建筑钢材及铝材

石 河 子 职 业 技 术 学 院 石 河 子 职 业 技 术 学 院 了 解 钢 材 的 分 类 ；掌 握 建 筑 钢 材 的 力 学 性 质 ： 拉 伸 性 能 ， 冷 弯 性能 、 冲 击 韧 性 和 硬 度 ；掌 握 建 筑 钢 材 的 化 学 成 分 对 钢 材 性 能 的 影 响 ；了 解 钢 材 的 冷 加 工 、 热 处 理 和 焊 接 ；建 筑 钢 材 的 的 标 准 及 选 用 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 钢 材 是 一 种 以 铁 为 主 要 元 素 、 含 碳 量 一 般 在2%以 下 ， 并 含 有 其 他 元 素 （ 磷 P、 硫 S、 氧 O、氮 N、 硅 Si和 锰 Mn)的 材 料 ；（ 1） 抗 拉 、 抗 压 、 抗 冲 击 性 能 好 ；（ 2） 可 加 工 性 能 好 ， 可 切 割 、 可 焊 接 和 铆 接 ， 装配 方 便 ；易 锈 蚀 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 建 筑 钢 材 是 指 建 筑 工 程 中 用 的 各 种 钢 材 。建 筑 钢 材 主 要 包 括 ：钢 结 构 用 各 种 型 材 （ 如 工 字 钢 、 角 钢 、方 钢 、 圆 钢 、 扁 钢 等 ） ；板 材 （ 如 钢 板 等 ） ；混 凝 土 用 各 种 钢 筋 、 钢 丝 和 钢 绞 线 等 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 钢 结 构 用 各 种 型 材 示 意 图 ： 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v钢 一 般 是 由 生 铁 在 炼 钢 炉 中 熔 炼 而 成 的 ；v但 是 生 铁 中 含 有 较 多 的 碳 （ 通 常 为 2%4.5%）和 其 他 的 杂 质 ；就 是 把 熔 融 的 生 铁 进 行 氧 化 ， 使 含 碳 量 降 低 到2%以 下 ， 并 且 使 其 他 杂 质 降 低 到 容 许 的 范 围 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v （ 1） 转 炉 钢 ： 以 熔 融 的 铁 水 为 原 料 、 由 转 炉 的 底 部 或 侧 面 向 转 炉 中 吹 入 高 压 热 空 气（ 或 氧 气 ） 进 行 冶 炼 而 得 到 的 钢 ， 叫 做 转 炉 钢 ；v （ 2） 平 炉 钢 ： 以 固 态 或 液 态 的 生 铁 、 铁 矿 石 或 废 钢 为 原 料 、 用 煤 气 或 重 油 为 燃 料 在平 炉 中 冶 炼 而 得 到 的 钢 ， 叫 做 平 炉 钢 ；v （ 3） 电 弧 炼 钢 ： 用 电 热 进 行 高 温 冶 炼 而 得 到 的 钢 ； 一 般 用 高 压 电 弧 作 为 热 源 ， 故 熔 炼 的 温 度 高 ， 且 温 度 可 以 自 由 调 节 ，清 除 杂 质 则 容 易 得 多 ， 故 电 炉 钢 的 质 量 最 好 ；（ 1） 转 炉 钢 （ 2） 平 炉 钢 （ 3） 电 弧 炼 钢 石 河 子 职 业 技 术 学 院 仅 用 弱 脱 氧 剂 锰 铁 进 行 脱 氧 ， 脱v 氧 很 不 完 全 的 钢 ；用 必 要 数 量 的 硅 、 锰 和 铝 等 脱 氧v 剂 进 行 彻 底 脱 氧 而 得 到 的 钢 ；脱 氧 程 度 以 及 钢 的 质 量 介 于 沸v 腾 钢 和 半 镇 静 钢 之 间 ；（ 1） 沸 腾 钢 ； （ 2） 镇 静 钢 ； （ 3） 半 镇 静 钢FeO 石 河 子 职 业 技 术 学 院 （ 1） 热 加 工 钢 材 ： 是 将 钢 锭 加 热 到 一 定 温 度 ， 使 得 钢 锭 成 呈 塑性 状 态 进 行 的 压 力 加 工 ， 如 热 轧 、 热 锻（ 2） 冷 加 工 钢 材 ： 指 在 常 温 下 进 行 加 工 的 钢 材 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院v 指 含 碳 量 小 于 2%的 钢 ， 一 般 又 分 为 以 下 三种 ：n 低 碳 钢 ： 含 碳 量 小 于 0.25%的 碳 素 钢 ；n 中 碳 钢 ： 含 碳 量 在 0.25%0.6%之 间 ；n 高 碳 钢 ： 含 碳 量 在 0.6%2%之 间 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v为 改 善 钢 的 某 些 性 质 而 特 意 加 入 的 一 定 量 的 一 种或 几 种 合 金 元 素 ； 如 硅 、 锰 和 镍 等 ；v合 金 钢 分 为 三 类 ：n低 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 量 小 于 5%的 钢 ；n中 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 量 在 5%10%之 间 的 钢 ；n高 合 金 钢 ： 合 金 元 素 总 量 大 于 10%的 钢 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 石 河 子 职 业 技 术 学 院 石 河 子 职 业 技 术 学 院 钢 材 的 性 质 包 括 强 度 、 弹 性 、 塑 性 和 韧 性 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 OA段 是 一 条 直 线 ， 应 力 与 应 变成 正 比 ， A 为 弹 性 极 限 强 度 ；： AB段 ， 钢 材 失 去 了 弹 性 变 形的 能 力 ， 应 力 增 加 不 大 ， 但 应 变 迅 速 增 加 ， 发 生了 屈 服 现 象 。 ： BC段 ， 钢 材 内 部 组 织 发 生 了变 化 ， 提 高 了 抵 抗 外 力 的 能 力 。CD段 ， 变 形 迅 速 发 展 ， 应 力下 降 ， 到 D点 发 生 试 件 的 破 坏 。低 碳 钢 受 拉 到 拉 断 ， 共 经 历 了 四 个 阶 段 ： 第 16页 ， 共 61页v屈 强 比n 定 义n 屈 强 比 指 钢 材 拉 伸 时 的 屈 服 强 度 和 抗 拉 强 度 的 比 值 ， 用 S b表 示 。 n 屈 强 比 的 工 程 意 义n 屈 强 比 越 小 ， 反 映 钢 材 受 力 超 过 屈 服 点 工 作 时 的 可 靠 性 大 ， 因 而 结构 的 安 全 性 高 。 但 屈 强 比 太 小 ， 反 映 钢 材 不 能 有 效 地 被 利 用 。n 屈 强 比 大 ， 钢 材 的 强 度 利 用 较 为 充 分 ， 但 钢 材 受 力 超 过 屈 服 点 工 作时 的 可 靠 性 差 。 应 变 应力O 残 余 变 形 A B C D p b SL SU B上 B下初 始 瞬 时 效 应 石 河 子 职 业 技 术 学 院 石 河 子 职 业 技 术 学 院 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v伸 长 率 ： 试 件 拉 段 后 ， 标 距 长 度 的 增 量 与 原标 距 长 度 之 比 %l)ll( 100001 n断 面 收 缩 率 ： 是 指 断 面 口 处 的 面 积 收 缩 量 与原 面 积 之 比 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 8.2.2 工 艺 性 能n8.2.2.1 冷 弯 性 能n 冷 弯 性 能 ： 指 钢 材 在 常 温 下 承 受 弯 曲 的 能 力 。n 冷 弯 曲 实 验 一 般 是 把 钢 材 按 规 定 的 角 度 （ 90或n 180度 ） 与 n(n=弯 心 直 径 d/钢 材 的 厚 度或 直 径 a)进 行 弯 曲 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v冷 加 工 ： 指 的 是 钢 材 在 常 温 下 进 行 的 加 工 ， 常 见的 有 冷 拔 、 冷 拉 、 冷 轧 ， 冷 扭 、 刻 痕 等 ；v时 效 ： 钢 材 随 着 时 间 的 延 长 ， 强 度 和 硬 度 提 高 ，而 塑 性 、 韧 性 下 降 的 现 象 ； 在 冷 加 工 状 态 下 ， 时 效 性 特 别 明 显 。一 般 建 筑 用 钢 筋 常 利 用 冷 加 工 、 时 效 作 用 来 提 高钢 筋 的 强 度 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v 工 地 或 预 制 厂 钢 筋 混 凝 土 施 工 中 常 利 用 这 一原 理 ， 对 钢 筋 或 低 碳 钢 盘 条 按 一 定 制 度 进 行冷 拉 或 冷 拔 加 工 ， 以 提 高 屈 服 强 度 。v自 然 时 效 :将 经 过 冷 拉 的 钢 筋 于 常 温 下 存 放15 20 ;v人 工 时 效 :将 经 过 冷 拉 的 钢 筋 加 热 到 100200 并 保 持 一 段 时 间 ；v以 上 两 个 过 程 都 称 为 时 效 处 理 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v在 建 筑 工 地 和 混 凝 土 预 制 厂 ， 经 常对 比 使 用 要 求 的 强 度 偏 低 和 塑 性 偏大 的 钢 筋 或 低 碳 盘 条 钢 筋 进 行 冷 拉或 冷 拔 并 时 效 处 理 ， 以 提 高 屈 服 强度 和 利 用 率 ， 节 省 钢 材 。v同 时 还 兼 有 调 直 、 除 锈 的 作 用 。 这种 加 工 所 用 机 械 比 较 简 单 ， 容 易 操作 ， 效 果 明 显 ， 所 以 建 筑 工 程 中 常采 取 此 法 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院v一 般 钢 ： 碳 、 磷 、 硫 、 氧 、 氮 等 ；v合 金 钢 ： 为 改 善 钢 材 的 某 些 性 质 ， 特意 加 入 的 元 素 ， 如 锰 、 硅 、 钒 、 钛 等 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院能性学力 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v2、 锰 、 硅 为 脱 氧 而 有 意 加 入 的 元 素 ， 能显 著 提 高 钢 材 的 强 度 ， 对 塑 性 与 韧 性 的 影响 不 是 很 大 。 v3、 磷 使 钢 材 的 拉 伸 强 度 提 高 ， 塑 性 和韧 性 下 降 ， 能 显 著 增 加 钢 材 的 冷 脆 性 ， 降低 钢 材 的 可 焊 性 ；v4、 硫 能 使 钢 材 产 生 热 脆 性 ， 降 低 钢 材的 热 加 工 与 可 焊 性 ；v5、 氧 、 氮 降 低 钢 材 的 力 学 性 质 ， 严 重 影响 了 钢 材 的 韧 性 ， 并 能 促 进 时 效 ， 降 低 钢材 的 可 焊 性 ； 石 河 子 职 业 技 术 学 院 n建 筑 钢 材 一 般 分 两 种 ：1、 钢 结 构 用 钢 材 :2、 钢 筋 混 凝 土 结 构 用 钢 ：低 合 金 结 构 钢碳 素 结 构 钢其 中 低 合 金 结 构 钢 ： 包 括 角 钢 、 工 字 钢 、槽 钢 和 钢 管 、 钢 板 等 ；主 要 有 钢 筋 、 钢 丝 和 钢 绞 线 等 石 河 子 职 业 技 术 学 院 1、 碳 素 结 构 钢 牌 号 的 表 示 方 法 ： （ 如 Q235 A.F ）（ 1） 按 屈 服 点 值 分 为 五 种 ： 195、 215、 235、355、 275MPa；（ 2） 按 磷 、 硫 杂 质 的 含 量 由 多 到 少 分 为 A、 B、 C、D四 个 质 量 等 级 ；（ 3） 按 脱 氧 方 式 分 为 F、 b、 Z、 TZ四 种 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 从 表 8.1、 表 8.2可 见 ， 随 着 钢 材 牌号 的 增 加 ， 含 碳 量 是 增 加 的 ， 钢 材 的屈 服 点 与 抗 拉 强 度 增 加 ， 但 是 塑 性 与韧 性 有 所 下 降 ， 因 此 对 碳 素 结 构 钢 而言 ， 一 般 选 择 Q235牌 号 的 钢 作 为 钢结 构 用 钢 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 例 ： 碳 素 结 构 钢 是 如 何 划 分 牌 号 的 ？ 说 明 Q235AF和 Q235 号 钢 在 性 能 上 有 何 区 别 ？解 ： 碳 素 结 构 钢 的 牌 号 按 顺 序 由 代 表 屈 服 点 的 字 母 （ Q） 、屈 服 点 数 值 （ /mm2） 、 质 量 等 级 符 号 (A、 B、 C、 D)、 脱氧 程 度 符 号 (F、 b、 Z、 TZ)等 四 部 分 组 成 。 Q235AF和Q235D均 为 235碳 素 结 构 钢 ， 是 建 筑 中 应 用 最 多 的 碳 素 钢 。二 者 性 能 差 别 主 要 表 现 在 质 量 等 级 和 脱 氧 程 度 上 。1） 按 硫 、 磷 含 量 多 少 来 衡 量 ， Q235D磷 、 硫 含 量 均 少 于Q235AF, 质 量 较 好 ； 2） 按 脱 氧 程 度 衡 量 Q235D为 镇静 钢 ， 质 量 最 好 ， Q235AF 为 沸 腾 钢 。 3） Q235AF钢 ， 仅 适用 于 承 受 间 接 动 荷 载 的 静 荷 载 的 结 构 。 而 Q235D可 适 用 于 动 荷 载作 用 或 处 在 低 温 环 境 下 的 工 作 条 件 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 v牌 号 的 表 示 方 法 ： 如 Q295 A。v 其 中 Q表 示 屈 服 点 ， 295MPa表 示屈 服 值 ， A表 示 质 量 等 级 ；v分 五 个 牌 号 ： Q295、 Q345、Q390、 Q420、 Q460；v应 用 ： 一 般 用 于 大 跨 度 、 大 柱 网 结 构 石 河 子 职 业 技 术 学 院 3、 钢 结 构 用 钢 材1） 热 轧 型 钢 角 钢 、 工 字 钢 、 槽 钢 、 T型 钢 、 H型钢 、 Z型 钢2） 冷 弯 薄 壁 型 钢 角 钢 、 槽 钢 等 开 口 薄 壁 型 钢 及 方 形 、矩 形 等 空 心 薄 壁 型 钢3） 钢 板 、 压 型 钢 板 石 河 子 职 业 技 术 学 院 8.3.2 钢 筋 混 凝 土 用 钢（ 包 括 钢 筋 、 钢 丝 和 钢 绞 线 ）v钢 筋 有 以 下 三 种 ：冷 拉 热 轧 钢 筋 ： 普 通 混 凝 土 非 应 力 钢筋 ；热 处 理 钢 筋 ： 预 应 力 混 凝 土 枕 轨 、 也用 于 预 应 力 混 凝 土 板 、 吊 车 梁 等 ；冷 轧 带 肋 钢 筋 ： 在 中 小 型 预 应 力 混 凝土 构 件 和 普 通 的 混 凝 土 构 件 中 应 用 广泛 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 (1) 热 轧 钢 筋 根 据 表 面 特 征 不 同 ， 热 轧 钢 筋 分 为 光 圆 钢 筋 和 带肋 钢 筋 。 根 据 强 度 的 高 低 ， 热 轧 钢 筋 又 分 为 不 同 的 强 度 等 级 ，各 强 度 等 级 热 轧 钢 筋 的 技 术 标 准 见 表 8.8， 8.9-2 。 我 国 热 轧 钢 筋 标 准 ， 按 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度 等 力 学性 能 分 为 I IV级 ， 四 个 强 度 等 级 的 钢 筋 中 ， 除 I级 钢 筋 为 低 碳 钢 外 ， 其 余 三 级 热 轧 带 肋 钢 筋 均 为 低合 金 钢 。 其 牌 号 由 HRB和 规 定 屈 服 强 度 最 小 值 构成 。 、 、 分 别 为 热 轧 、 肋 、 钢 筋 的 英 文 名 称的 第 一 个 字 母 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 （ 2） 预 应 力 混 凝 土 用 热 处 理 钢 筋 预 应 力 混 凝 土 用 热 处 理 钢 筋 是 用 8、 10（ ）的 热 轧 带 肋 钢 筋 经 淬 火 和 回 火 等 调 质 处 理 而 成 ， 代号 为 。优 点 ： 强 度 高 ， 可 代 替 高 强 钢 丝 使 用 ； 配 筋 根 数 少 ， 节 约 钢 材 ； 锚 固 性 好 ， 不 易 打 滑 ， 预 应 力 值 稳 定 ； 施 工 简 便 ， 开 盘 后 钢 筋 自 然 伸 直 ， 不 需 调 直 及焊 接 。 主 要 用 于 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 轨 枕 ， 也 用 于 预 应 力 梁 、板 结 构 及 吊 车 梁 等 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 （ 3） 冷 轧 带 肋 钢 筋v 是 采 用 由 普 通 低 碳 钢 或 低 合 金 钢 热 轧 的 圆 盘 条为 母 材 ， 经 冷 轧 减 径 后 在 其 表 面 冷 轧 成 二 面 或 三面 有 肋 的 钢 筋 ；v 是 热 轧 圆 盘 钢 筋 的 深 加 工 产 品 ， 是 一 种 新 型 高效 建 筑 钢 材 。v 冷 轧 带 肋 钢 筋 按 抗 拉 强 度 分 为 5级 ， 其 代 号 为CRB550、 CRB650 、 CRB800 、 CRB970 、和 CRB1170， 后 面 的 数 字 表 示 钢 筋 抗 拉 强 度 等级 数 值 。 冷 轧 带 肋 钢 筋 的 公 称 直 径 范 围 为 12 。 冷 轧 带 肋 钢 筋 的 力 学 性 能 和 工 艺 性 能 应 符 合表 8-8的 要 求 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 （ 4） 预 应 力 混 凝 土 用 钢 丝 及 钢 绞 线 v大 型 预 应 力 混 凝 土 构 件 ， 由 于 受 力 很 大 ， 常采 用 高 强 度 钢 丝 或 钢 绞 线 作 为 主 要 受 力 钢 筋 。v预 应 力 高 强 度 钢 丝 是 用 优 质 碳 素 结 构 钢 盘 条 ，经 酸 洗 、 冷 拉 或 再 经 回 火 处 理 等 工 艺 制 成 ，钢 铰 线 是 由 根 直 径 为 2.5 5.0 的 高 强度 钢 丝 ， 铰 捻 后 经 一 定 热 处 理 清 除 内 应 力 而制 成 。 铰 捻 方 向 一 般 为 左 捻 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 8.3.3 钢 材 的 选 用 原 则 （ 1） 荷 载 性 质（ 2） 使 用 温 度 （ 3） 连 接 方 式（ 4） 钢 材 厚 度 （ 5） 结 构 重 要 性 石 河 子 职 业 技 术 学 院 8.4.1 钢 材 的 锈 蚀 钢 材 的 锈 蚀 是 指 其 表 面 与 周 围 介 质 发 生 化 学 反 应而 遭 到 的 破 坏 。 根 据 锈 蚀 作 用 的 机 理 ， 钢 材 的 锈蚀 可 分 为 化 学 锈 蚀 和 电 化 学 锈 蚀 两 种 ： （ ） 化 学 锈 蚀 化 学 锈 蚀 是 指 钢 材 直 接 与 周 围 介 质 发 生 化 学反 应 而 产 生 的 锈 蚀 。 这 种 锈 蚀 多 数 是 氧 化 作 用 ， 使 钢 材 表 面 形 成 疏松 的 氧 化 物 。8.4 钢 材 的 腐 蚀 和 防 止 石 河 子 职 业 技 术 学 院 （ ） 电 化 学 锈 蚀 电 化 学 锈 蚀 是 指 钢 材 与 电 解 质 溶 液 接 触 而 产 生 电流 ， 形 成 微 电 池 而 引 起 的 锈 蚀 。 潮 湿 环 境 中 的 钢 材 表 面 会 被 一 层 电 解 质 水 膜 所 覆盖 ， 而 钢 材 是 由 铁 素 体 、 渗 碳 体 及 游 离 石 墨 等 多 种成 分 组 成 ， 由 于 这 些 成 分 的 电 极 电 位 不 同 ， 首 先 ，钢 的 表 面 层 在 电 解 质 溶 液 中 构 成 以 铁 素 体 为 阳 极 ，以 渗 碳 体 为 阴 极 的 微 电 池 。 在 阳 极 ， 铁 失 去 电 子 成为 Fe2+进 入 水 膜 ； 在 阴 极 ， 溶 于 水 膜 中 的 氧 被 还 原生 成 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院 8.4.2 锈 蚀 的 防 止 钢 结 构 防 止 锈 蚀 的 方 法 通 常 是 采 用 表 面 刷 漆 。 混 凝 土 配 筋 的 防 锈 措 施 ， 根 据 结 构 的 性 质 和 所 处环 境 条 件 等 ， 主 要 是 保 证 混 凝 土 的 密 实 、 保 证 足 够的 保 护 层 厚 度 、 限 制 氯 盐 外 加 剂 的 掺 加 量 和 保 证 混凝 土 一 定 的 碱 度 等 ， 还 可 掺 用 阻 锈 剂 。 钢 材 的 组 织 及 化 学 成 分 是 引 起 钢 材 锈 蚀 的 内 因 。通 过 调 整 钢 的 基 本 组 织 或 加 入 某 些 合 金 元 素 ， 可 有效 地 提 高 钢 材 的 抗 腐 蚀 能 力 。 例 如 ， 炼 钢 时 在 钢 中加 入 铬 、 镍 等 合 金 元 素 ， 可 制 得 不 锈 钢 。 石 河 子 职 业 技 术 学 院8.5 铝 和 铝 合 金 材 料 （ 略 ） 石 河 子 职 业 技 术 学 院