第八章建筑钢材

第八章建筑钢材钢材在建筑工程中与其它结构材料相比所具有的特性：1．轻质高强2．韧性好、抗冲击能力强、抗拉强度高3．可焊接、铆接、易于装配4．外表轻巧、华美、具有光泽5．易腐6．耐火性差§1钢的冶炼及分类一．钢的冶炼铁矿石铁水（块）合金钢水钢水钢锭钢坯钢材二．分类（一）按钢种分1．按冶炼方法分平炉钢氧气转炉钢电弧炉钢按炼钢炉类型分按脱氧程度分半镇静钢bZ沸腾钢F镇静钢Z2．按化学成份分碳素钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢高碳钢C0.6%中碳钢C:0.25～0.6%低碳钢C≤0.25%合金钢低合金钢合金元素总含量5.0%中合金钢合金元素总含量5.0～10%高合金钢合金元素总含量10%普通钢P≤0.045%,S≤0.050%优质钢P≤0.035%,S≤0.035%高级优质钢P≤0.025%,S≤0.025%特级优质钢P≤0.025%,S≤0.015%3．按钢的品质（质量）分（二）按用途分结构钢碳素结构钢合金结构钢工具钢碳素工具钢合金工具钢高速工具钢特殊性能钢角钢槽钢工字钢圆钢方钢六角钢(三)按钢材分盘圆光圆带肋螺纹钢绞线厚板中板薄板普通钢管无缝钢管1．型钢2．钢筋3．钢板4．钢管§2钢材的主要技术性能钢材的主要技术性能屈服强度及抗拉强度强度疲劳强度力学性能冲击韧性硬度塑性变形变形性弹性变形使用性能物理性能化学性能冷弯性热处理可焊性工艺性能一．力学性能（一）强度（拉伸）1．o→p→e段——弹性阶段1）o→p比例阶段σp——比例极限E——弹性模量2）p→e弹性阶段σe——弹性极限2．e→s上→s下段——屈服阶段σs下——屈服强度S—屈服点pE3．s下→b段——增强阶段σb——极限抗拉强度4．b→c段——断裂阶段（颈缩阶段）σ0.2——条件屈服强度合理屈强比：Fsb=0.60—0.75屈强比反映钢材利用率和安全可靠程度的指标bssbF（二）塑性1．塑性变形：表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。2．表示方法——伸长率δ、断面收缩率ψ2）断面收缩率ψ1）伸长率δ%100010AAA%100001LLL（三）冲击韧性1．定义：钢材抵抗冲击荷载的能力2．表示方法——冲击韧性值AhHPk)(3．影响因素•化学成分•冶炼质量•试件表面质量•冷加工及时效温度冷脆性脆性转变温度（四）疲劳强度1．定义：疲劳破坏：钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其屈服强度时就发生脆性断裂而破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳强度：钢材在交变应力作用下，于规定的循环次数（周期基数）内不发生断裂所能承受的最大应力。疲劳极限强度：钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值。（五）硬度1．定义钢材表面抵抗硬物压入产生局部变形的能力，即对局部塑性变形的能力。2．测定方法1）布氏法：以压痕面积来计算硬度)(222dDDDPHB2）洛氏法：以压痕深度来计算硬度二．工艺性能（一）冷弯性1．定义：钢材在常温下承受弯曲变形而不破坏的能力。2．表示：弯曲角，弯心直径：3．实际意义：（二）焊接性能1．焊接的基本方法1）电弧焊2）接触对焊2．影响因素1）钢材本身的焊接性能2）焊接工艺3）焊条材料3．焊接后检验§3影响钢材性能的主要因素一、钢材的化学成分及其对钢材性能的影响二．钢材的组织及其对钢材性能的影响（一）钢材的晶体结构（二）显微组织1、纯铁在不同温度下的晶体结构FeFeFe℃℃℃91213941535液态铁2、钢的显微组织固溶体（Fe中固溶着微量C）化合物（Fe和C结合成Fe3C）—渗碳体机械混合物（固溶体和化合物的混合物）C溶于α-Fe—铁素体C溶于γ-Fe—奥氏体—珠光体§4钢材的冷加工时效与热处理一、冷加工强化与时效处理的概念1、冷加工强化将钢材于常温下进行冷加工，使之产生一定的塑性变形，屈服强度明显提高，塑性和韧性有所降低，弹性模量降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。2、时效处理将经过冷加工的钢材，于常温下放置15-20天（自然时效）或加热到100-200℃并保持一定时间后（人工时效），钢材的屈服强度将进一步提高，极限抗拉强度也提高，塑性和韧性降低，弹性模量恢复，这个过程称为时效处理。二、钢材冷加工时效在工程中的应用与效果1、冷拉控制参数（冷拉率、冷拉应力）、时效方式2、提高经济效益3、简化施工工序4、注意事项三、钢材的热处理1、定义按照一定的制度，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，再以一定的速度和方式进行冷却，以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变，或消除钢中的内应力，从而获得人们所需要的机械力学性能，这一过程就称为钢材的热处理。2、热处理方式淬火加热到相变温度以上，保持一段时间，迅速冷却σs,HB提高δ、αK降低回火淬火后加热到相变温度以下保持一段时间，缓慢或迅速冷却HB降低δ、αK恢复退火加热到相变温度以上，保持相当时间，退火炉中缓慢冷却HB降低δ、αK升高正火加热到相变温度以上，保持相当时间，空气中缓慢冷却σs,HB提高δ较退火小加热保温淬火正火退火回火时间温度Back§5建筑钢材常用钢种一、普通碳素结构钢（简称普通碳素钢）GB700-19881、碳素结构钢的牌号和表示方法1）牌号Q195，Q215，Q235，Q255，Q2752）质量等级A，B，C，D3）脱氧程度F，bZ，Z，TZ4）表示方法屈服点等级——质量等级•脱氧程度如：Q235—A•F2、碳素结构钢的技术要求及用途1）化学成分2）力学性质3）工艺性质应用：沸腾钢在下述情况下是限用的：•在直接承受动荷载的焊接结构。•非焊接结构而计算温度低于或等于－20℃时。•受静荷载及间接动荷载作用，而计算温度等于或低于－30℃时的焊接结构。二、优质碳素结构钢（GB/T699-1999）1、表示方法：平均含碳量（以0.01%为单位）含锰量标注脱氧程度代号如：45（含碳量0.45%，普通含Mn量的镇静钢）45Mn（含碳量0.45%，高含Mn量的镇静钢）2、牌号（31个）•普通含锰量（Mn＜0.8%）：20个牌号08F，10F，15F，08，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85•较高含锰量（Mn＞0.8%）：11个牌号15Mn，20Mn，25Mn，30Mn，35Mn，40Mn，45Mn，50Mn，55Mn，60Mn，65Mn，70Mn高级优质钢牌号后加A，特级优质钢牌号后加E，3、性能与应用1）屈服点强度①普通含锰量：175～980Mpa②较高含锰量：245～450Mpa2）抗拉强度①普通含锰量：410～1130Mpa②较高含锰量：410～785Mpa性能主要取决于含碳量30，35，40，45号钢可用作高强度螺栓，45号钢还用于作预应力钢筋的锚具65，70，75，80号钢可生产预应力混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等。三、低合金高强度结构钢GB/T1591一94低合金高强度结构钢是普通低合金结构钢的简称，是在普通碳素钢的基础上添加少量的一种或多种合金元素如硅、锰、钒、铌、铬、镍及稀土元素等元素（总量一般小于5%），以提高其强度、耐腐蚀性、耐磨性或耐低温冲击韧性的钢。1、牌号及表示方法按含碳量和屈服点强度不同划分为5个牌号：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460质量等级：E，D，C，B，A表示方法：屈服点等级——质量等级2、与碳素钢相比：•强度高，塑性、耐冲击韧性好•耐锈蚀、耐低温性好•减轻结构自重，延长使用寿命，节省钢材3、技术性能及应用§6建筑用钢材建筑用钢材钢结构用钢材钢筋混凝土用钢材一、钢结构用钢材主要是型钢和钢板型钢有热轧和冷成型两种，钢板也有热轧（厚度为0.35～200mm）和冷轧（厚度为0.2～5mm）两种。（一）热轧型钢主要钢种：碳素钢，低合金高强度钢88700GB—A235Q889798GB—16160160：热轧等边角钢如原材标准号原材牌号型钢标准号型钢规格型钢名称——标记方法：常用的热轧型钢有：1、热轧普通工字钢，H型钢，部分T型钢2、热轧普通槽钢3、热轧L型钢4、热轧角钢（等边与不等边）（二）冷弯薄壁型钢通常是用2～6mm薄钢板冷弯或模压而成，有：1）角钢、槽钢等开口薄壁型钢。2）方形、矩形等空心薄壁型钢主要用于轻型钢结构。（三）棒材1、六角钢和八角钢是指截面为六角形和八角形的长条钢材。规格：以对边距离表示应用：建筑钢结构的螺栓的坯材2、扁钢是指截面为矩形并稍带钝边的长条钢材规格：厚度×宽度应用：扶梯、桥梁、栅栏等3、圆钢和方钢是指截面为圆形和正方形的长条钢材规格：直径，边长应用：圆钢用做一般杆件和连接件。（四）钢管1、结构用无缝钢管2、焊缝钢管（五）板材1、钢板以平板状态供货——钢板以卷状供货——钢带分热轧、冷轧两种热轧分：厚板（厚度大于4mm）薄板（0.35～4mm）冷轧板只有薄板（厚度为0.2～4mm）厚板——用于焊接结构薄板——屋面或墙面等围护结构，或作为涂层钢板的原料，如制作压型板等。2、花纹钢板GB/T3277一91指表面轧有防滑凸纹的钢板，主要用于平台、过道及楼梯等的铺板。花纹有菱形、扁豆形和圆豆形。3、建筑用压型钢板（简称压型钢板）GB/T12755一91指薄钢板经辊压冷弯，其截面成v形、u形、梯形或类似这几种形状的波形，在建筑上用作屋面板、楼板、墙板及装饰板，也可被选为其他用途的钢板。1）代号YX2）型号表示方法：代号波高—波距—板宽如：YX28—200—6003）标记如：用牌号为275-PT-Z，厚度为1.2mm的热镀锌钢带制成的，长度为6000mm的YX28-150-900(IV)压型钢板，其标记为：原材标准号原材牌号标准号型号长度厚度压型钢板———882518GBZPZ2759112755T/GB)(90015028YX—60002.1Ⅳ压型钢板4、彩色涂层钢板（彩涂板）是指表面涂有各类有机涂料的薄钢板。轻质夹芯板材岩棉夹芯板聚苯夹芯板母材：碳素结构钢优质碳素钢低合金高强度结构钢§7钢筋混凝土用钢材钢筋钢丝和钢铰线一、钢筋混凝土用热轧钢筋热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋。（一）热轧钢筋分类、牌号1、分类热轧（直条）光圆钢筋：Ⅰ级R235（GB13013-91）热轧带肋钢筋（GB1499-1998）低碳钢热轧圆盘条钢筋月牙肋：Ⅱ级HRB335Ⅲ级HRB400等高肋：Ⅳ级HRB540拉丝用建筑用月牙肋：横肋的纵截面呈月牙形，且与纵肋不相交的钢筋。等高肋钢筋：横肋的纵截面高度相等，且与纵肋相交的钢筋。纵肋：平行于钢筋轴线的均匀连续肋。横肋：与纵肋不平行的其他肋。（二）热轧钢筋的技术性能2、牌号热轧带肋钢筋的牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成。分HRB335、HRB400、HRB540三个牌号。（三）热轧钢筋的性能特点及应用1、Ⅰ级R235钢筋（GB13013-1991）是用Q235碳素结构钢轧制而成，强度较低、但具有塑性好、伸长率高、便于弯折成型、容易焊接等特点。用于：—普通钢混结构的构件中—加工冷拨低碳钢钢丝及冷轧钢筋等的原料2、Ⅱ级、Ⅲ级是钢混结构中常用的钢筋用低合金镇静钢和半镇静钢轧制而成。强度较高，塑性和可焊性好，与混凝土的粘结性好，用于钢筋混凝土中比使用用Ⅰ级钢筋节省钢材40～50%。冷拉后也可作预应力筋。3、Ⅳ级：用中碳低合金镇静钢轧制而成。含碳量高，强度高，塑性、可焊性差，用于预应力混凝土构件中。（四）低碳钢热轧圆盘条（俗称盘圆）钢筋GB/T701一19971、拉丝用（L）牌号：Q195，Q215，Q2352、建筑用（J）牌号：Q215，Q235二、冷轧带肋钢筋GB13788一2000热轧圆盘条钢筋Φ8-20mmΦ3-5mm两面或三面带肋钢筋冷轧或冷拨冷轧1、等级和代号冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、RB800、CRB970、CRB1170五个牌号。2、特点1）强度高、塑性好、综合力学性能好2）握裹力强3）节约钢材、降低成本4）提高构件整体质量，改善构件的延性，避免“抽丝”现象三、预应力混凝土用热处理钢筋