钢材的生产

1主要内容：钢材是重要的工程材料．本幸主要讲述建筑工程中常用的两奥钢材，普通碳素结构钢和低合金高强度岵构钢．概迷钢的冶炼、加工及分类方法．重点掌握建筑钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性舱及技术要求。阐迷钢的化学成分，所合合金元素等对钢材的性能、质量的影响。介绍钢蛄构及钢筋混凝土蛄构采用的主要钢材品种及特点，如何正确地选材，合理地用材，以及钢材的好蚀成固与防护方法．第8章建筑钢材2第8章建筑钢材建筑钢材是重要的建筑材料。它主要指用于钢结构中各种型材(如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。由于钢材在工厂生产中有较严格的工艺控制，因此质量通常能够得到保证。建筑钢材具有一系列优良的性能．它有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载；可以焊接或铆接，易于加工和装配，所以被广泛地应用于建筑工程中。但钢材也存在易锈蚀及耐火性差的缺点3第8章建筑钢材8.1钢材的分类钢材的化学成分生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N…专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素4第8章建筑钢材8.1.1分类1.按化学成分分类低碳钢：含碳量0.25%中碳钢：低碳钢：含碳量０.25%～0.6%高碳钢：含碳量0.6%（1）碳素钢（碳钢）（2）合成钢——专门加入合金元素按合金元素含量分低合金钢：合金元素总含量5%中合金钢：合金元素总含量5%～10%高合金钢：合金元素总含量10%5第8章建筑钢材2．按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量≤0.050%，含磷量≤0.045%优质钢：含硫量≤0.035%，含磷量≤0.035%高级优质钢：含硫量≤0.025%，含磷量≤0.025%，牌号后加“高”或“A”特级优质钢：含硫量≤0.015%，含磷量≤0.015%，后加“E”6第8章建筑钢材3.按冶炼时脱氧程度分沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”镇静钢：脱氧充分，代号“2”半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“2”之间，代号“b”特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”4．按用途分类结构钢：建筑结构、机械制造（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）7第8章建筑钢材8.1.2钢材中的常存杂质硫：来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很大。碳：炼钢氧化过程中存于缸中，害处大于一处，故归于有害元素。锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧、硫能力，大大改善钢材加工性能。硅：脱氧剂，较锰强。两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。氧：与碳、磷相似。有害元素8第8章建筑钢材8.2建筑材料的主要技术性能力学性质：强度、弹性、塑性、耐磨性…工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性9第8章建筑钢材8.2.1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10第8章建筑钢材拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。（1）屈服强度（屈服点）上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力；下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即屈服点0sAFSFs——屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N；Ao——钢材的截面积，mm2。注意：有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳钢等硬钢），应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服点（称条件屈服点）,记为σ0.2或者σP0.2。11第8章建筑钢材（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。Fb——为最大应力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。0bAFb可靠性参数sb强屈比值得注意：强屈比的概念值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。12第8章建筑钢材（3）伸长率：塑性指标。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——l0=10d0。%100lll001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。13第8章建筑钢材（4）断面收缩率：塑性指标。AO——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2；A1——表示钢材的原始截面积，mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。010AAA14第8章建筑钢材2.冲击韧性——指钢材抵抗冲击荷载的能力。试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。危害极大冲击韧性试验原理图15第8章建筑钢材8.2.2工艺性能冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力。焊接性能：钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性非常重要。16第8章建筑钢材（1）冷弯性能冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）。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、内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。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。17第8章建筑钢材（2）焊接性能焊接方式：搭接、对接焊接要求：①焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。②焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。18第8章建筑钢材8.3钢材的强化与加工8.3.1冷加工——指钢材在常温下进行的加工。常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化处理。19第8章建筑钢材8.3.2时效处理——将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20d，或加热到100～200℃并保持一段时间,这个过程称为时效处理。自然时效作用:钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。∵时效过程中应力的消减，∴弹性模量可基本恢复。人工时效20第8章建筑钢材8.4钢材的锈蚀与防护8.4.1钢材的锈蚀——钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为钢材的锈蚀。化学锈蚀电化学锈蚀——钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。——钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，降低钢材的性能，因而承载力降低。21第8章建筑钢材8.4.2钢材的防护三个方面：从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。（1）采用耐候钢（耐大气腐蚀钢）（2）金属覆盖——电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。（3）非金属覆盖——在钢材表面用金属材料做为保护膜,如喷涂涂料、搪瓷和塑料等。（4）混凝土用钢筋的防锈22第8章建筑钢材8.5土木工程常用钢材2.5.1钢结构用钢2.5.2混凝土结构用钢23第8章建筑钢材8.5.1钢结构用钢1.碳素结构钢（1）碳素结构钢的牌号表示按顺序：屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、质量等级（有A、B、C、D4级，逐级提高）和脱氧方法（F：沸腾钢，b：半镇钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇钢。牌号表示时Z、TZ可省略）。例如：Q235—A·F表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。Q235—B表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。24第8章建筑钢材（2）碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋等。Q225、Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量等级钢及沸腾钢。25第8章建筑钢材2.低合金高强度结构钢（1）低合金高强度钢的牌号共有5个牌号牌号由三部分表示：含碳量、合金元素的种类及含量。前两位数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有数字“2”,表示其平均含量在1.5%～2.5%之间最后如附有“b”，表示为半镇静钢，否则为镇静钢。例如：16Mn表示平均含碳量为0.16%，平均含碳量低于1.5%的镇静钢。26第8章建筑钢材（2）低合金高强度钢的选用低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑（如大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等）的主体结构材料。与普通碳素钢相比可节约钢材，具有显著的经济效益。当低合金钢中的铬含量达11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化时膨胀性较大。不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。27第8章建筑钢材8.5.2混凝土结构用钢1.热轧钢筋（1）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。28第8章建筑钢材（2）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。HRB325，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。29第8章建筑钢材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Ⅰ级、冷拉Ⅱ级、冷拉Ⅲ级、冷拉Ⅳ级30第8章建筑钢材（3）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Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋强度较高，可用作预应力混凝土结构的预应力筋。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。31第8章建筑钢材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CR，按抗拉强度分为三级：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中数值表示钢筋应达到的最小抗拉强度值。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。32第8章建筑钢材4.冷轧扭钢筋加工：冷轧扭钢筋由低碳钢热轧圆盘条经专用钢筋冷轧扭机调直、冷轧并冷扭一次成型，具有规定截面形状和节距的连续螺旋状钢筋。分类：按其截面形状不同分为I型(矩形截面)和Ⅱ型(菱形截面)两种类型。代号为LZN。应用：冷轧扭钢筋可适用于钢筋混凝土构件.特点：冷轧扭钢筋与混凝土的握裹力与其螺距大小有直接关系。螺距越小,握裹力越大,但加工难度也越大,因此,应选择适宜的螺距。冷轧扭钢筋在拉伸时无明