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1、,第六章 建筑钢材,61 钢的生产、分类与晶体组织,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
2、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.氧气转炉炼钢法 炼制优质碳素钢和合金钢。该方法周期短，效率高现已成为炼钢的主要方法。2.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。3.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,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，分为普通碳素钢（S0.050%、P0.045%）、优质碳素钢（S0.035%、P0.035%）、高级优质碳素钢（S0.025%、P0.025%）和特优质碳素钢（S0.015%、P0.025%）。,钢,转炉钢,沸腾钢,电炉钢,平炉钢,按冶炼方法分,按
3、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,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,合金总含量5%,5%10,10,62 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。,非标准试件,不经过加工，直接在线材上切取的试件。,一、拉伸性能,1.低碳钢的拉伸性能,0,钢材拉伸过程的-图,OB弹性阶段,BC屈服阶段,CD强化阶段,DE颈缩阶段,以下
4、屈服点的应力作为钢材的屈服强度。,（1）拉伸试验过程,0,钢材拉伸弹性阶段示意图,p比例极限，MPa。,B弹性极限，MPa。,注：由于A、B两点相距较近，一般认为p=B。,0,钢材拉伸屈服阶段示意图,放大后,以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。s表示,0,钢材拉伸强化阶段示意图,b 抗拉强度或强度极限。,0,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE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：,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0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力
5、。见左图。,0,oa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k表示。k 越大，则冲击韧性越好。k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。,硬度 布氏硬度 工程应用时，常由压痕直径查表，直接确定HB。HB450的钢材 洛氏硬度 用HR表示 又分为洛氏A、洛氏B、洛氏C。压痕小，常用于判断工件的热处理效果。疲劳强度 一般来说，钢材强度极
6、限越高，其疲劳强度越高。,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
7、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。,63 建筑钢材的晶体组织和化学成分,钢中的晶体组织与性能,同素异晶转变概念 液态铁-Fe-Fe-Fe合金的基本概念 固溶体、化合物、机械混合物晶体组织 奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体 钢在常温下的基本组织是铁素体、渗碳体、珠光体三种。钢的性质取决于这些晶体在钢中所占的比例。,铁碳合金状态图,铁碳合金的碳含量、晶体组织与性能的关系,化学成分对钢材性质的影响,64 钢的冷加工和热处理,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
8、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。,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1520d；人工时效是将冷加工后的钢材加热至100200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。,钢的热处理,钢材的热处理工艺,65 建筑钢材的标准与选用,一 钢结构用钢,一、碳素结构钢（非合金钢）,1.牌号表示法由代表屈服
9、点的字母；屈服点数值；质量等级符号（硫、磷杂质含量由多到少）分为A、B、C、D、四个质量等级；脱氧方法符号（沸腾钢（F），半镇静 钢（b），镇静钢（Z），特种镇静钢（TZ）；镇静钢和特种镇静钢在钢牌号中的Z和TZ可以省略）等四个部分按顺序组成。如：Q235AF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。表6.2-3-4,一、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
10、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、优质碳素结构钢,1.牌号表示方法由平均含碳量的万分数表示，含锰量较高时，在牌号后加注Mn字，如果是沸腾钢，则加注F。45Mn 表示含碳量为万分之45含锰量较高的镇静钢；15F 表示含碳量为万分之15的沸腾钢。2.牌号根据国标优质碳素结构钢（GB/T699-1999）规定共分为31个牌号。3.技术要求
11、对有害杂质含量控制更严格（S0.035%、P0.035%），质量更稳定，性能优于普通碳素结构钢。,二、优质碳素结构钢,4.应用优质碳素结构钢的性能主要取决于含碳量。含碳量高，强度、硬度高，但塑性、韧性低。优质碳素结构钢成本高，建筑上使用的不多。3045号钢主要用于重要结构的钢铸件及高强度螺栓；6580号钢常用于生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝。刻痕钢丝和钢绞线等。,三、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、Q42
12、0、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。表6.5-6.,三、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。,三、低合金高强度结构钢,5、与碳素钢相比特点成分上，含碳：lt较
13、低，均不高于0.2%，一般为镇静钢，硫、磷杂质含以少，成分偏析少，加入了合金。性能上，具有更高的强度，良好的塑性、韧性、可焊性、耐磨性、耐蚀性、耐低温性等性能，是综合性能更为优异的建筑钢材。应用上，主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，但特别适用于各种重型结构、高层结构以及大跨度结构和桥梁工程等承受动荷载的结构物中。在相同使用条件下，可比碳素结构钢节省用钢20%30%，可以有效地减轻结构自重。,二 钢筋混凝土结构用钢,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、
14、HRB400、HRB500,H、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。,一、热轧钢筋,5.应用光圆钥筋是用Q235碳素结构钢轧制而成的钢筋。其强度较低，塑性及焊接性能好，伸长率高，便于弯曲成型。光圆钢筋可作为中小型钢筋混凝士结构的主要受力钢筋和各种钢筋混凝土结构箍筋等带肋钢筋中，HRB335,HRB400由于强度较高，塑性和焊接性能较好，广泛用作大中型钢筋混
15、凝土结构的受力钢筋，现行规范积极提倡用HRB400级钢筋作为钢筋混凝士结构的主耍钢筋。HRB335,HRB400经过冷拉后可用作预应力钢筋。HRB500用中碳低合金镇静钢轧制而成。钢筋表面轧有纵肋和横肋，是房屋建筑的主要预应力筋。由于含碳量较高，可焊性下降。,二、冷轧带肋钢筋,1.生产冷轧带肋钢筋由普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢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。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412mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm,二、冷轧带肋钢筋,4.力
16、学性能和工艺性能应符合国标冷轧带肋钢筋（GB13788-2000）和冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规范（JGJ95-2003）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。,三、预应力混凝土用热处理钢筋,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
17、个。,有纵肋,无纵肋,三、预应力混凝土用热处理钢筋,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,四、预应力混凝土用钢丝,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（WCD）和消除应力钢丝两种；消除应力钢丝又分为低松弛钢丝（WLR）和普通松弛钢丝（WNR）。按外形分为光面钢丝（P）、螺旋肋钢丝（H）和刻痕钢丝（I）三种。3.力学性能应符
18、合相应标准规定。表6.12P171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。,五、预应力混凝土用钢绞线,1.生产一般由2根、3根或7根直径为2.56.0mm的高强度光面或刻痕钢丝绞捻后，再经稳定化处理而制成。稳定化处理是为了减少应用时的应力松弛，在一定的张应力下进行的短时热处理。2.规格根据预应力混凝土用钢绞线（GB/T5224-2003）的规定，钢绞线按照结构分为五类：（12）、（13）、（13I）、（17）、(17)C。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
19、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。,其它结构钢,三、桥梁结构钢（自学）四、钢轨钢（自学）第五节 钢的锈蚀及防止钢材的锈蚀 1、化学锈蚀 2、电化学锈蚀防止钢材锈蚀的措施 1、制成合金钢 2、表面覆盖 3、设置阳极或阴极保护,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。,
