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1、,第八章 建筑钢材,南华大学杨建明教授,Page 2,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,Page 3,8.1 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,Page 4,8.1 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
2、静钢 特殊镇静钢 半镇静钢,Page 5,8.1 钢材的冶炼与分类,2、按化学成分分类碳素钢含碳量0.022.06%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%,Page 6,8.1 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%,Page 7,8.1 钢材的冶炼与分类,3、按用途分类 结构钢低
3、、中碳钢工具钢高碳钢特殊钢不锈钢,Page 8,8.2 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）,Page 9,8.2 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E2.01052.1MPa，弹性极限P180MPa200MPa2）屈服阶段用S表示，常用低碳钢S为195MPa300MPa,图8.1 低碳钢受拉时应力应变图,Page 11,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,3）强化阶段抗拉强度，用b表示，低碳钢b385520MPa，
4、屈强比S/b0.580.63（碳素钢）；0.650.75（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。,Page 12,8.2 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。（%）中碳钢、高碳钢，无明显屈服现象，脆性破坏，采用名义屈服点0.2,Page 13,8.2 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。,Page 14,8.2 钢材的力学性能与工
5、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。,Page 15,8.2 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HB2）洛氏硬度金刚石圆锥体或钢球初始试验力（F0）总试验力F（FF0主试验力F1）（h1-h0）,Page 16,8.2 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（）和弯心直径（d）2、焊接性
6、能碳含量0.25%，可焊性好，0.3%可焊性差,Page 17,8.2 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15d20d自然时效或加热100200，保持2h3h，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,Page 18,8.2 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
7、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（150650内选定），保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。,Page 19,8.3 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-Fe-Fe-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,Page 20,8.3 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
8、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,Page 21,8.3 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%,Page 22,8.4 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,Page 23,8.4 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
9、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。,Page 24,8.4 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,Page 25,8.4 建筑钢材的锈蚀与防护,四
10、、钢的防火无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限0.25h，钢梁0.25h200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,Page 26,8.5 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、TZ2、力学性能及工艺性能表8.13、特性及应用,Page 27,表8.1 碳素结构钢的机械性能,Pag
11、e 28,8.5 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、E2、力学性能表8.23、特性及应用Q345,Page 29,表8.2 低合金高强度结构钢的力学性质,Page 30,8.5 建筑钢材的品种与选用,三、优质碳素结构钢GB/T699199931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,Page 31,8.6 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
12、.41）热轧光圆钢筋R2352）热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、HRB5002、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,Page 32,表8.3 热轧光圆钢筋力学性能和工艺性能要求,Page 33,表8.4 热轧带肋钢筋的力学性质和工艺性能要求,Page 34,8.6 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Q235A、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,
