第八章--钢材

1、第八章 建筑钢材,掌握：建筑钢材的主要性能。,熟悉：建筑钢材的常用钢种及应用。,了解：钢筋混凝土用钢材的品种及应用。,本章教学目标,本 章 内 容,第一节 概述 第二节 建筑钢材的主要技术性能 第三节 建筑钢材的常用钢种 第四节 钢筋混凝土用钢材,第一节钢的冶炼和分类,一、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、建筑钢材的应用,重型工业厂的屋架、吊车梁； 大跨度房屋结构； 大跨度桥梁； 多层、高层房屋的梁架； 移动式结构； 轻型结构； 在抗震要求比较高的地方。,三、建筑钢

2、材的特点,优点 缺点,承载力高而重量较轻； 材质均匀、致密，可靠性高； 钢材的塑性和韧性好； 加工性能好，便于安装； 耐热性较好。,易锈蚀； 耐火性差； 能耗大、成本高；,特点,钢结构厂房,北京2008年奥运会“鸟巢”工程,总用钢量11万吨,钢筋,武汉长江大桥,铁路钢轨,巴黎艾菲尔铁塔,四、钢的生产,钢的生产 钢的铸锭 钢的压力加工,钢的生产过程 钢的生产方法,铸锭 脱氧处理 化学偏析,热加工 冷加工,氧气转炉法 空气转炉法 平炉炼钢法 电炉炼钢法,炼钢生铁+氧,钢：含碳量为0.062.0%； 生铁：含碳量2 （2.116.67%）； 铸铁：含碳量为24）； 工业纯铁：含碳量小于0.04%。,

3、钢的生产过程示意图,比重较大，生成矿渣,加 Mn、Si,五、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,0.02%C2.06 Fe C S P,f 塑性韧性,塑性 韧性,二 钢的分类,(1)沸腾钢 (2)镇静钢 (3)半镇静钢,根据脱氧程度分为：,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,工艺性能,冷加工性能,抗拉性能,冲击

4、韧性,疲劳强度,硬 度,冷弯性能,时效强化,焊接性能,1.应力 2.应变 3.弹性与弹性变形 4.塑性与塑性变形,A,L0,L1,建筑钢材的抗拉性能,一、钢材的拉伸性能,一、钢材的拉伸性能,低碳钢的拉伸,L0=5d0或10d0,低碳钢的受拉过程分为四个阶段,建筑钢材的抗拉性能,O,弹性阶段OA,屈服阶段AB,强化阶段BC,颈缩阶段CD,低碳钢受拉的应力应变图,建筑钢材的抗拉性能,一、弹性阶段OA 一条通过原点 的直线，应力与应变成正比。 弹性 弹性模量 E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。 A点对应 的应力。,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,E1 E2,图形的特点：,试件的特点：,计算的

5、指标：,弹性极限,建筑钢材的抗拉性能,二、屈服阶段AB 一条波动的曲 线，应力增加很小，而应变增加 很大。 所能承受的拉 力增加很小，而塑性变形迅速 增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点） 点对应的应力。,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,A,C,D,B,屈服。,三、强化阶段BC 一段上升的曲线。 抵抗塑性变形的能力又重新 提高 抗拉强度,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,O,A,低碳钢受拉的应力应变图,A,C,D,B,C点对应的应力。,建筑钢材的抗拉性能,强化。,四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。 变形迅速发展，在有杂质或 缺陷处，

6、断面急剧缩小 ，直到断裂。 伸长率：,图形的特点：,试件的特点：,计算的指标：,计算的指标：,颈缩,三个重要的指标 1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据 2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比 ，利用率 ，安全可靠程度 。 合理的屈强比为0.65 0.75.。 3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好。,O,A,A,C,D,B,4断面收缩率,A0、 An前后的截面积,5与10谁大,中碳钢、高碳钢的应力应变图,规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% 时所对应的应力值， 作为硬钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用0.2表示。,0.2%,硬钢的屈服点0.2,

7、二、冲击韧性,钢材抵抗冲击荷载的能力。,定义,试件,讨论与分析,计算式,测试方法,演示,ak,冲击韧性。,钢的化学成分; S、P,冲击韧性 冶炼及轧制质量 质量冲击韧性 温度 温度，冲击韧性,ak,影响冲击韧性的因素,冲击韧性骤然下降而成脆性（冷脆性）,钢的脆性转变温度,负温条件下使用的结构，设计时必须考虑钢材的低温冲击韧性。,三、疲劳强度,受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏。 钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。 疲劳破坏是在低应力状态下

8、突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。,钢材疲劳曲线示意图,四、钢材的硬度,硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。 方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。,定义,测定方法,讨论与分析,材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。,五、钢材的冷弯性能,指钢材在常温下承受弯曲变形的能力， 试件被 弯曲角度、弯心直径与厚度的比值d/a,定义,指标,试验演示,在更苛刻的条件下检验钢材的塑性； 以试验时的弯曲角度和弯心直径作为指标来表示； 弯曲角度愈大，弯心直径愈小，表示对冷弯性能要求愈高； 冷弯性能合格：弯曲处无裂纹、

9、断裂及起层等现象。,冷弯性能,弯曲角度 , d/a ，表示对冷弯性能要求越高。,结论,钢材的冷弯,钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。,六 钢材的冷加工,(一) 钢材的冷加工及时效,冷加工强化处理是指常温下对钢材进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形并提高屈服点。,1、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈服点提高了，长度增加了，抗拉强度基本不变，塑性和韧性有所下降。,时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。,时效处理：一般常温下存放1520天，用于级钢筋（自然时效）；加热100200并保持一定时间（2h），用于、级 钢筋（人工时效）。,冷拉：屈服强度提高、 抗拉强度不变、 延伸率降低。,时效：屈服

10、强度进一步提高、 抗拉强度提高、 延伸率进一步降低。,钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%。,钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化,2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。 效果：屈服强度和抗拉强度提高； 塑性、韧性下降 ，脆性升高。 在常受冲击荷载作用、低温的环境中，不宜采用冷拔钢筋。,冷拔后屈服强度可提高40%-60% 。,（四）钢的热处理,热处理：按照一定规则加热、保温和冷却，以改变钢材组织，从而获得需要的性能的一种工艺过程。 常用的方法有：淬火、回火、退火和正火,淬火是指将钢材加热到723以上某一温度，经保温停留一段时间后在盐水、冷水或油中急速处理的过程

11、。 经过淬火的钢材硬度极高，脆性大而塑性小。,淬火,对淬火处理的钢，再进行加热，冷却的过程称为回火，回火的温度低于723。其目的是、消除淬火钢件的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。,回火,将钢材加热到800850，经保温停留一段时间，然后随炉温冷却或埋在细纱中，缓慢冷却处理的过程称为退火。 退火可降低钢材的原有硬度，改善钢材的塑性和韧性及加工性能，也可以消除加工及焊接时的内应力。,退火,将钢加热经保温停留后，在空气中冷却处理的过程叫正火。 与退火相比，经正火的钢材强度和硬度更高，而塑性减小。,正火,(二)焊接性能,焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固

12、的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。 焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。 影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。 选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫0.06，焊接质量差。请分析事故原因。,案例分析,分析答案,分析：,原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。

13、所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不超过0.055 。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。,1.碳是决定钢材性能的主要元素。 随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。,七钢的化学成分对钢材性能的影响, 碳 碳是钢材中最重要的合金元素，故钢材也被称为铁-碳合金。钢材中碳原子与铁原子的结合有三种基本方式：固溶体、化合物和机械混合物。与此相对应，碳

14、素钢在常温下形成的基本组织也有三种：铁素体、渗碳体和珠光体。,铁素体:钢材中的铁素体系碳在-Fe中的固溶体，由于-Fe体心立方晶格的原子间的空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少，由缺陷对钢材性能的影响可知其塑性、韧性好；但强度、硬度低。 渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。 珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8)，层状结构，性能介于铁素体与渗碳体之间。,钢的组织及其对钢性能的影响,钢的基本晶体组织,碳素钢基本组织含量与含碳量的关系,基本组织的相对含量（%）,0 0.8 2.0,含碳量（%）,含碳量

15、对热轧碳素钢性质的影响,b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度； 伸长率；面积缩减率,随碳含量增大， b抗拉强度先增大后减小，HB硬度增大， k冲击韧性减小，伸长率减小，面积缩减率减小，即塑性降低。 除此之外，碳含量增大还会降低钢材的可焊性和抗大气锈蚀性，增加冷脆性和时效敏感性。,2.硅、锰 硅和锰是两种重要的合金元素，通常在炼钢后期作为脱氧剂加入。可提高钢材的强度，而且对塑性和韧性的影响不明显。 加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。,3.硫、磷 硫使钢材的热脆性增加，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，使

16、钢材的冷脆性增加。,“热脆”：硫能生成易于熔化的硫化铁，当热加工及焊接使温度达8001000时，使钢材出现裂纹、变脆的现象。 “冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧性大幅度下降的现象。,4.氧、氮 降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。,5.铝、钛、钒、铌 是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。,有益元素：硅、锰、钛、钒； 有害元素：硫、磷、氮、氢、氧.,第三节建筑钢材的 常用钢种,普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含有少量的

17、硅、锰和微量的硫、磷等元素。,一 碳素结构钢,碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号四部分按顺序组成。,(一) 碳素结构钢的牌号表示方法,随着牌号的增大,钢的碳含量、抗拉强度增大，塑性、韧性、冷弯性能降低。,(二) 碳素结构钢的技术要求 (三) 碳素结构钢的性能和应用,化学成分； 机械性能。s 、b 、5、冲击功； 冷弯试验。弯曲角度180o，弯心直径有所不同。,二、优质碳素结构钢,优质碳素结构钢（GB/T 699-1999）,08F、10F、15F；08、10、15、80、85；15Mn70Mn,F：沸腾钢,15：平均含碳量0.15,Mn：较高含锰量,1.

18、牌号,共31个牌号。,2.技术要求,化学成分； 机械性能。s 、b 、5、AKU2、HB； 推荐热处理及温度。,低合金高强度结构钢综合性能较为理想，尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用，而且与使用碳素钢相比，可节约钢材20%-30%，但成本并不很高。,三、低合金高强度结构钢,低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号三部分按顺序组成,共有5个牌号。,(一)低合金高强度结构钢的牌号表示方法,(二)低合金高强度结构钢的技术要求 (三)低合金高强度结构钢的性能和应用,注：低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢， C、D、E级属于特殊镇静钢。,化学成分； 机械性能

19、。s 、b 、5、AkV； 冷弯试验。弯曲角度180o，弯心直径有所不同。,四、合金结构钢,合金结构钢（GB/T 3077-1999）,如：30CrMnSiA； 20SiMn2MoV,30：含碳量0.30,Si：含硅量1.50 Mn2：含锰量1.502.49,1.牌号,3：含量2.503.49； 4：含量3.504.49；,2.技术要求,化学成分； 机械性能。s 、b 、5、Aku2、HB； 热处理及温度。,第四节钢筋混凝土用钢材,热轧钢筋：由冶金工厂直接热轧成型； 冷加工钢筋：主要是为了节约钢材而采用的，有冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝； 预应力砼用钢丝、钢绞线：用优质碳素钢条加工而成，分矫直回火钢

20、丝、颗痕钢丝、冷拉钢丝； 预应力砼热处理钢筋：一般经过淬火、回火处理，具有较好的塑性和强度。,混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。,一、热轧钢筋 混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。,带肋钢筋(a)月牙肋钢筋(b)等高肋钢筋,(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋,热轧钢筋的力学性能和工艺性能,一、热轧钢筋,包括Q215和Q23

21、5两种牌号； 产品标准：低碳钢热轧圆盘条（GB 13013-91） 。,低碳钢热轧圆盘条,热轧光圆钢筋HPB235级：强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及构造筋； HRB335和HRB400钢筋：强度较高，塑性和焊接性能也较好，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋； HRB500钢筋：强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。,低碳钢热轧圆盘条 强度较低，但塑性好，便于弯折成形，容易焊接。主要用做箍筋，以及作为冷加工的原料，也可作为中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋。,低碳钢热轧圆盘条,二、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋 冷拔钢丝是将Q235(或Q2

22、15)圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝模而制成。 冷轧带肋钢筋是用低碳热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。它克服冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，同时具有和冷拉、冷拔相近的强度，广泛应用于在中、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件中。,二、冷轧带肋钢筋,热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表面冷轧成二面或三面有横肋的钢筋。 牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170； 力学性能指标：b 、5 或10 、弯曲试验或反复弯曲试验次数、松弛率； 应用： CRB550为普通混凝土用钢筋，其它牌号为预应力混凝土用钢筋。,冷轧带肋钢筋（GB

23、/T 13788-2000）,冷轧带肋钢筋,三 预应力混凝土用热处理钢筋,热处理钢筋是将热轧的带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理想，主要用于预应力混凝土轨枕，代替碳素钢丝。,三、预应力混凝土用热处理钢筋,由热轧螺纹钢筋经淬火和回火等调质处理制成； 以盘条供应，开盘后自然伸直； 规格：6mm、8.2mm、10mm。 牌号：40Si2Mn、 48Si2Mn、 45Si2Cr； 代号：RB150； 力学性能指标： p0.2 、b 、10 、松弛率。 应用：预应力混凝土梁板和轨枕，不能焊接与点焊。,预应力混凝土用热处理钢筋（GB 4463-84

24、）,热处理钢筋的力学性质(GB 44631984),四 预应力混凝土用钢丝,预应力混凝土用钢丝质量稳定、安全可靠、强度高、无接头、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊车梁或桥梁等大型预应力混凝土构件，还可用于轨枕、压力管道等预应力混凝土构件。,螺旋肋钢丝外形示意图,预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成，抗增强度高，分为消除应力光圆钢丝（S）、消除应力刻痕钢丝（SI）、消除应力螺旋力钢丝（SH）和冷拉钢丝（RCD）四种。SI和SH与混凝土的粘结力好。,三面刻痕钢丝外形示意图,五 预应力混凝土用钢绞线,钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚

25、固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。,预应力钢绞线截面图,预应力混凝钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝以绞捻和消除内应力的热处理而制成。分为三种结构类型：12、13和17。钢绞线与混凝土的粘结力较好。,一般由2根、3根或7根直径为2.5mm6.0mm的高强度钢丝经绞埝和消除内应力的热处理而制成。,应用：强度高、塑性好、易于锚固，多用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构。,第五节 钢结构用钢材,工字钢。热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB706-88 ； H型钢和T型钢。热轧H型钢和剖分T型钢 GBT11263-2005 ； 槽钢。热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB70

26、7-88 ； L型钢。热轧L型钢尺寸、外形、重量及允许偏差GB9946-88； 角钢。热轧等边角钢 尺寸、外形、重量及允许偏差GB9787-88、热轧不等边角钢 尺寸、外形、重量及允许偏差GB9788-88。 钢板。,一、热轧型钢,主要采用碳素结构钢（如Q235）和低合金高强度结构钢（如Q345 ）。,1、品种及规格 1）热轧钢板 热轧钢板,厚度为4.560 mm，宽0.73m，长412m。广泛用来组成焊接构件和连接钢板。,厚度为0.354 mm，宽0.51.5m，长0.54m。薄钢板是冷弯薄壁型钢的原料。,厚度为460mm，宽度为30200mm，长39m。,钢板用符号“-”后加“厚宽长（单位

27、为mm）”的方法表示，如-128002100。,薄板,厚板,扁钢,钢结构用钢,2）热轧型钢,角钢,槽钢,工字钢,T型钢,钢管,翼缘宽，侧向刚度大，抗弯能力强。在承受相同截面负荷条件下，可使钢结构重量减轻1530%。 翼缘宽且两表面互相平行，便于机械加工和安装，使钢结构的连接简单易行。,H型钢,工字钢,H钢的特点：,槽钢,角钢,二、冷弯薄壁型钢,采用26mm薄钢板冷弯或模压而成； 空心型钢。方形、矩形； 开口薄壁型钢。角钢、槽钢、Z型钢等。,矩形管,方形管,Z型钢,三、棒材,六角钢、八角钢； 扁钢； 圆钢、方钢；,圆钢,四、钢管,无缝钢管； 焊缝钢管；,钢管,五、板材,钢板。一般采用碳素结构钢（

28、重型结构和大跨度结构也有采用低合金高强度结构钢）冷轧或热轧而成 ； 花纹钢板； 压型钢板。经辊压或冷弯制成截面呈V型、U型、梯形或类似形状波纹的钢板； 彩色涂层钢板。,压型钢板,花纹钢板,某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。,案例分析,分析答案,钢结构屋架坍塌,钢结构屋架,分析：,首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；且其焊接性能较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。,8.4.1 钢材的锈蚀,定义：钢材表面与周围介质发生作

29、用而引起破坏的现象称作锈蚀。 发生：钢材锈蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。 后果：不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。 分类：根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。,8.4 钢材的锈蚀及防止,化学锈蚀化学锈蚀指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。 在干燥环境中化学锈蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时锈蚀速度大大加快。 电化学锈蚀 金属在潮湿气体以及导电液体（电解质）中，由于电

30、子流动而引起的腐蚀，称为电化学腐蚀。 钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池，造成锈蚀。 水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学锈蚀的过程。 钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。,保护层法 在钢材表面施加保护层，使钢与周围截至隔离，从而防止锈蚀。保护层可分为金属（耐蚀性强）保护层和非金属（有机或无机物质）保护层两类。 制成合金钢 在钢中加入合金元素铬、镍、钛、铜等，制成不锈钢，提高耐锈蚀能力。,8.4.2 锈蚀的防止,7

31、.8 钢材的防护,钢材的防腐,钢材的防火,一、钢材的防腐,化学锈蚀。与周围介质发生直接化学反应。 电化学锈蚀。与电解质溶液接触，形成微电池。,1.钢材的腐蚀,电化学锈蚀是钢材锈蚀的最主要形式。,阳极区：,铁溶解，即铁被腐蚀，并放出电子,阴极区：,消耗电子，氧被还原,溶液区：,生成铁锈，体积膨胀,进一步氧化，体积再膨胀,截面积减小，性能降低，甚至报废； 产生锈坑，造成应力集中，产生锈蚀疲劳。 体积增大（最大可达6倍），使混凝土胀裂。,2. 腐蚀的危害,环境中的湿度、氧； 介质中的酸、碱、盐； 钢材的化学成分及表面状况。 卤素离子，特别是氯离子使锈蚀迅速发展。,3.钢材锈蚀的影响因素,4.防止钢材

32、锈蚀的措施,采用耐候钢、不锈钢； 金属覆盖。分阳极覆盖（镀锌、镀铬）和阴极覆盖（镀锡、镀铜）； 外加电流保护法。负极接钢结构，正极接难熔金属； 非金属覆盖； 混凝土用钢筋的防锈。混凝土密实、保护层、限制含氯盐外加剂掺量、钢筋防锈剂、钢筋涂覆环氧树脂或镀锌。,无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25h，裸露钢梁耐火极限仅为0.15h； 温度在200以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；到达600时已失去承载能力。,二、钢材的防火,1.钢是不燃性材料，但不能够抵抗火灾。,耐火试验与火灾案例调查表明：,1973年5月5日，天津市

33、人民体育馆发生火灾。该馆是大跨度的钢屋架结构，着火不到一个小时，就整体坍塌了。 1998年5月5日北京玉泉营环岛家具城，也是大跨度的钢屋架结构，建筑面积23000，着火后，不到lh就被整体烧塌落架了。 2001年9月11日，恐怖分子劫持飞机撞击纽约世贸大楼，并引起大火。300多米高的世贸大厦仅在40分钟内就轰然倒塌,数千生灵葬身火海。,没有防火保护层的钢结构是不耐火的。,原纽约世贸大厦,防火涂料： 膨胀型（薄型，涂27mm ），耐火极限可达0.51.5h； 非膨胀型（厚型，涂850mm ），耐火极限可达0.53h。 不燃性扳材。石膏板、蛭石板、硅酸钙板、珍珠岩板、矿棉板等。,2.钢材的防火,钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出的一点是防火问题。 美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。,实事链接,世贸大厦倒塌,美国世贸中心大楼是典型的钢结构高层建筑，位于美国纽约市曼哈顿闹市区南部、纽约海港旁，由5幢建筑物组成，其主楼呈双塔形，使用钢材7.8万吨，楼的外围有密置