钢GB/T4172-20001/每炉罐号1/批1/批3/批桥梁用结构钢1/每炉罐号1/批1/批3/批2/批逐张高层建筑用钢板1/每炉罐号1/批1/批3/批3/批逐张钢材的选择钢材选用原则和建议钢材的选用既要确保结构物的安全可靠，又要经济合理，必须慎重对待。为了保证承重结构的承载能力，防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工作环境、应力状态和钢材厚度等因素综合考虑，选用合适牌号和质量等级的钢材。2.5其他辅助材料及成品焊条焊条型号碳钢焊条：E43、E50、E4303、E4315

低合金焊条：E50、E55、E5015、E5515-G不锈钢焊条：E308－15

2.5其他辅助材料及成品焊条P40E

XX

X

X-X后缀字母表示特殊成分或性能规定与前数字组合表示焊接电流种类及药皮类型表示焊条使用的焊接位置表示熔敷金属抗拉强度最小值表示焊条如：E5018-A1，E4303E

XX

X

X-X附加“R“表示耐吸潮焊条附加“M“表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条附加“－1“表示冲击性能有特殊规定的焊条与前数字组合表示焊接电流种类及药皮类型“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接平、立、仰、横“2”表示焊条适用于平焊及平角焊“4”适用于向下立焊单位：kgf/mm2，需要换算为Mpa表示焊条GOGO如：

E4315，表示低氢钠型焊条，适用于全位置焊接，电流种类为直流反接，熔敷金属抗拉强度≥420Mpa(43kgf/mm2)。

E4316，表示低氢钾型焊条，适用于全位置焊接，电流种类为交流或直流反接，熔敷金属抗拉强度≥420Mpa(43kgf/mm2)。E4328表示铁粉低氢型焊条，适用于平焊、平角焊，电流种类为交流或直流反接，熔敷金属抗拉强度≥420Mpa(43kgf/mm2)。E4303、E5003焊条这类焊条为钛钙型。药皮中含30％以上的氧化钛和20％以下的钙或镁的碳酸盐矿，熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定，溶深适中，飞溅少，焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正、反接，主要用于焊接较重要的碳钢结构。E4315、E5015焊条这两类焊条为低氢钠型，药皮的主要组成物是碳酸盐矿和萤石。其碱度较高，熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸，熔深适中，脱渣性较好，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接，焊接电源为直流反接，其熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。主要用于焊接重要的低碳钢结构及与焊条强度相当的低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢。E4316、E5016型焊条这两类焊条为低氢钾型，药皮在E4315和E5015型的基础上添加了稳弧剂，如铝镁合金或钾水玻璃等，其电弧稳定，工艺性能好，焊接位置与E4315和E5015型焊条相似，焊接电源为交流或直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。主要用于焊接重要的低碳钢结构，也可焊接与焊条强度相当的低合金钢结构。焊条的选择P431、焊缝金属的力学性能（抗拉强度、塑性、韧性）达到母材金属标准的下限值。2、对于不同强度等级的异种钢接头，一般可按照强度等级较低的钢材选用抗裂性较好的焊接材料。3、焊丝焊剂的常用组合为高锰高硅焊剂HJ431与低锰H08A或含锰H08MnA焊丝相配合；低锰或无锰高硅焊剂与高锰焊丝H10Mn2相配合使用。4、焊剂不应该受潮结块。焊剂在使用前必须进行烘干。普通螺栓P25钢结构普通螺栓连接即将螺栓、螺母、垫圈机械地和连接件连接在一起形成的一种连接方式。

普通螺栓分为A、B、C三个等级。常用的螺栓有M16、M20、M24、M30，M为螺栓符号。螺栓按照性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9十个等级，其中8.8级以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经过热处理(淬火、回火)，通称为高强度螺栓，8.8级以下（不含8.8级）通称为普通螺栓。A、B为精制螺栓C为粗制螺栓优点：施工工艺简单，安装方便，特别适用于工地安装连接，工程进度和质量易得到保证。缺点：因开孔对构件截面有一定的削弱，且被连接的板件需要相互搭接或另加拼接板或角钢等连接件，因而比焊接连接用材较多，构造也较繁。

M

20表示螺栓螺栓直径5.8抗拉强度（N/mm2）X1/100屈强比，X10两数值相乘表示螺栓的屈服点（N/mm2）X1/105X8=40高强螺栓A为精制螺栓B为半精制螺栓C为粗制螺栓螺栓直径与螺栓孔相同适用于拆除结构螺栓直径较螺栓孔小1.0—2.0mm，不能抗剪大六角头螺栓连接副：一个螺栓、一个螺母、两个垫圈大六角头螺栓抗剪型螺栓抗剪型螺栓连接副：一个螺栓、一个螺母、一个垫圈螺栓、螺母、垫圈的性能必须要相互匹配防止螺栓生锈等，底层距地面应架空300mm扭剪型螺栓特制机动扳手按传力方式分为摩擦型和承压型两种。

摩擦型高强螺栓靠被连接板件间的强大摩擦阻力传递剪力，以摩擦阻力刚被克服作为连接承载力的极限状态。

承压型高强螺栓靠被连接板件间的摩擦力和螺栓杆共同传递剪力，以螺栓杆被剪坏或被压（承压）坏作为承载力的极限。

承压型的承载力比摩擦型高，可节约螺栓。但承压型的剪切变形比摩擦型的大，故只适用于承受静力荷载和对结构变形不敏感的结构中，不得用于直接承受动力荷载的结构中。

地脚螺栓锚板地