建筑钢材培训课程.ppt

1、建筑钢材,上课内容,钢材 概述 钢筋的力学性能特征和化学成分对钢材性能的影响 常用建筑钢材的种类和相应的国家标准代号 钢筋试验 钢筋拉伸试验 钢筋的重量偏差试验 钢筋的冷弯试验 钢筋焊接接头试验,一.钢材1.1概述,钢材是现代工农业生产中使用最广泛材料之一。 钢与铁 钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2.0%以下，并含有其他元素的材料。 铁是含碳量大于2.0，并含有较多其他杂质的铁碳合金。较脆硬，塑性差，建筑上难以应用。 工业纯铁是含碳量小于0.02的铁碳合金。,中国钢铁产量,自1996年，中国一直保持全球钢铁产量第一位。 2013年中国钢产量首超世界一半，2014年中国钢材产量达11.26亿吨

2、。,钢材生产过程,焦炭,铁矿石,石灰石,高炉 熔融,生铁,精炼,氧化,钢,铸锭,钢锭,建筑钢材,钢材的冶炼过程,还原,铁的生产过程,铁矿石：主要是氧化铁，还有氧化硅、氧化锰和硫、磷等其他杂质。 生铁的冶炼是将铁矿石内的氧化铁还原成铁的过程。 生铁含有比例很高的碳（2.11%）以及硫磷等杂质，塑性差。,Fe2O3 +3C 2Fe +3CO,Fe3O4 +4C 3Fe +4CO,副产品：高炉煤气,副产品：高炉矿渣,生铁：含有碳外，还含有各种来自铁矿石和焦炭中的杂质，如硫、磷等。,钢的生产过程,钢的冶炼是以铁水或生铁为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼，与生铁的冶炼相反，是用氧化的方法来除去生铁铁中

3、的碳及部分杂质。 钢的冶炼方法：空气转炉炼钢和氧气转炉炼钢、平炉炼钢、电炉炼钢。 冶炼方法对钢性质有影响。,转炉炼钢,平炉炼钢,电炉炼钢,几种炼钢方法的比较,钢材的脱氧,炼钢时炉内为氧化气氛，故钢水中含有一定的氧化铁。钢液中氧含量与钢的质量有关，如氧含量超过0.05，将严重影响钢的机械性能。需加入脱氧剂去除氧化铁，这称为“脱氧”。 常用的脱氧剂为铝、锰铁和硅铁，其中铝的效果最好。 根据脱氧程度不同，分为:沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢(Z)、特殊镇静钢(TZ)。,沸腾钢：脱氧不完全，钢中含氧量高，浇铸后钢液在冷却和凝固过程中氧化铁与碳发生化学反应，生产CO气体外逸，气泡从钢液中冒出呈“沸

4、腾”状。钢中碳和有害杂质偏析较严重，钢的致密性差，冲击韧性和可焊性差，但钢锭收缩孔少，成品率高，成本低。 镇静钢、特殊镇静钢：脱氧比较完全，在冷却和凝固时，没有气体析出，无“沸腾”现象。钢质量好，但钢锭的收缩孔大，成品率低，成本高。 半镇静钢：脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。,钢锭的浇铸,刚脱模的方锭 方锭,钢的分类,按化学成分分类： 碳素钢（按含碳量分）： 低碳钢（含碳量小于0.25）； 中碳钢（含碳量0.250.6）； 高碳钢（含碳量大于0.6）。 合金钢（按掺入合金元素总量分）： 低合金钢（合金元素总含量小于5）； 中合金钢（合金元素总含量

5、510）； 高合金钢（合金元素总含量大于10）。,按钢品质分类： 普通钢（磷不大于0.045，硫不大于0.050） 优质钢（磷不大于0.035，硫不大于0.035 ） 高级优质钢（磷不大于0.030，硫不大于0.030）,按冶炼方式分类： 转炉钢 电炉钢 平炉钢 按冶炼时脱氧程度分类： 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢,1.2 钢筋的力学性能特征和化学成分对钢材性能的影响,钢材的力学性能特征 有明显屈服电的钢筋（低碳钢） 无明显屈服点的钢筋（硬钢） 化学成分对钢材性能的影响 碳、锰、硅、硫、磷、氧,0,B,1.2.1 钢材力学性能特征（1）低碳钢受拉的应力应变图,弹性阶段 /=E p-弹性

6、极限,0,B,A点对应的应力为弹性极限。可计算弹性模量。碳素结构钢的弹性极限为180200MPa。,弹性阶段（OA）,0,B,出现塑性变形，有上、下屈服强度。下屈服极限为钢材的屈服极限，它表示钢材在工作状态允许达到的应力值。在设计中一般以下屈服极限为强度取值的标准。,屈服阶段（AB）,屈服阶段 产生塑性变形 B上屈服点 B下屈服点 s屈服强度,B,0,B,最高点C点的强度为钢材的抗拉强度。 应变迅速增加，应力下降，在变形最大处发生“颈缩”。,强化阶段（BC） 颈缩阶段（CD）,（2）硬钢受拉的应力应变图,=0.2%,预应力钢筋混凝土用的高强度钢筋和钢丝 无明显屈服点 抗拉强度一般很高，但变形很

7、小 取残余应变=0.2%时的应力f0.2作为名义屈服点。,碳决定钢性能的主要元素 含碳量增加，钢的强度和硬度增大，但塑性和韧性降低，钢的可焊性和耐腐蚀性下降，钢的冷脆性和时效倾向增加； 含碳量超过0.3时，钢的可焊性显著降低； 建筑钢材的含碳量一般不大于0.8； 含碳量超过1.0时，钢材强度下降。,1.2.2 化学成分对钢性能的影响,锰钢中的有益元素 有很好的脱氧能力，能还原钢中的氧化铁，改善钢质量； 能够消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善 可提高钢的强度和硬度。 一般含量在12之间。 硅钢中的有益元素 脱氧能力比锰还强，能更有效地消除氧化铁对钢的不良影响； 对钢有一定强化作用，当

8、含量低于1时，可提高强度，而且对塑性和韧性的影响不明显。,硫钢中的有害杂质 当钢材加热到10001200进行压力加工时，由于分布在晶体上的低熔点共晶体已融化，使钢材沿晶界脱开（开裂），变得极脆，这种现象叫热脆性； 显著降低可焊性，并降低各种力学性能。 磷钢中的有害杂质 可提高钢材的强度、硬度； 钢材的塑性和韧性显著降低，冷脆性明显增大，可焊性变差。 氧降低钢的力学性能，特别是韧性；钢的可焊性降低。,1.3 常用建筑钢材的种类和相应国家标准代号,钢筋混用钢 第2部分：热轧带肋钢筋 GB1499.2-2007 HRB335、HRB400、HRB500,Hot-rolled Ribbed Bars,

9、热轧带肋钢筋生产车间,热轧带肋钢筋生产线,钢筋混用钢 第1部分：热轧光圆钢筋 GB1499.1-2008 HPB235,Hot-rolled Plain Bars,低碳热轧圆钢生产车间,预应力混凝土用钢绞线 GB/T 5224-2003,碳素结构钢 GB 700-2006,碳素结构钢牌号表示方法,Q,钢材屈服点代号,”Q”,屈服点数值，钢材厚度或直径16mm,质量等级代号,AD,A最差,脱氧程度 代号(F、 Z、TZ),冷轧带肋钢筋 GB 13788-2008 CRB500 CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170, 预应力混凝土钢筋,Cold-rolled Ribbed Ba

10、r,冷轧扭钢筋 JG 190-2006 LZN,二、钢筋试验,母材试验 拉伸试验 重量偏差试验 冷弯试验 焊接接头 拉伸试验 冷弯试验（个别）,2.1 钢筋拉伸试验,检测标准：GB/T 228.1-2010金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法 试验设备：万能材料试验机、游标卡尺,实验步骤 定标距（5d），打刻标点（布满）。 选夹头：平型夹头用于小直径圆钢或矩形钢；楔型夹头用于大直径圆钢或螺纹钢。,2.1 钢筋拉伸试验,实验步骤 选择试验机的度盘。实验前应对试样破坏时的荷载进行估算，选择度盘时应使试样破坏时的荷载（读数）在该刻度盘读数的20%80%范围。 试验机零点调整。开动油泵，将活塞升

11、高20mm，并关闭进油阀和回油阀，将力值调零。,2.1 钢筋拉伸试验,实验步骤 拉伸速度。屈服前，应力增加速度为10MPa/秒，屈服后应力增加速度不超过0.5L/分钟。 读数。钢筋拉伸到了屈服阶段，试验机指针停止不动或来回摆动，读取屈服荷载时，取停止时指针的读数；或摆时取不计初始瞬时效应指针回摆到最低点的读数。极限荷载取钢筋拉伸后达到的最大读数。,2.1 钢筋拉伸试验,2.1 钢筋拉伸试验,试验结果计算 屈服强度 抗拉强度,FeL屈服应力（N）； Fm极限拉力（N）； S0钢筋横截面积（mm2）。,断后伸长率,断后伸长率：试件拉断后，标距的伸长与原始标距长度的百分率。 它反映了钢材的塑性大小，

12、在工程中意义重大。 原标距与直径的比值越大，伸长率越小。 一般测定5（标距为5倍直径）。,A伸长率 L0原始标距 Lu断后伸长距离 d 钢筋直径,伸长率的计算,2.1 钢筋拉伸试验,结果修约 依据GB/T 228.1-2010金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法,2.1 钢筋拉伸试验,结果修约 依据YB/T 081-1996冶金技术标准的数值修约与检测数值的判定原则,2.1 钢筋拉伸试验,结果修约 依据GB/T 8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定 个位数后2.5，个位数为0 2.5个位数后7.5，个位数为5 个位数后7.5，个位数进10,钢筋试验结果计算（举例）：,有一

13、直径为12mm的带肋钢筋试验结果如下： 屈服拉力（kN）：42.4 极限拉力（kN）：62.0 断后伸长（mm）：72.1 钢筋面积（mm2）:113.1 计算其屈服强度、抗拉强度、伸长率,钢筋试验结果计算（举例）：,屈服强度：,抗拉强度：,钢筋试验结果计算（举例）：,伸长率：,原始标距5倍直径（5d）,2.2 钢筋的重量偏差试验,测量钢筋的重量偏差时： 应从不同的钢筋上截取试样，试样数量不少于5根，每根试样长度不少于500mm。 长度应逐根测量，应精确到1mm。 测量试样总重量时，应精确到不大于总重量的1%。 结果计算：,2.3 钢筋的冷弯试验,冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 检

14、测标准：GB/T 232-2010金属材料 弯曲试验 试验设备：万能材料试验机 取样要求：每一种规格不超过60吨为一批，切取试样两根，长度30cm左右。,2.3 钢筋的冷弯试验,选择弯曲角度和弯芯直径：根据钢筋的牌号和规格选择弯曲角度180和弯芯直径。 支辊间距L： L=（D+3a) a/2。 D弯芯直径；a钢筋直径。 冷弯结果判断：弯曲处不出现裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。否则为不合格。,钢筋试验结果评判：,根据屈服强度、拉伸强度、伸长率、重量偏差和冷弯试验结果，对照钢筋力学性能、重量偏差、弯曲性能表，可评定出其强度等级。 如有一项指标不合格，则加倍取样复检其不合格指标，若复检不合格

15、，则不得交货。 供方有权对复检不合格的钢筋重新分类或进行热处理，然后作为新的一批再提交验收。,2.4 钢筋焊接接头试验,钢筋焊接接头常用标准： JGJ/T 27-2001 钢筋焊接接头试验方法标准 JGJ 18-2012 钢筋焊接及验收规程,2.4 钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法： 闪光对焊：将两钢筋安放成对接形式，利用电阻 热使接触点金属融化，产生强烈飞 溅，形成闪光，迅速施加顶锻力完成 的一种压焊方法。,2.4 钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法： 电弧焊：以焊条为一极，钢筋为另一极，利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种焊接方法。,2.4 钢筋焊接接头试验,常见的钢筋焊接方法

16、： 电渣压力焊：将两钢筋安放成竖向堆积形式，利用电流通过量钢筋断面间隙，在焊剂层下形成电弧过程和电渣过程，产生的电弧热和电阻热，融化钢筋，加压完成的一种压焊方法。,2.4 钢筋焊接接头试验,试验项目、取样要求、数量：,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验具体操作同钢筋拉伸，其试验结果修约到5MPa。 抗拉强度（不需记录屈服强度、伸长率）是否断于焊缝之处 断裂情况：延性断裂或脆性断裂（判断） 延性断裂伴随明显塑性变形而形成延性断口的断裂。 脆性断裂几乎不伴随塑性变形而形成脆性断口的断裂。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定合格(旧标准) 3个试件的抗拉强度均不得小于该牌号钢筋规定的抗拉强度

17、，RRB400钢筋试件的抗拉强度均不得小于570MPa。 至少应有2个试件断于焊缝之外，并应呈延性断裂。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定合格(新标准) 3个试件均断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值。 2个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另一个时间断于焊缝，呈脆性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值的1. 0倍。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（旧标准） 1个试件的抗拉强度小于规定值。 2个试件在焊缝或热影响区发生脆性断裂，其抗拉强度均小于钢筋规定抗拉强度的1.10倍。,2.4 钢

18、筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（新标准） 2个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另一试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂，其抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值的1.0倍。 1个试件断于钢筋母材，呈延性断裂，其抗拉强大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值；另2个试件断于焊缝或热影响区，呈脆性断裂。 3个试件均断于焊缝，呈脆性断裂，其抗拉强度均大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值的1. 0倍。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定不合格（旧标准） 3个试件均在焊缝或热影响区发生脆性断裂 2个试件抗拉强度小于钢筋规定的抗拉强度。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定不合格（新标准） 3个试件断于焊缝，呈脆性断裂，有1个试件抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值的1. 0倍。,2.4 钢筋焊接接头试验,拉伸试验质量评定复验（旧标准） 复验时，应在切取6个试件。 若有1个试件的抗拉