《建筑钢材》ppt课件

1、第二章 建 筑 钢 材建筑钢材 可用作主要的构造资料、也可以用作衔接资料、围护资料和饰面资料等。 优点：高的抗拉强度 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能 缺陷：易锈蚀、维护费用高 耐火性差 消费能耗大本 章 内 容 1、钢材的根本知识： 铁和钢的概念；钢的分类；钢的冶炼和脱氧及其对钢质量的影响；钢材的化学成分及其对钢性能的影响。 2、钢材的主要技术性质：力学性质工艺性能。 3、钢材的冷加工和热处置：钢材的加工强化和时效处置钢材的热处置。 4、建筑钢材的技术规范及选用：碳素构造钢低合金构造钢钢筋混凝土构造用钢筋和钢丝。 5、建筑钢材的防锈：钢的锈蚀、钢材防锈的要点 第一节 钢材的根

2、本知识 铁和钢的概念; 钢的分类; 钢材的化学成分及其对钢性能的影响.next一、钢的消费 钢：铁碳合金，铁Fe为主要元素： 碳C含量2.11， 杂质元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。 生铁：铁碳合金，C含量高，约为2.116.69，并含较多杂质的。冶 炼生 铁钢 生铁中的碳氧化，降低含C量，除去杂质元素，降低其含量一冶炼 根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电炉三种方法：三种主要炼钢方法的特点炉种 原料 特 点 消费钢种氧气转炉 铁水，废钢 可有效除去磷、硫杂质少， 碳素钢 效率高 质量好。 低合金钢 电炉 生铁、废钢 产量低、耗电大，杂质少 合金钢 质量最好，本钱高 优

3、质碳素钢平炉 生铁、废钢 时间长，成分稳定 碳素钢 质量较好、本钱较高 低合金钢二脱氧 沸腾钢： 碳、磷、硫等成分偏析严重，钢致密程度、焊接性能、低温下的冲击韧性较差。(F) 半镇静钢： 脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(B) 镇静钢： 脱氧充分，成分均匀纯真、杂质少、组织致密；冷脆性和时效敏感性较低，疲劳强度和可焊性较好。(Z) 特殊镇静钢： 脱氧很充分，晶粒细化，质量与性能比镇静钢更好。(TZ) 问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？ 答：脱氧程度不高的钢材中还保管较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反响生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，呵斥微裂痕和成分偏析，降低致密性、强度和可

4、焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。 脱氧程度排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢 钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢back二、钢的分类钢按脱氧程度分： 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢；按化学成分分： 碳素钢再按含碳量、合金钢再按合金含量按质量分根据S、P含量分： 普通碳素钢、优质碳素钢、高级碳素钢；按用途分： 构造钢、工具钢、特殊钢back三、 化学成分对钢材性质的影响化学化学元素元素强度强度韧性韧性塑性塑性其其 他他 性性 能能C C增加增加降降 低低降低焊接性能，增加冷脆性和时效倾向降低焊接性能，增加冷脆性和时效倾向SiSi增加增加影响不大影响不

5、大可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蚀性可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蚀性MnMn增加增加影响不大影响不大消减硫引起的热脆性、提高耐磨性、降低焊接性消减硫引起的热脆性、提高耐磨性、降低焊接性P P稍有稍有增加增加显著降低显著降低增大冷脆性，显著降低焊接性，提高耐磨和耐蚀增大冷脆性，显著降低焊接性，提高耐磨和耐蚀性性S S降低降低降降 低低增大热脆性，降低焊接性、耐腐蚀性和机械性能增大热脆性，降低焊接性、耐腐蚀性和机械性能O O降低降低降降 低低降低机械性能，使焊接和冷弯性能变坏，增加热降低机械性能，使焊接和冷弯性能变坏，增加热脆性脆性N N提高提高降降 低低降低焊接性、使冷弯性能变坏、加剧

6、冷脆性与时降低焊接性、使冷弯性能变坏、加剧冷脆性与时效敏感性效敏感性TiTi提高提高改善改善 降低降低提高焊接性和抗蚀性提高焊接性和抗蚀性V V提高提高改善改善减少冷脆性、降低焊接性减少冷脆性、降低焊接性back 第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能 钢材的力学性质 钢材的工艺性能next一、钢材的力学性质 钢材的力学性能，即是指钢材在外力载荷作用时表现出来的性能，包括：塑性、强度、韧性、硬度和疲劳强度等。 拉伸紧缩弯曲剪切改动荷载方式一塑 性 钢材在荷载作用下断裂前产生永久变形的才干称为钢材的塑性, 用伸长率和断面收缩率来表示。 伸长率和断面收缩率的值越大，钢材的塑性越

7、大L1 L0 伸长L0L1F0F1F1 F0 颈缩伸长率 n=(L1-L0)/L0100%断面收缩率 =(F0-F1)/F0100%back二 强 度 钢材抵抗塑性变形或断裂的才干称为其强度，用拉伸实验测定。强度目的根据其变形特点分以下几个： 弹性极限p 表示钢材坚持弹性变形, 不产生塑性变形的最大应力, 是弹性零件的设计根据。屈服强度 s 表示钢材开场发生明显塑性变形的抗力，是钢构造设计的根据。条件屈服强度0.2 对于屈服景象不明显的硬钢，那么规定以产生剩余变形为0.2%时的应力。 强度极限(抗拉强度b ) 表示金属受拉时所能接受的最大应力。 低碳钢的拉伸实验曲线psb0 p e 屈服景象问

8、题： 什么是屈强比，对选用钢材有何意义？ 答：屈服强度与极限强度是衡量钢材强度答：屈服强度与极限强度是衡量钢材强度的两个重要目的，二者之比称为屈强比的两个重要目的，二者之比称为屈强比 s s / / b b。 在运用中，在运用中， s /s / b b愈小，那么反映钢材的愈小，那么反映钢材的可靠性愈大，构造的平安性愈高。可靠性愈大，构造的平安性愈高。但这个比值过小，那么钢材的利用率低，不但这个比值过小，那么钢材的利用率低，不够经济；假设屈强比较大，虽然钢材的利用够经济；假设屈强比较大，虽然钢材的利用率较大，但强度的贮藏过小，脆断倾向较大，率较大，但强度的贮藏过小，脆断倾向较大，不够平安。因此，

9、屈强比最好在不够平安。因此，屈强比最好在0.600.750.600.75，既平安又经济。既平安又经济。back三 冲击韧性 概念：钢材抵抗冲击动荷载作用的才干。 资料的冲击韧度 ak J/m2) ：ak 值越大,表示冲断时吸收的功越多，钢材的冲击韧性越好。 冷脆性：随温度降低，钢材由韧性断裂转变为脆性断裂，使冲击值降低的景象称为冷脆性，与之对应的温度称为冷脆转变温度。 时效：随时间的延伸而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降的景象。冲击实验： 丈量摆锤冲击前后的能量差摆锤的高度差摆锤的质量。 再丈量试件断裂面积。摆锤试件H0H1back四 硬度 钢材抵抗另一硬物体压入其内的才干叫硬度，即受压时抵

10、抗部分塑性变形的才干。洛氏硬度丈量原理图 布氏硬度丈量原理图 back五疲劳强度 在交变应力动荷载作用下，虽然钢构件所接受的应力低于资料的屈服点，但经过较长时间的任务而产生裂纹或忽然发生完全断裂的过程，称为疲劳破坏。 钢材接受的交变应力越大, 那么断裂时应力循环次数N越少。当应力低于一定值时, 试样可以经受规定的周期循环而不破坏, 此应力值称为资料的疲劳极限(亦叫疲劳强度)，用t 表示。 back二、钢材的工艺性能 冷弯性能 可焊性 切削切工性能 锻造性能 热处置工艺性能 back一 冷弯性能1、定义：常温下钢材能接受较大的弯曲变形而不破坏的才干，衡量钢材的冷塑性变形才干；2、评价目的：用不同

11、弯曲角度和不同弯心半径d相对于钢材厚度a的比值d/a表示；3、实验方法：按一定的角与d/a值进展冷弯，试件弯曲处的外拱面及两个侧面不出现裂痕和起层景象为合格。 P钢材的冷弯实验ad外拱面back二 可焊性 1、定义：钢材在焊接后，焊头结合的结实程度和硬脆倾向大小的性能；2、丈量：将焊接的钢材试件进展拉伸实验，要求断裂处不在焊接点上。3、影响要素： 化学成分含碳量、S、P和气体杂质； 冶炼质量镇静钢 冷加工等。 合格不合格钢材的可焊性实验焊接点断裂点断裂点back第第 三三 节节热处置、冷加工强化与时效对热处置、冷加工强化与时效对钢性质的影响钢性质的影响 next一、加工硬化与时效对钢材性质的影

12、响 1、冷加工处置 2、时效处置 1、冷加工处置 将钢材在其结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工，如在常温下进展冷拉、冷拔、冷轧等冷加工处置。 由于冷塑性变形引起强度增高而塑性和韧性降低的景象称为加工硬化，或形变硬化。 加工硬化的效果： 屈服强度提高 塑性和韧性降低 可焊形变坏 硬脆倾向添加等。 钢材的反复拉伸0 p e 0问题：直接接受动荷载作用的焊接钢构造能否能运用经冷加工的钢材吗？为什么？ 答：不能。 由于冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，添加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢构造发生忽然的脆性断裂，所以不能采用。2、时效处置 将经过冷加工的钢筋，在常温下存放1520天，或在10

13、0120C坚持一定时间，其强度进一步提高，弹性模量根本恢复，这个过程称为时效处置。 钢材产生时效的难易程度称为时效敏感性，用时效敏感系数表示： C值越大，时效敏感性越大。二、热处置对钢材性质的影响 热处置是将钢材在一定介质中加热、保温暖冷却，以改动资料整体或外表组织，从而获得所需性能的工艺。 热处置可大幅度地改善金属资料的工艺性能和运用性能，绝大多数机械零件必需经过热处置。 热处置方式：退火、正火、淬火、回火等。 温度727C等温处置回火淬火正火退火时间钢材的热处置工艺热处置对钢材性质的影响 退火可降低钢的硬度，提高塑性和韧性，消除冷加工处置中构成的缺陷和内应力； 正火提高塑性和韧性，强度降低

14、较小，使三者之间良好配合； 淬火提高钢材的硬度和耐磨性，但降低了塑性和韧性； 回火消除淬火后钢材的内应力和脆性； 淬火和高温回火的结合处置称为调值，可使钢材既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性。 back第四节建筑钢材的规范与选用 next建筑钢材主要有三大类： 钢构造用钢； 钢筋混凝土构造用钢； 其它用途用钢。一、钢构造用钢 钢构造用钢有： 碳素构造钢 优质构造钢 低合金构造钢一 碳素构造钢 1、钢的牌号： 根据国标GB700-1988，碳素构造钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号，每个牌号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。 牌号的顺

15、序：屈服强度字母Q、屈服强度数值、 质量等级A、B、C、D、 脱氧程度符号F、b、Z、TZ。例如：Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾F碳素构造钢。 2、钢牌号与性能的关系 钢牌号越大，钢的含碳量添加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。 碳素构造钢3、选用原那么：应根据钢构造的任务条件、荷载类型、衔接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合要素选用。例如： Q195和Q215号钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。Q235A运用于接受静载作用的钢构造；Q235B可用于接受动载焊接的普通钢构造；Q235C可用于接受动载焊接的重要钢构造；Q235D可用于低温

16、接受动荷载焊接的钢构造。Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等back二优质碳素构造钢 1、钢的牌号 用两位数字表示，代表平均含碳量的万分数，如含锰量较高时，在牌号后加注Mn。 如：45号钢，表示其含碳量为0.45%。2、选用：3045号钢，用于重要构造的钢铸件和高强度螺栓；6580号钢，常用于制造碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。 back三低合金构造钢 1、组成：含有5%以下的合金元素Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等。含碳量0.2%。2、合金元素的作用：细化结晶，起到细晶强化作用，不仅可提高强度和硬度，还可一定程度上添加塑性和韧性。弥散强化作用，较硬微粒均匀分散

17、在晶粒内部，妨碍晶粒滑移变形，大大提高钢的强度和硬度。3、牌号：与碳素构造钢一样，用Q+屈服强度值+质量等级A、B、C、D、E表示。4、特性：强度和硬度高，有害杂质少，质量高且稳定，良好的塑性和韧性，适当的可焊性。5、运用：适宜于大跨度构造、高层建筑和桥梁。低合金构造钢的性能要求(1) 高强度：普通其屈服强度在300MPa以上。(2) 高韧性：要求延伸率为15%20%，室温冲击韧性大于600kJ/m2800kJ/m2。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。(3) 良好的焊接性能和冷成型性能。(4) 低的冷脆转变温度。(5) 良好的耐蚀性。低合金构造钢的组成特点 低碳：由于韧性、焊接性和冷成

18、形性能的要求高，其碳含量不超越0.20%。 参与以锰为主的合金元素。 参与铌、钛或钒等辅加元素，可提高钢的强度和韧性。 参与少量铜0.4%和磷0.1%左右等，可提高抗腐蚀性能。 参与少量稀土元素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。 问题：与碳素钢相比，低合金构造钢有何特点？ 答：由于低合金构造钢中的合金元素的细晶强化和弥散强化作用，以及含碳量低，有害杂质少，质量较高且稳定，使得低合金构造钢有以下特点： 不但具有较高的屈服强度和抗拉强度，而且具有较好的塑性、韧性和适当的焊接性，耐低温性较好，时效敏感性也较小。back二、钢筋混凝土构造用钢 主要种类有： 热轧钢筋； 冷拉钢筋； 热处

19、置钢筋； 冷轧带肋钢筋； 冷拔地毯钢丝； 预应力钢丝与钢绞线等。 back一热轧钢筋 1、牌号：有、四个级别，其中、为带肋钢筋，牌号为：HRB+屈服强度的最小值构成，级为光圆钢筋，牌号为Q235； 、级为热轧带肋钢筋有HRB335、 HRB400、 HRB500 三个牌号。 2、性能与用途：级钢筋的强度不高，弹塑性和可焊性好，用作预应力混凝土的受力筋或构造筋；、级强度高，塑性和可焊性也好，用于大中型钢筋混凝土构造的受力筋。级钢筋强度高，弹塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。 back二冷拉钢筋 有、四个级别，他们由热轧钢筋经现场冷拉和人工时效处置得到。经冷拉后钢筋的力学性能应符合GB50204

20、-92的规定。 其中：级适用于普通混凝土构造中的受力筋；可用作预应力钢筋。 back三预应力钢筋混凝土用热处置钢筋 有热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处置得到，代号RB150。 牌号：有40Si2Mn、48Si2Mn和45SI2Cr三种。不能冷拉和焊接。 性能：屈服强度不小于1325MPa，极限强度不小于1470MPa，伸长率不小于6。应符合GB4463-84的规定。 用途：主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土构造。 back四冷轧带肋钢筋 1、以普通低碳钢或低合金钢热轧圆条为母材，经多到冷轧拔减径和一道压痕而成的三面带肋钢筋。 2、牌号：用LL+钢筋的抗拉强度等数值表示

21、。有LL550、LL650、LL800三个级别。 3、特性：具有较高的强度和较大的伸长率，且锚固性好。 4、用途：可用于没有振动荷载和反复荷载的工业与民用建筑物的钢筋混凝土构造。 LL550宜作受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋； LL650和LL800宜作预应力混凝土构造构件的受力主筋。这些钢筋不宜在30C以下的环境运用。 back五预应力混凝土用钢丝与钢绞线 1、预应力混凝土钢丝运用牌号为6080的优质碳素钢盘条，经酸洗、冷拉或冷拉再回火等工艺制成，分冷拉钢丝L和矫直回火钢丝J两种。为了添加握裹力，进展外表压痕，构成刻痕钢丝JK。2、特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，不需焊接。3、用途

22、：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。 back三、桥梁构造钢 1、性能要求： 较高的强度、良好的素性、韧性、可焊性和较高的疲劳强度；较小的冷脆性和时效敏感性；良好的耐大气腐蚀性等。 2、组成要求： 气体杂质少，S、P的含量应小于0.0450.040%，晶粒细化，脱氧完全。 3、种类： 主要有：16q、16Mnq、15MnVq、等。后一种根据硫、磷杂质含量不同，又分为A、B、C三个级别。桥梁构造钢4、用途：16q是公用焊接桥梁钢，具有优良的可焊性；6Mnq和15MnVq具有良好的综合机械性能，强度较高，塑性和韧性、可焊性度较好，是建造桥梁的主体构造的根本钢材。15MnVNq-A用于非焊接件； 15MnVNq-B用于受压和次要焊接件；15MnVNq-C用于受拉、受弯和受疲劳控制的焊接杆件。四、钢轨钢 1、性能要求：具有较高的强度，较高的耐磨性、冲击强度和疲劳强度，良好的可焊性和耐腐蚀性。 2