第八章 建筑钢材.ppt

1、第七章 建筑钢材,本章概述钢的冶炼、加工及分类方法；建筑钢材的力学性能和工艺性能；钢的化学成分对钢材的性能的影响；钢材的压延加工和热处理；建筑钢材的牌号与应用等。,第一节 概述,钢铁材料包括生铁和钢材。 生铁是铁矿石在高炉内通过焦炭还原而得到的铁碳合金。 钢是用生铁冶炼而成的。将生铁在熔融状态下进行氧化，除去过多的碳及杂质即得钢液。 钢材的分类,按脱氧程度的不同，钢材可分为： 沸腾钢：脱氧不充分，代号“F” 镇静钢：脱氧充分，代号“Z” 半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“Z”之间，代号“b” 特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”,按化学成分，可分为： 按含碳量的多少，可分为低碳钢（C0.6%）。

2、按合金元素的含量，可分为非合金钢、低合金钢及合金钢三大类。 按钢材质量，可分为： 普通质量钢、优质钢和特殊优质钢。,按主要性能和使用特性，可分为： 结构钢：建筑结构、机械结构（低、中碳钢） 工具钢：各种工具（高碳钢） 特殊钢：不锈钢（具有各种特殊的物理化学性质） 专门用途钢：桥梁钢、铁道用钢、船舶用钢、低温压力容器用钢等,第二节 建筑钢材的力学性能和工艺性能,力学性能 （1）抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。,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,抗拉屈服强度（s） 是指钢材在拉力作用下，开始产生塑性变形时的应力。 有些钢材无明显屈服点（合金钢

3、、高碳钢等硬钢），应采用产生残余变形为0.2%时的应力作为屈服强度,记为0.2。,抗拉极限强度（b） 是指试件破坏前，应力应变图上的最大应力值，亦称抗拉强度。 屈强比（ s/ b） 是指钢材的抗拉屈服强度与极限强度的比值。 屈强比是钢结构和钢筋混凝土结构中选用钢材的一个质量指标。,伸长率（）,意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强， 安全性增强。 值有两种：5表示L0=5d0，d0钢材直径； 10表示L0=10d0。,Lo试件原始标距长度，mm ； L1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。,钢材的化学成分、晶粒度、环境温度对冲击韧性有很大的影响。此外，钢材中微裂隙以及

4、晶界析出物等都会使冲击韧性显著下降。,（2）冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。,（3）硬度,建筑材料常用的硬度指标是布氏硬度。 硬度的大小，可以用来判断钢材的软硬，有可以及近似地估计钢材的抗拉强度。一般来讲，硬度高，耐磨性较好，但脆性亦大。,2.工艺性能,（1）可焊性 焊接会使焊缝及其附近区域内的钢材发生组织构造的变化，产生局部变形、内应力和局部变硬变脆，甚至在焊缝周围产生裂纹，降低钢材质量。,是指钢材在常温下承受静力弯曲时所容许的变形能力。 判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。 冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应

5、力和夹杂物等缺陷。也能对钢材的焊接质量进行严格的检验。,（2）冷弯性能,第三节 钢的晶体组织、化学成分对其性能的影响,1.钢的基本晶体组织 钢的基本组分是铁和碳。铁原子和碳原子之间的结合方式有三种基本方式：固溶体、化合物及二者之间的机械混合物。 由于铁与碳结合方式的不同，碳素钢在常温下形成的基本晶体组织有以下三种：,铁素体和奥氏体 铁素体：碳在-Fe中形成的固溶体。铁素体强度和硬度低，塑性好，伸长率大。 奥氏体：碳在-Fe中形成的固溶体。奥氏体是强度、塑性和韧性都很高的组织。 渗碳体 渗碳体是铁与碳的化合物，分子式为Fe3C，含碳量高达6.67。渗碳体塑性差，性质硬脆，抗拉强度低。,珠光体 是

6、铁素体和渗碳体的混合物。其含C为0.8，通常为层状结构。 珠光体性能介于铁素体和渗碳体之间。,2.钢的基本晶体组织的相对含量与含碳量之间的关系,亚共析钢 含碳量小于0.8时，钢的基本晶体组织由铁素体和珠光体组成。 共析钢 含碳量为0.8时，钢的基本晶体组织仅为珠光体组成。 过共析钢 含碳量大于0.8时，钢的基本晶体组织由珠光体和渗碳体组成。,第四节 化学元素对钢材性能的影响,碳 含碳量增加，钢的伸长率和冲击韧性逐渐下降，但硬度增大，抗拉强度则在C0.8时随含C量的增加而逐渐提高。 C 0.8时则逐渐下降。 含碳量增加，将使钢材的冷弯性能、焊接性能下降。,硅 当钢中含Si量小于1时，能显著提高钢

7、的强度，而对塑性和韧性没有明显影响。当含硅量超过1时，钢的塑性和韧性会显著降低，冷脆性增加，可焊性变差。 锰 锰能消除钢的热脆性，改善热加工性。当含量在0.81时，可显著提高钢的强度和硬度，而几乎不降低其塑性和韧性。,磷 磷能固溶于铁素体中，使钢的强度提高，但塑性降低，韧性显著下降。磷可显著增加钢的冷脆性，使冷弯性能急剧降低，可焊性变差。 硫 硫使钢的热脆性增加，热加工性和可焊性降低，还会降低钢的冲击韧性和疲劳强度。,氧 氧在钢中以氧化物的形式存在，使钢材强度下降，热脆性增加，冷弯性能变坏，并使钢的热加工性能和可焊性能下降。 氮 氮可提高钢的强度和硬度，但使钢的塑性和冲击韧性显著下降，也会增大

8、冷脆性、热脆性和时效敏感性，并使钢的焊接性能和冷弯性能变差。,第五节 钢的压延加工和热处理,压力热加工 压力热加工和消除钢锭中的某些缺陷，从而带俩机械性能的提高。 冷加工及冷加工强化 冷加工：冷拉、冷拔、冷轧等工艺。 冷加工强化：冷加工过程中，钢材发生了塑性变形，强度和硬度提高，塑性和韧性降低。,钢的热处理 是通过对钢进行加热、保温、冷却等手段，来改变钢材的组织结构，以达到改善性质的一种工艺。 退火 淬火 回火 正火 调质处理,钢的时效硬化 钢的硬度和强度随时间延长而逐渐增大，塑性和韧性逐渐降低的现象称为时效硬化。 热时效：又称淬火时效，是高碳钢在高温快速冷却后，其塑性和韧性随静置时间延长而不

9、断降低的现象。 冷加工时效：经过冷加工后的钢材，静置一段时间后，会发生冷加工时效。,第六节 建筑钢材的牌号与应用,1.钢结构用钢 （1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号表示方法 由屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、质量等级（有A、B、C、D 4级，逐级提高）和脱氧方法符号（F-沸腾钢；b-半镇钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇钢。Z、TZ可省略）四部分组成。 例如：Q235AF表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。Q235B表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。,（2）碳素结构钢的选用 碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度提高，但塑性和韧性降低，冷弯及可焊性下降。 Q195、Q215号钢材

10、强度低，Q225、Q275号钢材强度高，但塑性和可焊性较差；Q235号钢既有较高的强度，又有较高的塑性和可焊性，是建筑过程中引用广泛的钢种。,2.低合金高强度结构钢 低合金高强度钢的牌号表示方法与碳素结构钢牌号表示方法相似。 低合金高强度结构钢比碳素结构钢既有更高的屈服强度，同时还具有良好的塑性、冷弯性、可焊性和低温冲击韧性，更适合大跨度钢结构和大型水工建筑物。,2 钢筋混凝土结构用钢筋和钢丝 （1）热轧钢筋 牌号 热轧钢筋分为R235、HRB335、HRB400、HRB500四个牌号。 牌号意义：R代表热轧光圆钢筋、HRB代表热轧带肋钢筋，其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆；热轧

11、带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。 牌号中的数字：表示热轧钢筋的屈服强度。,热轧钢筋的选用,光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用做普通钢筋混凝土结构用钢筋。 HRB335，HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较好，广泛用做大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。 HRB500带肋钢筋强度高，但塑性与焊接性较差，适宜作预应力钢筋。,（2）冷拉热轧钢筋,为了提高强度以节约钢筋，工程中常按施工规程对热轧钢筋进行冷拉。 冷拉热轧钢筋分为：冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级。,冷拉热轧钢筋的选用,冷拉I级钢筋适用作非预应力受拉钢筋。 冷拉、级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的

12、预应力筋。 由于冷拉钢筋的塑性、韧性较差，易发生脆断，因此，冷拉钢筋不宜用于负温度、受冲击或重复荷载作用的结构。,（3）冷轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。 冷轧带肋钢筋代号为LL，按抗拉强度分为三级：LL550、LL560、LL800，其中数值表示钢筋抗拉强度等级。 冷轧带肋钢筋提高了钢筋的握裹力，可广泛用于中、小预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件，也可用于焊接钢筋网。,（4）预应力混凝土用热处理钢筋,热处理钢筋的代号为RB150，可分为有纵肋和无纵肋两种。 热处理钢筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三个牌号。 热处理钢筋的强度高，与混凝土粘结性能好，应力松弛低。主要用于各种预应力钢筋。,（5）预应力混凝土用钢丝和钢绞线,预应力钢丝 分类：按交货状态分为冷拉钢丝及消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋钢丝三种；按松驰能力分为I级松驰和级松驰两级。 代号：RCD（冷拉钢丝）、S（消除应力钢丝）、SI（消除应力刻痕钢丝）、SH（消除应力