7.建筑钢材-建筑材料汇总

JIANZHUCAILIAO土木工程材料福建农林大学交通学院第八章建筑钢材JIANZHUCAILIAO1定义：建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用的型钢、钢板和钢筋混凝土用的钢筋、钢丝等，以及钢门窗和各种建筑五金等。2特点钢材具有强度高、塑性和韧性好，能承受冲击和振动荷载，且易于加工和装配等优点，钢材的缺点是易锈蚀和耐火性差。3应用：钢材广泛应用于工业、民用和市政建筑中。目前在中、大型建筑结构中，只有钢结构和钢筋混凝土结构能相互竟争，所以钢材已成为最重要的建筑结构材料。概述JIANZHUCAILIAO鸟巢JIANZHUCAILIAO钢结构JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO8.1钢材的分类及冶炼金属材料：是一种或两种以上的金属元素与某些非金属元素组成的合金的总称。金属材料的特征为：不透明、有光泽、密度大、导热性和导电性好，常温下为固态结晶体；强度高、弹性模量大、组织均匀密实、可焊、可铆、易于加工、便于装配和机械化施工。金属材料分为：黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是以铁元素为主的铁金属及其合金，如钢、铁；有色金属是除黑色金属以外的其他金属，如铝、铜、金、银等。JIANZHUCAILIAO8.1钢材的分类及冶炼一、钢的冶炼1、钢的定义：钢是含碳量为0.02％～2.1％，并含有某些其它元素的铁碳合金。2、生铁的定义：含碳量为2.11％～6.67％，且杂质含量较多的铁碳合金称为生铁。生铁性脆硬．建筑上难以应用。含碳量小于0．02％的铁碳合金称为工业纯铁。3、炼钢的原理：将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降到一定程度，同时把其它杂质的含量也降到允许范围内。JIANZHUCAILIAO8.1钢材的分类及冶炼钢锭JIANZHUCAILIAO8.1钢材的分类及冶炼二、钢材的分类1、按冶炼方法分：转炉钢、平炉钢、电炉钢。2、按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。3、按化学成分分：（1）、碳素钢：含碳量不大于1.35％，含锰量不大于1.2％，含硅量不大于0.4％，有少量硫、磷杂质的铁碳合金。碳对钢材的性能起决定性作用。低碳钢：含碳量0.25％以下，性质软韧，易加工，是建筑工程的主要用钢。中碳钢：含碳量0.25％－0.6％，性质较硬，可淬火、退火，主要用于机械部件。高碳钢：含碳量大于0.6％，性质很硬，一般用于制造工具。根据碳素钢中硫、磷等杂质含量，碳素钢分为：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。JIANZHUCAILIAO8.1钢材的分类及冶炼（2）、合金钢：在碳钢的基础上加入一种或几种合金元素，使钢具有特殊性能。根据合金元素的含量分为：低合金钢：合金元素总含量小于5％。中合金钢：合金元素总含量在5％－10％。高合金钢：合金元素总含量大于10％。4、按用途分：（1）、结构钢主要用于结构件和机械零件的钢，一般为低碳或中碳钢。（2）、工具钢碳刀具、模具、量具等，一般为高碳钢。（3）、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。土木工程中常用的钢种有普通碳素结构钢中的低碳钢和普通合金结构钢中的低合金钢JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质钢材的技术性质主要包括力学性能和工艺性能。一、拉伸性能拉伸试验JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质钢材拉伸试件伸长率测量JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质拉伸试样JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质拉伸曲线图JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质一、拉伸性能（一）、低碳钢的拉伸性能通过对低碳钢进行拉伸试验，可测得低碳钢的屈服强度、抗拉强度、伸长率三个重要指标。0εσσpAσsBσbCDδ1、弹性阶段：σ-ε曲线在该段0A成直线关系，E=σ/ε为常量，称为材料的弹性模量。应力极限值σp称为弹性极限。2、屈服阶段：σ-ε曲线在该段AB不成直线关系，应力增加较小，应变增加较大，产生较大的塑性变形，应力极限值σs称为屈服极限。3、强化阶段：BC段，钢材内部组织发生变化，恢复了抵抗变形的能力，应力继续增加，应变也继续增加，应力极限值σb称为强度极限。σs/σb称为材料的屈强比。4、颈缩阶段：CD段，试件抵抗变形的能力迅速下降，伸长变形急剧增加，试件断面在最薄弱处急剧缩小，产生颈缩断裂。试件的伸长率δ按下式计算：δn＝（L1－L0）/L0。L0试件标距长度，L1试件拉断后标距之间的长度。JIANZHUCAILIAO二、冲击韧性钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性值M---摆锤质量，kg;g---重力加速度，9.81m/s2;H、h---摆锤冲击前后高度差，m；A---试件槽口处截面积，cm2。三、硬度钢材抵抗其他物体压入的能力。常用布氏硬度（HB）表示。AhHmgk)(8.2钢材的技术性质JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质四、疲劳强度1、疲劳破坏：受交变荷载的反复作用下。钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏。2、疲劳强度：钢材在无数次交变荷载作用下（通常以2×106次应力循环为基准）不致引起脆性断裂的最大循环应力值称为疲劳强度极限，简称疲劳强度。3、钢材产生疲劳破坏的原因：由于钢材内部存在局部缺陷，在应力作用下形成细小的裂纹，裂纹尖端处应力集中，加速了裂纹的扩展，最终导致钢材的疲劳断裂。4、影响钢材疲劳强度的因素：钢材品种、钢材质量、组织结构、表面状态、受力状态等。应力％lgn（n应力循环次数）042610850100静力抗拉强度疲劳极限强度JIANZHUCAILIAO8.2钢材的技术性质五、冷弯性能钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯性能用弯曲角度及弯心直径与试件直径（或厚度）的比值来表示。比值越小，冷弯性能越好。图25钢筋弯曲实验JIANZHUCAILIAO六、焊接性能1、焊接性能定义焊接性能（又称可焊性）指钢材在通常的焊接方法与工艺条件下获得良好焊接接头的性能。2、可焊性好的钢材的特点易于用一般焊接方法和工艺施焊。焊接时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷。焊接接头牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的性能不低于母材的力学性能。3、影响钢材可焊性的主要因素主要取决于钢的化学成分：低碳钢有优良的可焊接性。8.2钢材的技术性质JIANZHUCAILIAO8.3钢材的冷加工与热处理一、冷加工钢材在常温下进行加工，使之产生塑性变形，从而提高钢材的强度的过程。冷加工处理的钢材屈服强度增加，塑性、韧性、可焊性降低。常用冷加工方法有：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。钢材受力超过屈服应力时产生塑性变形，晶体沿晶格界面发生滑移，滑移后的晶体破碎成细小晶粒，不易再滑移变形，要使晶粒继续发生塑性变形，产生新的滑移，需要更大的外力。JIANZHUCAILIAO冷拉：钢筋经过冷拉，屈服强度可提高20％－25％，并可起到调直除锈作用。预应力混凝土所用钢筋主要要求强度，对塑性韧性要求不高，为了提高钢筋的强度和节省钢材，常用于冷拉钢筋。0εσ未冷拉冷拉时效后钢筋冷拉曲线K0‘K18.3钢材的冷加工与热处理JIANZHUCAILIAO冷拔：将普通碳钢Q235A通过拔丝机上的拔丝模，此时钢筋不仅受拉还受到挤压的作用，经过一次或多次强力拉拔后，抗拉强度可大幅提高，通常可提高40%～60%，高时达90%，但已失去软钢的塑性和韧性，具有硬钢的性质。冷拔钢丝一般都组成钢绞线，由于其强度高，与混凝土结合力大，所以多用于大跨度、重载荷的预应力混凝土结构中的配筋。8.3钢材的冷加工与热处理JIANZHUCAILIAO8.3钢材的冷加工与热处理二、时效钢材在冷加工后，在常温或加热的条件下，随时间的延长，强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为时效。经时效处理，金属晶格歪扭和畸变加剧，因而进一步提高了强度。1、自然时效：钢材在常温下搁置而产生的时效称为自然时效。一般强度较低的钢筋采用自然时效，冷拉钢筋自然时效需15－20天。2、人工时效：将冷加工的钢筋加热至100－200℃，保持2小时，称为人工时效。强度较高的钢筋采用人工时效。土木工程中大量使用的钢筋，同时采用冷拉与时效处理可使钢筋的屈服强度提高20%～50%，节约钢材20%～30%。JIANZHUCAILIAO三、钢材的热处理将钢材按一定的制度加热、保温、冷却以改变钢材的内部组织，消除内应力，从而获得所需性能的处理工艺称为热处理。1、退火：将钢材加热至组织转变温度（723℃）以上，保温一定时间后，在退火炉中缓慢冷却。退火处理的目的是细化晶粒，改善组织，降低硬度，提高塑性，消除组织缺陷和内应力，防止变形、开裂。按加热温度可分为重结晶退火和低温退火。2、正火：将钢材加热到一定温度，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。正火的主要目的是细化晶粒，改善组织，降低硬度，提高塑性，消除组织缺陷和内应力，防止变形、开裂。与退火相比，正火后钢的硬度、强度较高，而塑性减小。8.3钢材的加工与热处理JIANZHUCAILIAO2、淬火：将钢材加热至组织转变温度（723℃）以上，保温一定时间后，在水中或油中急剧冷却。淬火的目的是得到高强度、高硬度的组织，为在随后的回火时获得具有高的综合力学性能的钢材。但淬火会使钢的塑性和韧性显著降低。3、回火：将淬火后的钢材加热至组织转变温度（723℃）以下，保温一定时间后，再缓慢冷却。回火的目的是为消除淬火产生的很大内应力，降低脆性，改善机械性能等。8.3钢材的加工与热处理JIANZHUCAILIAO8.4建筑用钢一、结构用钢（一）、碳素结构钢：1、牌号及其表示方法：碳素结构钢以屈服点等级为主，划分成五个牌号，其表示方法为：屈服点字母屈服点等级—质量等级·脱氧程度屈服点等级：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275（Q表示屈服点，数值为屈服强度值）。JIANZHUCAILIAO质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分为A、B、C、D四个等级,随A、B、C、D顺序质量逐级提高，按冲击韧性划分如下：A级——不要求冲击韧性；B级——要求十20℃冲击韧性；C级——要求0℃冲击韧性；D级——要求一20℃冲击韧性。脱氧方法以“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，“Z”表示镇静钢，“TZ”表示特殊镇静钢，Z和TZ可在钢的牌号中予以省略。例如：Q235-A.F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢；Q255-C.表示屈服点为255MPa的C级镇静钢。8.4建筑用钢JIANZHUCAILIAO8.4建筑用钢2、技术要求碳素结构钢的化学成分（GB700-88）牌号等级化学成分％脱氧方法CMnSi≤S≤P≤Q195－0.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09-0.150.25-0.550.300.0500.045F、b、ZB0.045F、b、ZQ235A0.14-0.220.30-0.65①0.300.0500.045ZB0.12-0.200.30-0.70①0.045TZC≤0.180.35-0.800.0400.040F、b、ZD≤0.170.0350.035F、b、ZQ255A0.18-0.280.40-0.700.300.0500.045F、b、ZB0.045F、b、ZQ275－0.28-0.380.50-0.800.350.0500.045b、Z①Q235A、Q235B级沸腾钢锰含量上限为0.60％。JIANZHUCAILIAO8.4建筑用钢碳素结构钢的力学性能（GB700-88）牌号等级拉伸试验冲击试验屈服点σs（MPa）抗拉强度σbMPa伸长率δ5（％）温度℃V型冲击功（纵向）（J）钢材厚度或直径（mm）钢材厚度或直径（mm）≤16＞16-40…＞150≤16＞16-40…＞150≥≥≥Q195－（195）（185）－315-4303332－－－Q215A215205165335-450313026－20B－27Q235A235225185375－500262521－－B2027C0D-20Q255A255245205410-550242319－－B2027Q275－275265225490-630201915－－JIAN