第八章___建筑钢材_教学课件

1、第第八八章章 建筑钢材建筑钢材 建筑钢材是建筑工程中所用各种钢材的总称。钢材具有强度高，有一定塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载，可以焊接或铆接，便于装配等优点；其缺点主要是易锈蚀，维护费用大，耐火性差，生产能耗大。在建筑工程中钢材被大量用作结构材料，并被列为建筑工程的三大重要材料之一 .一一、钢的分类、钢的分类合金钢合金钢 碳素钢碳素钢按化学成分分按化学成分分主要成分是铁主要成分是铁其次是碳，及少量其次是碳，及少量硅、锰、硫、氧、氮等硅、锰、硫、氧、氮等 低碳钢低碳钢中碳中碳钢钢 高碳高碳钢钢 低合金钢低合金钢中合金中合金钢钢 高合金高合金钢钢碳素钢基础上加入碳素钢基础上加入改善性能的合金元素

2、，改善性能的合金元素，如硅、锰、钒、钛如硅、锰、钒、钛半镇静钢半镇静钢 沸腾钢沸腾钢 镇静钢镇静钢按脱氧程度分按脱氧程度分若脱氧剂锰、铁进行若脱氧剂锰、铁进行脱氧，脱氧不完全，钢液脱氧，脱氧不完全，钢液冷却凝固时有大量冷却凝固时有大量CO气体外逸，引起钢液沸腾气体外逸，引起钢液沸腾内部气泡和杂质较多，内部气泡和杂质较多，化学成分和力学性能化学成分和力学性能不均匀，质量较差，不均匀，质量较差，但成本低。但成本低。用硅脱氧，脱氧完全，用硅脱氧，脱氧完全，钢液浇筑后平静的冷却钢液浇筑后平静的冷却凝固，基本无凝固，基本无CO气泡产生。气泡产生。均匀密实，机械性能好，均匀密实，机械性能好，品质好，但成本

3、高。品质好，但成本高。可用于承受冲击荷载。可用于承受冲击荷载。脱氧程度介于沸腾钢和脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱沸腾现象，但较沸腾钢弱。 普通钢普通钢 高级优质钢高级优质钢按有害杂质含量分按有害杂质含量分按用途分按用途分 工具工具钢钢 特殊特殊钢钢 结构钢结构钢硫、磷等硫、磷等有害杂质有害杂质工程构工程构件及机件及机械零件械零件刀具、刀具、量具、量具、磨具磨具不腐钢、耐热钢、不腐钢、耐热钢、耐磨钢（合金钢）耐磨钢（合金钢）钢制拖链钢制拖链磨刀磨刀建筑上常用的是普通碳素钢中的低碳钢和普通合金钢中的低合金钢。二二、钢的、钢的化学成分对钢材性能的影

4、响化学成分对钢材性能的影响随含碳量的增加，随含碳量的增加，钢材的强度和钢材的强度和硬度提高，硬度提高，塑性和韧性降低塑性和韧性降低含碳量超过含碳量超过1%1%，强度开始下降强度开始下降含碳量过高会增加钢的含碳量过高会增加钢的冷脆性和时效敏感性，冷脆性和时效敏感性，降低抗大气腐蚀性降低抗大气腐蚀性和可焊性。和可焊性。二二、钢的、钢的化学成分对钢材性能的影响化学成分对钢材性能的影响提高钢材的强度，提高钢材的强度，对钢的塑性和韧性影响不大对钢的塑性和韧性影响不大提高钢材的强度和硬度，提高钢材的强度和硬度，可去硫脱氧，改善钢的热加工性质。可去硫脱氧，改善钢的热加工性质。含量较高将降低含量较高将降低钢的

5、可焊性。钢的可焊性。二二、钢的、钢的化学成分对钢材性能的影响化学成分对钢材性能的影响提高钢的屈服点和提高钢的屈服点和抗拉强度，降低抗拉强度，降低塑性和韧性。塑性和韧性。偏析严重时，焊接时焊缝偏析严重时，焊接时焊缝容易产生冷裂缝，降低可焊性。容易产生冷裂缝，降低可焊性。可提高钢的耐磨性和可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能。耐腐蚀性能。二二、钢的、钢的化学成分对钢材性能的影响化学成分对钢材性能的影响熔点低，钢材在红热状态下熔点低，钢材在红热状态下加工时，加工时，FeS早已熔化，早已熔化，使钢内部产生裂纹。使钢内部产生裂纹。热脆性降低了钢的热脆性降低了钢的热加工性和可焊性。热加工性和可焊性。硫偏析较严重，

6、硫偏析较严重，会降低冲击韧性、会降低冲击韧性、疲劳强度和疲劳强度和抗腐蚀性。抗腐蚀性。高温下产生裂缝的特性称为热脆性高温下产生裂缝的特性称为热脆性第二节建筑钢材的主要技术性能 建筑钢材的技术性能力学性能力学性能化学性能化学性能抗拉性能抗拉性能冲击韧性冲击韧性疲劳强度疲劳强度硬硬 度度冷弯冷弯性能性能焊接性能焊接性能热处理性能热处理性能一、拉伸性能 强度强度拉伸强度拉伸强度压缩强度压缩强度弯曲强度弯曲强度剪切强度剪切强度低碳钢的受拉过程分为四个阶低碳钢的受拉过程分为四个阶段段建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能0LLAF弹性阶段弹性阶段OAOA屈服阶段屈服阶段ABAB强化阶段强化阶段BCBC颈缩

7、阶段颈缩阶段CDCDOABCD低碳钢受拉的应力应变图拉伸试验：以低碳钢为例拉伸试验：以低碳钢为例 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。 弹性弹性变形。变形。弹性模量弹性模量E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。 A点对应的应力。点对应的应力。antE0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图p E1 E2l图形的特点：图形的特点：l 试件的特点试件的特点：l计算的指标：计算的指标：ABCD弹性极限弹性极限一、弹性阶段一、弹性阶段OAOAp l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点：s点

8、对应的应力值下B屈服屈服OAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下s一条波动的曲线，应力增加一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。很小，而应变增加很大。二二、屈服屈服阶段阶段ABAB弹性形变和塑性形变弹性形变和塑性形变上B即使应力不再增加，即使应力不再增加，塑性变形仍明显增长塑性变形仍明显增长-l屈服点（屈服强度）屈服点（屈服强度）0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下sb 一段上升的曲线。一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新抵抗塑性变形的能力又重新提高提高 l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点

9、：抗拉强度抗拉强度bC点对应的应力点对应的应力强化强化三、强化阶段三、强化阶段BC 一段下降的曲线。一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小到断裂。缺陷处，断面急剧缩小到断裂。 伸长率伸长率 l图形的特点：图形的特点：l试件的特点：试件的特点：l计算的指标：计算的指标：AF0LLOApACDBB上上B下下sb%100001LLLL1L0颈缩颈缩四、颈缩阶段四、颈缩阶段CDOAFApACDBB上上B下下sb0LLP弹性极限弹性极限s屈服点（屈服强度）屈服点（屈服强度）b极限强度（抗拉强度）极限强度（抗拉强度）bs屈强比屈强比反应钢材利用率和安全可靠程度

10、反应钢材利用率和安全可靠程度 同样抗拉强度下，屈强比小，说明钢材利用的应力值小，同样抗拉强度下，屈强比小，说明钢材利用的应力值小，钢材在偶然超载时不会破坏，但屈强比过小，钢材利用率低，不经济。钢材在偶然超载时不会破坏，但屈强比过小，钢材利用率低，不经济。伸长率伸长率钢材塑性指标钢材塑性指标%100001LLL断面收缩率断面收缩率%100nOOAAA越大表示塑性越好越大表示塑性越好OA原始截面积原始截面积nA拉断时断口截面积拉断时断口截面积冷弯性能冷弯性能是指是指钢材在钢材在常温下承受弯曲变形的常温下承受弯曲变形的能力。能力。 定义定义（二二） 冷弯性能冷弯性能值越大，钢材的值越大，钢材的冷弯性

11、能冷弯性能越好越好评定钢筋弯曲处拱面及评定钢筋弯曲处拱面及两侧面有无裂纹、起层、两侧面有无裂纹、起层、鳞落和断裂。鳞落和断裂。伸长率伸长率越大，钢材的越大，钢材的冷弯性能冷弯性能越好越好钢材抵抗冲击荷载不被破坏的能力称为钢材抵抗冲击荷载不被破坏的能力称为冲击韧性冲击韧性。 定义定义（三三） 冲击韧性冲击韧性钢材的冲击韧性用标准试件在做冲击试验时，每平方厘米所吸收的冲击断裂功（J/cm2）表示，其符号为k。k值越大，钢材的冲击韧性越好值越大，钢材的冲击韧性越好 影响钢材冲击韧性的因素很多，当钢材内硫、磷的含量高，存在化学偏析，含有非金属夹杂物及焊接形成的微裂缝时，钢材的冲击韧性都会显著降低。 环

12、境温度对钢材的冲击功影响很大。试验证明，冲击韧性随温度的降低而下降，开始时下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的冷脆性。这时的温度称为脆性临界温度，其数值愈低，钢材的低温冲击韧性愈好。所以，在负温下使用的结构，应选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。由于脆性临界温度的测定较复杂，故规范中通常是根据气温条件规定20或40的负温冲击值指标。 在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热区是否产生裂缝及硬脆倾向，焊接后的力学性区是否产生裂缝及硬脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度是否与原钢材相近的性能。能，特别是强度是否与原钢材相近

13、的性能。定义定义（四四） 可焊可焊性性当含碳量超过0.3%、硫和杂质含量高以及合金元素含量高时，钢材的可焊性能降低。第三节第三节 钢材的冷加工及时效钢材的冷加工及时效钢筋的冷加工方式钢筋的冷加工方式冷拉冷拉 冷拔冷拔冷轧冷轧钢筋经冷拉时效后应力钢筋经冷拉时效后应力- -应变图的变化应变图的变化 建筑钢材可分为钢结构用型钢和钢筋混凝土结构用钢。第四节建筑钢材的技术标准及应用 建筑所用钢材主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。一、碳素结构钢一、碳素结构钢牌号组成牌号组成代表屈服代表屈服点的字母点的字母屈服强度屈服强度数值数值质量等级质量等级符号符号脱氧程度脱氧程度符号符号Q195、215、235、

14、275A、B、C、DF:沸腾钢沸腾钢Z:镇静钢镇静钢TZ：特种镇静特种镇静钢钢Q235-A.F表示屈服点为表示屈服点为235MPa的的A级沸腾钢级沸腾钢牌号数值越牌号数值越大，含碳量大，含碳量越高，其强越高，其强度和硬度越度和硬度越高，塑性、高，塑性、韧性降低。韧性降低。二二、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢牌号组成牌号组成屈服点屈服点字母字母Q屈服屈服强度强度数值数值质量质量等级等级ABCDE低合金钢与碳素钢相比，不但具有较高的强度，低合金钢与碳素钢相比，不但具有较高的强度，同时具有良好的塑性、冲击韧性、可焊性及同时具有良好的塑性、冲击韧性、可焊性及耐低温、耐腐蚀性等，尤其适用于大跨度

15、、耐低温、耐腐蚀性等，尤其适用于大跨度、大柱网、承受动荷载和冲击荷载的结构。大柱网、承受动荷载和冲击荷载的结构。一、热轧钢筋一、热轧钢筋 热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 常用建筑钢材常用建筑钢材（一）热轧光圆钢筋 经热轧成型并自然冷却的成品，其横截面为圆形，且表面为光滑的钢筋混凝土配筋用钢材，称为热轧光圆钢筋（HPB）。 热轧直条光圆钢筋级别为级，强度等级为R235 。 热轧光圆钢筋的牌号由HPB和屈服强度特征值表示。热轧光圆钢筋分为HPB235、HPB300两个牌号。H：热轧；P：光圆；B：钢筋。（二）热轧带肋钢筋 经热轧成型并自然冷却的横截面为圆形的，且表面通常带有两条

16、纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的钢筋，称为热轧带肋钢筋。热轧带肋钢筋分为：普通热轧带肋钢筋和细晶粒热轧钢筋。 普通热轧带肋钢筋的牌号由HRB和屈服强度特征值构成。分为HRB335、HRB400、HRB500三个牌号。细晶粒热轧钢筋的牌号用HRBF和屈服强度特征值表示，分为HRBF335、HRBF400、HRBF500.F表示细晶粒。 热轧钢筋的应用热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋；HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢

17、筋强度高，但塑性及焊接性能较差，可用作预应力钢筋。特点特点强度高强度高、塑性好塑性好 提高构件整体质量提高构件整体质量 握裹力强握裹力强节约钢材降低成本节约钢材降低成本二、冷轧带肋钢二、冷轧带肋钢 用低碳钢热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿用低碳钢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二面或三面横肋的钢筋。长度方向均匀分布的二面或三面横肋的钢筋。混凝土抵抗钢混凝土抵抗钢筋滑移能力筋滑移能力冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋三、热处理钢筋三、热处理钢筋将热轧的带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理而成。将热轧的带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理而成。特点：塑性降低不大，强度提高很多。特点：塑性降低不

18、大，强度提高很多。四四、冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝将低碳钢热轧圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝将低碳钢热轧圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝而成。而成。五、预应力混凝土用钢丝和钢绞线（一）预应力混凝土用钢丝预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，专用于预应力混凝土。按加工状态分为：消除应力钢丝和冷拉钢丝按外形分为光圆、螺旋肋和刻痕三种。 光圆钢丝：代号“P”螺旋肋钢丝（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的肋条）：代号“H”刻痕钢丝（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的压痕）：代号“I” 预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、无接头等优点。施工预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、无接头等优点。施工方便，不需冷拉、焊接接头等加工，而且质量稳定、安全可靠。主要方便，不需冷拉、焊接接头等加工，而且质量稳定、安全可靠。主要应用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆、枕轨或曲线应用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆、枕轨或曲线配筋的预应力混凝土构件。刻痕钢丝由于屈服强度高且与混凝土的握裹配筋的预应力混凝土构件。刻痕钢丝由于屈服强度高且与混凝土的握裹力大，主要用于预应力钢筋混凝土结构以减少混凝土裂缝。力大，主要用于预应力钢筋混凝土结构以减少混凝土裂缝。