8建筑钢材-土木工程材料

第八章建筑钢材南华大学杨建明教授Page2金属材料包括黑色金属和有色金属建筑钢材包括钢结构用的型钢、钢板；钢筋混凝土用钢筋、钢丝和钢铰线Page38.1钢材的冶炼与分类一、钢材的冶炼钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2.06%的为生铁，小于2.06%的为钢。钢是由铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭和少量石灰石等在高温作用下形成。冶炼方法：氧气转炉法、电炉法和平炉法。炼钢过程中脱氧，加入MnO、SiO2、Al2O3。沸腾钢、镇静钢、半镇静钢Page48.1钢材的冶炼与分类二、钢材的分类1、按冶炼方法分类按生产的炉型平炉钢转炉钢电炉钢按脱氧程度分类沸腾钢镇静钢特殊镇静钢半镇静钢Page58.1钢材的冶炼与分类2、按化学成分分类碳素钢含碳量0.02~2.06%的铁碳合金低碳钢＜0.25%中碳钢0.25%~0.6%高碳钢＞0.6%合金钢低合金钢＜5%中合金钢5%~10%高合金钢＞10%Page68.1钢材的冶炼与分类根据钢中磷、硫等杂质含量的不同，碳素钢可分为：普通碳素钢－其中磷的含量不大于0.045%，硫的含量不大于0.050%优质碳素钢－其中磷和硫的含量均不大于0.035%高级优质碳素钢－其中硫和磷含量均不在于0.025%特级优质碳素钢－硫含量≤0.025%，磷含量≤0.015%Page78.1钢材的冶炼与分类3、按用途分类结构钢低、中碳钢工具钢高碳钢特殊钢不锈钢Page88.2钢材的力学性能与工艺性能力学性能（抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度）和工艺性能（冷弯性能、焊接性能和热处理性能）Page98.2钢材的力学性能与工艺性能一、力学性能1、抗拉性能通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率。（图8.1）1）弹性阶段低碳钢弹性模量E＝2.0×105~2.1MPa，弹性极限σP＝180MPa~200MPa2）屈服阶段用σS表示，常用低碳钢σS为195MPa~300MPaPage118.2钢材的力学性能与工艺性能3）强化阶段抗拉强度，用σb表示，低碳钢σb385~520MPa，屈强比σS/σb0.58~0.63（碳素钢）；0.65~0.75（合金钢）4）颈缩阶段塑性表示钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。Page128.2钢材的力学性能与工艺性能采用伸长率和断面收缩率表示。A、伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。B、断面收缩率是试件拉断后缩颈处横断面的最大缩减量占横截面积的百分率。φ（%）中碳钢、高碳钢，无明显屈服现象，脆性破坏，采用名义屈服点σ0.2105001%,100LLL%100010AAAPage138.2钢材的力学性能与工艺性能2、冲击韧性m－摆锤质量A－试件槽口处断面积（cm2）规范中通常是根据负温条件规定－20℃或－40℃负温冲击值指标。AhHmgK)(Page148.2钢材的力学性能与工艺性能3、疲劳强度钢材在交变荷载反复作用下，可在远小于抗拉强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。用疲劳强度或疲劳极限表示。它是指试件在交变应力下，作用107周次，不发生疲劳破坏的最大应力值。Page158.2钢材的力学性能与工艺性能4、硬度布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度1）布氏硬度根据国家标准压头用淬火钢球，符号为HB压头用硬质合金钢时，符号为HB2）洛氏硬度金刚石圆锥体或钢球初始试验力（F0）总试验力F（F＝F0＋主试验力F1）（h1-h0）Page168.2钢材的力学性能与工艺性能二、工艺性能冷弯、冷拉、冷拔及焊接性能1、冷弯性能弯曲角度（α）和弯心直径（d）2、焊接性能碳含量＜0.25%，可焊性好，0.3%可焊性差Page178.2钢材的力学性能与工艺性能3、冷加工性能及时效处理1）冷加工强化与时效处理存放15d~20d自然时效或加热100℃~200℃，保持2h~3h，人工时效2）常见冷加工方法（1）冷拉屈服强度提高20%~30%，节约钢材10%~20%（2）冷拔40%~60%3）钢材冷加工强化与时效处理的机理Page188.2钢材的力学性能与工艺性能4、钢材的热处理1）退火是将钢材加热到一定温度，保温后缓慢冷却（随炉冷却）的一种热处理工艺。2）正火是退火的一种特例。正火在空气中冷却，两者仅冷却速度不同。3）淬火是将钢材加热到基本组织转变温度以上（一般为900℃以上），保温使组织完全转变，即放入水或油等冷却介质快速冷却，使之转变为不稳定组织的热处理。4）回火是将钢材加热到基本组织转变温度以下（150~650℃内选定），保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。Page198.3钢的组织和化学成分对钢材性能的影响一、钢的组织及其对钢材性能的影响1535℃1394℃912℃液态铁δ-Feγ-Feα-Fe体心立方晶体面心立方晶体体心立方晶体固溶体化合物机械混合物Page208.3钢的组织和化学成分对钢材性能的影响二、钢的化学成分对钢材性能的影响1、碳钢材由铁素体（都好）、渗碳体（抗拉强度低、很耐磨）、珠光体（介于渗碳体和铁素体）2、硫热脆性＜0.045%3、磷对塑性和韧性影响更大＜0.045%冷脆性4、锰脱氧、硫5、硅Page218.3钢的组织和化学成分对钢材性能的影响6、氧0.03%7、氮与碳、磷相似0.018%Page228.4建筑钢材的锈蚀与防护一、钢材锈蚀机理1、化学锈蚀FeO保护膜2、电化学锈蚀阳极阴极总反应水和氧的存在eFeFe22eOHOOH22212222)(2OHFeOHFe3222)(221)(2OHFeOOHOHFePage238.4建筑钢材的锈蚀与防护二、钢筋混凝土中钢筋锈蚀埋于混凝土中的钢筋，因系处于碱性介质条件（新浇混凝土的PH值为12.5或更高），而氧化保膜为碱性，故不致锈蚀。在碱性环境中，阴极过程难于进行，即使原电池存在，生成的Fe(OH)2也能存在，成为钢筋保护膜。钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要原因有：1）混凝土不密实；2）混凝土保护层厚度小或发生严重碳化；3）混凝土内Cl-含量过大；4）预应力钢筋存在微裂缝。混凝土配筋防锈措施，主要根据结构和所处环境条件等，考虑混凝土的质量要求，即限制水灰比和水泥用量，并加强施工管理，以保证混凝土的密实性，经及保证足够的保护层厚度和限制氯盐外加剂的掺用量。Page248.4建筑钢材的锈蚀与防护三、钢材锈蚀的防止1、表面刷漆钢结构防止锈蚀的方法通常采用表面刷漆。底漆红丹、环氧富锌漆中间漆红丹、铁红面漆灰铅、酚醛磁漆2、表面镀金属薄壁钢材可采用热浸镀锌后加涂塑料。3、采用耐候钢Page258.4建筑钢材的锈蚀与防护四、钢的防火无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限0.25h，钢梁0.25h200℃基本不变300℃下降400℃急剧降低600℃弹性模量、屈服点和极限强度接近于零。1、防火涂料包裹法2、不燃性板材包裹法防水板、石膏板、蛭石板、珍珠岩板3、实心包裹法采用混凝土Page268.5建筑钢材的品种与选用钢结构用钢、钢筋混凝土用钢一、碳素结构钢1、牌号及其表示方法碳素结构钢有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275表示方法如下：屈服点等级－质量等级·脱氧程度质量等级：A、B、C、D脱氧程度：F、b、Z、TZ2、力学性能及工艺性能表8.13、特性及应用Page288.5建筑钢材的品种与选用二、低合金高强度结构钢所加元素有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素1、牌号及其表示方法Q295、Q345、Q390、Q460其表示方法如下：屈服点等级－质量等级质量等级：A、B、C、D、E2、力学性能表8.23、特性及应用Q345Page308.5建筑钢材的品种与选用三、优质碳素结构钢GB/T699－199931牌号牌号表示方法：平均含碳量的万分数－含锰量标识－脱氧程度Page318.6常用建筑钢材（一）钢筋1、热轧钢筋主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。如表8.3、8.41）热轧光圆钢筋R2352）热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、HRB5002、低碳钢热轧圆盘条3、冷轧带肋钢筋4、预应力混凝土用热处理钢筋5、预应力混凝土用钢丝和钢绞线Page348.6常用建筑钢材二、型钢钢结构所用钢材主要是型钢和钢板。连接方式可铆接、螺栓连接或焊接。1、热轧型钢采用碳素结构钢和低合金钢Q235－A、Q345、Q390角钢、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、L型钢2、冷弯薄壁型钢3、钢板热轧钢板和冷轧钢板4、钢管热轧无缝钢管、焊接钢管感谢您的关注