第六章建筑钢材

1、中国国家馆的建筑面积为中国国家馆的建筑面积为105879105879平方米，其结构体系为钢平方米，其结构体系为钢框架剪力墙结构框架剪力墙结构体系，所用钢材达体系，所用钢材达2.32.3万万 吨，钢材以吨，钢材以Q345BQ345B和和Q345GJCQ345GJC为主，均属低合金高强钢为主，均属低合金高强钢 建筑钢材是建筑工程中所用各种钢材的建筑钢材是建筑工程中所用各种钢材的总称。钢材具有总称。钢材具有强度高强度高，有一定的，有一定的塑性塑性和和韧韧性性，能承受冲击和振动荷载，可以焊接或铆，能承受冲击和振动荷载，可以焊接或铆接，便于装配等优点；其接，便于装配等优点；其缺点缺点主要是易锈蚀，主要是

2、易锈蚀，维护费用大，耐火性差，生产能耗大。在建维护费用大，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，是建筑筑工程中钢材被大量用作结构材料，是建筑工程中重要材料之一。工程中重要材料之一。第第6 6章章 建筑钢材建筑钢材6.1 钢的基本知识钢的基本知识中合金钢中合金钢低合金钢低合金钢中碳钢中碳钢高合金钢高合金钢合金钢合金钢碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢高碳钢高碳钢按化学成分分按化学成分分C%0.25%0.25%C%0.6%C%0.6%合金元素总含量合金元素总含量5%合金元素总含量合金元素总含量5%10%合金元素总含量合金元素总含量10%按有害杂质含量分按有害杂质含量分高级优质钢高级优质钢

3、优质钢优质钢普通钢普通钢特级优质钢特级优质钢S%0.050%、P%0.045%S%0.035%、P%0.035%S%0.025%、P%0.025%S%0.015%、P%0.025%按脱氧程度分按脱氧程度分镇静钢镇静钢 Z半镇静钢半镇静钢 b沸腾钢沸腾钢 F特殊镇静钢特殊镇静钢 TZ含氧量高，冲击韧性含氧量高，冲击韧性和可焊性差和可焊性差介于沸腾钢和镇静钢之间介于沸腾钢和镇静钢之间脱氧充分，质量较好，脱氧充分，质量较好，但成本较高但成本较高质量性质均优于镇静钢，质量性质均优于镇静钢，成本高于镇静钢成本高于镇静钢按用途分按用途分特殊性能钢特殊性能钢工具钢工具钢结构钢结构钢主要用作工程结构主要用作工

4、程结构件及机械零件的钢件及机械零件的钢主要用于各种刀具、主要用于各种刀具、量具及模具的钢量具及模具的钢不锈钢、耐热钢、耐酸钢不锈钢、耐热钢、耐酸钢耐磨钢、磁性钢耐磨钢、磁性钢按冶炼方法分按冶炼方法分电炉钢电炉钢平炉钢平炉钢（氧气）转炉钢（氧气）转炉钢冶炼时间短（冶炼时间短（2545min）杂质含量少，用于生产杂质含量少，用于生产优质碳素钢和合金钢优质碳素钢和合金钢冶炼时间长（冶炼时间长（412h）除杂较彻底，但需燃料除杂较彻底，但需燃料能耗高，逐渐被淘汰能耗高，逐渐被淘汰质量最好，可用于生产优质质量最好，可用于生产优质碳素钢和特殊合金钢碳素钢和特殊合金钢按产品分按产品分线材线材板材板材型材型材

5、管材管材钢结构用的角钢、工字钢、钢结构用的角钢、工字钢、槽钢、方钢、轨道钢等槽钢、方钢、轨道钢等水利水电工程金属结构、房屋、水利水电工程金属结构、房屋、桥梁及建筑机械的中厚钢板；用桥梁及建筑机械的中厚钢板；用于屋面、墙面、楼板等的薄钢板于屋面、墙面、楼板等的薄钢板钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝、钢绞线钢筋、钢丝、钢绞线钢桁架和供水、供气（汽）管线钢桁架和供水、供气（汽）管线6.2钢的化学成分 化学成分对钢材性能的影响化学成分对钢材性能的影响6.3 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能 钢材的技术性能包括钢材的技术性能包括力学性能力学性能和和工艺性能工

6、艺性能两个两个方面。方面。 力学性能主要包括力学性能主要包括拉伸性能、冲击韧性、疲劳拉伸性能、冲击韧性、疲劳强度、硬度强度、硬度等；等； 工艺性能是钢材在加工制造过程中所表现的特工艺性能是钢材在加工制造过程中所表现的特性，包括性，包括冷弯性能、焊接性能、热处理性能冷弯性能、焊接性能、热处理性能等。等。6.3.1 力学性质力学性质1.抗拉强度抗拉强度注：中、高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形注：中、高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余变形为为0.2%0.2%的应力作为屈服强度，用的应力作为屈服强度，用 0.20.2表示。表示。 屈服强度是建筑设计中强度取值依据。屈服强度是建筑设计中强度取值依据

7、。注：屈服强度与抗拉强度的比值称屈强比，是评注：屈服强度与抗拉强度的比值称屈强比，是评价钢材价钢材安全可靠性安全可靠性和和强度利用率强度利用率的参数，钢材屈的参数，钢材屈强比一般不低于强比一般不低于1.21.2。注：伸长率是评定钢材塑性的指标。注：伸长率是评定钢材塑性的指标。2. 2. 冲击韧性冲击韧性定义定义 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冲击韧性。韧性。表示表示 钢材的冲击韧性用标准试件在做冲击试验时，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（每平方厘米所吸收的冲击断裂功（J/cm2）表）表示，其符号为示，其符号为K。影

8、响因素影响因素 硫、磷的含量；焊接时的裂缝；环境温度硫、磷的含量；焊接时的裂缝；环境温度注：对于直接承受动荷载，而且可能在负温下工注：对于直接承受动荷载，而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行钢材的冲击韧性检验。作的重要结构，必须进行钢材的冲击韧性检验。3.硬度硬度 布氏法的测定原理是利用直布氏法的测定原理是利用直径为（）的淬火钢球，径为（）的淬火钢球，以以P（）的荷载将其压入试（）的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后件表面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得到直径为卸除荷载，即得到直径为（）的压痕，以压痕表面（）的压痕，以压痕表面积（）除荷载，所得积（）除荷载，所得的应力值即为试件的布

9、氏硬度的应力值即为试件的布氏硬度值，以数字表示，不带单值，以数字表示，不带单位。位。 洛氏法测定的原理与布氏法相似，但是根据压头压洛氏法测定的原理与布氏法相似，但是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于判定工件的热处理效果。钢材的硬度检测钢材的硬度检测4.疲劳强度疲劳强度 定义：定义： 钢材在交变荷载反复多次作用下，可能在钢材在交变荷载反复多次作用下，可能在最大应力远低于屈服强度的情况下突然发生破最大应力远低于屈服强度的情况下突然发生破坏，这种破坏称为坏，这种破坏称为疲劳破坏疲劳破坏。 钢材的疲劳破坏指标用

10、钢材的疲劳破坏指标用疲劳强度（疲劳极疲劳强度（疲劳极限）限）表示，即钢材承受交变荷载表示，即钢材承受交变荷载106107次时次时不发生破坏的最大应力。不发生破坏的最大应力。 影响因素：影响因素： 内部成分的偏析；夹杂物的含量；最大应力内部成分的偏析；夹杂物的含量；最大应力 处的表面光洁程度、加工损伤等处的表面光洁程度、加工损伤等6.3.2 工艺性能工艺性能1.冷弯性能冷弯性能 冷弯性能冷弯性能是指常温下对钢材试件按规定进行是指常温下对钢材试件按规定进行弯曲（弯曲（9090O O180180O O），钢材承受弯曲变形的能力。），钢材承受弯曲变形的能力。 试验时采用的试验时采用的弯曲角度愈大，弯心

11、直径对试弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高能的要求愈高。冷弯检验是：按规定的弯曲角。冷弯检验是：按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲后，检查试件弯曲处外度和弯心直径进行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷面及侧面不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。弯性能合格。注：注：冷弯冷弯是钢材处于不利变形条件下的塑性，而是钢材处于不利变形条件下的塑性，而伸长率伸长率则是反映钢材在均匀变形下的塑性。则是反映钢材在均匀变形下的塑性。钢筋弯曲的检测步骤钢筋弯曲的检测步骤2.焊接性能焊接性能 钢材

12、的钢材的焊接性能焊接性能是指在一定焊接工艺条件下，是指在一定焊接工艺条件下，在焊接及附近过热区不产生裂缝及硬脆倾向，在焊接及附近过热区不产生裂缝及硬脆倾向，焊缝处钢材的力学性能，尤其是强度不得低于焊缝处钢材的力学性能，尤其是强度不得低于原有钢材。原有钢材。 钢材的钢材的可焊性可焊性是指钢材是否适应通常的焊接方是指钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性能的好坏，主要法与工艺的性能。可焊性能的好坏，主要取决取决于钢材的化学成分于钢材的化学成分。含碳量小于。含碳量小于0.25%0.25%的碳素的碳素钢具有良好的可焊性。加入合金元素（如硅、钢具有良好的可焊性。加入合金元素（如硅、锰、钒、钛等）

13、也将增大焊接处的硬脆性，降锰、钒、钛等）也将增大焊接处的硬脆性，降低可焊性。低可焊性。6.4 钢材的热加工与冷加工处理钢材的热加工与冷加工处理 时效时效指钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。 钢材经冷加工后，在常温下搁置钢材经冷加工后，在常温下搁置1520d或加或加热至热至100200oC保持保持2h以内，钢材的屈服强以内，钢材的屈服强度、抗拉强度及硬度都进一步提高，而塑性、度、抗拉强度及硬度都进一步提高，而塑性、韧性继续降低韧性继续降低，前者称为自然时效，后者称为人工时效。 时效敏感性时效敏感性指因时效而导致钢材性能改变的程度。承受振动、冲击荷载作用的重要性结构承受振动

14、、冲击荷载作用的重要性结构（如吊车梁、桥梁）应选用时效敏感性小的钢（如吊车梁、桥梁）应选用时效敏感性小的钢材材。钢材的时效钢材的时效6.5 常用建筑钢材常用建筑钢材 建筑钢材常用于建筑钢材常用于钢结构（型钢）和钢筋混凝土钢结构（型钢）和钢筋混凝土结构（钢筋和钢丝）结构（钢筋和钢丝），两者均多为碳素结构钢，两者均多为碳素结构钢和低合金结构钢。和低合金结构钢。 钢结构用钢钢结构用钢 1、碳素结构钢、碳素结构钢牌号组成牌号组成代代表表屈屈服服强强度度的的字字母母屈屈服服强强度度数数值值质质量量等等级级符符号号脱脱氧氧方方法法符符号号195、215、235、275A、B、C、DF、Z、TZQ碳素钢的选

15、用碳素钢的选用 碳素钢牌号越大，含碳量越高，其强度、硬度也越高，碳素钢牌号越大，含碳量越高，其强度、硬度也越高，但塑性、韧性降低。但塑性、韧性降低。 Q195和和Q215 含碳量小于含碳量小于0.15%，强度不高，但具有较长的伸长率，强度不高，但具有较长的伸长率，塑性、韧性好，冷弯性能较好，易于冷弯加工，常用塑性、韧性好，冷弯性能较好，易于冷弯加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。 Q275 强度高，但塑性、韧性差。可轧制成带肋钢筋用于混强度高，但塑性、韧性差。可轧制成带肋钢筋用于混凝土配筋，制作钢结构构件、机械零件。并适于制作凝土配筋，制作钢结构构件、机械零件。并

16、适于制作耐磨构件、机械零件和工具。耐磨构件、机械零件和工具。碳素钢的选用碳素钢的选用 Q235 含碳量为含碳量为0.14%0.22%，具有，具有较高的强度、塑性、较高的强度、塑性、韧性及可焊性，其综合性能好，成本较低韧性及可焊性，其综合性能好，成本较低，能够较好，能够较好满足一般钢结构和混凝土结构的用钢要求，是满足一般钢结构和混凝土结构的用钢要求，是建筑工建筑工程中应用最广泛的碳素结构钢程中应用最广泛的碳素结构钢。钢结构中，用。钢结构中，用Q235钢大量轧制成各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土钢大量轧制成各种型钢、钢板、钢管等；钢筋混凝土中，使用最多的中，使用最多的级钢筋也是由级钢筋也是由Q2

17、35钢轧制而成的。钢轧制而成的。 2、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代代表表屈屈服服强强度度的的字字母母屈屈服服强强度度数数值值质质量量等等级级符符号号345、390、420、460、500、550、620、690A、B、C、D、EQ低合金高强度结构钢的性能和选用低合金高强度结构钢的性能和选用 性能性能：强度高，具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐：强度高，具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐磨性、耐蚀性，是综合性能更为理想的建筑钢材。磨性、耐蚀性，是综合性能更为理想的建筑钢材。 选用选用：Q345钢的综合性能较好，是钢结构的常用牌钢的综合性能较好，是钢结构的常用牌号。低合金高

18、强度结构钢适应于大跨度结构、高层建号。低合金高强度结构钢适应于大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。主要品种（钢筋混凝土钢筋）主要品种（钢筋混凝土钢筋）一、热轧钢筋一、热轧钢筋（一）热轧光圆钢筋（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，称为表面为光滑的钢筋混凝土配筋用钢材，称为热轧光圆热轧光圆钢筋（钢筋（HPB）。）。 热轧直条光圆钢筋级别为热轧直条光圆钢筋级别为级，牌号分为级，牌号分为HPB235、HPB300。 热轧光圆

19、钢筋的公称直径为热轧光圆钢筋的公称直径为8、10、12、16、20mm。按直条交货时，其通常长度为按直条交货时，其通常长度为3.512m。 冷弯试验时受弯曲部位外表面冷弯试验时受弯曲部位外表面不得产生裂纹不得产生裂纹。（二）热轧带肋钢筋（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纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的，称常带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的，称为为热轧带肋钢筋（热轧带肋钢筋（HRB）。）。 热轧带肋钢筋强度等级分为热轧带肋钢筋强度等级分为335、400、500级，牌级，牌号分为号分为HRB335、HR

20、B400、HRB500。 热轧带肋钢筋的公称直径为热轧带肋钢筋的公称直径为6mm50mm，通常，通常6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm。 热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明，其长度允许偏差不得大于在合同中注明，其长度允许偏差不得大于+50mm。 热轧钢筋中热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接热轧钢筋中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的构造筋。混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝

21、土的构造筋。 HRB335和和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能钢筋强度较高，塑性和焊接性能较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力筋。较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力筋。 HRB500钢筋强度高，但塑性及焊接性能较差，可用钢筋强度高，但塑性及焊接性能较差，可用作预应力钢筋。作预应力钢筋。二、热处理钢筋二、热处理钢筋 热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理后的钢筋，称为热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理后的钢筋，称为热处理钢筋（热处理钢筋（RB150）。）。 热处理钢筋牌号分为热处理钢筋牌号分为40Si2Mn、 48Si2Mn 、 45Si2Cr 。 热处理钢筋主要用于预应力混凝

22、土轨枕、板、梁等，热处理钢筋主要用于预应力混凝土轨枕、板、梁等，具有强度高、制作方便、节省钢材等优点。具有强度高、制作方便、节省钢材等优点。 余热处理钢筋余热处理钢筋 热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋称为余热自身完成回火处理所得的成品钢筋称为余热处理余热处理钢筋钢筋。 余热处理带肋（月牙肋）钢筋的级别为余热处理带肋（月牙肋）钢筋的级别为级，强度等级，强度等级代号为级代号为KL400。 钢筋的公称直径为钢筋的公称直径为8mm40mm，通常，通常8、10、12、16、20、25、32、40mm。 钢筋按直

23、条交货时，其通常长度为钢筋按直条交货时，其通常长度为3.512m；钢筋按；钢筋按定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明，其长定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明，其长度允许偏差不得大于度允许偏差不得大于+50mm。三、冷轧带肋钢筋三、冷轧带肋钢筋 热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀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三面或两面横肋的钢筋，称为分布的三面或两面横肋的钢筋，称为冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋（CRB）。）。 冷轧带肋钢筋牌号分为冷轧带肋钢筋牌号分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970。其中。其中CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其为普

24、通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。他牌号为预应力混凝土用钢筋。 CRB550钢筋的公称直径为钢筋的公称直径为4mm12mm，其它牌号钢，其它牌号钢筋的公称直径为筋的公称直径为4、5、6mm。 四、预应力混凝土用钢丝及钢绞线四、预应力混凝土用钢丝及钢绞线 （一）预应力混凝土用钢丝（一）预应力混凝土用钢丝 冷拉钢丝冷拉钢丝（用盘条通过拔丝模或轧辊经冷加工而成）：代号（用盘条通过拔丝模或轧辊经冷加工而成）：代号WCD 低松弛钢丝低松弛钢丝（钢丝在塑性变形下进行短时热处理而成）：代号（钢丝在塑性变形下进行短时热处理而成）：代号WLR 普通松弛钢丝普通松弛钢丝（钢丝通过矫直工序后在适当温

25、度下进行短时热（钢丝通过矫直工序后在适当温度下进行短时热处理而成）：代号处理而成）：代号WNR 光圆钢丝：光圆钢丝：代号代号P 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的肋条）：（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的肋条）：代号代号H 刻痕钢丝刻痕钢丝（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的压痕）：代（钢丝表面沿长度方向上具有规则间隔的压痕）：代号号 I6.6建筑钢材的建筑钢材的锈蚀与防止锈蚀与防止化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀 1 1、钢丝刷除锈、钢丝刷除锈2 2、酸洗除锈、酸洗除锈3 3、喷砂除锈、喷砂除锈除锈的方法除锈的方法锈蚀的原因锈蚀的原因钢结构防火钢结构防火防火涂料的

26、分类及品种防火涂料的分类及品种防火涂料的阻火原理防火涂料的阻火原理防火涂料的选用原则防火涂料的选用原则情景情景3：钢材的检测：钢材的检测一、钢筋的检验一、钢筋的检验 外观检验外观检验 钢筋尺寸及每米长质量钢筋尺寸及每米长质量 验收批和复验的判定验收批和复验的判定 一、填空题 1_和_是衡量钢材强度的两个重要指标。 2按冶炼时脱氧程度分类钢可以分成：_、 、_和 。 3冷弯检验是：按规定的_和_进行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发生断裂、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。 二、名词解释 1、冷加工强化处理：将钢材在常温下进行冷加 工，使 之产生塑性变形，从而提高屈服 强度，但钢材的塑性和韧性会降低，这个