建筑钢材介绍与学习.ppt

海南职业技术学院土木工程学院 2011 第八章建筑钢材 8 1概述 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 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 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 分为普通质量钢 优质钢和特殊质量钢 钢 转炉钢 沸腾钢 电炉钢 平炉钢 按冶炼方法分 按脱氧程度分 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 c 0 25 c 0 25 0 60 c 0 60 合金总含量 5 5 10 10 8 2建筑钢材的主要性能 建筑钢材的技术性能 冷弯性能 1 应力2 应变3 弹性变形4 塑性变形 a 一 拉伸性能 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 一 钢材的拉伸性能 钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例 l0 5d0或10d0 演示 低碳钢的受拉过程分为四个阶段 建筑钢材的抗拉性能 o 弹性阶段oa 屈服阶段ab 强化阶段bc 颈缩阶段cd 低碳钢受拉的应力 应变图 演示 建筑钢材的抗拉性能 一 弹性阶段oa一条通过原点的直线 应力与应变成正比 弹性弹性模量e值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力 a点对应的应力 o a 低碳钢受拉的应力 应变图 e1 e2 图形的特点 试件的特点 计算的指标 弹性极限 建筑钢材的抗拉性能 二 屈服阶段ab一条波动的曲线 应力增加很小 而应变增加很大 所能承受的拉力增加很小 而塑性变形迅速增加 似乎钢材不能承受外力 屈服强度 也叫屈服点 点对应的应力 图形的特点 试件的特点 计算的指标 o a 低碳钢受拉的应力 应变图 a c d b 屈服 三 强化阶段bc一段上升的曲线 抵抗塑性变形的能力又重新提高 抗拉强度 图形的特点 试件的特点 计算的指标 o a 低碳钢受拉的应力 应变图 a c d b c点对应的应力 建筑钢材的抗拉性能 强化 四 颈缩阶段cd一段下降的曲线 变形迅速发展 在有杂质或缺陷处 断面急剧缩小 直到断裂 伸长率 图形的特点 试件的特点 计算的指标 建筑钢材的抗拉性能 计算的指标 颈缩 三个重要的指标1 屈服强度 s结构设计中钢材强度取值的依据2 抗拉强度 b钢材所能承受的最大应力屈强比屈强比 利用率 安全可靠程度3 伸长率 衡量钢材塑性的指标 越大说明钢材的塑性越好 o a a c d b 4 断面收缩率 a0 an前后的截面积 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 规定 产生残余变形为原始标距的0 2 时所对应的应力值 作为硬钢的屈服强度 称为条件屈服强度 用 0 2表示 演示 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 演示 二 冲击韧性 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 钢的化学成分 例 s p 冲击韧 冶炼及轧制质量质量 冲击韧性 温度温度 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 演示1 演示2 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 主要是提高屈服强度和硬度 节约钢材 同时也达到调直和除锈的目的 钢筋冷拉后屈服强度可提高15 20 冷拔后屈服强度可提高40 60 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15 20d 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100 200 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 3 热处理方式 加热 保温 淬火 正火 退火 回火 时间 温度 五 钢的化学成分对钢材性能的影响 1 碳是决定钢材性能的主要元素 随着含碳量的增加 钢的强度和硬度提高 塑性和韧性下降 但当含碳量大于1 0 时 由于钢材变脆 强度反而下降 含碳量对热轧碳素钢性质的影响 b 抗拉强度 k 冲击韧性 hb 硬度 伸长率 面积缩减率 五 钢的化学成分对钢材性能的影响 2 硅 锰加入硅和锰可以与钢中有害成分feo和fes分别形成sio2 mno和mns而进入钢渣排出 起到脱氧 降硫的作用 3 硫 磷硫使钢材的热脆性增加 磷能使钢的强度 硬度提高 但显著降低钢材的塑性和韧性 使钢材的冷脆性增加 五 钢的化学成分对钢材性能的影响 4 氧 氮降低了钢材的强度 冷弯性能和焊接性能 氧还使钢的热脆性增加 氮使冷脆性及时效敏感性增加 5 铝 钛 钒 铌是钢的强脱氧剂和合金元素 能改善钢的组织 细化晶粒 改善韧性 并显著提高强度 8 3建筑钢材的钢种及牌号 一 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 q235 af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 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 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 二 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 8 4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 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 5 30mm 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 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4 12mm 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 8 5钢丝及钢绞线 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 二 钢绞线 1 生产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 2 规格钢绞线按应力松弛性能分为两级 级松弛 代号 级松弛 代号 公称直径有9 0 12 0 15 0mm三种规格 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