第八章_建筑钢材

四川建筑职业技术学院材料教研室第八章建筑钢材§8－1概述上海宝钢一、钢及其特性钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。二、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。二、建筑钢材的主要品种2.线材如钢筋、钢丝等。二、建筑钢材的主要品种3.管材无缝钢管、焊接钢管等。二、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。压型彩钢板ConstructionMaterials各类钢材棒材方钢坯钢筋钢丝绞丝应用随着我国钢铁工业的迅速发展，为建筑工程提供的钢材品种和数量都在不断增加，建筑工程中，许多结构，尤其多层、大跨结构及高层结构，受动荷载作用的工业厂房，将越来越多地使用钢材。意义建筑钢材是建筑中常用的材料。钢材的品种多，性质差别大。为了掌握钢材的合理使用，应对钢材的生产、组成、性质和用途等知识有一定的了解本章的重点是钢材的技术性质（主要是抗拉性能）、技术标准和选用。§8.2基本知识钢材的冶炼过程及其对钢材质量的影响冶炼原理炉种的影响分类按化学成份分按质量分按结构用途分Back将熔融的生铁水或焦炭及铁矿石加入炼钢炉中精炼，使炭及其它杂质氧化而挥发或变成氧化物进入渣内，降低炭及其它杂质的含量。冶炼原理钢材的冶炼过程及其对钢材质量的影响Back过程高炉熔融生铁精炼氧化还原钢铸锭钢锭建筑钢材图7.2.1钢材的冶炼过程按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1.空气转炉炼钢法一般炼制普通碳素钢。2.氧气转炉炼钢法炼制优质碳素钢和合金钢。3.平炉炼钢法用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。4.电炉炼钢法钢的分类1.按冶炼方法分2.按质量分按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。钢转炉钢沸腾钢电炉钢平炉钢按冶炼方法分按脱氧程度分半镇静钢镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢钢的分类3.按化学成分分4.按用途分分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。钢中碳钢低合金钢高碳钢低碳钢碳素钢合金钢中合金钢高合金钢C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金总含量＜5%5%～10％＞10％8-2化学成分对钢性能的影响碳碳是决定钢材性质的主要元素。碳含量提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低。碳是显著降低钢材可焊性元素之一，含碳量超过0.3％时钢的可焊性显著降低。含碳量增加还增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。化学成分对钢性能的影响硅硅含量在2％以内，可提高钢材的强度、疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不明显。硅是我国钢筋用钢的主加合金元素，主要用于提高钢材的强度。化学成分对钢性能的影响锰锰对氧和硫的结合力大于铁对氧和硫的结合力，因此锰能使有害的FeO、FeS分别形成MnO、MnS而进入钢渣中，因而，锰能消减硫和氧所引起的热脆性，使钢材的热加工性质和可焊性改善。多余的锰溶于铁素体中，可提高钢材的强度。锰是我国低合金结构钢的主加合金元素，锰含量一般在l％～2％范围内。化学成分对钢性能的影响磷磷是碳素钢中的有害杂质。它可使钢材的强度提高，但塑性和韧性显著下降，同时使钢材冷脆性显著增大。磷在钢中的偏析倾向强烈，显著降低钢材的可焊性，焊接时焊缝容易产生裂纹。化学成分对钢性能的影响硫硫是钢中很有害的元素。热脆性：硫往往形成低熔点硫化铁FeS，夹杂在钢材中。钢材在红热状态下进行加工或焊接时，FeS已熔化，使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热脆性。硫所引起的热脆性大大降低了钢材的热加工性和可焊性。硫偏析较严重，降低了钢材的冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。化学成分对钢性能的影响氧氧是钢中的有害杂质降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变坏。化学成分对钢性能的影响氮氮可使钢材的强度提高，但塑性特别是韧性显著下降。溶于铁素体中的氮，有向晶格的缺陷处移动、集中的倾向，故可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。工程实例分析现象原因分析某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌。原因分析首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；其次是焊接性能较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。§8－3建筑钢材的主要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冲击韧性疲劳强度硬度冷弯性能•标准试件按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。l0A0d0l•非标准试件不经过加工，直接在线材上切取的试件。头部头部工作段一、拉伸性能1.低碳钢的拉伸性能抗拉性能弹性阶段弹性极限屈服阶段屈服点σS强化阶段极限抗拉强度σb颈缩阶段应变ε应力σO残余变形δABCDσpσbσSLσSUB上B下初始瞬时效应抗拉性能拉伸过程的参数强度指标屈服强度：抗拉强度：塑性指标伸长率：0AFss0AFbb%100001lll抗拉性能伸长率试样拉断后，标距的增量（ΔL）与原始标距（L0）之比，称为伸长率，以δ表示。按下式计算伸长率δ：L0L0△LL1%100001LLL抗拉性能δ5与δ10标距与直径之比越大，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重越小。通常以δ5和δ10分别表示L0＝5d0和L0＝10d0时的伸长率，d0为试件的原直径。对于同一钢材，δ5大于δ10。L0L0△LL1硬度钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。用布氏法两种方法测定。布氏硬度测量原理图硬度的大小，既可以判断钢材的硬度，又可以近似钢材的抗拉强度，还可以检验热处理的效果。硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度σ0.2来代替屈服强度。条件屈服点σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。二、冲击韧性定义及指标指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值αk表示。αk越大，则冲击韧性越好。αk是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。三、钢材的焊接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融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是。帮条焊闪光对焊搭接焊合格不合格钢材的可焊性试验焊接点断裂点断裂点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。影响钢材可焊性的因素：化学成分及其含量。碳、硫、合金元素、杂质等含量↑，可焊性↓。钢材的可焊性焊接材料焊接工艺钢材焊接的质量取决于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，以试验时的弯曲角度α和弯心直径d为指标表示。钢材的冷弯试验是通过直径(或厚度)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d（d=na，n为整数），弯曲到规定的角度时（180°或90°），检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象。若没有这些现象则认为冷弯性能合格。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。图2-12钢材的冷弯§8－4建筑钢材的钢种及牌号建筑钢材的常用钢种一、碳素结构钢现行国家标准《碳素结构钢》（GB700/T－2006）具体规定了它的牌号表示方法、技术要求、试验方法、检验规则等。一、碳素结构钢（非合金钢）1.牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；如：Q235－AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。2.牌号共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。3.技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。4、碳素结构钢的性能和应用牌号↑，含碳量，强度和硬度，塑性、冲击韧性、冷弯性能。Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用于轧制薄板和盘条，制造钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q235号钢具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，且成本较低，大量被用作轧制各种型钢、钢板及钢筋。Q275号钢强度较高，但塑性、韧性较差，可焊性也差，不易焊接和冷弯加工，可用于轧制钢筋、作螺栓配件等，但更多用于机械零件和工具等。↑↑↓二、低合金高强度结构钢1.牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3.技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591的规定二、低合金高强度结构钢4.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。钢筋钢筋混凝土用钢材基础布钢筋网钢筋混凝土用钢材主体结构施工钢筋混凝土用钢材大桥承台施工钢筋混凝土用钢材钢绞线钢丝钢筋钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用钢材一、钢筋混凝土用热轧钢筋——经热轧成型并自然冷却的钢筋。带肋钢筋光圆钢筋按外形分等高肋钢筋月牙肋钢筋带肋钢筋钢筋混凝土用钢材一、钢筋混凝土用热轧钢筋(一)热轧钢筋的牌号表示方法与技术要求钢筋混凝土用钢材一、钢筋混凝土用热轧钢筋(一)热轧钢筋的牌号表示方法与技术要求根据《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1－2008）及《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2－2007）的规定：热轧光圆钢筋的牌号由HPB与屈服强度特征值构成，有HPB235、HPB300两个牌号；热轧带肋钢筋的牌号由HRB与屈服强度特征值构成，有HRB335、HRB400、HRB500等牌号。钢筋混凝土用钢材(二)热轧钢筋的应用牌号↑，屈服强度，抗拉强度，塑性、冷弯性能，冲击韧性。热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及构造筋。HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。↑↑↓↓钢筋混凝土用钢材二、低碳钢热轧圆盘条——低碳钢热轧圆盘条是由屈服强度较低的碳素结构钢热轧制成的盘条，通过卷线机成盘卷供应，也称为盘圆或线材。钢筋混凝土用钢材二、低碳钢热轧圆盘条钢筋混凝土用钢材三、冷轧带肋钢筋——低碳钢热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或两面横肋的钢筋。第四节钢筋混凝土用钢材三、冷轧带肋钢筋(一)冷轧带肋钢筋的牌号表示方法与技术要求钢筋混凝土用钢材三、冷轧带肋钢筋(一)冷轧带肋钢筋的牌号表示方法与技术要求根据《冷轧带肋钢筋》（GB13788－2008）的规定：冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和抗拉强度最小值表示，有CRB