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建筑钢材 建 筑 钢 材 钢结构用钢：角钢、槽 钢、工字钢、h型钢、钢 板、钢管 钢筋混凝土用钢：钢筋 、钢丝、钢绞线 南京长江大桥 钢材的特点 1.具有较高的强度 2.具有良好的塑性和韧性 3.易于加工和装配 4.易锈蚀、耐火性差。 按 化 学 成 分 分 类 碳素钢 合金钢 低碳钢 中碳钢 高碳钢 低合金钢 中合金钢 高合金钢 按 质 量 分 类 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质钢 按 用 途 分 类 结构钢 工具钢 特殊钢 钢：凡含碳量在2.06%以下，含有 害杂质较少的铁碳合金，称为钢。 脱 氧 程 度 不 同 沸腾钢 镇静钢 半镇静钢 建筑钢材的力学性能 钢材的力学性能，即是指钢材在 外力（载荷）作用表现出来的性能， 包括：强度、塑性、硬度、韧性和疲 劳强度等。 1.弹性、塑性和强度 a.弹性: 弹性极限: e 比例极限: p 弹性模量: e=e / b.塑性: 伸长率 断面收缩率 屈强比：屈服强度和抗拉强度之比 屈强比反映了钢材的利用率和 结构安全可靠程度。 伸长率：拉断后的标距长度 与试件原标距之差和原标距之比 。 用于衡量钢材塑性的一个重要指标。 对于高碳钢，规定产生残余变形 为原标距长度的0.2%时所对应的应力 值,作为屈服强度,称为条件屈服点, 用 表示. 冲击韧性:抵抗冲击荷载作用的能力. 测试:夏比v形 或 梅氏u形 缺口试件 指标:冲击韧性值k=功/缺口面积 (j/cm2) 摆锤 试件 h0 h1 冲击试验：测量摆锤冲击前后的能量差摆锤的高度差摆锤 的质量。再测量试件断裂面积。 试件放置位置 影响冲击韧性的主要因素: 1钢化学成分,尤其是s和p含量 2轧制和焊接质量,温度 3加工硬化及时效等 脆性转变温度 钢的韧性随温度降低而降低,达某一 温度范围时,韧性急剧下降,并由韧性转 变为脆性,这一温度即称为脆性转变温度 . 冲击韧性值可灵敏地反应材料内部 晶体组织、有害杂质、各种缺陷、应力 状态下或环境温度等微小变化对性能的 影响. 硬度 钢材抵抗另一硬物体压入其内的 能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性 变形的能力。常用布氏法和洛氏法两 种方法测定。 布氏硬度测量原理图 洛氏硬度测量原理图 疲劳强度 疲劳破坏:钢构件在承受重复或交变 荷载作用时,可能在远低于屈服强度的应 力作用下突然发生断裂,这种断裂现象称 为疲劳破坏. 金属的疲劳破坏要经历疲劳裂纹的产 生、扩展及断裂三个过程. 影响因素 （1）材料内部的缺陷,成分偏析,过大的 内应力,构件截面延长度方向的急剧变化, 构件受力最大处及表面不光滑等. （2）应力循环特征值：=min/max ； 应力循环次数n ；应力集中程度。 冷弯性能 衡量:弯曲角度;弯心直径与钢厚度之比 -d/a 反映钢材冷塑性变形的能力大小, 更可检验钢材内部组织状态内应力及夹 杂物等缺陷. 常用作对钢焊接质量的检验. 可焊性 焊接是钢结构的连接方式之一， 焊接质量主要取决于钢材的可焊性、 焊接材料与焊接工艺。 影响钢材可焊性的主要因素 钢的化学成分，含碳量小于0.25%的 低碳钢具有良好的可焊性；冶炼质量； 冷加工等。 焊接点 断裂点 断裂点 合格 不合格 化学成分对钢性质的影响 c:随含碳量增大,钢强度和硬度增大,塑 性和韧性降低; 含碳量大于1%,随含碳量增大,钢强度 降低. si:小于1%时,提高强度和硬度,对塑性和 韧性影响不大; 大于1%后,显著降低塑性和韧性,并使 可焊性变差. mn:含量小时有益;超过1%后,将降低钢的 塑性韧性和可焊性. s:有害,热脆性增大; p:有害,冷脆性增大; o:有害. n:降低塑性韧性,增大时效敏感性和冷脆 性. h:显著降低塑性和韧性,使脆性增大; ti,v：显著提高强度，细化晶粒改善韧性 ，合金钢的常用微量元素 热处理对钢性质影响 热处理:对钢进行加热、保温、冷却的 综合操作工艺,通过改变钢的晶体组织 来改善钢的性能. 时间 退火 正火 淬火 回火 727 温度 冷却 热处理工艺 保温 退火: hb；塑性和韧性；消除内应 力；含碳量高的高强度钢筋焊后，多次 冷拔的钢丝均需退火处理 正火: 塑性和韧性 淬火: 硬度和耐磨性显著塑性和韧性 显著 内应力. 回火：消除内应力和脆性. 调质处理=淬火+高温回火 钢材调质处理的目的 使钢材具有良好的综合技术性质 加工硬化与时效对钢性质的影响 1 基本概念 冷加工, 冷加工强化, 时效 2 对钢性质的影响 冷加工:s hb k 冷加工与时效:s b hbk 冷加工：指钢材在再结晶温度下（一般为 常温）进行的机械加工，如冷拉、冷拔 或冷轧等。 冷加工强化：将钢材在常温下进行冷加工 ，使其产生塑性变形，从而提高屈服强 度，相应降低塑性、韧性的过程。 时效处理：将冷加工处理后的钢筋在常温 下存放1520d(自然时效），或加热至 100200 后保持一定时间（人工时效 ），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度 也提高，同时塑性和韧性进一步降低，弹 性模量则基本恢复的过程。 冷拉的目的，主要是： 1.利用时效提高强度， 2.利用塑性节约钢材 3.同时也达到调直的目的 4.除锈 建筑钢材种类与选用 建筑钢材主要有二大类 钢结构用钢； 钢筋混凝土结构用钢 钢结构用钢 碳素结构钢 优质结构钢 低合金结构钢 碳素结构钢 钢的牌号： 碳素结构钢按照屈服强度分为 q195、q215、q235和q275四个牌号， 每个牌号又根据硫、磷等杂质含 量分为a、b、c、d四个质量等级。 牌号的顺序 屈服强度字母q、 屈服强度数值、 质量等级（a、b、c、d）、 脱氧程度符号（f、b、z、tz）。 例如：q235af，表示屈服强度为235mpa ，a级沸腾（f）碳素结构钢。 钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量增加，强 度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊 性变差。 钢材选用原则 应根据钢结构的工作条件、荷载 类型、连接方式、环境温度与介质的 腐蚀情况等综合因素选用。 q195和q215号强度较低，塑性和韧性较大 ，易加工，可用于钢钉、螺栓等。 q235a宜使用于承受静载作用的钢结构； q235b可用于承受动载焊接的普通钢结构； q235c可用于承受动载焊接的重要钢结构； q235d可用于低温承受动荷载焊接的钢结构 。 q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于 机械零件等 优质碳素结构钢的表示方法 共有31个牌号，表示方法以平均含 碳量、含锰量标注、脱氧程度代号组合 而成。 如“10f”表示平均含碳量为0.10%的沸腾钢； “45mn”表示平均含碳高精尖为0.45%，较高 含锰量的镇静钢。 低合金结构钢 1、组成：含有合金元素（si、mn、ti、 v、cr、ni、cu等），含碳量0.2%。 2、合金元素的作用： a 细化结晶，起到细晶强化作用， 不仅可提高强度和硬度，还可一定程度 上增加塑性和韧性。 b 强化作用，较硬微粒均匀分散在晶粒内 部，阻碍晶粒滑移变形，大大提高钢的 强度和硬度。 3、牌号（8个）：与碳素结构钢一样，用 q+屈服强度值+质量等级（a、b、c、d 、e）表示。 低合金高强度结构钢分为q345、q390、 q420、q460、q500、q550、q620和q690共 八个牌号。 根据硫、磷等有害杂质的含量， q345、 q390、q420分为a、b、c、d和e五个等级 ； q460、q500、q550、q620和q690分为c、d 和e三个等级。 应用：适合于大跨度结构、高层建筑和桥 梁。 比碳素结构钢可节约用钢2030%，减轻 结构自重。 1.高强度：一般其屈服强度在300mpa以上 。 2.高韧性：延伸率为15%20%，适用于大 型焊接构件。 3.良好的焊接性能和冷加工成型性能。 4.低的冷脆性转变温度。 5.良好的耐蚀性。 低合金结构钢的特性 混凝土结构用钢 主要品种有 热轧钢筋； 热处理钢筋； 冷轧带肋钢筋； 预应力钢丝与钢绞线等。 热轧钢筋 牌号有hpb235、 hpb300、 hrb335、 hrbf335、 hrb400 、hrbf400 、 hrb400 、hrb400 八个牌号。 冷轧带肋钢筋 由普通低碳钢、优质碳素钢或低合 金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径在 表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。 crb550、crb650,crb800,crb970四个牌 号。 crb550为普通钢筋混凝土用钢筋，其 他牌号为预应力混凝土用钢筋。 crb550钢筋的公称范围412mm， crb650及以上牌号钢筋的公称直径为 4mm，5mm和6mm。 预应力混凝土用热处理钢筋 由热轧带肋钢筋经淬火和高温回火 调质处理得到，强度高、韧性好、粘结 力好和应力松弛小等优点，特别适用于 预应力混凝土构件。 性能：屈服强度不小于1325mpa，极 限强度不小于1470mpa，伸长率不小 于6。 用途：主要用于预应力混凝土梁、预 应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土 结构。 预应力混凝土用钢丝与钢绞线 特性：强度高、柔性好、无接头，质量 稳定，不需焊接。设计强度取值以条件 屈服点统计值确定 用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电 杆、轨枕等预应力钢筋。 预应力混凝土用钢绞线简称预应力 钢绞线，是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。钢绞线的公称直径有9.0、 12.0、15.0mm三种规格 钢材的腐蚀 1.化学腐蚀 2.电化学腐蚀 钢材的防护 1.合金化 2.涂敷保护层 3.电化学保护法 4.掺入阻锈剂 (a) 混凝土开裂 外部介质通过混凝土 保护层裂隙达到钢筋 表面引起钢筋锈蚀 (b) 水、co2侵入 (c) 开始锈蚀 钢筋锈蚀产生的裂缝 使钢筋产生锈蚀的原因有：骨 料中含氯化盐；外部进入氯化 盐；混凝土碳化；保护层不足 ；过大的裂缝宽度。 钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原 体积的数倍，使钢筋位置处的 混凝土受到内压力而产生裂缝 ，并随之剥落。 这种裂缝沿钢筋方向发展，且 随着锈蚀的发展混凝土剥离产 生空隙，这可从敲击产生的空 洞声得到判别。 (d) 钢筋体积膨胀 铸 铁 含碳量大于2.06%的铁碳合金称为生 铁，铸铁性脆，无塑性，抗压强度较高 应用：铸铁水管 铝及铝合金 1铝在地壳中的含量占8.13%，居第三位 2铝化学性质活泼，表面有一层氧化膜， 具有一定的耐腐蚀性 3铝的塑性很好，伸长率可达3550%， 易加工成型 4铝的强度硬度，刚度低 铝合金的比强度是钢材的2.33.5倍； 铝合金的弹性模量只有钢材的1/3； 铝合金的线膨胀系数是钢材的2倍； 铝合金的耐久性比钢材高，普通压型钢板 的使用寿命只有铝合金型板1/3.51/5 。 1.普通碳素钢按屈服点、质量等级及脱氧方法 划分为若干个牌号，随牌号提高，钢材的（ ） 。 a强度提高，伸长率提高 b强度提高，伸长率降低 c强度降低，伸长率降低 d强度降低，伸长率提高 2.钢材抵抗冲击荷载的能力称为( )。 a塑性 b冲击韧性 c弹性 d硬度 习题 3.建筑中主要应用的是（ ）号钢。 a.q195 b.q215 c.q235 d.q275 4.钢材经冷加工后，屈服强度和极限强度随时间 而提高，伸长率和冲击韧性逐渐降低，弹性模量 得以恢复的现象称为 （ ） a.时效强化 b.时效 c.时效敏感性 d.钢的冷脆 5.钢材经冷拉、冷拔、冷轧等冷加工后，性能会 发生显著改变。以下表现何者不正确？( ) a强度提高 b塑性增大 c变硬 d变脆 6.直径为20mm的钢筋做拉伸试验，其屈服时的拉 力为120kn，拉断时的应力为510mpa，则该钢筋 的屈服点是( )。 a510mpa b380 mpa c335 mpa d235 mpa 7.钢材的强屈比越大，表明（ ）。 a钢材使用可靠性越高 b钢材的冲击韧性越差 c钢材强度利用率越高 d钢材的杂质含量越高 8.钢材的伸长率越大，说明钢材的( )越好。 a强度 b硬度c韧性d塑性 9.在低碳钢拉伸性能实验过程中，在（ ） 阶段既产生弹性变形，又产生塑性变形。 a弹性 b屈服c强化d颈缩 10.下列碳素结构钢中含碳量最高的是( )。 a.q235 b.q215 c.q255 d.q275 1.钢材的屈强比越大，表示结构使用安全度越高。 2.碳素结构钢的牌号越大，其强度越高，塑性越 差。 3.钢结构设计