土木工程材料 8 第七章建筑钢材课件

1、土木工程材料土木工程材料 2011.52011.5课题引入课题引入：通过新型建筑（如图通过新型建筑（如图7-17-1所示）对钢材的应所示）对钢材的应用，引出本章的主要内容用，引出本章的主要内容钢材的冶炼、分类、技术性钢材的冶炼、分类、技术性能、技术标准与应用以及钢材的腐蚀与防锈等内容。能、技术标准与应用以及钢材的腐蚀与防锈等内容。图图7-1 7-1 国家体育馆国家体育馆本章主要内容本章主要内容一、钢材的冶炼与分类一、钢材的冶炼与分类u钢、铁的冶炼与区别钢、铁的冶炼与区别u钢材的分类钢材的分类u二、钢材的技术性能二、钢材的技术性能u力学性能力学性能u工艺性能工艺性能u化学成分对钢材性能的化学成分

2、对钢材性能的影响影响u热处理对钢材性能的影响热处理对钢材性能的影响u钢材冷加工技术及应用钢材冷加工技术及应用三、钢材的技术标准及应用三、钢材的技术标准及应用u碳素结构钢碳素结构钢u优质碳素结构钢优质碳素结构钢u低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢u钢筋和钢丝钢筋和钢丝本章主要内容本章主要内容四、桥梁用钢与钢轨用钢四、桥梁用钢与钢轨用钢u桥梁结构钢桥梁结构钢u钢轨钢钢轨钢五、钢材的腐蚀与防腐措施五、钢材的腐蚀与防腐措施u钢材的腐蚀类型钢材的腐蚀类型u钢材的防护钢材的防护一、钢和铁的冶炼一、钢和铁的冶炼（一）铁的冶炼（一）铁的冶炼定义：铁通称生铁，是由铁矿石、焦炭和助熔剂定义：铁通称生铁，是由铁矿

3、石、焦炭和助熔剂（石灰石）在高炉中经高温冶炼，从铁矿石中还原出（石灰石）在高炉中经高温冶炼，从铁矿石中还原出来的；来的；冶炼步骤：冶炼步骤：第一节第一节 钢材的冶炼与分类钢材的冶炼与分类 冶炼铁矿石铁水矿碴 定义：炼钢就是将生铁通过平炉、转炉进行精炼定义：炼钢就是将生铁通过平炉、转炉进行精炼，使熔融的铁水氧化，将碳的含量降低到规定范，使熔融的铁水氧化，将碳的含量降低到规定范围（小于围（小于2.11%），并清除有害杂质，添加必要的），并清除有害杂质，添加必要的合金元素。合金元素。 冶炼步骤：冶炼步骤： 冶炼方法冶炼方法:氧气转炉法、电炉法和平炉法氧气转炉法、电炉法和平炉法 冶炼铁水、铁块、废钢钢

4、水矿碴二、钢与铁的区别二、钢与铁的区别 钢和铁的主要区别在于含碳量不同钢和铁的主要区别在于含碳量不同铁：生铁的含碳量为铁：生铁的含碳量为2.112.116.696.69，并含杂质，并含杂质较多的铁碳合金。较多的铁碳合金。钢：钢是以铁为主要元素，含碳量为钢：钢是以铁为主要元素，含碳量为0.020.022.112.11，并含少量其他元素的铁碳合金。，并含少量其他元素的铁碳合金。 1碳素钢：主要化学成分是铁，其次是碳，故碳素钢：主要化学成分是铁，其次是碳，故也称碳钢或铁碳合金，其含碳量为也称碳钢或铁碳合金，其含碳量为0.02%2.06%。分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。分为低碳钢、中碳钢、高碳钢 2合金

5、钢：合金钢是在炼钢过程中，为改善钢合金钢：合金钢是在炼钢过程中，为改善钢材的性能，特意加入某些合金元素而制得的一种材的性能，特意加入某些合金元素而制得的一种钢。分为低合金钢、中合金钢、高合金钢钢。分为低合金钢、中合金钢、高合金钢 1普通钢：磷含量普通钢：磷含量0.045%，硫含量，硫含量0.050%； 2优质钢：磷含量优质钢：磷含量0.035%，硫含量，硫含量0.035%； 3高级优质钢：磷含量高级优质钢：磷含量0.025%，硫含量，硫含量0.025%； 4特级优质钢：磷含量特级优质钢：磷含量0.025%，硫含量，硫含量0.015%。（三）按用途分类（三）按用途分类1 1结构钢：主要用于建筑结

6、构，如钢结构用钢、钢筋结构钢：主要用于建筑结构，如钢结构用钢、钢筋混凝土结构用钢等。混凝土结构用钢等。2 2工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具的钢，一工具钢：主要用于各种刀具、量具及模具的钢，一般为高碳钢。般为高碳钢。3 3特殊钢：具有特殊的物理、化学及机械性能的钢。特殊钢：具有特殊的物理、化学及机械性能的钢。4 4专用钢：具有专门用途的钢，如铁道用钢、压力容专用钢：具有专门用途的钢，如铁道用钢、压力容器用钢、建筑装饰用钢等。器用钢、建筑装饰用钢等。 钢材的性能主要包括力学性能钢材的性能主要包括力学性能( (抗拉性能、冲抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度等击韧性、疲劳强度和硬度等) )和工艺

7、性能和工艺性能( (冷弯冷弯性能、焊接性能和热处理性能等性能、焊接性能和热处理性能等) )两个方面。两个方面。一、力学性能一、力学性能（一）拉伸性能（一）拉伸性能实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至被拉断，如图被拉断，如图7-27-2所示所示 。 低碳钢受拉时，低碳钢受拉时，其应力应变关系曲其应力应变关系曲线可分为四个阶段：线可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段，强化阶段和颈缩阶段，见图见图7-37-3。 图图

8、7-27-2钢材的拉伸试件钢材的拉伸试件d0(a)拉伸前L0LA0d1(b)拉伸后L0LA1+L11.1.钢材应力应变关系曲线钢材应力应变关系曲线应 变应力0AECD高低aBCC图图7-3 7-3 低碳钢单轴拉伸应力低碳钢单轴拉伸应力- -应变示意图应变示意图1 1）弹性阶段）弹性阶段OBOB段段 如卸去荷载，试件将恢复原状，不产生残留塑性变形。与如卸去荷载，试件将恢复原状，不产生残留塑性变形。与A A点相对应的应力为比例极限；与点相对应的应力为比例极限；与B B点相对应的最大应力称为弹性点相对应的最大应力称为弹性极限极限 。2 2）屈服阶段）屈服阶段BCBC段段定义：在定义：在BCBC曲线范

9、围内，应力与应变不成比例，不再是弹性变曲线范围内，应力与应变不成比例，不再是弹性变形，而是产生了塑性变形，应变增加的速度大于应力增长速度，形，而是产生了塑性变形，应变增加的速度大于应力增长速度，这一阶段称为屈服阶段。这一阶段称为屈服阶段。 表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动( (即使加大即使加大送油送油) )或来回窄幅摇动。或来回窄幅摇动。3 3）强化阶段）强化阶段CDCD段段 当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结当荷载超过屈服点以后，由于试件内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为构发生变化，抵抗变形能力又重新提高，故称为

10、强化阶段。对应于最高点强化阶段。对应于最高点D D点的应力为抗拉强度点的应力为抗拉强度，又称强度极限，又称强度极限， 用用 表示表示 。4 4）颈缩破坏阶段）颈缩破坏阶段DEDE段段 过过 D D点后，材料变形迅速增大，而应力反而下点后，材料变形迅速增大，而应力反而下降。试件在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产降。试件在拉断前，于薄弱处截面显著缩小，产生生“颈缩现象颈缩现象”，直至断裂，如图，直至断裂，如图7-47-4所示。所示。 b图图7-4 7-4 钢材颈缩拉断示意图钢材颈缩拉断示意图2.2.主要指标主要指标 1 1）弹性模量）弹性模量(E)(E)定义：在弹性阶段的定义：在弹性阶段的OAOA

11、段内，应力与段内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量，应变的比值为一常量，称为弹性模量，用用E E 表示表示 。公式：公式：ta n aE2 2）屈服强度）屈服强度定义：以屈服阶段的最低应力点作定义：以屈服阶段的最低应力点作为材料抗力的指标，称为屈服强度或为材料抗力的指标，称为屈服强度或屈服点，用屈服点，用 表示。表示。 公式：公式：0ssFAss 应用：应用：钢材在结构中的受力不得进入屈服钢材在结构中的受力不得进入屈服阶段，在结构设计中以屈服强度作为钢材阶段，在结构设计中以屈服强度作为钢材设计强度取值的依据，施工选材验收也以设计强度取值的依据，施工选材验收也以屈服强度作为重要的技术指标。

12、屈服强度作为重要的技术指标。 硬钢性质：硬钢性质：中碳钢与高碳钢中碳钢与高碳钢( (硬钢硬钢) )，拉伸，拉伸时的应力应变曲线无明显屈服现象，伸时的应力应变曲线无明显屈服现象，伸长率小，断裂时呈脆性破坏，其应力应长率小，断裂时呈脆性破坏，其应力应变曲线如图变曲线如图7-57-5所示。规范规定以试件在拉所示。规范规定以试件在拉伸过程中产生伸过程中产生0.2%0.2%塑性变形时的应力作为塑性变形时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度00.2b图图7-5 7-5 硬钢的应力硬钢的应力- -应变曲线应变曲线3 3）抗拉强度）抗拉强度 定义：称强度极限定义：称强

13、度极限D D点对应的应力点对应的应力为抗拉强度为抗拉强度公式：公式：b0bbFA4 4）屈强比）屈强比 定义：钢材的屈服强度与抗拉强定义：钢材的屈服强度与抗拉强度之比称为屈强比度之比称为屈强比公式：公式：=sb屈 强 比5）伸长率）伸长率定义：试件拉断后有效长度的伸长量与原有效长定义：试件拉断后有效长度的伸长量与原有效长度的比率。度的比率。 公式：公式：6 6）断面收缩率）断面收缩率定义：试件断口处断面面积的收索量与原断面面定义：试件断口处断面面积的收索量与原断面面积的比率。积的比率。 公式：公式：n100100%nLLL010100%AAA（二）冲击韧性（二）冲击韧性表示方法：以摆锤冲断表示

14、方法：以摆锤冲断V V形缺口试件时，单位面积形缺口试件时，单位面积所消耗的功来表示，如图所消耗的功来表示，如图7-67-6所示。所示。公式：公式：()kkAmg HhaAA摆锤试验台试件刻度盘和指针试验台图图7-6 7-6 钢材冲击韧性试验示意图及试验机样图钢材冲击韧性试验示意图及试验机样图影响钢材冲击韧性的主要影响钢材冲击韧性的主要因素因素：化学成分、冶炼质量、：化学成分、冶炼质量、冷作硬化及时效、环境温度冷作硬化及时效、环境温度等。温度对冲击韧性有重大等。温度对冲击韧性有重大影响，如图影响，如图7-77-7。当温度降。当温度降低到一定程度时，冲击韧性低到一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢

15、材呈脆性，大幅度下降而使钢材呈脆性，这一现象称为冷脆性，这一这一现象称为冷脆性，这一温度范围称为脆性转变温度。温度范围称为脆性转变温度。试 验 温 度 ， C冲击韧性,J/cm- 2 0 0 2 0 4 04080120脆 性 破 坏20- 4 0- 6 0- 8 0- 1 0 0- 1 2 0160转 变 温 度塑 性 破 坏0图图7-7 7-7 温度对低合金钢温度对低合金钢 冲击韧性的影响冲击韧性的影响 （三）硬度（三）硬度 钢材的硬度是指钢材抵钢材的硬度是指钢材抵抗硬物压入表面的能力。抗硬物压入表面的能力。 1.1.布氏硬度（布氏硬度（HBHB） 试验方法：布氏法是用试验方法：布氏法是用

16、一定的压力把淬火钢球压一定的压力把淬火钢球压入钢材表面（如图入钢材表面（如图7-87-8），将压力除以压痕面积即，将压力除以压痕面积即得到布氏硬度值，用符号得到布氏硬度值，用符号HBHB表示。表示。HBHB越大表示钢材越大表示钢材越硬。越硬。F图图7-8 7-8 布氏硬度试验示意图布氏硬度试验示意图2.2.洛氏硬度（洛氏硬度（HRHR） 试验方法：在洛氏硬度试验机上，用试验方法：在洛氏硬度试验机上，用12001200的金的金刚石圆锥压头或淬火钢球对钢材进行压陷，通过刚石圆锥压头或淬火钢球对钢材进行压陷，通过测量压痕深度来计算硬度值，用测量压痕深度来计算硬度值，用HRHR表示。表示。6 8 6

17、8 F3.3.维氏硬度（维氏硬度（HVHV） 试验方法：在维氏硬度试验试验方法：在维氏硬度试验机上，用机上，用13601360的金刚石棱锥压头的金刚石棱锥压头对钢材进行压陷，如图对钢材进行压陷，如图7-97-9所示，所示，以单位凹陷面积上所承受的压力以单位凹陷面积上所承受的压力表示的硬度作为维氏硬度，用表示的硬度作为维氏硬度，用HVHV表示。表示。图图7-9 7-9 维氏硬度试验示意图维氏硬度试验示意图（四）疲劳强度（四）疲劳强度 钢材在交变荷载的反复作钢材在交变荷载的反复作用下，往往在应力远小于其抗用下，往往在应力远小于其抗拉强度甚至小于屈服强度的情拉强度甚至小于屈服强度的情况下就突然发生断

18、裂，这种现况下就突然发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。在一象称为钢材的疲劳破坏。在一定条件下，钢材疲劳破坏的应定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而力值随应力循环次数的增加而降低，如图降低，如图7-107-10所示。所示。l g n ( n 应 力 循 环 次 数 ）应力,%024681 01 21 41 6201 8406080 100 120疲 劳 极 限静 力 抗 拉 强 度图图7-10 7-10 钢材疲劳强度钢材疲劳强度 示意图示意图二、工艺性能二、工艺性能（一）冷弯性能（一）冷弯性能定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形而不断裂的定义：冷弯性能是指钢材在常温下承

19、受弯曲变形而不断裂的能力。能力。试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷弯合格。如图弯合格。如图7-117-11和图和图7-127-12所示：所示：(a)弯曲准备(b)弯曲至a角度a(c)弯心d,弯曲180dd0(d)弯心0,弯曲18002a a）弯曲准备）弯曲准备 b b）弯曲至）弯曲至a a角度角度 c c）弯心）弯心d d，弯曲，弯曲1801800 0 d d）弯心）弯心0 0，弯曲，弯曲1801800 0 图图7-1

20、1 7-11 钢材的冷弯试验示意图钢材的冷弯试验示意图d1 8 00d = 3 1 8 00d = 2 1 8 00d = 1 8 00d = 0dd 图图7-12 7-12 钢材钢材按规定弯心直按规定弯心直径冷弯大样图径冷弯大样图（二）焊接性能（二）焊接性能可焊性定义：指钢材在焊接后，所焊部位连接的牢固程度和硬可焊性定义：指钢材在焊接后，所焊部位连接的牢固程度和硬脆倾向大小的性能。脆倾向大小的性能。影响因素：化学成分、冶炼质量、冷加工、焊接工艺及焊条材影响因素：化学成分、冶炼质量、冷加工、焊接工艺及焊条材料等。料等。注意事项：冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行；焊接部位应注意事项：冷拉钢筋的焊接

21、应在冷拉之前进行；焊接部位应清除铁锈、熔渣、油污等；应尽量避免不同国家的进口钢筋之间清除铁锈、熔渣、油污等；应尽量避免不同国家的进口钢筋之间的焊接或进口钢筋与国产钢筋之间的焊接。的焊接或进口钢筋与国产钢筋之间的焊接。二、化学成分对钢材性能的影响二、化学成分对钢材性能的影响 钢中除含有主体元素铁和碳之外，还含有锰、硅、钒、钢中除含有主体元素铁和碳之外，还含有锰、硅、钒、钛等有益元素及硫、磷、氮、氧、氢等有害元素，这些元素钛等有益元素及硫、磷、氮、氧、氢等有害元素，这些元素对钢材的性能都有不同程度的影响。对钢材的性能都有不同程度的影响。（一）碳（一）碳（C C） 随着含碳量的增加，钢材的强度随着含

22、碳量的增加，钢材的强度增加（含碳量大于增加（含碳量大于1%1%则相反），硬度则相反），硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆性增大，提高，塑性、韧性下降，冷脆性增大，可焊性变差，抵抗大气腐蚀的性能也可焊性变差，抵抗大气腐蚀的性能也下降，如图下降，如图7-13, 7-13, 图图7-147-14所示。所示。0应 变应力0 . 7 0 % C0 . 5 5 % C0 . 2 3 % C0 . 1 1 % C图图7-13 7-13 不同含碳量时钢材拉伸不同含碳量时钢材拉伸1.1.硅（硅（SiSi） 当含硅当含硅1%1%以内时，能显著提高钢材的强度，而对塑性、韧性以内时，能显著提高钢材的强度，而对塑性、韧性没

23、有显著影响。没有显著影响。 A A） B B） 图图7-147-14含碳量对碳素钢力学性能的影响含碳量对碳素钢力学性能的影响 含 碳 量 ， %抗拉强度，MPa0.20.4200 400600 800 1000 120000.60.81.01.24080120 160 200240冲击韧性，J/cm冲 击 韧 性抗 拉 强 度硬 度图 （ a)2含 碳 量 ， %0.20.450100150 200 250 30000.60.81.01.2102030405060图 （ b)硬度伸 长 率伸长率、断面收缩率，%0000断 面 收 缩 率2.2.锰（锰（MnMn） 当锰的含量在当锰的含量在0.8

24、%0.8%1%1%时，可显著提高钢材的强度和硬度，而时，可显著提高钢材的强度和硬度，而对塑性、韧性没有显著影响。对塑性、韧性没有显著影响。3.3.钒（钒（V V）、钛）、钛(Ti)(Ti)、铌、铌(Nb)(Nb) 加入适量的钒、钛或铌，能够改善钢的组织结构，细化晶粒，加入适量的钒、钛或铌，能够改善钢的组织结构，细化晶粒，提高钢材的强度和硬度，改善塑性和韧性。提高钢材的强度和硬度，改善塑性和韧性。1.1.硫硫(S)(S) 硫与铁化合形成低熔点的夹杂物硫化亚铁（硫与铁化合形成低熔点的夹杂物硫化亚铁（FeSFeS），钢材在进），钢材在进行热轧加工或焊接加工时硫化亚铁熔化，致使钢内晶粒脱开，形行热轧加

25、工或焊接加工时硫化亚铁熔化，致使钢内晶粒脱开，形成细微裂缝，钢材受力后发生脆性断裂，这种现象称为热脆性。成细微裂缝，钢材受力后发生脆性断裂，这种现象称为热脆性。（三）有害杂质（三）有害杂质2.2.磷磷(P)(P) 磷显著地提高了钢材的脆性转变温度，增加钢材的冷脆性，磷显著地提高了钢材的脆性转变温度，增加钢材的冷脆性，降低钢材的塑性、韧性、冷弯性和可焊性。降低钢材的塑性、韧性、冷弯性和可焊性。3.3.氮氮(N)(N) 氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。4.4.氧氧(O)(O) 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氧有促进时

26、效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。焊性变差。四、热处理对钢材性能的影响四、热处理对钢材性能的影响定义：热处理是将钢材在固态范围内进行加热、保定义：热处理是将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和显微结构组织，温和冷却，从而改变其金相组织和显微结构组织，获得需要性能的一种综合工艺。获得需要性能的一种综合工艺。处理方式：退火、正火、淬火、回火、调质处理。处理方式：退火、正火、淬火、回火、调质处理。如图如图7-157-15。（一）退火（一）退火定义：将钢材加热到一定的温度，并保持一定的时间后，随定义：将钢材加热到一定的温度，并保持一定的时间后，随炉缓慢冷却的热处

27、理工艺。炉缓慢冷却的热处理工艺。作用：降低钢材的硬度，提高钢材的塑性和韧性，并能消除作用：降低钢材的硬度，提高钢材的塑性和韧性，并能消除冷加工、热加工或热处理所形成的内应力。冷加工、热加工或热处理所形成的内应力。图图7-15 7-15 钢材热处理工艺示意图钢材热处理工艺示意图0时 间温度回 火淬 火正 火退 火保 温保 温（二）正火（二）正火定义：正火是退火的一种特例，正定义：正火是退火的一种特例，正火在空气中冷却。火在空气中冷却。作用：提高钢材的塑性和韧性，消作用：提高钢材的塑性和韧性，消除钢材在热轧过程中造成的组织不均除钢材在热轧过程中造成的组织不均匀和内应力。匀和内应力。（三）淬火（三）

28、淬火定义：将钢材加热到相变临界点以上，保温后放入水、油或其定义：将钢材加热到相变临界点以上，保温后放入水、油或其他介质中快速冷却。他介质中快速冷却。作用：显著提高钢材的硬度和耐磨性。作用：显著提高钢材的硬度和耐磨性。（四）回火（四）回火定义：将钢材加热到相变温度以下，保温后在空气中冷却的处定义：将钢材加热到相变温度以下，保温后在空气中冷却的处理工艺。理工艺。作用：消除钢材的内应力，降低其硬度和脆性。作用：消除钢材的内应力，降低其硬度和脆性。（五）调质处理（五）调质处理定义：淬火高温回火定义：淬火高温回火作用：使钢材具有很高的强度，又具有一定的塑性和韧性。作用：使钢材具有很高的强度，又具有一定的

29、塑性和韧性。（一）概念（一）概念 定义：将钢材在常温下进行强力的拉或压，使之超过屈服，定义：将钢材在常温下进行强力的拉或压，使之超过屈服，产生一定的塑性变形，以达到提高其机械强度和钢材利用率（同产生一定的塑性变形，以达到提高其机械强度和钢材利用率（同时降低塑性和韧性）的加工方法，称为钢材的冷加工；包括冷加时降低塑性和韧性）的加工方法，称为钢材的冷加工；包括冷加工强化和冷加工时效。工强化和冷加工时效。五、钢材冷加工技术及应用五、钢材冷加工技术及应用1 1冷加工强化冷加工强化 定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，会发定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若立即再拉伸，会发现屈服点明显提高，而塑性、

30、韧性和弹性模量明显降低，这现屈服点明显提高，而塑性、韧性和弹性模量明显降低，这种现象称为冷加工强化；种现象称为冷加工强化； 如图如图7-167-16曲线曲线 对应的应力应变关系曲线所对应的应力应变关系曲线所示。示。O BCD应 变应力0ADCBD C B 0 O A C D - 冷 拉 前 关 系 曲 线O B C D - 冷 拉 后 关 系 曲 线O B C D - 冷 拉 及 时 效 后 关 系 曲 线图图7-16 7-16 钢材冷拉时效强化示意图钢材冷拉时效强化示意图2 2冷加工时效冷加工时效 定义：钢材经冷加定义：钢材经冷加工（冷拉）后，若放置工（冷拉）后，若放置一段时间，会发现屈服一

31、段时间，会发现屈服强度进一步提高、极限强度进一步提高、极限抗拉强度也提高，塑性抗拉强度也提高，塑性和韧性进一步降低、弹和韧性进一步降低、弹性模量得到一定恢复的性模量得到一定恢复的现象称为冷加工时效；现象称为冷加工时效； 如图如图7-16 7-16 曲线对应的应力应变曲线对应的应力应变关系曲线所示。关系曲线所示。O BCD（二）应用（二）应用 常利用冷加工、时效作用来提高其强度，增加钢常利用冷加工、时效作用来提高其强度，增加钢材的品种规格，节约钢材。常见的冷加工方式有冷拉、材的品种规格，节约钢材。常见的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷轧等。冷拔、冷轧等。1.1.冷拉冷拉定义：将钢筋用拉伸设备在常温下拉

32、长至超过屈服定义：将钢筋用拉伸设备在常温下拉长至超过屈服点某处，使之产生一定的塑性变形，然后缓慢卸去荷点某处，使之产生一定的塑性变形，然后缓慢卸去荷载的加工方式。载的加工方式。作用：通过冷拉，能使钢筋的强度提高，长度增加，作用：通过冷拉，能使钢筋的强度提高，长度增加，从而达到矫直、除锈、节约钢材的目的。从而达到矫直、除锈、节约钢材的目的。2.2.冷拔冷拔定义：在常温下将钢筋通过硬质合金拔定义：在常温下将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，如图丝模孔强行拉拔，如图7-177-17所示。所示。作用：提高钢材的屈服强度。作用：提高钢材的屈服强度。拔模钢 筋 图图7-17 7-17 冷拔加工示意图冷拔加

33、工示意图3.3.冷轧冷轧工艺：将圆钢在轧钢机上轧成刻痕。工艺：将圆钢在轧钢机上轧成刻痕。作用：增大钢筋与混凝土间的黏结力。作用：增大钢筋与混凝土间的黏结力。第三节钢材的技术标准及应用第三节钢材的技术标准及应用 目前，我国用于建筑工程和铁道工程的建筑钢材主要有碳目前，我国用于建筑工程和铁道工程的建筑钢材主要有碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢三大类素结构钢、优质碳素结构钢和低合金结构钢三大类一、碳素结构钢一、碳素结构钢 碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、棒材等。棒材等。（一）碳素结构钢的牌号（一）碳素结构钢的牌号表示方法：碳

34、素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母表示方法：碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q Q、屈服、屈服强度特征值、质量等级符号强度特征值、质量等级符号(A(A、B B、C C、D)D)、脱氧程度符号、脱氧程度符号(F(F、b b、Z Z、TZ)TZ)四个部分按顺序组成。四个部分按顺序组成。示例：示例： Q235-AQ235-AF F，表示此碳素结构钢是屈服强度为，表示此碳素结构钢是屈服强度为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢；级沸腾钢；Q235-CQ235-C，表示此碳素结构钢是屈服强度，表示此碳素结构钢是屈服强度为为235MPa235MPa的的C C级镇静钢。级镇静钢。（二）碳素结构钢的

35、技术标准（二）碳素结构钢的技术标准 各牌号的碳素结构钢均应符合各牌号的碳素结构钢均应符合碳素结构钢碳素结构钢(GB/T 700(GB/T 7002006)2006)的规定，其力学性能见表的规定，其力学性能见表7-27-2，冷弯性能见表，冷弯性能见表7-37-3。（表见教材）（表见教材）（三）碳素结构钢的应用（三）碳素结构钢的应用 Q195Q195和和Q215Q215钢的强度低，塑性、韧性很好，易于冷加工，钢的强度低，塑性、韧性很好，易于冷加工，可制作冷拔低碳钢丝、铁钉、铆钉、螺栓。可制作冷拔低碳钢丝、铁钉、铆钉、螺栓。 Q235Q235具有较高的强度和良好的塑性、韧性、可焊性和冷加具有较高的强

36、度和良好的塑性、韧性、可焊性和冷加工性能，能较好地满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要工性能，能较好地满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。求。 Q275Q275强度虽高，但塑性、韧性和可焊性较差，加工难度增强度虽高，但塑性、韧性和可焊性较差，加工难度增大，可用于结构中的配件、螺栓配件、预应力锚具等。大，可用于结构中的配件、螺栓配件、预应力锚具等。二、优质碳素结构钢二、优质碳素结构钢 碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、碳素结构钢指一般结构钢和工程用热轧板、管、带、型、棒材等。棒材等。（一）优质碳素结构钢的牌号（一）优质碳素结构钢的牌号表示方法：优质碳素结构钢的牌号是由两位

37、数字和字母两表示方法：优质碳素结构钢的牌号是由两位数字和字母两部分组成。两位数字表示平均碳含量的万分数；字母分别部分组成。两位数字表示平均碳含量的万分数；字母分别表示锰含量、冶金质量等级、脱氧程度。表示锰含量、冶金质量等级、脱氧程度。示例：示例：15F15F号钢表示平均碳含量为号钢表示平均碳含量为0.15%0.15%、普通锰含量的优、普通锰含量的优质沸腾钢；质沸腾钢；45Mn45Mn号钢表示平均碳含量为号钢表示平均碳含量为0.45%0.45%、较高锰含量、较高锰含量的优质镇静钢。的优质镇静钢。（二）优质碳素结构钢的技术标准（二）优质碳素结构钢的技术标准 优质碳素结构钢的技术性能应符合优质碳素结

38、构钢的技术性能应符合(GB/T 699-1999)(GB/T 699-1999)的的规定。规定。 （表见教材）（表见教材）（三）优质碳素结构钢的应用（三）优质碳素结构钢的应用 优质碳素结构钢在工程中适用于高强度、高硬度、优质碳素结构钢在工程中适用于高强度、高硬度、受强烈冲击荷载作用的部位和作冷拔坯料等。受强烈冲击荷载作用的部位和作冷拔坯料等。三、低合金高强度结构钢三、低合金高强度结构钢 低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入总低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入总量不超过钢质量量不超过钢质量5%5%的锰的锰(Mn)(Mn)、硅、硅(Si)(Si)、钒、钒(V)(V)、钛、钛(Ti)(Ti

39、)、铌铌(Nb)(Nb)、铬、铬(Cr)(Cr)、镍、镍(Ni)(Ni)、铜、铜(Cu)(Cu)等合金元素或稀土等合金元素或稀土元素元素(RE)(RE)而成的。加入合金元素后，可使其强度、塑而成的。加入合金元素后，可使其强度、塑性、耐腐蚀性、耐磨性、低温冲击韧性等性能得到显性、耐腐蚀性、耐磨性、低温冲击韧性等性能得到显著提高和改善。著提高和改善。（一）低合金高强度结构钢的牌号（一）低合金高强度结构钢的牌号表示方法：由代表屈服点的字母表示方法：由代表屈服点的字母(Q)(Q)、屈服点的数值、屈服点的数值(MPa)(MPa)和质和质量等级量等级(A(A、B B、C C、D D、E)E)符号三部分组成

40、。符号三部分组成。示例：示例：Q345CQ345C表示屈服点为表示屈服点为345Mpa,345Mpa,质量等级为质量等级为C C级的低合金高强级的低合金高强度结构钢。度结构钢。（二）低合金高强度结构钢的技术标准（二）低合金高强度结构钢的技术标准 各牌号的低合金高强度结构钢的技术标准，见表各牌号的低合金高强度结构钢的技术标准，见表7-57-5、7-67-6、7-77-7。 （表见教材）（表见教材）（三）低合金高强度结构钢的应用（三）低合金高强度结构钢的应用 低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构

41、中，特别适用于各种重钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及大柱网结构等。型结构、高层结构、大跨度结构及大柱网结构等。四、钢筋和钢丝四、钢筋和钢丝 钢筋的主要品种有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带钢筋的主要品种有热轧钢筋、冷拉钢筋、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋等。钢丝的主要品种有冷拔低碳肋钢筋、热处理钢筋等。钢丝的主要品种有冷拔低碳钢丝、预应力混凝土用钢丝、钢绞线等。钢丝、预应力混凝土用钢丝、钢绞线等。（一）热轧钢筋（一）热轧钢筋 根据钢筋的表面特征将热轧钢筋分为光圆钢筋和根据钢筋的表面特征将热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。带肋钢筋。1.1.钢筋混凝土用热轧

42、光圆钢筋钢筋混凝土用热轧光圆钢筋牌号：牌号： HPB235HPB235、HPB300HPB300两个牌号两个牌号符号意义：符号意义： H H、P P、B B分别为热轧分别为热轧( Hot rolled)( Hot rolled)、光、光圆圆(Plain)(Plain)、钢筋、钢筋(Bars)3(Bars)3个词的英文首位字母，后面个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的屈服强度特征值。的数值代表钢筋的屈服强度特征值。2.2.热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 带肋钢筋分为月牙肋钢筋和带肋钢筋分为月牙肋钢筋和等高肋钢筋，见图等高肋钢筋，见图7-187-18。b)等 高 肋 钢 筋a)月 牙 肋 钢 筋图图

43、7-18 7-18 带肋钢筋带肋钢筋牌号：热轧带肋钢筋分为牌号：热轧带肋钢筋分为HRB335HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500、HRBF335HRBF335、HRBF400HRBF400、HRBF500HRBF500六个牌号六个牌号. .符号意义：符号意义：H H表示热轧表示热轧(hot rolled)(hot rolled)，R R表示带肋表示带肋(ribbed)(ribbed)，B B表示钢筋表示钢筋(bars)(bars)，F F表示细（表示细（FineFine）4 4个词个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的屈服强度特的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的

44、屈服强度特征值。征值。3.3.热轧钢筋的选用热轧钢筋的选用 光圆钢筋：广泛用作普通钢筋混凝土结构；光圆钢筋：广泛用作普通钢筋混凝土结构；HRB335HRB335和和HRB400HRB400带肋钢筋：广泛用作大、中型钢筋混带肋钢筋：广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；凝土结构的受力钢筋；HRB500HRB500带肋钢筋：强度高，但塑性和焊接性较差，适带肋钢筋：强度高，但塑性和焊接性较差，适宜用作预应力钢筋。宜用作预应力钢筋。（二）冷轧带肋钢筋（二）冷轧带肋钢筋工艺：冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧工艺：冷轧带肋钢筋是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后

45、，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，见图三面横肋的钢筋，见图7-197-19。牌号：牌号：CRB550CRB550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970四个牌号。四个牌号。符号意义：符号意义：C C、R R、B B分别为冷轧分别为冷轧(Cold rolled)(Cold rolled)、带、带肋肋(Ribbed)(Ribbed)、钢筋、钢筋(Bar)(Bar)三个词的英文首位字母，三个词的英文首位字母，后面的数值代表钢筋的抗拉强度最小值。后面的数值代表钢筋的抗拉强度最小值。(a)二面肋(b)三面肋（三）预应力混凝土用热处理（三）预应力

46、混凝土用热处理钢筋钢筋工艺：预应力混凝土用热处理钢筋工艺：预应力混凝土用热处理钢筋是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳低合金钢筋）经淬火和回火等调质处低合金钢筋）经淬火和回火等调质处理制成的螺纹钢筋。理制成的螺纹钢筋。用途：主要用于预应力混凝土桥梁用途：主要用于预应力混凝土桥梁轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊车梁等。车梁等。（四）预应力混凝土用钢丝（四）预应力混凝土用钢丝工艺：预应力混凝土用钢丝是用优质工艺：预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经冷拉或消除应力碳素结构钢盘条，经冷拉或消除应力等处理后制成的高强度钢丝。等处理后制成

47、的高强度钢丝。a a）二面肋）二面肋 b b）三面肋）三面肋c c）冷轧带肋钢筋实物图）冷轧带肋钢筋实物图 图图7-19 7-19 冷轧带肋钢筋横截面上冷轧带肋钢筋横截面上月牙肋分布情况月牙肋分布情况分类：分类：用途：主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车用途：主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。梁、桥梁、轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。PHI冷拉钢丝(代号WCD)按加工状态分低松弛钢丝(代号WLR)消除应力钢丝普通松弛钢丝(代号WNR)预应力混凝土用钢丝分类光圆钢丝（代号 ）按外形分 螺旋肋钢丝（代号 ）刻痕钢丝（代号 ）（五）预应力混凝土用钢

48、绞线（五）预应力混凝土用钢绞线工艺：以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除内工艺：以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除内应力的热处理而制成。应力的热处理而制成。分类分类 ：按结构分为五类，其代号为：按结构分为五类，其代号为：1 12 2（用两根（用两根钢丝捻制）、钢丝捻制）、1 13 3（用三根钢丝捻制）、（用三根钢丝捻制）、1 13I3I（用三（用三根刻痕钢丝捻制）、根刻痕钢丝捻制）、1 17 7（用七根钢丝捻制的标准（用七根钢丝捻制的标准型）、型）、(1(17)C7)C（用七根钢丝捻制又经模拔），如图（用七根钢丝捻制又经模拔），如图7-7-2020所示。所示。标示：产品标记是由预应力钢绞线、

49、结构代号、公标示：产品标记是由预应力钢绞线、结构代号、公称直径、抗拉强度级别、标准号五部分组成。称直径、抗拉强度级别、标准号五部分组成。示例：预应力钢绞线示例：预应力钢绞线1 17-15.20-1860-GB/T 5224-7-15.20-1860-GB/T 5224-20032003，表示预应力钢绞线是用七根钢丝捻制的标准型，表示预应力钢绞线是用七根钢丝捻制的标准型钢绞线，其公称直径为钢绞线，其公称直径为15.20mm15.20mm，抗拉强度为，抗拉强度为1860MPa1860MPa，执行标准为执行标准为GB/T 5224-2003GB/T 5224-2003。a a）1 17 7钢绞线及截

50、面示意图钢绞线及截面示意图 b b）钢绞线实物图）钢绞线实物图 图图7-20 7-20 钢绞线示意图钢绞线示意图【案例案例7-17-1】钢绞线用于预应力钢筋混凝土梁和桥梁斜钢绞线用于预应力钢筋混凝土梁和桥梁斜拉索，如图拉索，如图7-217-21所示。所示。图图7-21 7-21 钢绞线的工程应用实例钢绞线的工程应用实例第四节第四节 桥梁用钢与钢轨用钢桥梁用钢与钢轨用钢 一、桥梁结构钢一、桥梁结构钢（一）桥梁结构钢的牌号（一）桥梁结构钢的牌号牌号意义：由代表屈服点的字母牌号意义：由代表屈服点的字母“Q Q”、屈服点数值、屈服点数值、桥梁钢的汉语拼音字母桥梁钢的汉语拼音字母“q q”、质量等级符号

51、、质量等级符号4 4部分组部分组成。成。 示例：例如：示例：例如：Q345qCQ345qC代表屈服点为代表屈服点为345MPa345MPa、质量等级、质量等级为为C C级的桥梁钢。级的桥梁钢。（二）桥梁结构钢的类型和规格（二）桥梁结构钢的类型和规格1.1.钢板钢板表示方法：用符号表示方法：用符号“”表示。表示。示例：例如示例：例如200200121210001000表示板宽表示板宽200mm200mm，厚度，厚度12mm12mm，长度，长度1000mm1000mm。2.2.型钢型钢类型：常用的型钢有工字钢、类型：常用的型钢有工字钢、H H型钢、型钢、T T型钢、槽钢、型钢、槽钢、等边角钢、不等

52、边角钢等，如图等边角钢、不等边角钢等，如图7-227-22。表示方法：表示方法： 100 100 12 GB/T 714-2008Q235-C GB/T 700-2006型钢规格 型钢标准号型钢名称例如：热轧等边角钢原材牌号 原材标准号（a） 工 字 钢高度腿 宽腰 厚腰 厚腹 板 厚高度高度腿 宽翼 缘 宽边 宽短 边 宽边宽长边宽（b） 槽 钢（c）H型 钢（d） 等 边 角 钢（e） 不 等 边 角 钢翼缘厚厚度厚度a a）工字钢）工字钢 b b）槽钢）槽钢 c c）H H型钢型钢 d d）等边角钢）等边角钢 e e）不等边角钢）不等边角钢 图图7-22 7-22 型钢断面示意图型钢断面

53、示意图1 1）工字钢）工字钢规格：以规格：以“腰高腰高腿宽腿宽腰厚腰厚”（mmmm）表示，或用）表示，或用“腰高腰高”（cmcm）表示。）表示。3 3）槽钢）槽钢规格：规格以规格：规格以“腰高腰高腿宽腿宽腰厚腰厚”（mmmm）或）或“腰高腰高”（cmcm）表示。表示。2 2）H H型钢和型钢和T T型钢型钢分类：分类：H H型钢分为宽翼缘（型钢分为宽翼缘（HWHW）、中翼缘（）、中翼缘（HMHM）、窄）、窄翼缘翼缘H H型钢（型钢（HNHN）、薄壁）、薄壁H H型钢（型钢（HTHT）四种。）四种。 规格：用规格：用“代号代号 腹板高腹板高翼板宽翼板宽腹板厚腹板厚翼板厚翼板厚”（mmmm）表示，

54、或用）表示，或用“代号代号 腹板高腹板高翼板宽翼板宽”表示表示 。示例：例如：示例：例如：HM150HM150100100表示中翼缘表示中翼缘H H型钢的腹板高型钢的腹板高为为150mm150mm，翼板宽度为，翼板宽度为100mm100mm。T T型钢：由型钢：由H H型钢剖分而成，分为宽翼缘（型钢剖分而成，分为宽翼缘（TWTW）、中翼）、中翼缘（缘（TMTM）和窄翼缘（）和窄翼缘（TNTN）型三种。）型三种。 4 4）角钢）角钢规格：等边角钢的两个边宽相等，规格用规格：等边角钢的两个边宽相等，规格用 “边宽边宽厚度厚度”（mmmm）或）或“边宽边宽”（cmcm）表示）表示 。 不等边角钢的两

55、个边宽不相等，规格用不等边角钢的两个边宽不相等，规格用“长边宽长边宽短边宽短边宽厚度厚度”（mmmm）或）或“长边宽长边宽/ /短边宽短边宽”（cmcm）表示）表示 示例：示例：1001001212表示边宽表示边宽100mm100mm、厚度、厚度12mm12mm的等边角钢。的等边角钢。 L100 L10080801010表示长边宽表示长边宽100mm100mm、短边宽为、短边宽为80mm80mm、厚、厚度度10mm10mm的不等边角钢。的不等边角钢。 （三）桥梁结构钢的特点及应用（三）桥梁结构钢的特点及应用 Q235qQ235q钢：是优质碳素结构钢，可焊性好，是专用于焊接桥梁钢：是优质碳素结构

56、钢，可焊性好，是专用于焊接桥梁的钢。的钢。Q345qQ345q和和Q370qQ370q钢：具有良好的综合机械性能，不仅强度较高，钢：具有良好的综合机械性能，不仅强度较高，而且塑性、韧性、可焊性等都较好，是建造钢梁主体结构的基而且塑性、韧性、可焊性等都较好，是建造钢梁主体结构的基本钢材。本钢材。Q420qQ420q钢钢: :强度、塑性、韧性和可焊性均很好，并具有较小的强度、塑性、韧性和可焊性均很好，并具有较小的冷脆性和时效敏感性。冷脆性和时效敏感性。【案例案例7-27-2】: :南京长江大桥主要是使用南京长江大桥主要是使用Q345qQ345q钢建造的；钢建造的；芜湖长江大桥钢梁是使用芜湖长江大桥钢梁是使用Q370qQ370q钢建造的；钢建造的；Q420qQ420q钢用于九江钢用于九江长江大桥桥梁结构中。长江大桥桥梁结构中。二、钢轨钢二、钢轨钢（一）钢轨的基本要求（一）钢轨的基本要求1.1.足够的强度和耐磨性。足够的强度和耐磨性。2.2.较高的抗疲劳强度和冲击韧性较高的抗疲劳强度和冲击韧性3.3.一定的弹性一定的弹性4.4.良好的可焊性良好的可焊性5.5.光滑的顶面光滑的顶面6.6.高速铁路钢轨的高平直度高速铁路钢轨的高平直度（二）钢轨长度及允许偏差（二）钢轨长度及允许偏差类型：我国主要有类型：我国主要有38kg/m 38kg/m 、43kg