建筑钢材课件

1、第七章 建筑钢材,1,建筑钢材,71 建筑钢材的冶炼与分类,上海宝钢,2,建筑钢材,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,3,建筑钢材,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,4,建筑钢材,二、建筑钢材的主要品种,2.线材 如钢筋、钢丝等,5,建筑钢材,二、建筑钢材的主要品种,3.管材 无缝钢管、焊接钢管等,6

2、,建筑钢材,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,7,建筑钢材,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,8,建筑钢材,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

3、殊镇静钢,按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢,9,建筑钢材,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%10,10,10,建筑钢材,72 建筑钢材的主要性能,11,建筑钢材,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,12,建筑钢材,13,建筑钢材,14,建筑钢材,0,钢材拉伸过程的-图,OB弹

4、性阶段,BC屈服阶段,CD强化阶段,DE颈缩阶段,以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度,1）拉伸试验过程,15,建筑钢材,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,16,建筑钢材,0,钢材拉伸屈服阶段示意图,放大后,17,建筑钢材,0,钢材拉伸强化阶段示意图,b 抗拉强度或强度极限,18,建筑钢材,0,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE颈缩阶段,19,建筑钢材,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,20,建筑钢材,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

5、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,oa总变形。 ba弹性变形99.8%。 ob塑性变形0.2,21,建筑钢材,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,22,建筑钢材,三、工艺性能,1.冷弯性能 指钢材在常温下承受弯曲变形的

6、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,23,建筑钢材,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

7、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,24,建筑钢材,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,25,建筑钢材,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

8、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,26,建筑钢材,73 钢材的化学成分及晶体组织,1. 钢材的化学成分及对性能的影响 钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。 （1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性,27,建筑钢材,2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。 （）锰：锰是我国

9、低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善,28,建筑钢材,硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。 （）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性,29,建筑钢材,磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。 （）氧：为有害元素。主要存在于非金属夹

10、杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。 （）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性,30,建筑钢材,在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。 （）钛：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。 （）钒：钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向,31,建筑钢材,2. 钢材的晶体组织,钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原子是以金属键相结合的，这是钢材

11、具有较高强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格，如体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子；面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳两种元素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织,32,建筑钢材,2.2 钢的基本晶体组织,碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其Fe和有以下三种结合形式： 固溶体铁（Fe）中固溶着微量的碳(C)； 化合物铁和碳结合成化合物Fe3； 机械混合物固溶体和化合物的混合物。 以上三种形式的Fe合金，于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的

12、微观形貌图像，故也称显微组织,33,建筑钢材,钢的基本组织主要有以下几种,铁素体 钢材中的铁素体为在一Fe中的固溶体，由于一Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含量很少（小于0.02），由此决定其塑性、韧性很好，但强度、硬度很低。 （）奥氏体 奥氏体为在一Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06，低温时下降至0.8。其强度、硬度不高，但塑性好，在高温下易于轧制成型,34,建筑钢材,钢的基本组织主要有以下几种,渗碳体 渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C ，其含量高（达6.67），晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。 （）珠光体 珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物

13、，含量较低（0.8），层状结构，塑性较好，强度和硬度较高,35,建筑钢材,74 建筑钢材的钢种及牌号,36,建筑钢材,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：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,37,建筑钢材,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

14、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,38,建筑钢材,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

15、学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定,39,建筑钢材,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,40,建筑钢材,钢 筋,41,建筑钢材,一、热轧钢筋,1.生产 采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。

16、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,42,建筑钢材,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,43,建筑钢材,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

17、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,44,建筑钢材,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,45,建筑钢材,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

18、、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,46,建筑钢材,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,47,建筑钢材,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,48,建筑钢材,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