建筑钢材-土木工程材料.ppt

1、,第八章 建筑钢材,南华大学杨建明教授,Page 2,金属材料包括黑色金属和有色金属 建筑钢材包括钢结构用的型钢、钢板；钢筋混凝土用钢筋、钢丝和钢铰线,Page 3,8.1 钢材的冶炼与分类,一、钢材的冶炼 钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2.06%的为生铁，小于2.06%的为钢。 钢是由铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭和少量石灰石等在高温作用下形成。 冶炼方法：氧气转炉法、电炉法和平炉法。 炼钢过程中脱氧，加入MnO、SiO2、Al2O3。 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢,Page 4,8.1 钢材的冶炼与分类,二、钢材的分类 1、按冶炼方法分类 按生产的炉型 平炉钢 转炉钢 电炉钢 按脱氧程

2、度分类 沸腾钢 镇静钢 特殊镇静钢 半镇静钢,Page 5,8.1 钢材的冶炼与分类,2、按化学成分分类 碳素钢含碳量0.022.06%的铁碳合金 低碳钢0.25% 中碳钢0.25%0.6% 高碳钢0.6% 合金钢低合金钢5% 中合金钢5%10% 高合金钢10%,Page 6,8.1 钢材的冶炼与分类,根据钢中磷、硫等杂质含量的不同，碳素钢可分为： 普通碳素钢其中磷的含量不大于0.045%，硫的含量不大于0.050% 优质碳素钢其中磷和硫的含量均不大于0.035% 高级优质碳素钢其中硫和磷含量均不在于0.025% 特级优质碳素钢硫含量0.025%，磷含量0.015%,Page 7,8.1 钢材

3、的冶炼与分类,3、按用途分类 结构钢低、中碳钢 工具钢高碳钢 特殊钢不锈钢,Page 8,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,力学性能（抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度）和工艺性能（冷弯性能、焊接性能和热处理性能）,Page 9,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,一、力学性能 1、抗拉性能 通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率。（图8.1） 1）弹性阶段低碳钢弹性模量E2.01052.1MPa，弹性极限P180MPa200MPa 2）屈服阶段用S表示，常用低碳钢S为195MPa300MPa,图8.1 低碳钢受拉时应力应变图,Page 11,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,3）强化阶

4、段抗拉强度，用b表示，低碳钢b385520MPa，屈强比S/b 0.580.63（碳素钢）；0.650.75（合金钢） 4）颈缩阶段 塑性表示钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。,Page 12,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,采用伸长率和断面收缩率表示。 A、伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能力。 B、断面收缩率是试件拉断后缩颈处横断面的最大缩减量占横截面积的百分率。（%） 中碳钢、高碳钢，无明显屈服现象，脆性破坏，采用名义屈服点0.2,Page 13,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,2、冲击韧性 m摆锤质量 A试件槽口处断面积（cm2） 规范中通常是根据负温条件规定2

5、0或40负温冲击值指标。,Page 14,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,3、疲劳强度 钢材在交变荷载反复作用下，可在远小于抗拉强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。用疲劳强度或疲劳极限表示。它是指试件在交变应力下，作用107周次，不发生疲劳破坏的最大应力值。,Page 15,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,4、硬度 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度 1）布氏硬度 根据国家标准压头用淬火钢球，符号为HB 压头用硬质合金钢时，符号为HB 2）洛氏硬度 金刚石圆锥体或钢球初始试验力（F0）总试验力F（FF0主试验力F1）（h1-h0）,Page 16,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,二、工

6、艺性能 冷弯、冷拉、冷拔及焊接性能 1、冷弯性能 弯曲角度（）和弯心直径（d） 2、焊接性能碳含量0.25%，可焊性好，0.3%可焊性差,Page 17,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,3、冷加工性能及时效处理 1）冷加工强化与时效处理 存放15d20d自然时效 或加热100200，保持2h3h，人工时效 2）常见冷加工方法 （1）冷拉 屈服强度提高20%30%，节约钢材10%20% （2）冷拔 40%60% 3）钢材冷加工强化与时效处理的机理,Page 18,8.2 钢材的力学性能与工艺性能,4、钢材的热处理 1）退火是将钢材加热到一定温度，保温后缓慢冷却（随炉冷却）的一种热处理工艺。 2

7、）正火是退火的一种特例。正火在空气中冷却，两者仅冷却速度不同。 3）淬火是将钢材加热到基本组织转变温度以上（一般为900以上），保温使组织完全转变，即放入水或油等冷却介质快速冷却，使之转变为不稳定组织的热处理。 4）回火是将钢材加热到基本组织转变温度以下（150650内选定），保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。,Page 19,8.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响,一、钢的组织及其对钢材性能的影响 1535 1394 912 液态铁 -Fe -Fe -Fe 体心立方晶体 面心立方晶体 体心立方晶体 固溶体 化合物 机械混合物,Page 20,8.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响,

8、二、钢的化学成分对钢材性能的影响 1、碳 钢材由铁素体（都好）、渗碳体（抗拉强度低、很耐磨）、珠光体（介于渗碳体和铁素体） 2、硫热脆性0.045% 3、磷对塑性和韧性影响更大0.045%冷脆性 4、锰脱氧、硫 5、硅,Page 21,8.3 钢的组织和化学成分对钢材性能的影响,6、氧0.03% 7、氮与碳、磷相似 0.018%,Page 22,8.4 建筑钢材的锈蚀与防护,一、钢材锈蚀机理 1、化学锈蚀 FeO保护膜 2、电化学锈蚀 阳极 阴极 总反应 水和氧的存在,Page 23,8.4 建筑钢材的锈蚀与防护,二、钢筋混凝土中钢筋锈蚀 埋于混凝土中的钢筋，因系处于碱性介质条件（新浇混凝土的

9、PH值为12.5或更高），而氧化保膜为碱性，故不致锈蚀。在碱性环境中，阴极过程难于进行，即使原电池存在，生成的Fe(OH)2也能存在，成为钢筋保护膜。 钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要原因有：1）混凝土不密实；2）混凝土保护层厚度小或发生严重碳化；3）混凝土内Cl-含量过大；4）预应力钢筋存在微裂缝。 混凝土配筋防锈措施，主要根据结构和所处环境条件等，考虑混凝土的质量要求，即限制水灰比和水泥用量，并加强施工管理，以保证混凝土的密实性，经及保证足够的保护层厚度和限制氯盐外加剂的掺用量。,Page 24,8.4 建筑钢材的锈蚀与防护,三、钢材锈蚀的防止 1、表面刷漆 钢结构防止锈蚀的方法通常采用表面刷漆。

10、 底漆红丹、环氧富锌漆 中间漆红丹、铁红 面漆灰铅、酚醛磁漆 2、表面镀金属 薄壁钢材可采用热浸镀锌后加涂塑料。 3、采用耐候钢,Page 25,8.4 建筑钢材的锈蚀与防护,四、钢的防火 无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限0.25h，钢梁0.25h 200基本不变 300下降 400急剧降低 600弹性模量、屈服点和极限强度接近于零。 1、防火涂料包裹法 2、不燃性板材包裹法防水板、石膏板、蛭石板、珍珠岩板 3、实心包裹法采用混凝土,Page 26,8.5 建筑钢材的品种与选用,钢结构用钢、钢筋混凝土用钢 一、碳素结构钢 1、牌号及其表示方法 碳素结构钢有Q195、Q215、Q235、Q255

11、、Q275 表示方法如下：屈服点等级质量等级脱氧程度 质量等级：A、B、C、D 脱氧程度：F、b、Z、TZ 2、力学性能及工艺性能 表8.1 3、特性及应用,Page 27,表8.1 碳素结构钢的机械性能,Page 28,8.5 建筑钢材的品种与选用,二、低合金高强度结构钢 所加元素有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素 1、牌号及其表示方法 Q295、Q345、Q390、Q460 其表示方法如下：屈服点等级质量等级 质量等级：A、B、C、D、E 2、力学性能 表8.2 3、特性及应用 Q345,Page 29,表8.2 低合金高强度结构钢的力学性质,Page 30,8.5 建筑钢材的品种与选用,三、优质碳素结构钢GB/T699199931牌号 牌号表示方法：平均含碳量的万分数含锰量标识脱氧程度,Page 31,8.6 常用建筑钢材,（一）钢筋 1、热轧钢筋 主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。 如表8.3、8.4 1）热轧光圆钢筋R235 2）热轧带肋钢筋HRB335、HRB400、HRB500 2、低碳钢热轧圆盘条 3、冷轧带肋钢筋 4、预应力混凝土用热处理钢筋 5、预应力混凝土用钢丝和钢绞线,Page 32,表8.3 热轧光圆钢筋力学性能和工艺性能要求,Page 3