建筑材料----钢材-简完整版

1、 建筑钢材建筑钢材 本章主要内容本章主要内容 第一节、钢的冶炼及分类 第二节、钢材的主要性能 第三节、常用建筑钢材 第四节、建筑钢材的检验方法(略） 第一节、钢的冶炼及分类第一节、钢的冶炼及分类 一、钢的冶炼一、钢的冶炼 步骤步骤： 冶炼、脱氧、热处理 三个步骤 1 1、钢的冶炼、钢的冶炼 冶炼过程 铁矿石铁矿石（生）铁钢钢 冶炼 精炼精炼 氧化铁还原氧化铁还原 生铁中杂质氧化 含碳量降到2.06%以下 磷、硫等杂质减少到规定值 2 2、钢的脱氧钢的脱氧 （加入脱氧剂） 在炼钢炉内和盛钢桶中，加入少量的锰铁、硅 铁或铝块等脱氧剂，使之与钢中残留的FeO反应， 使铁还原，达到去氧的目的。 根据脱

2、氧程度分根据脱氧程度分： 1、沸腾钢（沸腾钢（F）：）：脱氧不充分 2、镇静钢（Z）：脱氧充分 3、半镇静钢（b）：脱氧程度介于 “”与“”之间 4、特殊镇静钢（TZ）：脱氧彻底 3 3、热处理、热处理 将钢加热到临界温度以上，并保持一定时间 后，以不同的速度冷却，则会形成完全不同的晶 体组织。 通过不同的工艺，改变钢的晶体组织 从而改变钢的性能。 二二、钢的分类钢的分类 （钢、铁的区别在于含碳量的不同） 钢的化学成分钢的化学成分 铁（Fe)：主要元素 碳（C)： 0.02%2.06% 生产钢不可避免的元素： 其他元素： Si、Mn、P、S、N 专门加入的合金元素： Si、Mn、Ti、V、Cr

3、 (* 非金属夹杂物大部分是各种氧化物和硅酸盐，硬而脆， 易造成微裂缝，破坏钢的整体连续性，引起应力集中， 使钢脆化，降低钢的质量。） 二、钢的分类二、钢的分类 1、按冶炼方法分类、按冶炼方法分类 *2、按化学成分分类按化学成分分类 3、按质量分类按质量分类 4、按用途分类、按用途分类 （需要角度不同，注重的分类方式不同） 1、按冶炼方法分类 按炉的种类分： 平炉钢、转炉钢、电炉钢 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢（沸腾钢（F F） 镇静钢（镇静钢（Z Z） 半镇静钢（半镇静钢（b b） 特殊镇静钢（特殊镇静钢（TZTZ） 2 2、按化学成分分类按化学成分分类 低碳钢 （C0.25%） 碳素钢碳素

4、钢 中碳钢 （C 0.25-0.60%） 高碳钢 （ C0.60% ） 低合金钢（总含量5%） 合金钢合金钢 中合金钢（总含量5-10%） (合金元素) 高合金钢（总含量10% 3 3、按品质（质量等级）分类按品质（质量等级）分类 （ S、 P含量控制程度） 普通碳素钢： S0.050%， P0.045% 优质碳素钢： S0.035%，P0.035% 高级优质碳素钢：S0.025% P0.025% 特级优质碳素钢：S0.015%， P0.025% 4、按用途分类 （使用角度） 结构钢： 建筑钢材 工具钢： 量具钢、刃具钢、模具钢 专门用途钢： 铁道用钢、船舶用钢 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢 第

5、二节第二节 钢材的主要性能钢材的主要性能 一、力学性能： *1、力学性质强度、塑性、冲击韧性、硬度、疲劳强度 *2、抗拉性能-拉伸试验 （针对建筑用低碳钢） 可测得钢材的： 弹性极限、屈服强度、抗拉强度和伸长率。 抗拉性能抗拉性能通过钢材受拉时的应力-应变图来阐明。 二、工艺性能：冷弯性能、可焊接性能 一、钢材的力学性能一、钢材的力学性能 1、钢材的力学性质、钢材的力学性质 1）强度-在外力作用下，材料抵抗塑性变形或断裂的能力。 抗拉强度抗拉强度是建筑钢材最主要的技术性能。 * *建筑钢材的抗拉强度包括：（建筑钢材的抗拉强度包括：（* *复复1 1） 弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度

6、。 * *2 2）塑性）塑性-钢的塑性是指在外力作用下钢破坏前产生塑性 变形的能力。通常用拉伸断裂时的伸长率A来表示 。 （* *复复3 3 钢的塑性定义及表示方法钢的塑性定义及表示方法） 3 3）冲击韧性）冲击韧性( 钢材抵抗冲击荷载作用的能力）4 4）硬度）硬度（钢材软硬程度指标） 5）疲劳强度-钢构件承受反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。-疲劳破坏对应的应力称为疲劳强度。 疲劳破坏断裂是突发的，事先无明显塑性变形，危害性大。 2、钢材的抗拉性能-拉伸试验 *拉伸过程分四个阶段： OA：弹性阶段 AB：屈服阶段 BC：强化阶段

7、 CD：颈缩阶段 可测得钢材的 弹性模量E（MPa) 弹性极限Rp 屈服强度Rel（MPa) 抗拉强度Rm（MPa) 断后伸长率/% （1 1）弹性阶段）弹性阶段（OAOA段）段） （线性、可逆性） OA范围内，应力与应变成 （线性）正比例关系。 若卸荷，试件恢复原状。在这一范围内，应力与应变的比值为 一常量，称为弹性模量。 技术指标：技术指标：弹性模量E、弹性极限Rp 弹性模量（E=/）：弹性模量反应了钢材的刚度，是钢材 在受力条件下计算结构变形的重要指标。 *弹性极限：弹性阶段应力的最大值称为弹性极限,用Rp表示。 （普通碳素钢Q235的弹性模量E=(2.02.1)105MPa 弹性极限R

8、p=180200MPa。 （2 2）屈服阶段（）屈服阶段（ABAB段）：段）： （非线性、不可逆性、塑性变形急剧增加）： 当应力超过弹性极限， 钢筋出现屈服现象。 此时，应力不增加，但应变却迅速增长。在屈服阶段，变形为 塑性，若卸去外力，试件不能恢复原状。 技术指标技术指标: : *屈服强度（Rel）： *屈服强度（Rel）-不记初始瞬时效应时应力波动的最低值应力波动的最低值。 表示钢材在工作状态允许达到的应力值。在Rel之前，钢材一 般不会发生较大的塑性变形。-在设计中一般以屈服点作 为强度取值依据。 （普通碳素钢Q235的Rel应不小于235MPa） e 0 R e l l F S （3）

9、强化阶段（BC段） （弹塑性、变形均匀连续） 当应力超过屈服极限后（B点），钢材内部组织重新 建立了新的平衡，又恢复了抵抗外力的能力，这时 变形随着应力增大而增加，变形是弹塑性变形。 技术指标：*抗拉强度Rm-对应于最高点的应力. * 抗拉强度在结构设计中不能完全利用。 0 m m F R S （4）颈缩阶段（局部塑性变形）： 过C点，材料抗拉变形 能力明显降低。应变迅速增加, 应力反而下降。变形不再均匀， 钢材被拉长，并在变形最大处 发生“颈缩” ，直至钢筋断裂。 技术指标技术指标 * 断裂伸长率A -体现的是钢材塑性变形的能力 *塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。 通常用拉伸

10、断裂时的伸长率A表示。 0 0 100% u LL A L *2、塑性：在外力作用下钢材破坏前产生塑性变形的能力。 通常以试件断裂时的伸长率A表示。 100% uO O LL A L L Lo o试件原始标距，试件原始标距，mm mm ； L Lu u试件断后标距试件断后标距，mmmm。 产生塑性变形越大，表示钢的塑性越好。产生塑性变形越大，表示钢的塑性越好。 拉伸性能中技术指标的计算公式拉伸性能中技术指标的计算公式 屈服强度屈服强度RelRel 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不 增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。 钢筋试验取下屈服强度。指不记初始瞬时效应的应

11、力波动的最低值。 抗拉强度（抗拉强度（R Rm m) ) 对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从测力盘读取过 了屈服现象之后的最大力。-相应最大力（Fm)的应力。 无明显屈服（连续屈服），读取试验过程中的最大力（ Fm ) 。 断后伸长率断后伸长率(A)(A)的测定的测定 试样拉断后，将试样断裂的部分仔细地配接在一起使轴线处于同 一直线上，用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测断后标距，准确到 0.25mm，按式计算断后伸长率。 e 0 R e l l F S 0 m m F R S 0 0 100% u LL A L * *复复2 2、钢筋拉伸过程分几个阶段、钢筋拉伸过程分几个阶

12、段 ? ?各阶段有什么特点各阶段有什么特点? ? 答：四个阶段答：四个阶段 弹性阶段弹性阶段 屈服阶段屈服阶段 强化阶段强化阶段 颈缩阶段颈缩阶段 弹性阶段：弹性阶段：应力与应变基本成正比，变形是弹性变形，若卸荷，试件仍 然能够恢复原状。 屈服阶段：屈服阶段：当应力超过弹性极限，钢筋出现屈服现象，此时，应力不增 加，但应变却迅速增长，在屈服阶段，变形为塑性，若卸去外力，试 件不能恢复原状。 强化阶段：强化阶段：当应力超过屈服极限后，钢材内部组织重新建立了新的平衡， 又恢复了抵抗外力的能力，这时变形随着应力增大而增加，变形是弹 塑性变形。 颈缩阶段：颈缩阶段：试件的某一断面开始缩小，产生大量的塑

13、性变形,承受外力的 能力开始下降，最后钢筋断裂。 A 5d 4S 5S5.65L 0 00 断后伸长率短比例试样 11.3 0 00 A 10d 4S 10S11.3L断后伸长率长比例试样 mm 0 A mm L 断后伸长率非比例试样 4 2 2 0 d rS 根据钢筋试样原始标距根据钢筋试样原始标距L0的选取规则，的选取规则， 将钢材拉伸试验试样分为三种规格：将钢材拉伸试验试样分为三种规格： 二、钢材的工艺性能 1、冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 弯曲角度 d-弯心直径 a- 钢材厚度 弯曲角度越大，d/a比值越小，表明钢材冷弯级别越高。 判定标准：判定标准：按规定的弯曲角度和弯

14、心直径进行试验，试件的 弯曲处外面无裂断、裂缝或起皮，视为合格。 2、可焊性 焊接是钢结构的连接方式之一。钢的可焊性就是指 钢材在焊接后，体现其焊头联结的牢固程度和硬脆性倾向 大小的一种性能。 可焊性好的钢，焊接后的焊头牢固可靠，硬脆倾向小， 仍能保持与母体基本相同的性质。 钢的化学成分、冶金质量及冷加工对可焊性影响很大。 含碳量小于0.25%的低碳钢具有良好的可焊性。 含碳量增加、硫、磷及气体杂质、过多的合金元素均降 低可焊性。 第三节 常用建筑钢材 1 1、钢结构用钢 碳素结构钢碳素结构钢 牌号和化学成分应符合国标牌号和化学成分应符合国标 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 （GB/T

15、1591-2008） *2 2、钢筋混凝土结构用钢 （*复4） 热轧钢筋 钢筋混凝土用热轧光园钢筋（GB1499.1-2008) 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499.2-2007) 冷轧带肋钢筋 （GB13788-2000） 预应力混凝土用钢丝及钢绞线 略 解释 钢筋混凝土结构用钢 热轧钢筋热轧钢筋 热轧成型并经自然冷却的成品钢筋 有：热轧光园钢筋、 热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 将热轧圆盘条经冷轧后，在其表面 带有沿长度方向均匀分布的三面或两面肋的钢筋。 预应力混凝土用钢丝及钢绞线 预应力混凝土用钢 丝、钢绞线是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再 回火、冷轧、或绞捻加工而成的专用

16、产品。 钢筋混凝土用热轧钢筋 1）钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB 1499.12008） 定义：定义：经热轧成型并经自然冷却的、横截面通常为圆形 ， 表面光滑的成品钢筋。 *热轧光圆钢筋牌号（两个）： HPB 235、 HPB300 （*复5） 构成：HPB屈服强度特征值构成 HPB (Hot rolledlainbars)热轧光圆钢筋的英文缩写） 钢筋的公称直径范围 为 6mm-22mm （6、8、10、12、 16、20）mm六种 比例试样比例试样 L0=5d （L0原始标距） 直径超过22mm为碳素结构钢 2 2、钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢 2 2）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋钢筋

17、混凝土用热轧带肋钢筋（GB 1499.2-2007） 热轧带肋钢筋分为两种 普通热轧钢筋 细晶粒热轧钢筋 普通热轧钢筋：普通热轧钢筋： 按热轧状态交货的钢筋。 牌号： HRB335、HRB400、HRB500 牌号构成： HRB屈服强度特征值构成 HRB （Hot rolledibbed Bars )的缩写 细晶粒热轧钢筋细晶粒热轧钢筋 在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的 细晶粒钢筋。（HRBF F-Fine细） 牌号： HRBF335、 HRBF400、 HRBF500 （*复6）热轧带肋钢筋有6个牌号： HRB335、HRB400、HRB500 HRBF335、HRBF400、HRBF

18、500 公称直径范围6-50mm 比例试样L0=5d 简单解释： 细晶粒热轧钢筋 在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。 其金相组织主要是铁素体加珠光体 。 通过控扎控冷工艺获得超细组织，可在不增加合金含 量的基础上大幅度提高钢材的性能，并可以节省资源、 降低成本。 目前成为国际上研究的热点。同时未来钢铁材料研究 发展方向是以高纯洁度、高均匀度和细晶粒为主要发展 目标之一。 、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 （GB 13788-2008） 定义： 热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀 分布的三面或两面横肋的钢筋。 *牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970

19、四个牌号。 (*复7) 由CRB和钢筋的 抗拉强度最小值抗拉强度最小值构成。 CRB （Cold rolled Ribbed Bars）英文缩写。 冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好，与钢筋粘结牢固，节约钢材，质量稳定等优点。 公称直径范围： 412mm (CRB650以上4、5、6mm-可用作预应力钢筋) 原始标距: CRB550为比例试样 L0=10d CRB650、CRB800、CRB970为非比例试样 L0=100mm * *冷轧钢筋：冷轧钢筋时把热轧钢筋再进行冷加工而得。比如在常温下对钢筋冷轧钢筋：冷轧钢筋时把热轧钢筋再进行冷加工而得。比如在常温下对钢筋 进行冷拉、冷拔。进行冷拉、冷拔。

20、 热轧钢筋屈服强度较低，塑性性能好；冷轧钢筋屈服强度较高，塑性性能较差，热轧钢筋屈服强度较低，塑性性能好；冷轧钢筋屈服强度较高，塑性性能较差， 但两者的极限抗拉强度相同。但两者的极限抗拉强度相同。 、预应力混凝土用钢丝及钢绞线 定义：定义：预应力混凝土用钢丝、钢绞线是钢厂用优质碳素 结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻加工而成的专用产品。 特点及应用：特点及应用：预应力混凝土钢丝与钢绞线具有强度高、 柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠。施工时不 需冷拉及焊接，主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、 轨枕等预应力钢筋。 第四节 建筑钢材的检验方法 （以后略） 一一、钢材试验的常用标准、检

21、测项目、钢材试验的常用标准、检测项目 1、钢材试验常用标准 金属材料 室温拉伸试验方法GB/T 228-2002 金属材料 弯曲试验方法GB/T 232-1999 2、检验批划分 钢筋应按批进行检查和验收，每批由同一牌号、同一炉罐 号、同一规格的钢筋组成。每批重量通常不大于60t。 超过60t的部分，每增加40t（或不足40t的余数），增加一个拉伸试 验试样和一个弯曲试验试样。 3、钢筋的主要检测项目 钢筋的主要检测项目：钢筋的主要检测项目：室温拉伸试验室温拉伸试验与与弯曲试验弯曲试验。 使用中有脆断、焊接不良或机械性能不正常时，应进行化学分析；现 场验收包括尺寸、表面及质量偏差等。 4、试验

22、设备 材料拉力试验机、钢筋划线机、弯曲试验机、游标卡尺。 建筑钢材的检验方法 二二、钢材的检验方法、钢材的检验方法 钢筋拉伸试验钢筋拉伸试验 钢筋弯曲试验钢筋弯曲试验 1 1、钢筋拉伸试验、钢筋拉伸试验 对钢筋做拉伸试验，可以求得钢筋的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率 三个指标。（作为评定钢筋强度等级的主要技术指标） 试试样原始标距的标记样原始标距的标记 1 1）比例试样）比例试样 比例标距 试样标距L0与横截面积S0存在如下关系 （修约到5mm的倍数） 短比例试样 K取5.65 L0=5d 长比例试样 K取 11.3 L0=10d 2 2）非比例试样）非比例试样非比例标距 L0与S0不存在固定

23、关系（固定数值不修约） 3 3）原始标距的标记原始标距的标记 -两个或一系列等分小冲点或细划线标出。 00 LkS 比例试样比例试样 短比例试样短比例试样（L0=5d）： 钢筋混凝土用钢 热轧光圆钢筋（GB 1499.1-2008） 热轧带肋钢筋（GB 1499.2-2007） 长比例试样长比例试样（L0=10d） ： 冷轧带肋钢筋中的CRB550牌号 非比例试样非比例试样 冷轧带肋钢筋中的CRB650、CRB800、CRB970 牌号，要求原始标距 L0=100mm 数值修约 四舍六入五考虑 五后非零应进一 五后皆零视奇偶 五前为偶应舍去 五前为奇应进一 原始标距 L0 00 0 00 0

24、00 L =kS 5mm 4 5.6555 4 11.31010 S LSd S LSd 比例试样（修约到的倍数） 短比例 长比例 0 Lxxmm非比例试样（固定数值，不修约） 拉伸性能的测定拉伸性能的测定 屈服强度屈服强度RelRel 当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不 增加的应力点，分为上屈服强度和下屈服强度。 钢筋试验取下屈服强度。指不记初始瞬时效应的应力波动的最低值。 抗拉强度（抗拉强度（R Rm m) ) 对于呈现明显屈服（不连续屈服）现象的金属材料，从测力盘读取 过了屈服现象之后的最大力。-相应最大力（Fm)的应力。 无明显屈服（连续屈服），读取试验过程中的

25、最大力（ Fm ) 。 断后伸长率断后伸长率(A)(A)的测定的测定 试样拉断后，将试样断裂的部分仔细地配接在一起使轴线处于同 一直线上，用分辨率优于0.1mm的量具或测量装置测断后标距，准确到 0.25mm，按式计算断后伸长率。 e 0 R e l l F S 0 m m F R S 0 0 100% u LL A L 建筑钢材的检验方法 性能测定结果数值修约（GB/T 228-2002 2 N/mm 性 能范 围修约间隔 200 1 200 -1000 5 1000 10 A（断后伸长率）0.5% 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm 2 N/mm eHeL

26、Pm R,R,R ,R 2GB 1499.2-2007 A 1%钢筋混凝土用钢 第 部分：热轧带肋钢筋（） 修约间隔 5的倍数修约 2.5 舍去 2.5 7.5 修约为5 7.5 进10 0.5的倍数修约 0.25 舍去 0.25 2001000N/mm2 修约间隔 5 N/mm2 1000N/mm2 修约间隔10 N/mm2 2 0 1 4 Sd 22 O 1 2 1 2 5.65 1 5.65 1 S =d =201.1mm 580 4 73.61000 365.987365 201.1 74.31000 369.467370 201.1 99.81000 496.270495 201.1 101.21000 503.232505 201.1 98.0080 100%22% 80 O eL eL m m Ldmm RMPa RMPa RMPa RMPa A A 解： 2 99.0080 100%24% 80 建筑钢材复习题建筑钢材复习题 *1、建筑钢材的抗拉强度包括哪些方面？ 答: 建筑钢材的