第八章建筑钢材

第八章建筑钢材钢理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但钢材易锈蚀、耐火性差。建筑钢材的类型型材板材线材管材结构用的角钢I字钢（基础支撑）槽钢方钢吊车轨钢板桩薄板厚板钢筋钢丝钢绞线供水、供气（汽）管线等。二、建筑用钢材的主要品种1.型材简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢等。二、建筑用钢材的主要品种2.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。压型彩钢板二、建筑用钢材的主要品种

3.线材如钢筋、钢丝等。二、建筑用钢材的主要品种4.管材无缝钢管、焊接钢管等。第一节钢的分类及化学成分钢的分类按化学成分按脱氧程度按有害物质含量按冶炼方法按用途碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢沸腾钢F——一般工程镇静钢Z——预应力砼半镇静钢B特殊镇静钢TZ——特别重要工程普通钢优质钢高级优质钢特级优质钢平炉、转炉、电炉结构钢、工具钢、特殊钢强度塑性韧性塑性韧性沸腾钢、镇静钢、半镇静钢根据脱氧程度分为：名称脱氧程度质量沸腾钢不完全组织不够致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，质量较差，成本较低镇静钢充分组织致密，成分均匀，机械性能好，质量较好，成本较高半镇静钢均介于上二者之间在冷却过程中，由于钢内某些元素向凝固较迟的钢材中心集中，导致化学成分在钢材截面上分布不均匀。这种现象称为化学偏析。其中磷、硫的偏析最为严重。常用的炼钢方法（1）转炉炼钢法由转炉底部或侧面吹入纯氧至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质与氧气起氧化作用而被除去。可以炼制优质的碳素钢和合金钢。（2）平炉炼钢法以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。（3）电炉炼钢法以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。电炉钢的质量最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。

钢的化学成分对钢材性能的影响①碳（C）：随着含碳量的增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。②硅（Si）：提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大。③锰（Mn）：提高钢材的强度和硬度，起脱氧和去硫作用，改善热加工性。④磷（P）：提高屈服点和抗拉强度，塑性和韧性显著降低，增大钢的冷脆性，偏析严重，降低可焊性。⑤硫（S）：增大钢的热脆性，偏析严重，降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。⑥氧（O）：降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，显著降低疲劳强度，增加热脆性。⑦氮（N）：提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性、韧性显著下降，并增大钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。⑧钛（Ti）、钒（V）：较强的脱氧剂。可改善组织结构，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。第二节主要技术性能钢的主要技术性能力学性能加工工艺性能抗拉性能冲击韧性冷弯性能冷加工时效焊接性能钢材的拉伸过程钢材的拉伸过程以低碳钢为例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0ΔL1ΔL21.应力

2.应变FFAΔLL0L1σε0钢材拉伸过程的σ-ε图OB—弹性阶段BC—屈服阶段CD—强化阶段DE—颈缩阶段BCB0DEFC上上屈服点C下下屈服点1、低碳钢的拉伸试验过程σpσsσbσε0钢材拉伸弹性阶段示意图AB0弹性阶段σp—比例极限σB—弹性极限σpσB注：由于A、B两点相距较近，一般认为σp=σB

。一条通过原点的直线，应力与应变成正比弹性模量E=σ/ε,反映了钢材抵抗弹性变形的能力σε0

钢材拉伸屈服阶段示意图AB0C下C上CBC下C上C屈服阶段放大后一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力。σs—屈服点或屈服强度σsσε0

钢材拉伸强化阶段示意图AB0C下C上CDDDDD强化阶段σbσb——抗拉强度或强度极限DC一段上升的曲线抵抗塑性变形的能力又重新提高σε0E钢材拉伸颈缩阶段示意图AB0C下C上CDDE—颈缩阶段一段下降的曲线变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——颈缩，直到断裂。三个重要指标强度指标屈服强度：σs=Fs/A0抗拉强度：σb=Fb/A0塑性指标（越大说明钢材的塑性越好）伸长率：δ=(L1-L0)/L0×100%断面收缩率：δ=(A0-An)/A0×100%屈强比：σs/σb

屈强比越大，利用率越大，安全可靠程度越低2、硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。条件屈服强度σ0.2：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。用条件屈服强度σ0.2来表示屈服强度。σε0A0.2%aboa——总变形。ba——弹性变形99.8%。ob——塑性变形0.2%。冷弯性能钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；

弯曲角度；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。弯曲角度↑，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值↓，冷弯性能↑

钢材冷弯试验（a）试件安装（b）弯曲90°（c）弯曲180°（d）弯曲至两面重合冲击韧性钢材在瞬间动荷载作用下，抵抗破坏的能力。用冲击韧性值αk表示。αk即试件破坏后缺口处单位面积上所消耗的功。αk

↑，冲击韧性↑。影响因素化学成分：S、P↑冲击韧性↓冶炼及加工质量：质量↑冲击韧性↑温度：温度↓，冲击韧性↓

可焊性可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及硬脆影响，焊接后的强度是否与原钢材相近的性能。可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。第三节冷加工及时效一、钢材的冷加工强化1.冷加工强化冷加工强化是钢材在常温下，进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生塑性变形，从而提高强度和硬度，降底塑性和韧性的过程。冷拉：将热轧后的小直径钢筋，用拉伸设备予以拉长，使之产生一定的塑性变形，使冷拉后的钢筋屈服强度提高，钢筋的长度增加，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。冷拔：将钢筋或钢管通过冷拔机上的孔模，拔成一定截面尺寸的钢丝或细钢管。屈服强度和抗拉强度提高；塑性、韧性下降，脆性升高。冷轧：将热轧钢筋或钢板通过冷轧机，可以轧成一定规律变形的钢筋或簿钢板。二、钢材的时效2.时效钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象。时效分为自然时效和人工时效两种。自然时效是钢材冷加工后，常温下放置15～20d；适用于强度较低的钢材。人工时效是钢材冷加工后，加热至100～200℃保持20min～2h。适用于强度较高的钢材。钢筋冷拉前后应力-应变图的变化第四节建筑用钢材的标准和选用一、建筑工程常用钢种1.碳素结构钢(1)牌号表示法由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成；Q235－AF表示为屈服点为235MPa的A级沸腾钢。(2)牌号Q195、Q215、Q235、Q275四个牌号(3)技术要求化学成分、力学性能、冶炼方法及表面质量、冷弯性能应符合规定。牌号↑，钢的碳含量、强度、硬度↑，塑性、韧性、冷弯性能↓一、建筑工程常用钢种2.低合金结构钢(1)牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母、屈服点数值、质量等级符号三部分按顺序组成。Q345A表示屈服点为345MPa的A级钢。(2)牌号Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八个牌号(3)技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合规定二、建筑工程常用钢材1.热轧钢筋(1)分类——分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。按屈服点及抗拉强度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级(2)牌号光圆钢筋：HPB235、HPB300带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500

带肋钢筋

等高肋钢筋月牙肋钢筋二、建筑工程常用钢材2.冷轧带肋钢筋(1)生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。(2)牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。三面月牙形冷轧带肋钢筋二、建筑工程常用钢材

3.热处理钢筋(1)生产热处理钢筋是经过淬火和回火调质处理的螺纹钢筋。分有纵肋和无纵肋两种。(2)规格公称直径6、8.2、10mm(3)牌号有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三个。有纵肋无纵肋二、建筑工程常用钢材4.预应力混凝土用钢丝(1)生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。(2)分类按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝三种。二面刻痕钢丝三面刻痕钢丝螺旋肋钢丝二、建筑工程常用钢材5.预应力混凝土用钢绞线(1)生产由两根、三根或七根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。(2)特点钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。二、建筑工程常用钢材6.型钢

型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条型钢材。型钢按其断面形状可分为工字钢、槽钢、角钢、圆钢等。 (1)连接方式可铆接、螺栓连接或焊接。 (2)型钢有热扎及冷成两种，钢板也有热扎和冷扎两种。第五节钢材的腐蚀与防止一、钢材的腐蚀钢材的腐蚀是指钢的表面与周围介质发生化学反应而遭到破坏。化学腐蚀：钢与周围介质直接发生化学反应而产生的腐蚀。这种腐蚀通常为氧化作用，使钢被氧化形成疏松的氧化物(如氧化铁等)。电化学腐蚀：钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成原电池从而引起腐蚀。其主要是形成铁离子与氢氧根离子结合成Fe(OH)2，并进一步被氧化成铁锈Fe(OH)3，使钢材腐蚀。它是钢材发生腐蚀的主要形式。二、腐蚀的防止涂敷保护层——采用电镀或其它方式在钢材表面镀