第五章--建筑钢材

浙江万里学院设计艺术与建筑学院第五章建筑钢材§5－1概述§5－2建筑钢材的主要性能§5－3建筑钢材的钢种及牌号§5－4钢筋§5－5钢丝及钢绞线第五章建筑钢材§5－1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•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σε0钢材拉伸过程的σ-ε图OB—弹性阶段BC—屈服阶段CD—强化阶段DE—颈缩阶段A0BCB0DCEDFEC上上屈服点C下下屈服点以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。（1）拉伸试验过程σε0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段σp—比例极限，MPa。σpσBσB—弹性极限，MPa。注：由于A、B两点相距较近，一般认为σp=σB。σε0钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后σε0钢材拉伸强化阶段示意图AB0C下C上CDDDDD强化阶段σbσb——抗拉强度或强度极限。DCσε0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE——颈缩阶段（2）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：0ssFAs=0bbFAs=100100%llld-=?2.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、工艺性能1.冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯曲角度（90°或180°）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它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。三、工艺性能2.可焊性可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。四、钢材的冷加工强化和时效1.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。四、钢材的冷加工强化和时效2.时效钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效分为自然时效和人工时效两种。•自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d；•人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以上。经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。§5－3建筑钢材的钢种及牌号一、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。一、碳素结构钢（非合金钢）4.应用Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。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。§5－4钢筋一、热轧钢筋1.生产采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。2.分类钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。3.牌号热轧直条光圆钢筋：HPB235热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm一、热轧钢筋4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能应符合下表的规定。表面形状强度等级代号公称直径屈服点σs，MPa抗拉强度σb，MPa伸长率δ5，%冷弯d—弯心直径a—钢筋公称直径不小于光圆HPB2358～2023537025180°d=a月牙肋HRB3356～2528～5033549016180°d=3a180°d=4aHRB4006～2528～5040057014180°d=4a180°d=5aHRB5006～2528～5050063012180°d=6a180°d=7a二、低碳热轧圆盘条1.概述低碳热轧圆盘条的公称直径为5.5～30mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。2.分类按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。3.牌号低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。二、低碳热轧圆盘条4.力学性能和工艺性能5.应用大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。牌号力学性能冷弯试验180°d=弯心直径a=试样直径屈服点σs，MPa抗拉强度σb，MPa伸长率δ5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能三、冷轧带肋钢筋1.生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。3.规格直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm三、冷轧带肋钢筋4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。四、热处理钢筋1.概述热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种，其外形分别见右图。代号为RB150。2.规格公称直径6、8.2、10mm。3.牌号有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。有纵肋无纵肋四、热处理钢筋4.力学性能5.特点及应用热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋。预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能公称直径mm牌号σ0.2σbδ10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706§5－5钢丝及钢绞线一、钢丝1.生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。2.分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。3.力学性能应符合相应标准规定。钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋。二、钢绞线1.生产由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。2.规格钢绞线按应力松弛性能分为两级：Ⅰ级松弛（代号Ⅰ）、Ⅱ级松弛（代号Ⅱ）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。3.特点及应用钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。本章小结钢材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑钢材主要包括各种型钢、钢筋、钢丝和钢绞线等；建筑钢材的主要性能包括力学性能、工艺性能和耐久性三个方面；建筑钢材所用的钢种包括碳素结构钢（非合金钢）、低合金高强度结构钢。建筑工程中常用的钢筋，其力学性能、工艺性能、化学成分等必须符合相应标准的规定。钢丝和钢绞线具有强度高、变形较小等特点，主要用作普通预应力混凝土结构及大跨度预应力结构的预应力筋。习题一．填空题1.钢按照化学成分分为（）和（）两类；按质量分为（）、（）和（）三种。答案：1.（碳素钢）、（合金钢）、（普通碳素钢）、（优质碳素钢）、（高级优质钢）。2.低碳钢的拉伸过程经历了（）、（）、（）和（