9建筑钢材

徐州生物工程学院建筑钢材§9－1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。压型彩钢板三、钢的冶炼方法简介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.电炉炼钢法白口铁液态生铁吹入空气或氧气钢浇注成钢锭脱氧熔融四、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（b)镇静钢特殊镇静钢按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢四、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％§5－2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1.应力2.应变0001LLLLLFFAΔLL0L1一、拉伸性能•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.低碳钢的拉伸性能一、拉伸性能钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0ΔL1ΔL2返回低碳钢的受拉过程分为四个阶段0LLOAF弹性阶段OA屈服阶段AB强化阶段BC颈缩阶段CDABCD低碳钢受拉的应力－应变图一、拉伸性能一、弹性阶段OA一条通过原点的直线，应力与应变成正比。弹性弹性模量E值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。A点对应的应力。tgEα:p0LLOAFA低碳钢受拉的应力－应变图pE1＞E2图形的特点：试件的特点：计算的指标：ABCD弹性极限二、屈服阶段AB一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力——屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力。0LL图形的特点：试件的特点：计算的指标：αOAFA低碳钢受拉的应力－应变图pACDBB上B下:s下BsAFss屈服。三、强化阶段BC一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高——抗拉强度图形的特点：试件的特点：计算的指标：0LLαOAFA低碳钢受拉的应力－应变图pACDBB上B下s:bAFbbbC点对应的应力。强化。四、颈缩阶段CD一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——，直到断裂。伸长率δ：图形的特点：试件的特点：计算的指标：AF0LLαOApACDBB上B下sb%100001LLLL1L0计算的指标：颈缩三个重要的指标1.屈服强度σs结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度σb钢材所能承受的最大应力屈强比屈强比利用率安全可靠程度3.伸长率δ衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好bsbs↑AF0LLαOApACDBB上B下sbsbbs↑↓%100001LLL4．断面收缩率L10AAnd0L0L0=5d0或10d0A0、An前后的截面积δ5与δ10谁大一、拉伸性能2.0中碳钢、高碳钢的应力－应变图规定：产生残余变形为原始标距的0.2%时所对应的应力值，作为硬钢的屈服强度，称为条件屈服强度，用σ0.2表示。1一、拉伸性能二、工艺性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，试件被弯曲角度α、弯心直径与厚度的比值d/a定义指标试验演示1、钢材的冷弯性能2、冲击韧性钢材抵抗冲击荷载的能力。定义试件钢的化学成分;例：S、P↑冲击韧性↓冶炼及轧制质量质量↑冲击韧性↑温度温度↓，冲击韧性↓ak影响冲击韧性的因素2、冲击韧性3、钢材的硬度硬度――是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法演示讨论与分析材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。HBb6.3175HB，当HBb5.3175HB，当3、钢材的硬度冷弯性能冲击韧性拉伸性能钢材的性能硬度内容小结小结钢材的拉伸性能，四阶段，三个重要指标；t℃小结建筑钢材的抗拉性能F1F1F2F2F3F30LLOAFABCD低碳钢受拉的应力－应变图1.弹性模量2.弹性极限3.屈服强度4.抗拉强度5.伸长率知识拓展钢材在常温下放置，随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。小结：冲击韧性工程实例在施工现场为了提高钢材的强度，节约钢材，可使用时效后的钢材，但注意重要部分用钢不允许。二、工艺性能(二)冷加工强化及时效1.冷加工强化定义：钢材在常温下，经过以超过其屈服强度但不超过抗拉强度的应力进行加工，产生一定塑性变形，屈服强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象称为冷加工强化。冷加工的方式：冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。钢筋的冷拉O未经冷拉时ABCD钢筋的应力－应变图冷拉过程O′冷拉后未经时效结论1：钢筋经过冷拉后未经时效处理，也就是立即拉伸，则其屈服强度、硬度得到了提高，但是塑性、韧性降低了。二、工艺性能(二)冷加工强化及时效2.时效左右℃保持热至人工时效：冷加工后加常温下存放自然时效：冷加工后在时效处理h2200~100d20~15钢筋的冷拉O未经冷拉时ABCD钢筋的应力－应变图冷拉过程O′冷拉后未经时效冷拉后经时效处理结论2：冷拉后的钢材再经时效后，屈服强度、硬度进一步提高，抗拉强度也得到提高，而塑性和韧性进一步降低。二、工艺性能(二)冷加工强化及时效3.冷加工在建筑工程中的应用工程中常对钢筋进行冷拉和对盘条进行冷拔的方法，以采用达到节约钢材的目的。钢筋冷拉后屈服强度可提高15%~20%，盘条冷拔后屈服强度可提高40%~60%。对于承受冲击、振动荷载的钢材，不得采用冷加工钢材。二、工艺性能(三)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三、钢的化学成分对钢材性能的影响(一)碳（C）三、钢的化学成分对钢材性能的影响(二)硅（Si）、锰（Mn）——有益元素起到脱氧、降硫的作用；硅的含量常在1%以内，可提高钢材的强度，对塑性和韧性没有明显影响；锰含量为0.8％~1%时，可显著提高钢的强度和硬度，几乎不降低塑性及韧性。三、钢的化学成分对钢材性能的影响(三)硫（S）、磷（P）——有害元素硫能够引起热脆性，热脆性严重降低了钢的热加工性和可焊性；硫的存在还使钢的冲击韧性、疲劳强度及耐蚀性降低。磷能够引起冷脆性，冷脆性使钢材的冲击韧性以及焊接等性能下降。三、钢的化学成分对钢材性能的影响(四)氧（O）、氮（N）——有害元素降低钢材的强度、冷弯性能和焊接性能；氧还使钢材的热脆性增加；氮还使钢材的冷脆性及时效敏感性增加。三、钢的化学成分对钢材性能的影响(五)铝（Al）、钛（Ti）、钒（V）、铌（Nb）——有益元素它们均是炼钢时的强脱氧剂；可改善钢材的组织，细化晶粒，显著提高强度和改善韧性。§9－3建筑钢材的钢种及牌号第三节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。第三节建筑钢材的常用钢种一、碳素结构钢(一)碳素结构钢的牌号表示方法例如：Q215－A•F表示代表屈服点的字母屈服点数值（MPa）质量等级脱氧程度备注Q195215235275ABCDFZTZZ和TZ在钢的牌号中予以省略屈服点215MPa的A级沸腾钢。第三节建筑钢材的常用钢种一、碳素结构钢(二)碳素结构钢的技术要求碳素结构钢的技术要求包括：化学成分力学性能冷弯性能冶炼方法交货状态表面质量第三节建筑钢材的常用钢种(三)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。↑↑↓第三节建筑钢材的常用钢种二、低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素（总含量小于5%）的一种结构钢。所加元素主要有：锰（Mn）、硅（Si）、钒（V）、钛（Ti）、铌（Nb）、铬（Cr）、镍（Ni）及稀土元素.添加合金元素的目的：为了提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐磨性、耐蚀性及耐低温性能等。低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，与使用碳素钢相比，可节约钢材20%~30%，但成本并不很高。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。第四节钢筋混凝土用钢材第四节钢筋混凝土用钢材基础布钢筋网第四节钢筋混凝土用钢材主体结构施工第四节钢筋混凝土用钢材大桥承台施工第四节钢筋混凝土用钢材钢绞线钢丝钢筋钢筋混凝土用钢材第四节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第四节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第四节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。第四节钢筋混凝土用钢材(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