《建筑材料》课件-建筑钢材的工艺性质

建筑材料建筑钢材的工艺性质1、钢材的冷弯性能2、钢材的焊接性能3、钢材的冷加工4、钢材的时效5、钢材的热处理

建筑钢材不仅应有优良的力学性能，而且应有良好的工艺性能，以满足施工工艺的要求。其中冷弯性能、焊接性能、钢材的冷加工和热处理等都是钢材的重要工艺性能。

1、钢材的冷弯性能冷弯性能是指常温下对钢材试件按规定进行弯曲（如90℃或180℃），钢材承受弯曲变形的能力。钢材冷弯性能指标用试件在常温下所承受的弯曲程度表示。

碳素钢冷弯示意图弯曲程度可以通过试件被弯曲的角度和弯心直径对试件厚度(或直径)的比值来表示，如图所示。试验时，采用的弯曲角度越大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值越小，表示对冷弯性能的要求越高，则冷弯性能就越好。冷弯检验是：按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲试验后，检查试件弯曲处外面及侧面不产生裂缝、起层或断裂，即认为冷弯性能合格。冷弯和伸长率一样，都反映钢材在静载下的塑性。冷弯是钢材局部处于不利变形条件下，发生不均匀变形下的塑性，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。冷完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。钢筋弯曲实验（a）金属冷弯装置；（b）弯曲至90℃；（c）弯曲至两臂平行；（d）弯曲至两臂重合2、钢材的焊接性能钢材的可焊性是指钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性能的好坏，主要取决于钢材的化学成分。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性；加入合金元素，如硅、锰、钒、钛等，将增大焊接处的硬脆性，降低可焊性。钢材的焊接方法主要有两种：

钢结构焊接用的电弧焊和钢筋连接用的接触对焊。

焊接过程的特点是：在很短的时间内达到很高的温度；钢件熔化的体积小；由于钢件传热快，冷却的速度也快，所以存在剧烈的膨胀和收缩。

因此，在焊件中常发生复杂的、不均匀的反应和变化，使焊件易产生变形、内应力组织的变化和局部硬脆倾向等缺陷。3、钢材的冷加工在常温下，将钢材进行拉、拔或轧等加工，使其产生塑性变形，而调整其性能的方法称为冷加工。常见的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷刻等。

钢材经冷加工后，产生一定的塑性变形，屈服点明显提高，即强度和硬度明显提高，但塑性和韧性有所降低，这种现象称为钢材的冷加工硬化（或冷加工强化）。通常冷加工变形越大，则硬化越明显，即屈服强度提高越多，而塑性与韧性降低也越大。工程中对大量使用的钢筋，往往是冷加工和时效处理同时采用，常用的加工方法是冷拉和冷拔。1）冷拉：是将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产生一定的塑性变形。冷拉后的钢筋，屈服强度一般可提高20%～30%，钢筋长度可增加4%～10%。因此冷拉是节约钢材的一种措施，一般可节约钢材10%-20%。2）冷拔：是将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔。经过一次或多次冷拔后，得到的冷拔钢筋或低碳钢丝，其屈服强度可提高40%～60%，但塑性、韧性大大降低，而具有硬钢的性质。3）冷轧：是将圆钢在冷轧机上轧成断面形状截面的钢筋，可提高其强度及混凝土的粘结力。

工程中大量采用冷加工强化具有明显的经济效益。经过冷加工的钢材，可适当减小钢筋混凝土结构设计截面或减少混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材的目的。4、钢材的时效将经过冷加工后的钢材，在常温下存放15～20d，或加热至100～200℃保持2～3h左右，其屈服强度、抗拉强度及硬度进一步提高，塑性和韧性逐渐降低，这个过程称为时效处理。前者为自然时效，后者为人工时效。由于时效过程中内应力的削减，故其弹性模量可基本恢复。我们通常对强度较低的钢材采用自然时效，对强度较高的钢材则需采用人工时效。

如冷拉及时效处理后钢筋性能的变化规律，可由拉力试验的应力-应变图得到反映。钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化图中OBCD为未经冷拉和时效处理试件的应力-应变曲线。若将试件拉伸至超过屈服点后的任意一点K，然后卸载，由于试件已产生塑性变形，故卸载曲线就将沿着KO'下降，KO'大致与BO平行。若卸载后立即再拉伸，则新的屈服点将高达K点。以后的应力-应变关系将与原曲线KCD相似。这表明钢筋经冷拉后，其屈服点将提高。若在K点卸载后，不立即拉伸，而是对试件进行时效处理，然后再拉伸，则其屈服点将升高至K1点。继续拉伸，曲线将沿钢筋经冷拉时效后K1C1D1发展。这说明钢筋经冷拉时效处理以后，屈服点和抗拉强都得到提高，塑性和韧性则相应降低。在工程中，应通过试验选择合理的冷拉应力和时效处理措施。5、钢材的热处理热处理是将钢材按规定的温度进行加热、保温和冷却处理，以改变其组织，得到所需性能的一种工艺。包括淬火、回火、退火和正火。1）淬火：是将钢材加热到723℃以上，保持一段时间，然后将钢材置于水火油中冷却。淬火可提高钢材的强度和硬度，但使塑性和韧性明显降低。2）回火：将比较硬脆、存在内应力的钢加热到150℃～650℃，保温后按一定制度冷却到适温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力消除，硬度降低，塑性和韧