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霍轶珍 河套大学土木工程学院 第七章 建筑钢材 教学目标 1、重点掌握建筑结构用 钢材的主要力学性能，建 筑钢材的分类、选择使用。 2、理解施工中能钢材的加工及 防腐处理。 第六章 金属材料 概述： 一、金属材料类型： 1、黑色金属：是以铁元素为主要成分的金属及其 合金，常用的主要有钢和铁，钢 应用最广。 2、有色金属：是除黑色以外的其他金属，其中铝 是一种重要的轻质结构和装饰材料。 第一节 建筑钢材 上海宝钢上海宝钢 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。 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。 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 液态生铁白口铁吹入空气或氧气 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。 转炉钢 电炉钢 平炉钢 钢 按冶炼方法分 按脱氧程度分 沸腾钢 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。 高合金钢 合金钢 中碳钢 低合金钢 高碳钢 低碳钢 中合金钢 钢 碳素钢 C0.25% C=0.25%0.60 C0.60 合金总含量5% 5%10 10 五 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。 l0 A0 d0 l 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 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 A 0 BCB 0 D C E D F E C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 0 钢材拉伸弹性阶段示意图 A B 0 弹性阶段 p比例极限，MPa。 p B 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 A B 0 C下 C上 C B C下 C上 C 屈服阶段 放大后 0 钢材拉伸强化阶段示意图 A B 0 C下 C上 C D D D D D 强化阶段 b b 抗拉强度或 强度极限。 D C 0 E 钢材拉伸颈缩阶段示意图 A B 0 C下 C上 C D 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。见左图。 0 A 0.2% ab 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。 （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。 （五）建筑钢材的钢种及牌号 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：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。 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。 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 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。 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、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。 表面 形状 强度等级代 号 公称 直径 屈服点s ，MPa 抗拉强度b ，MPa 伸长率5 ，% 冷弯 d弯心直径 a钢筋公称 直径 不小于 光圆HPB23582023537025180d=a 月牙 肋 HRB335 625 2850 33549016 180d=3a 180d=4a HRB400 625 2850 40057014 180d=4a 180d=5a HRB500 625 2850 50063012 180d=6a 180d=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5.530mm，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s， MPa 抗拉强度b ，MPa 伸长率5，% 不小于 Q21521537527d=0 Q23523541023d=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412mm，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 0.2b10，% 不小于 MPa，不小于 6 8.2 10 40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr 132514706 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 。 七、建筑钢材的锈蚀与防止 一、钢材的锈蚀 1化学锈蚀 2电化学锈蚀 二、防止钢材锈蚀的措施 钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面