建筑材料行业标准实用教案

1、 （）合金钢。是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性（）合金钢。是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能能(xngnng)(xngnng)的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为 低合金钢（合金元素总含量小于）低合金钢（合金元素总含量小于） 中合金钢（合金元素总含量为中合金钢（合金元素总含量为1010） 高合金钢（合金元素总含量大于高合金钢（合金元素总含量大于1010）。）。第1页/共58页第一页，共59

2、页。 2. 2. 按冶炼时脱氧按冶炼时脱氧(tu yng)(tu yng)程度分类程度分类 （）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧（）沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧(tu yng)(tu yng)，则脱氧，则脱氧(tu (tu yng)yng)不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从钢水中外逸，不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为“。沸腾钢组织不够致密，。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低、成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，故质量较差。但因其成本低

3、、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。产量高，故被广泛用于一般建筑工程。第2页/共58页第二页，共59页。（）镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静(pngjng)地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为“”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。第3页/共58页第三页，共59页。 （）半镇静钢。脱氧程度（）半镇静钢。脱氧程度(chngd)(chngd)介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为好的钢，其代号为“”。 （）特殊镇静钢。比镇静钢

4、脱氧程度（）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度(chngd)(chngd)还要充分彻底的钢，故其还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”“TZ”。第4页/共58页第四页，共59页。3. 3. 按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷（）和硫接钢中有害杂质磷（）和硫（S S）含量的多少，钢材可分为）含量的多少，钢材可分为(fn (fn wi)wi)以下四类：以下四类：（）普通钢。磷含量不大于（）普通钢。磷含量不大于0.0450.045；硫含量不大于；硫含量不大于0.050%0.050%。（）优质钢。（）优质钢。 磷

5、含量不大于磷含量不大于0.035%0.035%；硫含量不大于；硫含量不大于0.035%0.035%。（）高级优质钢。磷含量不大于（）高级优质钢。磷含量不大于0.025%0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%0.015%。（）特级优质钢。磷含量不大于（）特级优质钢。磷含量不大于0.025%0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%0.015%。第5页/共58页第五页，共59页。 第二节第二节 钢材钢材(gngci)(gngci)的技术性质的技术性质 1. 1. 抗拉性能抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材抗拉性能是建筑钢材(gngci)(gngci)最重要的技术性质。其技术指标为

6、由拉力试验测定最重要的技术性质。其技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力一应变图能够较好地解的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见图释这些重要的技术指标，见图2 2. .低碳钢受拉时的应力一应变图低碳钢受拉时的应力一应变图第6页/共58页第六页，共59页。第7页/共58页第七页，共59页。（）屈服点：当试件拉力在（）屈服点：当试件拉力在 范围内时，如卸去拉力，试件能范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为常恢复原状，应力与应变的比值为常数，因此，该阶段被称为弹性阶段。数，因此，该阶段

7、被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段时，称屈服下限服阶段时，称屈服下限(xixin)(xixin)下所对应的应力为屈下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做服强度或屈服点，记做ss。设计。设计时一般以时一般以ss作为强度取值的依据。作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以对屈服现象不明显的钢材，规定以0.20.2残余变形时的应力残余变形时的应力0.20.2作为作为屈服强度。屈服强度。第8页/共58页第八页，共59页。（）抗拉强度：从图（）抗拉强度：从图2 2中曲中曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其

8、抵抗塑性变形的能力又重新提以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点的高，称为强化阶段。对应于最高点的应力称为抗拉强度，用应力称为抗拉强度，用bb表示。表示。 设计中抗拉强度虽然不能利用，但设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比屈强比ssbb有一定意义。屈强比愈有一定意义。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而可靠性愈大，因而(yn r)(yn r)结构的安全结构的安全性愈高。但屈强比太小，则反映钢材不性愈高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。能有效地被利用。第9页/共58页第九页，共59页。(3) (3) 伸长

9、伸长(shn chn)(shn chn)率：图率：图2 2中中当曲线到达点后，试件薄弱处急剧当曲线到达点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈颈缩现象缩现象”而断裂。量出拉断后标距部而断裂。量出拉断后标距部分的长度分的长度LlLl，标距的伸长，标距的伸长(shn chn)(shn chn)值与原始标距值与原始标距L0L0的百分率称为伸长的百分率称为伸长(shn chn)(shn chn)率。即率。即%100001LLL 第10页/共58页第十页，共59页。伸长伸长(shn chn)(shn chn)率表征了钢材的率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形

10、时颈塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长缩处的伸长(shn chn)(shn chn)较大，故较大，故当原始标距与试件的直径之比愈大，当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长则颈缩处伸长(shn chn)(shn chn)中的比中的比重 愈 小 ， 因 而 计 算 的 伸 长重 愈 小 ， 因 而 计 算 的 伸 长 ( s h n ( s h n chn)chn)率会小些。通常以率会小些。通常以55和和1010分别表示分别表示L0=5d0L0=5d0和和 L0=10d0 L0=10d0（0 0为为试件直径）时的伸长试件直径）时的伸长(shn chn)(shn chn)率。对同一种钢

11、材，率。对同一种钢材，55应大于应大于1010。第11页/共58页第十一页，共59页。2. 2. 冷弯性能冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。 冷弯性能指标是通过试件被弯曲的冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（角度（9090、180180）及弯心直径）及弯心直径 对对试件厚度（或直径）试件厚度（或直径）a a的比值（的比值（/a/a）区分区分(qfn)(qfn)的，试件按规定的弯曲角的，试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或

12、起层，即认为冷弯表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。性能合格。第12页/共58页第十二页，共59页。3. 3. 冲击冲击(chngj)(chngj)韧性韧性 冲击冲击(chngj)(chngj)韧性是指钢材抵抗韧性是指钢材抵抗冲 击冲 击 ( c h n g j )( c h n g j ) 荷 载 的 能 力 。 冲 击荷 载 的 能 力 。 冲 击(chngj)(chngj)韧性指标是通过标准试件的弯韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击曲冲击(chngj)(chngj)韧性试验确定的。以摆韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积

13、上所消耗的功，即为钢材的单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲 击冲 击 ( c h n g j )( c h n g j ) 韧 性 指 标 ， 用 冲 击韧 性 指 标 ， 用 冲 击(chngj)(chngj)韧性韧性akak（/cm2/cm2）表示。）表示。akak值愈大，冲击值愈大，冲击(chngj)(chngj)韧性愈好。韧性愈好。第13页/共58页第十三页，共59页。钢材的化学成分、组织状态、内在钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击韧性。试验表明，冲击韧性随温击韧性。试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下度的降低

14、而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定降缓和，当达到一定(ydng)(ydng)温度温度范围时，突然下降很多而呈脆性，范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。这种脆性称为钢材的冷脆性。第14页/共58页第十四页，共59页。 发生冷脆时的温度称为临界温度，其数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构，应当选用(xunyng)脆性临界温度较工作温度为低的钢材。 随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降的现象称为时效。完成时效变化的过程可达数十年，但是钢材如经受冷加工变形，或使用中经受震动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。因时效而导致性能改变的程度称为时效

15、敏感性，对于承受动荷载的结构应该选用(xunyng)时效敏感性小的钢材。第15页/共58页第十五页，共59页。 4. 4. 硬度硬度 钢材的硬度是指其表面钢材的硬度是指其表面(biomin)(biomin)局部体积内抵抗外物压入产生塑性变局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。形的能力。常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。 布氏法的测定原理是利用直径为（）的淬火钢球，以布氏法的测定原理是利用直径为（）的淬火钢球，以P P（）的荷（）的荷载将其压入试件表面载将其压入试件表面(biomin)(biomin)，经规定的持续时间后卸除荷载，即得到直，经规定的持

16、续时间后卸除荷载，即得到直径为（）的压痕，以压痕表面径为（）的压痕，以压痕表面(biomin)(biomin)积（）除荷载，所积（）除荷载，所得的应力值即为试件的布氏硬度值，以数字表示，不带单位。得的应力值即为试件的布氏硬度值，以数字表示，不带单位。 洛氏法测洛氏法测定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值，洛氏法定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值，洛氏法压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。第16页/共58页第十六页，共59页。 5. 5. 耐疲劳性耐疲劳性 在反复荷载作用下的结构在反复荷载作用下的结构(ji

17、gu)(jigu)构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生表示，它是指疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。断裂所能承受的最大应力。 一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因此，钢材的疲劳极限与一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因此，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲

18、劳裂纹是在应力其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面质量集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面质量有关。有关。第17页/共58页第十七页，共59页。 6. 6. 焊接性能焊接性能 钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度(chngd)(chngd)。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又

19、如，含碳量超过产生硬脆及热裂纹。又如，含碳量超过0.30.3，可焊性显著下降等。，可焊性显著下降等。第18页/共58页第十八页，共59页。 第三节第三节 钢材的化学成分及晶体组织钢材的化学成分及晶体组织 1. 1. 钢材的化学成分及对性能的影响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需考虑(kol)(kol)氧、氮及各种合金元素。氧、氮及各种合金元素。 （1 1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.80.8。在此范围内，随着钢中碳。在此范围内，随

20、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。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。 第19页/共58页第十九页，共59页。（2 2）硅：当硅在钢中的含量较低）硅：当硅在钢中的含量较低（小于（小于1%1%）时，可提高钢材的强度，）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。而对塑性和韧性影响不明显。（）锰：锰是我国低合金钢的主（）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素加合金元素(yun s)(yun s)，锰含量

21、一，锰含量一般在般在1%1%范围内，它的作用主范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。性质改善。第20页/共58页第二十页，共59页。 （）硫：硫是很有害元素(yun s)。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(yun s)，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

22、。第21页/共58页第二十一页，共59页。 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。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（）氧：为有害元素。主要(zhyo)(zhyo)存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，存在于非金属夹杂物内，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。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（）氮：氮对钢材性质的影响

23、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。著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。 第22页/共58页第二十二页，共59页。在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。为低合金钢的合金元素使用。 （）钛：钛是强脱氧剂。它能显（）钛：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向少时效倾向(qngxing)(qngxing)，是常用的，是常用的合金元素。合金元素。 （）钒：钒是强的碳化物和氮化（）钒：钒是强的碳化物和氮化物形成元素

24、。能有效提高强度，并能物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向减少时效倾向(qngxing)(qngxing)，但增加，但增加焊接时的淬硬倾向焊接时的淬硬倾向(qngxing)(qngxing)。第23页/共58页第二十三页，共59页。 2. 2. 钢材的晶体组织钢材的晶体组织 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，这是钢材具钢是铁碳合金晶体。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，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

25、体的中心和各个顶点而构成的空间格子；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间格子。铁和碳两种元素可以不同的形态(xngti)(xngti)存在，这种形态存在，这种形态(xngti)(xngti)称称为晶体组织。为晶体组织。第24页/共58页第二十四页，共59页。 2.2 2.2 钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织 碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其FeFe

26、和有以下三种结合形式：和有以下三种结合形式： 固溶体固溶体铁（铁（FeFe）中固溶着微量的碳）中固溶着微量的碳(C)(C)； 化合物化合物铁和碳结合成化合物铁和碳结合成化合物Fe3Fe3； 机械混合物机械混合物固溶体和化合物的混合物。固溶体和化合物的混合物。 以上三种形式的以上三种形式的FeFe合金，于一定条件下能形成合金，于一定条件下能形成(xngchng)(xngchng)具有一定形态的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微观形貌图像，故也称显微组织。聚合体，称为钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像，故也称显微组织。第25页/共58页第二十五页，共59页。

27、 钢的基本组织主要有以下几种：钢的基本组织主要有以下几种： （）铁素体（）铁素体 钢材中的铁素体为在钢材中的铁素体为在一一FeFe中的固溶体，由于中的固溶体，由于一一FeFe体心立方体心立方(lfng)(lfng)晶格的晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含量很少（小于原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含量很少（小于0.020.02），由此决定其塑性、），由此决定其塑性、韧性很好，但强度、硬度很低。韧性很好，但强度、硬度很低。 （）奥氏体（）奥氏体 奥氏体为在奥氏体为在一一FeFe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.062.06，低，

28、低温时下降至温时下降至0.80.8。其强度、硬度不高，但塑性好，在高温下易于轧制成型。其强度、硬度不高，但塑性好，在高温下易于轧制成型。 第26页/共58页第二十六页，共59页。（）渗碳体（）渗碳体 渗碳体为铁和碳的化合物渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C Fe3C ，其含量高（达其含量高（达6.676.67），晶体结），晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度度(kn l qin d)(kn l qin d)低。低。 （）珠光体（）珠光体 珠光体为铁素体和渗碳体的机珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含量较低（械混合物，含量较低（0.80.8），），层状结构，塑性较好

29、，强度和硬度层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。较高。第27页/共58页第二十七页，共59页。 第第4 4节节. . 钢材的冷加工和热处理钢材的冷加工和热处理 1. 1. 钢材的冷加工钢材的冷加工 将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使产生塑性变形，从而提高屈服强将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使产生塑性变形，从而提高屈服强度，这个过程称为钢材的冷加工强化。度，这个过程称为钢材的冷加工强化。 冷加工强化的原理冷加工强化的原理(yunl)(yunl)是：钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多，而缺是：钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格严重畸变，对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故钢材的屈服

30、点提陷的晶格严重畸变，对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量降低。高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量降低。第28页/共58页第二十八页，共59页。 工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度(qingd)。 将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520，或加热到100200并保持一段时间，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。 第29页/共58页第二十九页，共59页。 冷拉以后再经过时效处理的钢筋，其屈服点进一步提高，

31、抗拉强度稍见增长，塑冷拉以后再经过时效处理的钢筋，其屈服点进一步提高，抗拉强度稍见增长，塑性继续有所降低。由于时效过程中应力的消减，故弹性模量可基本恢复。性继续有所降低。由于时效过程中应力的消减，故弹性模量可基本恢复。 钢材产生时效的主要原因是，溶于钢材产生时效的主要原因是，溶于一一FeFe中的碳、氮原子，向晶格缺陷处中的碳、氮原子，向晶格缺陷处移动和集中的速度大为加快移动和集中的速度大为加快(ji kui)(ji kui)，这将使滑移面缺陷处碳、氮原子富集，这将使滑移面缺陷处碳、氮原子富集，使晶格畸变加剧，造成其滑移、变形更为困难，因而强度进一步提高，塑性和韧使晶格畸变加剧，造成其滑移、变形

32、更为困难，因而强度进一步提高，塑性和韧性则进一步降低，而弹性模量则基本恢复。性则进一步降低，而弹性模量则基本恢复。第30页/共58页第三十页，共59页。 2. 2. 钢材的热处理钢材的热处理 按照一定的制度，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，再以按照一定的制度，将钢材加热到一定的温度，在此温度下保持一定的时间，再以一定的速度和方式进行冷却，以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变，或者一定的速度和方式进行冷却，以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变，或者消除钢中的内应力，从而获得人们所需求的机械力学性能，这一过程就称为钢材的热处消除钢中的内应力，从而获得人们所需求的机

33、械力学性能，这一过程就称为钢材的热处理。理。 钢材的热处理通常有以下几种基本方法：钢材的热处理通常有以下几种基本方法： ( () ) 淬火淬火(cu hu)(cu hu)。将钢材加热至。将钢材加热至723723（相变温度）以上某一温度，并保持一定（相变温度）以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火(cu hu)(cu hu)处理。钢材经处理。钢材经淬火淬火(cu hu)(cu hu)后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。第31页/共58页第三

34、十一页，共59页。( () ) 回火。将淬火后的钢材重新加热到回火。将淬火后的钢材重新加热到723723以下某一温度范围，保温一定时间以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程程(guchng)(guchng)称为回火处理。回火可消除称为回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。回火温度愈高，钢材硬恢复塑性和韧性。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，善。若钢材淬火后随即进

35、行高温回火处理，则称调质处理，其目的是使钢材的强度、则称调质处理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。塑性、韧性等性能均得以改善。第32页/共58页第三十二页，共59页。（）退火。退火是指将钢材加热至（）退火。退火是指将钢材加热至723723以上某一温度，保持相当时间以上某一温度，保持相当时间(shjin)(shjin)后，在退火炉中缓慢冷却。后，在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力，细化晶退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。性和韧性提高。（）正火。是将钢材加热到（）正火。是将钢材加热到723723

36、以以上 某 一 温 度 ， 并 保 持 相 当 长 时 间上 某 一 温 度 ， 并 保 持 相 当 长 时 间(shjin)(shjin)，然后在空气中缓慢冷却，然后在空气中缓慢冷却，则可得到均匀细小的显微组织。钢材则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小为小第33页/共58页第三十三页，共59页。第五节第五节 建筑钢材的技术标准建筑钢材的技术标准1. 1. 建筑钢材的主要钢种建筑钢材的主要钢种（1 1）碳素结构钢）碳素结构钢按国家标准按国家标准GB700-88GB700-88规定，我国碳素结规定，我国碳素结构钢分五个牌号，即构钢分

37、五个牌号，即195195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。各牌号钢又按其硫、磷含。各牌号钢又按其硫、磷含量由多至少量由多至少(zhsho)(zhsho)分为、分为、四个质量等级。四个质量等级。第34页/共58页第三十四页，共59页。碳素结构钢的牌号表示按顺序由代表屈碳素结构钢的牌号表示按顺序由代表屈服点的字母（服点的字母（Q Q）、屈服点数值（）、屈服点数值（/mm2/mm2）、质量等级符号）、质量等级符号(A(A、B B、C C、D)D)、脱氧脱氧(tu yng)(tu yng)程度符号程度符号(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等四部分组成。例如

38、等四部分组成。例如Q235-A.F.Q235-A.F.，它表示：屈服点为它表示：屈服点为235N235N2 2的平炉的平炉或氧气转炉冶炼的级沸腾碳素结构钢。或氧气转炉冶炼的级沸腾碳素结构钢。当为镇静钢或特殊镇静钢时，则牌号表当为镇静钢或特殊镇静钢时，则牌号表示示“”与与“Z”Z”符号可予以省略。符号可予以省略。 碳素结构钢的力学性能指标规定见碳素结构钢的力学性能指标规定见表表2-1(“2-1(“土木工程材料土木工程材料”P36”P36表表2-2)2-2)所所示。示。第35页/共58页第三十五页，共59页。表表2 1 碳碳 素素 结结 构构 钢钢 的的 力力 学学 性性 能能 拉拉 伸伸 试试

39、验验 冲冲 击击 试试 验验 屈屈 服服 点点 伸伸 长长 率率 钢钢 材材 厚厚 度度 （ 直直 径径 ） 钢钢 材材 厚厚 度度 （ 直直 径径 ） 1 1 6 6 1 1 6 6 4 4 0 0 4 4 0 0 6 6 0 0 6 6 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 6 6 1 1 6 6 4 4 0 0 4 4 0 0 6 6 0 0 6 6 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 5 5 0 0 温温 度度 C 型型 冲冲 击击 功功 (纵纵 向向 ) /J

40、 牌牌 号号 等等 级级 不不 小小 于于 抗抗 拉拉 强强 度度 b N / m m2 不不 小小 于于 不不 小小 于于 Q 1 9 5 1 9 5 1 8 5 3 1 5 4 3 0 3 3 3 2 A Q 2 1 5 B 2 1 5 2 0 5 1 9 5 1 8 5 1 7 5 1 6 5 3 3 5 4 5 0 3 1 3 0 2 9 2 8 2 7 2 6 2 0 2 7 A B 2 0 C 0 Q 2 3 5 D 2 3 5 2 2 5 2 1 5 2 0 5 1 9 5 1 8 5 3 7 5 5 0 0 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 7 A Q

41、 2 5 5 B 2 2 5 2 4 5 2 3 5 2 2 5 2 1 5 2 0 5 4 1 0 5 5 0 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 1 9 2 0 2 7 Q 2 7 5 2 7 5 2 6 5 2 5 5 2 4 5 2 3 5 2 2 5 4 9 0 6 3 0 2 0 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 第36页/共58页第三十六页，共59页。国家标准对碳素结构钢的化学成分，包括国家标准对碳素结构钢的化学成分，包括C C、SiSi、MnMn、S S、P P五大五大(w d)(w d)元素，按元素，按质量等级及脱氧方法也分别提出了要求。质量等级及脱氧方法也分别提出

42、了要求。（2 2）低合金结构钢）低合金结构钢 在碳素钢的基础上，加入总量小于在碳素钢的基础上，加入总量小于的合金元素炼成的钢，称为低合金高强的合金元素炼成的钢，称为低合金高强度结构钢，简称低合金结构钢。常用的合度结构钢，简称低合金结构钢。常用的合金元素有硅、锰、钛、钒、铬、镍、铜等。金元素有硅、锰、钛、钒、铬、镍、铜等。 第37页/共58页第三十七页，共59页。按照按照(nzho)(nzho)低合金高强度结构低合金高强度结构钢（钢（GBGBT15911994T15911994）规定共分）规定共分2020个钢号。牌号由代表钢材屈服强度个钢号。牌号由代表钢材屈服强度的字母的字母“”、屈服强度数值、

43、质量、屈服强度数值、质量等级符号（、）三等级符号（、）三个部分按顺序组成。个部分按顺序组成。 例如：例如：Q295AQ295A，表示屈服强度为，表示屈服强度为不小于不小于295MPa295MPa，质量等级为级的低，质量等级为级的低合金结构钢。合金结构钢。第38页/共58页第三十八页，共59页。 2. 2. 钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢 (1) (1) 热轧钢筋热轧钢筋 根据表面特征不同，热轧钢筋分为光圆钢筋根据表面特征不同，热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。根据强度的高低，热轧钢筋又分为不和带肋钢筋。根据强度的高低，热轧钢筋又分为不同的强度等级，各强度等级热轧钢筋的技术标准见同的强度等级

44、，各强度等级热轧钢筋的技术标准见表表2-2 (“2-2 (“土木工程材料土木工程材料”P39”P39表表2-6) 2-6) 。我国热轧。我国热轧钢筋标准，按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为钢筋标准，按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为I IIVIV级，四个强度等级的钢筋中，除级，四个强度等级的钢筋中，除I I级钢筋为级钢筋为低碳钢外，其余低碳钢外，其余(qy)(qy)三级热轧带肋钢筋均为低三级热轧带肋钢筋均为低合金钢。其牌号由合金钢。其牌号由HRBHRB和规定屈服强度最小值构成。和规定屈服强度最小值构成。、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。一个字母。

45、 第39页/共58页第三十九页，共59页。表 22 钢筋混凝土用热轧钢筋的力学性能与冷弯性能 （GB/T7011997、GB14991998） 屈服点 s MPa 抗拉强度 b MPa 伸长率 5 % 表面 形状 钢筋 级别 强度 等级 代号 牌号 公称直径 (mm) 不小于 冷弯 d弯心直径 a钢筋公称直径 光圆 I R235 Q235 820 235 370 25 180d=a 625 180d=3a II RL335 HRB335 2850 335 490 16 d=4a 625 180d=4a III RL400 HRB400 2850 400 570 14 d=4a 625 180d

46、=6a 带 助 钢 筋 IV RL540 HRB500 2850 500 630 12 d=7a 第40页/共58页第四十页，共59页。（2 2）钢筋混凝土用冷拉钢筋）钢筋混凝土用冷拉钢筋 为了提高钢筋的强度及节约钢筋，工为了提高钢筋的强度及节约钢筋，工地上常按施工规程，控制一定地上常按施工规程，控制一定(ydng)(ydng)的的冷拉应力或冷拉率，对热轧钢筋进行冷拉。冷拉应力或冷拉率，对热轧钢筋进行冷拉。冷拉钢筋的力学性能应符合规范规定的要冷拉钢筋的力学性能应符合规范规定的要求。冷拉后不得有裂纹、起层等现象。求。冷拉后不得有裂纹、起层等现象。 （3 3）预应力混凝土用热处理钢筋）预应力混凝土

47、用热处理钢筋 预应力混凝土用热处理钢筋是用预应力混凝土用热处理钢筋是用88、1010（）的热轧带肋钢筋经淬火和回火（）的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成，代号为。等调质处理而成，代号为。 第41页/共58页第四十一页，共59页。预应力混凝土用热处理钢筋的优点预应力混凝土用热处理钢筋的优点是：强度高，可代替高强钢丝使用；是：强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材；锚固性好，配筋根数少，节约钢材；锚固性好，不 易 打 滑 ， 预 应 力 值 稳 定不 易 打 滑 ， 预 应 力 值 稳 定(wndng)(wndng)；施工简便，开盘后钢；施工简便，开盘后钢筋自然伸直，不需调直及焊接

48、。主筋自然伸直，不需调直及焊接。主要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。用于预应力梁、板结构及吊车梁等。第42页/共58页第四十二页，共59页。 （4 4）冷轧带肋钢筋）冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋是采用由普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径冷轧带肋钢筋是采用由普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋是热轧圆盘钢筋的深加后在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋是热轧圆盘钢筋的深加工产品，是一种新型高效建筑钢材。工产品，是一种新型高效建筑钢材。 冷轧带肋钢筋按抗

49、拉强度分为冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为5 5级，其代号级，其代号(diho)(diho)为为CRB550CRB550、CRB650 CRB650 、CRB800 CRB800 、CRB970 CRB970 、和、和CRB1170CRB1170，（，（CRBCRB为为Cold rolling ribbed steel bar)Cold rolling ribbed steel bar)，后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值。后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值。第43页/共58页第四十三页，共59页。冷轧带肋钢筋的公称直径范围为冷轧带肋钢筋的公称直径范围为- -1212。冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺。

50、冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应符合表性能应符合表2-72-7（P40)P40)的要求。的要求。（5 5）冷拔低碳钢丝）冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径为冷拔低碳钢丝是将直径为6.56.58 8的的Q235Q235热轧盘条钢筋经冷拔加工而成。冷热轧盘条钢筋经冷拔加工而成。冷拔低碳钢丝分为甲、乙两级，甲级丝适拔低碳钢丝分为甲、乙两级，甲级丝适用用(shyng)(shyng)于作预应力筋，乙级丝适于作预应力筋，乙级丝适用用(shyng)(shyng)于作焊接网、焊接骨架、于作焊接网、焊接骨架、箍筋和构造钢筋。其力学性能应符合有箍筋和构造钢筋。其力学性能应符合有关规定。关规定。第44页/共58页第

51、四十四页，共59页。 （6）预应力混凝土用钢丝及钢绞线 大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高强度钢丝是用优质(yuzh)碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，钢铰线是由根直径为2.55.0的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。铰捻方向一般为左捻。第45页/共58页第四十五页，共59页。| 预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝（代号）、矫直回火钢丝（代号）和矫直回火刻痕钢丝（代号JK）三种。前二种其公称直径有 、三种，它们的抗拉强度b达1500MPa以上，屈服强度0.2可达1100MPa以上。| 预应力混凝土用钢绞线直径有9

52、.0、12.0和15.0三种，整根破坏负荷(fh)可达220kN，屈服负荷(fh)可达187kN。钢绞线主要用于大跨度、大负荷(fh)的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。第46页/共58页第四十六页，共59页。 第六节 建筑钢材的锈蚀(xi sh)与防止1 钢材的锈蚀(xi sh) 钢材的锈蚀(xi sh)是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。 根据锈蚀(xi sh)作用的机理，钢材的锈蚀(xi sh)可分为化学锈蚀(xi sh)和电化学锈蚀(xi sh)两种： （）化学锈蚀(xi sh) 化学锈蚀(xi sh)是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀(xi sh)

53、。这种锈蚀(xi sh)多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物。第47页/共58页第四十七页，共59页。（）电化学锈蚀（）电化学锈蚀 电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。触而产生电流，形成微电池而引起的锈蚀。潮湿环境中的钢材表面潮湿环境中的钢材表面(biomin)(biomin)会被会被一层电解质水膜所覆盖，而钢材是由铁素一层电解质水膜所覆盖，而钢材是由铁素体、渗碳体及游离石墨等多种成分组成，体、渗碳体及游离石墨等多种成分组成，由于这些成分的电极电位不同，首先，钢由于这些成分的电极电位不同，首先，钢的表面的表面(biomin

54、)(biomin)层在电解质溶液中构层在电解质溶液中构成以铁素体为阳极，以渗碳体为阴极的微成以铁素体为阳极，以渗碳体为阴极的微电池。在阳极，铁失去电子成为电池。在阳极，铁失去电子成为Fe2+Fe2+进入进入水膜；在阴极，溶于水膜中的氧被还原生水膜；在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成。成。第48页/共58页第四十八页，共59页。随后两者结合生成不溶于水的随后两者结合生成不溶于水的FeFe（OHOH）2 2，并进一步氧化成为疏松易，并进一步氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈剥落的红棕色铁锈FeFe（OHOH）3 3。由于铁。由于铁素体基体的逐渐锈蚀，钢组织中的渗素体基体的逐渐锈蚀，钢组织中的渗碳体等暴露

55、出来的越来越多，形成的碳体等暴露出来的越来越多，形成的微电池数目也越来越多，钢材的锈蚀微电池数目也越来越多，钢材的锈蚀速度愈益速度愈益(y y)(y y)加速。加速。第49页/共58页第四十九页，共59页。|2 2 防止钢材锈蚀的措施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刷漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌等措施。底漆等。面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌等措施。| 混凝土配筋的防锈措施，根据结构的性质和所

56、处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、混凝土配筋的防锈措施，根据结构的性质和所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等，还可掺用阻保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等，还可掺用阻锈剂。锈剂。| 钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高元素，可有效地提高(t go)(t go)钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时在钢中加入铬、镍等合金元钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时在钢中加入铬

57、、镍等合金元素，可制得不锈钢。素，可制得不锈钢。第50页/共58页第五十页，共59页。|例2-1 从一批钢筋中抽样(chu yn)，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4、42.8kN; 抗拉极限荷载分别为62.0kN、63.4kN，钢筋公称直径为12，标距为60，拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？|解： 1. 钢筋试样屈服点为：|钢筋试样抗拉强度为：|b =(548+561)2 = 555 N/mm2MPaMPaAPMPaAPsss38523753943946108 .423756104 .42232231第

58、51页/共58页第五十一页，共59页。|钢筋试样伸长率为：|=(17.7+19.0)2=18.4%|查表2-2知s1、s2均大于335N/mm2,|b1、b2均大于490N/mm2,|钢筋试样伸长率均大于16%|故该钢筋为II级钢。|2.该钢筋的屈强(qqin)比为：|s/b=385/555=0.69|该II级钢筋的屈强(qqin)比在0.650.75范围内，表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。第52页/共58页第五十二页，共59页。|例例2-2 2-2 为什么说屈服点（为什么说屈服点（ss）、抗拉强度（）、抗拉强度（bb）和伸长率（）和伸长率（）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？|解解|屈服点（屈服点（ss）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过ss值；屈服点与抗拉值；屈服点与抗拉强度的比值（强度的比值（ssbb）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（）表示钢）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在