建筑材料_霍轶珍_第七章建筑钢材

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,霍轶珍,河套大学土木工程学院,第七章 建筑钢材,教学目标,1,、重点掌握建筑结构用,钢材的主要力学性能，建,筑钢材的分类、选择使用。,2,、理解施工中能钢材的加工及,防腐处理。,第六章 金属材料,概述：,一、金属材料类型：,1,、黑色金属：是以铁元素为主要成分的金属及其,合金，常用的主要有钢和铁，钢,应用最广。,2,、有色金属：是除黑色以外的其他金属，其中铝,是一种重要的轻质结构和装饰材料。,第一节 建筑钢材,上海宝钢,一、钢及其特性,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。,含碳量超过,2%,，称为生铁；含碳量小于,0.08%,，称为工业纯铁。,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；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。,二、建筑钢材的主要品种,1.,型钢,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、钢轨等。,2.,线材,如钢筋、钢丝等。,二、建筑钢材的主要品种,3.,管材,无缝钢管、焊接钢管等。,二、建筑钢材的主要品种,4.,板材,光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。,三、钢的冶炼方法简介,按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：,1.,空气转炉炼钢法 一般炼制普通碳素钢。,2,.,氧气转炉炼钢法 炼制优质碳素钢和合金钢。,3,.,平炉炼钢法 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。,4.,电炉炼钢法,液态生铁,白口铁,吹入空气或氧气,钢,浇注成钢锭,脱 氧,熔融,四、钢的分类,1.,按冶炼方法分,2.,按质量分,按,S,和,P,元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢。,转炉钢,电炉钢,平炉钢,钢,按冶炼方法分,按脱氧程度分,沸腾钢,半镇静钢,镇静钢,特殊镇静钢,按炉衬材料分为酸性钢和碱性钢,四、钢的分类,3.,按化学成分分,4.,按用途分,分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。,高合金钢,合金钢,中碳钢,低合金钢,高碳钢,低碳钢,中合金钢,钢,碳素钢,C0.25%,C=0.25%0.60,C0.60,合金总含量,5%,5%10,10,五,建筑钢材的主要性能,标准试件,按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。,l,0,A,0,d,0,l,非标准试件,不经过加工，直接在线材上切取的试件。,头部,头部,工作段,（一）、拉伸性能,1.,低碳钢的拉伸性能,0,钢材拉伸过程的,-,图,OB,弹性阶段,BC,屈服阶段,CD,强化阶段,DE,颈缩阶段,A,0,B,C,B,0,D,C,E,D,F,E,C,上,上屈服点,C,下,下屈服点,以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。,（,1,）拉伸试验过程,0,钢材拉伸弹性阶段示意图,A,B,0,弹性阶段,p,比例极限，,MPa,。,p,B,B,弹性极限，,MPa,。,注：由于,A,、,B,两点相距较近，一般认为,p,=,B,。,0,钢材拉伸屈服阶段示意图,A,B,0,C,下,C,上,C,B,C,下,C,上,C,屈服阶段,放大后,0,钢材拉伸强化阶段示意图,A,B,0,C,下,C,上,C,D,D,D,D,D,强化阶段,b,b,抗拉强度或强度极限。,D,C,0,E,钢材拉伸颈缩阶段示意图,A,B,0,C,下,C,上,C,D,DE,颈缩阶段,（,2,）拉伸过程的参数,强度指标,屈服强度：,抗拉强度：,塑性指标,伸长率：,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。用条件屈服强度,0.2,来代替屈服强度。,条件屈服点,0.2,：,使硬钢产生,0.2%,塑性变形时的应力。见左图。,0,A,0.2%,a,b,oa,总变形。,ba,弹性变形,99.8%,。,ob,塑性变形,0.2%,。,（二）、冲击韧性,定义及指标,指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性值,k,表示。,k,越大，则冲击韧性越好。,k,是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（,J/cm,2,）。,影响因素,硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。,对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。,（三）、工艺性能,1.,冷弯性能,指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（,90,或,180,）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。,通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。,（三）、工艺性能,2.,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脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。,可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于,0.25%,的非合金钢具有良好的可焊性。,焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。,（四）、钢材的冷加工强化和时效,1.,冷加工强化,冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。,建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。,对钢材进行冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。,（四）、钢材的冷加工强化和时效,2.,时效,钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。,时效分为自然时效和人工时效两种。,自然时效是将其冷加工后，在常温下放置,15,20d,；,人工时效是将冷加工后的钢材加热至,100,200,保持,2h,以上。,经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。,（五）建筑钢材的钢种及牌号,碳素结构钢（非合金钢）,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；,如：,Q235,AF,表示为屈服点不小于,235MPa,的,A,级沸腾钢。,2.,牌号,共有,Q195,、,Q215,、,Q235,、,Q255,、,Q275,五个牌号。,3.,技术要求,化学成分、力学性能、冷弯性能应符合,GB700,规定。,碳素结构钢（非合金钢）,4.,应用,Q195,、,Q215,，,含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。,Q235,，,含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。,Q255,、,Q275,，,强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。,低合金高强度结构钢,1.,牌号表示方法,由代表屈服点的拼音字母（,Q,）、,屈服点数值、质量等级符号（,A,、,B,、,C,、,D,、,E,）,三部分按顺序组成。,如,Q345A,表示屈服点不小于,345MPa,的,A,级钢。,2.,牌号,共有,Q295,、,Q345,、,Q390,、,Q420,、,Q460,五个牌号。,3.,技术要求,其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合,GB/T1591,的规定,低合金高强度结构钢,4.,应用,Q295,，,钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。,Q345,、,Q390,，,综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，,C,、,D,、,E,级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。,Q420,、,Q460,，,强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。,钢筋,（一）、热轧钢筋,1.,生产,采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。,2.,分类,钢筋混凝土用热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。,3.,牌号,热轧直条光圆钢筋：,HPB235,热轧带肋钢筋：,HRB335,、,HRB400,、,HRB500,H,、,R,、,B,分别为热轧（,Hotrolled,）、,带肋（,Ribbed,）、,钢筋（,Bars,）,三个词英文首位字母。,推荐公称尺寸：,光圆：,8,、,10,、,12,、,16,、,20,；,带肋：,6,、,8,、,10,、,12,、,16,、,20,、,25,、,32,、,40,和,50mm,（一）、热轧钢筋,4.,热轧钢筋的力学性能、工艺性能,应符合下表的规定。,表面形状,强度等级代号,公称,直径,屈服点,s,，,MPa,抗拉强度,b,，,MPa,伸长率,5,，,%,冷弯,d,弯心直径,a,钢筋公称直径,不小于,光圆,HPB235,820,235,370,25,180,d,=,a,月牙肋,HRB335,625,2850,335,490,16,180,d,=3,a,180,d,=4,a,HRB400,625,2850,400,570,14,180,d,=4,a,180,d,=5,a,HRB500,625,2850,500,630,12,180,d,=6,a,180,d,=7,a,（二）、低碳热轧圆盘条,1.,概述,低碳热轧圆盘条的公称直径为,5.5,30mm,，,大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。,2.,分类,按用途分为：供拉丝用盘条（代号,L,）、,供建筑和其他一般用途用盘条（代号,J,）,两种。,3.,牌号,低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。,（二）、低碳热轧圆盘条,4.,力学性能和工艺性能,5.,应用,大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。,牌 号,力学性能,冷弯试验,180,d,=,弯心直径,a,=,试样直径,屈服点,s,，,MPa,抗拉强度,b,，,MPa,伸长率,5,，,%,不小于,Q215,215,375,27,d,=0,Q235,235,410,23,d,=0.5,a,低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能,（三）、冷轧带肋钢筋,1.,生产,冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。,2.,牌号,按抗拉强度分为,CRB550,、,CRB650,、,CRB800,、,CRB970,、,CRB1170,共五个牌号。,3.,规格,直径范围为,4,12mm,，,推荐的公称直径为,5,、,6,、,7,、,8,、,9,、,10mm,（三）、冷轧带肋钢筋,4.,力学性能和工艺性能,应符合,GB13788,的相关规定。,5.,应用,冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高,17%,左右，可节约钢材,30%,左右；,用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。,（四）、热处理钢筋,1.,概述,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，其外形分别见右图。代号为,RB150,。,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,（四）、热处理钢筋,4.,力学性能,5.,特点及应用,热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适合于预应力构件。,但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋。,预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能,公称直径,mm,牌 号,0.2,b,10,，,%,不小于,MPa,，,不小于,6,8.2,10,40S