金属装饰材料

1、 10.1 建筑常用钢材建筑常用钢材建筑钢材建筑钢材各种型钢、钢板、钢管，以及钢筋混凝土用的钢筋和钢丝。钢材的特性钢材的特性： .材质均匀、性能可靠材质均匀、性能可靠； .机械性能良好机械性能良好(强度高、塑性和韧性较好，可承受各种载荷)； .可加工性能优良可加工性能优良。 1.钢的冶炼钢的冶炼 铁矿石铁钢 平炉炼钢法 空气转炉法 常用炼钢方法 转炉炼钢法 电炉炼钢法 氧气转炉法(1).(1).按化学成分分类按化学成分分类低碳钢：含碳量低碳钢：含碳量0.6% 碳素钢碳素钢 （碳钢）（碳钢） 合金钢合金钢 专门加入合金元素专门加入合金元素按合金元素含量分按合金元素含量分 低合金钢：合金元素总含量

2、低合金钢：合金元素总含量10% (2)按杂质含量（品质）分类按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量普通钢：含硫量 0.05%，含磷量，含磷量0.045%；优质钢：含硫量优质钢：含硫量 0.04%，含磷量，含磷量0.035%；高级优质钢：含硫量高级优质钢：含硫量 0.02%，含磷量，含磷量0.03%；特级优质钢：含硫量特级优质钢：含硫量 0.015%，含磷量，含磷量0.015%。 （3 3）. .按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分 沸腾钢：脱氧不充分，代号沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”；镇静钢：脱氧较充分，代号镇静钢：脱氧较充分，代号“Z”；半镇静钢：脱氧程度介于半镇静钢：脱氧程度介于“F”与与

3、“Z”之间，代号之间，代号“b”；特殊镇静钢：脱氧彻底，代号特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“Tz” 。（4）按用途分类按用途分类结构钢：工程结构用钢、机械制造用钢；结构钢：工程结构用钢、机械制造用钢；工具钢：各种工具用钢；工具钢：各种工具用钢；特殊钢：不锈钢特殊钢：不锈钢、耐热钢耐热钢、耐磨钢等。耐磨钢等。1.1.钢材的化学成分钢材的化学成分 生产钢不可避免元素：生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N专门加入的合金元素：专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素及稀土元素铁：主要元素铁：主要元素碳：决定钢的性质碳：决定钢的性质其他元素其他元素 2. 2. 钢材中的常存杂质钢

4、材中的常存杂质 硫硫：来自矿石燃料，生成来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷磷：来自矿石燃料，塑性和韧性来自矿石燃料，塑性和韧性，冷脆性。冷弯性，冷脆性。冷弯性可焊性可焊性 氮氮：炼钢氧化过程中存于钢中，害处大于益处，故归于有害元素。炼钢氧化过程中存于钢中，害处大于益处，故归于有害元素。锰锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧去硫能力，可消除钢的炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧去硫能力，可消除钢的热脆性热脆性，改善钢材的热加工性能。改善钢材的热加工性能。硅硅：脱氧剂，较锰强。脱氧剂，较锰强。 两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他两面

5、性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。性能降低。氧氧：与氮、磷相似。与氮、磷相似。 有有 害害 元元 素素 三三. . 钢的力学性能钢的力学性能 1.1.抗拉性能抗拉性能是建筑是建筑钢材钢材最最重要重要的力学的力学性能性能 拉伸过程分四个阶段：拉伸过程分四个阶段： OAOA：弹性阶段：弹性阶段 ABAB：屈服阶段：屈服阶段 BCBC：强化阶段：强化阶段 CDCD：颈缩阶段：颈缩阶段 拉伸性能指标：主要有拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。屈服点、抗拉强度和伸长率等。 （1）屈服强度（屈服点）屈服强度（屈服点） 上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力；上屈服强度：试样首次屈服

6、前的最大应力； 下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即下屈服强度：不计初始瞬时效应时的最小强度，即屈服点。屈服点。0sAFSFsFs 屈服阶段最小应力屈服阶段最小应力( (首次回针所对应的力首次回针所对应的力) )，N N；A A0 0 试件的截面积，试件的截面积，mmmm2 2。 （2 2）抗拉强度：）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。钢材所能承受的最大强度。F Fb b破坏荷载破坏荷载( (为最大应为最大应力力) )，N N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，因此，强屈比一般不低于强屈比一般不低于1.21.2，抗震结构一般不低于，抗震结

7、构一般不低于1.251.25。0bAFb可靠性参数可靠性参数 sb强屈比值得注意：值得注意：强屈比的概念强屈比的概念值值越大可靠性越高，安全性越高，越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。但利用率降低，浪费增大。（3 3）伸长率：）伸长率：塑性指标塑性指标 。意义：意义： 值值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性 增强，安全性增强。增强，安全性增强。 值有两种：值有两种： 5 5表示表示l l0 0=5d=5d0 0，d d0 0钢材直径；钢材直径； 1010l l0 0=10d=10d0 0。%100lll001l lo o试件原始

8、标距长度，试件原始标距长度，mm mm ；l l1 1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mmmm。 （4 4）断面收缩率：）断面收缩率：塑性指标。塑性指标。 A AO O试样拉断后颈缩处的截面积，试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A A1 1表示钢材的原始截面积，表示钢材的原始截面积，mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。010AAA 2.2.冲击韧性冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。指钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验方法：试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。标准试件的弯

9、曲冲击韧性试验。 指标：指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功试件缺口处单位截面积上所消耗的功, ,计作计作a ak k,J/cm,J/cm2 2。 a ak k值愈大，钢材的冲击韧性愈好。值愈大，钢材的冲击韧性愈好。 3.3.耐疲劳性耐疲劳性疲劳破坏疲劳破坏：交变荷载反复作：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强用，钢材在应力低于屈服强度时，突然发出脆性断裂的度时，突然发出脆性断裂的现象。现象。 危害极大危害极大冲击韧性试验原理图冲击韧性试验原理图 四四. . 钢材的加工性能钢材的加工性能1.1.冷弯性能冷弯性能常温下钢材承受弯曲变形的能力常温下钢材承受弯曲变形的能力 冷弯性能试验：冷弯性能

10、试验：试件被弯曲的角度（试件被弯曲的角度（9090、180180）。）。 冷弯试验意义：冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在能反映试件弯曲处的塑性变形，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。内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。 冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，微裂纹及夹杂物等缺陷。面是否存在未熔合，微裂纹及夹杂物等缺陷。 判定标准：判定标准：若试件弯曲处的若试件弯曲处的外表面无断裂、裂纹或起层，外表面无断裂、裂纹或起层，认为冷弯性能合格。认为冷弯

11、性能合格。 2. 2. 钢材的冷加工与时效强化钢材的冷加工与时效强化 (1). (1). 冷加工冷加工指钢材在常温下进行的加工指钢材在常温下进行的加工 常见的冷加工方式：常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 特点：特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度， 这一过程称为这一过程称为冷加工强化处理冷加工强化处理。 冷加工强化的原因冷加工强化的原因? ? (2).时效处理时效处理 将经过冷拉的钢筋于将经过冷拉的钢筋于常温下存放常温下存放151520d20d，或，或 加热到加热到1001002002

12、00并保持一段时间并保持一段时间, ,这个过程称为这个过程称为时效处理时效处理。自然时效自然时效作用作用: : 钢筋冷拉以后再经过钢筋冷拉以后再经过 时效处理，其屈服点时效处理，其屈服点 进一步提高，塑性继进一步提高，塑性继 续有所降低。续有所降低。 时效过程中内应力的消减，时效过程中内应力的消减， 弹性模量可基本恢复。弹性模量可基本恢复。人工时效人工时效 热处理将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的工艺过程。 退火 正火 淬火 回火4.4.钢材的焊接钢材的焊接钢结构的主要联结方式钢结构的主要联结方式(90%)(90%) 焊接方法焊接方法：电弧焊、接触对焊：电弧焊、

13、接触对焊 焊接要求焊接要求： 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向；焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向；焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。影响因素影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。五五. . 钢材的锈蚀与防护钢材的锈蚀与防护 1. 1. 钢材的锈蚀钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏， 称为称为钢材的锈蚀钢材的锈蚀。化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反

14、应产生锈蚀，多数钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的进入介质溶液，与溶液中的OHOH- -离离子结合生成子结合生成Fe(OH)2。锈蚀的结果：锈蚀的结果：在

15、钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小，在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小， 降低钢材的性能，因而承载力降低。降低钢材的性能，因而承载力降低。 2. 2. 钢材的防护钢材的防护 三个方面：三个方面：改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。介质或改变钢材表面的电化学过程。（1 1）采用耐候钢（耐大气腐蚀钢）采用耐候钢（耐大气腐蚀钢）（2 2）金属覆盖）金属覆盖 电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面。（3 3）非金属覆盖）非金属覆盖 在钢材表面用金属材料做为保护膜在钢材表面用金属材料

16、做为保护膜, , 如喷涂涂料、如喷涂涂料、 搪瓷和塑料等。搪瓷和塑料等。（4 4）混凝土用钢筋的防锈）混凝土用钢筋的防锈防锈剂防锈剂 六六. .常用建筑钢材常用建筑钢材( (一一). ). 钢结构用钢钢结构用钢 1.1.碳素结构钢碳素结构钢 (1).(1).碳素结构钢的牌号碳素结构钢的牌号 表示按顺序：表示按顺序：屈服点字母（屈服点字母（Q Q）、屈服点数值（单位）、屈服点数值（单位MPaMPa）、）、 质量等级（有质量等级（有A A、B B、C C、D 4D 4级，逐级提高）和脱氧方法级，逐级提高）和脱氧方法 （F F：沸腾钢，：沸腾钢，b b：半镇钢，：半镇钢，Z Z：镇静钢，：镇静钢，T

17、zTz：特殊镇静钢。：特殊镇静钢。 牌号表示时牌号表示时Z Z、TzTz可省略）。可省略）。 例如：例如：Q235Q235AF AF 表示屈服点为表示屈服点为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢。级沸腾钢。 Q235Q235B B 表示屈服点为表示屈服点为235MPa235MPa的的B B级镇静钢。级镇静钢。碳素结构钢的化学成分碳素结构钢的化学成分碳素结构钢的力学性能碳素结构钢的力学性能碳素结构钢的抗弯性能碳素结构钢的抗弯性能 (3).(3).碳素结构钢的选用碳素结构钢的选用 碳素结构钢依牌号碳素结构钢依牌号，含碳量，含碳量，其强度，其强度，但塑性和韧性，但塑性和韧性。 建筑工程中主要应

18、用建筑工程中主要应用Q235Q235号钢号钢, ,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好筋。具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好, ,且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中且冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C C、D D级可用在重要级可用在重要 的焊接结构。的焊接结构。 Q195Q195、Q215Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作 铆钉、钢筋等。铆钉、钢筋等。Q255Q25

19、5、Q275Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差， 可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。 受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A A、B B质量质量 等级钢及沸腾钢。等级钢及沸腾钢。 2.2.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢合金元素总量合金元素总量5%5% （1 1）低合金高强度结构钢的牌号）低合金高强度结构钢的牌号 牌号由三部分表示：牌号由三部分表示：含碳量、合金元素的种类及含量。前两位含碳量、合金元素的种类及含量。

20、前两位数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在1.5%1.5%以下；如附有数字以下；如附有数字“2 2”, ,表示其平均含量在表示其平均含量在1.5%1.5%2.5%2.5%之间之间, ,依此类推依此类推, ,最后如附有最后如附有“b b”，表示为半镇静钢，否则为镇静钢。，表示为半镇静钢，否则为镇静钢。 例如：例如：16Mn 16Mn 表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.16%0.16%，平均含锰量低于，平均含锰量低于1

21、.5%1.5%的镇静钢。的镇静钢。 （2 2）低合金高强度结构钢的选用）低合金高强度结构钢的选用 低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易性强，使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑于加工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑（如大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等）的主体结构材料。（如大跨度桥梁、大型厅馆、电视塔等）的主体结构材料。 与普通碳素钢相比可节约钢材，

22、具有显著的经济效益。与普通碳素钢相比可节约钢材，具有显著的经济效益。 当低合金钢中的铬含量达当低合金钢中的铬含量达11.5%11.5%时，铬就在合金金属的表面形成一层时，铬就在合金金属的表面形成一层惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。惰性的氧化铬膜，成为不锈钢。 不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化不锈钢具有低的导热性，良好的耐蚀性能等优点；缺点是温度变化 时膨胀性较大。时膨胀性较大。 不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。不锈钢既可以作为承重构件，又可以作为建筑装饰材料。 ( (二二).).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 （1 1）牌

23、号）牌号 热轧钢筋分为热轧钢筋分为R235R235、HRB335HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500四个牌号。四个牌号。 牌号意义：牌号意义：R R代表热轧光圆钢筋、代表热轧光圆钢筋、HRBHRB代表热轧带肋钢筋，代表热轧带肋钢筋， 其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆；其中热轧光圆钢筋由碳素结构钢轧制而成，表面光圆； 热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。热轧带肋钢筋由低合金钢轧制而成，外表带肋。 牌号中的数字：牌号中的数字：表示热轧钢筋的屈服强度。表示热轧钢筋的屈服强度。 （2 2）热轧钢筋的选用）热轧钢筋的选用 光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，广泛用做普通钢筋混凝土。广泛用做普通钢筋混凝土。 HRB325HRB325，HRB400HRB400带肋钢筋的强度较高，塑性及焊接性也较带肋钢筋的强度较高，塑性及