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1、第七章第七章 建筑钢材建筑钢材本讲稿第一页，共三十五页 建筑钢材的定义建筑钢材的定义 钢材是以铁为主要元素，含碳量为钢材是以铁为主要元素，含碳量为0.020.022.062.06，并含有其他元素的合金材料。并含有其他元素的合金材料。建筑钢材的分类建筑钢材的分类 钢结构用各种型钢（如工字钢、角钢、槽钢、方钢等）、钢结构用各种型钢（如工字钢、角钢、槽钢、方钢等）、板材、钢管、钢筋和钢丝等。板材、钢管、钢筋和钢丝等。建筑钢材的优点建筑钢材的优点 抗拉、抗压和抗冲击性能好；可切割、可焊接、可铆接，抗拉、抗压和抗冲击性能好；可切割、可焊接、可铆接，装配方便。装配方便。建筑钢材的缺点建筑钢材的缺点 容易锈
2、蚀，耐火性差。容易锈蚀，耐火性差。第一节第一节 钢材的分类钢材的分类四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第七章第七章 建筑钢材建筑钢材本讲稿第二页，共三十五页一、钢材按化学成分分类一、钢材按化学成分分类、碳素钢、碳素钢 ：含碳量为含碳量为0.020.022.062.06的铁碳合金称为碳素的铁碳合金称为碳素钢，也称碳钢。碳素钢根据含碳量可分为：钢，也称碳钢。碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢：低碳钢：含碳小于含碳小于0.250.25；中碳钢中碳钢：含碳含碳0.250.250.60.6；高碳钢：高碳钢：含碳大于含碳大于0.60.6。、合金钢、合金钢 ：碳素钢中加入一定量的合金元素
3、则称为合金钢。碳素钢中加入一定量的合金元素则称为合金钢。合金钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅（合金钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅（SiSi）、锰（）、锰（MnMn）、）、磷（磷（P P）、硫（）、硫（S S）、氮（）、氮（N N）之外，还加入一定量的硅（）之外，还加入一定量的硅（SiSi）、）、锰（锰（MnMn）、钛（）、钛（TiTi）、钒（）、钒（V V）、镍（）、镍（NiNi）、铌（）、铌（NbNb）等一种）等一种或几种元素进行合金化，以改善钢材的使用性能和工艺性能，这或几种元素进行合金化，以改善钢材的使用性能和工艺性能，这些元素称为合金元素。按合金元素的总含量可分为：些元素称为合金元素
4、。按合金元素的总含量可分为：低合金钢：低合金钢：合金元素总含量小于合金元素总含量小于5 5；中合金钢：中合金钢：合金元素总含量为合金元素总含量为5 51010；高合金钢：高合金钢：合金元素总含量大于合金元素总含量大于1010。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第一节第一节 钢材的分类钢材的分类本讲稿第三页，共三十五页二、按冶炼时脱氧程度分类二、按冶炼时脱氧程度分类、沸腾钢、沸腾钢 如果炼钢时脱氧不充分，如果炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的钢液冷却到一定的温
5、度，其中的碳会与金属氧化物发生反应碳会与金属氧化物发生反应，生成，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾，因而这种钢材称为沸大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾，因而这种钢材称为沸腾钢，其代号为腾钢，其代号为“F F”。沸腾钢中沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等在钢中分布不均碳和有害杂质磷、硫等在钢中分布不均，富集于某些区间，富集于某些区间的现象较严重，钢的致密程度较差。故沸腾钢的的现象较严重，钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性冲击韧性和可焊性较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。但从经济上比较，其成较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。但从经济上比较，其成品率较高，故成本较低。品率
6、较高，故成本较低。、镇静钢、镇静钢如果炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少或没有，在浇铸钢锭如果炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少或没有，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为“Z Z”。镇镇静钢组织致密，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优静钢组织致密，气泡少，偏析程度小，各种力学性能比沸腾钢优越。可用于受冲击荷载的结构或其他重要结构。越。可用于受冲击荷载的结构或其他重要结构。、半镇静钢、半镇静钢 指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为“b
7、 b”。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第一节第一节 钢材的分类钢材的分类本讲稿第四页，共三十五页三、按压力加工方式分为三、按压力加工方式分为 为消除冶炼、铸锭过程中，钢材中出现的结构不均匀、气泡为消除冶炼、铸锭过程中，钢材中出现的结构不均匀、气泡等缺陷而进行压力加工的方法。等缺陷而进行压力加工的方法。、热加工钢材：、热加工钢材：加热到一定温度进行的压力加工；加热到一定温度进行的压力加工；、冷加工钢材：、冷加工钢材：常温下进行压力加工的钢材；常温下进行压力加工的钢材；四、按用途分类四、按用途分类、结构钢：、结构钢：建筑工程中常用结构钢种为
8、碳素结构钢中的低建筑工程中常用结构钢种为碳素结构钢中的低 碳钢和低合金高强度结构钢。碳钢和低合金高强度结构钢。、工具钢：、工具钢：主要用于各种切削工具的钢；主要用于各种切削工具的钢；、特殊钢：、特殊钢：据用某种特殊的物理、化学性质的钢，如耐酸据用某种特殊的物理、化学性质的钢，如耐酸 钢、耐热钢和不锈钢等。钢、耐热钢和不锈钢等。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第一节第一节 钢材的分类钢材的分类本讲稿第五页，共三十五页一、建筑钢材的力学性能一、建筑钢材的力学性能、抗拉性能、抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。钢材受拉时，在产抗拉性能是
9、建筑钢材最重要的力学性能。钢材受拉时，在产生应力的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映出生应力的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映出钢材的主要力学特征。从低碳钢（软钢）的钢材的主要力学特征。从低碳钢（软钢）的应力应力-应变关系应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶弹性阶段（段（OAOA）、屈服阶段屈服阶段(ABAB)、强化阶段强化阶段(BCBC)和和颈缩阶段颈缩阶段(CDCD)。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主
10、要技术性能本讲稿第六页，共三十五页 弹性阶段弹性阶段在图中在图中OAOA段，应力较低，应力与应变成正比例关系，卸去外力，试件恢段，应力较低，应力与应变成正比例关系，卸去外力，试件恢复原状，无残余形变，这一阶段称为弹性阶段。复原状，无残余形变，这一阶段称为弹性阶段。弹性阶段的最高点（弹性阶段的最高点（A A点）点）所对应的应力称为所对应的应力称为弹性极限弹性极限，用，用p p表示，在弹性阶段，应力和应表示，在弹性阶段，应力和应变的比值为常数称为弹性模量，用变的比值为常数称为弹性模量，用E E表示，即表示，即E=/E=/。屈服阶段屈服阶段当应力超过弹性极限后，应变的增长比应力快，此时，除产生弹性变
11、形当应力超过弹性极限后，应变的增长比应力快，此时，除产生弹性变形外，还产生塑性变形。当应力达到外，还产生塑性变形。当应力达到B B上上点时，即使应力不再增加，塑性点时，即使应力不再增加，塑性变形仍明显增长，钢材出现了变形仍明显增长，钢材出现了“屈服屈服”现象，这一阶段称为屈服阶段。在现象，这一阶段称为屈服阶段。在屈服阶段中，应力会有波动，出现屈服阶段中，应力会有波动，出现上屈服点（上屈服点（B B上上）和下屈服点）和下屈服点(B B下下)。由于下屈服点比较比较稳定且容易测定，因此，采用下屈服点对应的应由于下屈服点比较比较稳定且容易测定，因此，采用下屈服点对应的应力作为钢材的力作为钢材的屈服极限
12、（屈服极限（S S）或屈服强度。钢材受力达到屈服强度或屈服强度。钢材受力达到屈服强度后，变形迅速增长，尽管尚未断裂，已不能满足使用要求，故后，变形迅速增长，尽管尚未断裂，已不能满足使用要求，故结构设计结构设计中以屈服强度作为容许应力取值的依据。中以屈服强度作为容许应力取值的依据。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第七页，共三十五页 强化阶段强化阶段在钢材屈服到一定程度后，由于在钢材屈服到一定程度后，由于内部晶格扭曲、晶粒破碎内部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止等原因，阻止了塑性变
13、形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高，在应力应了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高，在应力应变图上，曲线从变图上，曲线从B B点开始上升直至最高点点开始上升直至最高点C C，这一过程称为强化阶段；对，这一过程称为强化阶段；对应于最高点应于最高点C C的应力称为的应力称为抗拉强度（抗拉强度（b b）。它是钢材所承受的最大拉应）。它是钢材所承受的最大拉应力。常用低碳钢的抗拉强度为力。常用低碳钢的抗拉强度为375375500MPa500MPa。条件屈服点：条件屈服点：某些合金钢或含碳量高的钢材（如预应力混凝土用钢筋某些合金钢或含碳量高的钢材（如预应力混凝土用钢筋和钢丝）具有硬钢的
14、特点，其抗拉强度高，无明显屈服阶段，伸长率小。和钢丝）具有硬钢的特点，其抗拉强度高，无明显屈服阶段，伸长率小。故采用产生故采用产生残余变形为残余变形为0.20.2原标距长度时的应力作为屈服强度原标距长度时的应力作为屈服强度，称为，称为条件屈服点，用条件屈服点，用0.20.2表示。表示。强屈比：强屈比：抗抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）抗抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）b b/S S，是评价钢材使，是评价钢材使用可靠性的一个参数。用可靠性的一个参数。强屈比愈大强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，性越大，安全性越高安全性越高，但是，但是，强屈比太大强屈
15、比太大，钢材强度的利用率偏低，钢材强度的利用率偏低，浪浪费材料费材料。钢材的强屈比一般不低于钢材的强屈比一般不低于1.21.2，用于抗震结构的普通钢筋实测，用于抗震结构的普通钢筋实测的强屈比应不低于的强屈比应不低于1.251.25。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第八页，共三十五页 颈缩阶段颈缩阶段在钢材达到在钢材达到C C点后，试件点后，试件薄弱处的断面将显著减小薄弱处的断面将显著减小，塑性变形急剧增，塑性变形急剧增加，加，产生产生“颈缩颈缩”现象而断裂现象而断裂。钢材的塑
16、性通常用拉伸试验时的。钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率伸长率或断面收缩率或断面收缩率来表示。来表示。伸长率：伸长率：将拉断后试件拼合起来，测量出标距长度将拉断后试件拼合起来，测量出标距长度L,LL,L与试件受力前的与试件受力前的原标距原标距L L0 0之差为塑性变形值，它与原标距之差为塑性变形值，它与原标距L L0 0之比为伸长率之比为伸长率，按下式，按下式计算：计算：式中式中:伸长率；伸长率；L L0 0试件原始标距长度，试件原始标距长度，mmmm；L L断裂试件拼合后标距长度，断裂试件拼合后标距长度，mmmm；断面收缩率：断面收缩率：是指断口处的面积收缩量与原面积之比是指断口处的面积收缩
17、量与原面积之比第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第九页，共三十五页从新进货的一批钢筋中抽样，并截取一根钢筋做拉伸试验，测得如从新进货的一批钢筋中抽样，并截取一根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载为下结果：屈服下限荷载为42.4 kN42.4 kN，抗拉极限荷载为，抗拉极限荷载为62.0kN62.0kN。钢筋。钢筋公称直径为公称直径为12 mm12 mm，标距为，标距为60 mm60 mm，拉断时长度为，拉断时长度为66.0mm66.0mm。计算钢筋。计算钢筋的屈服强度、
18、抗拉强度及伸长率。的屈服强度、抗拉强度及伸长率。解：解：S=dS=d2 2/4=3.14*12/4=3.14*122 2/4=113.04 mm/4=113.04 mm2 2 L=L-LL=L-Lo o=66.00-60.00=6.00 mm=66.00-60.00=6.00 mm 屈服强度屈服强度:s s=F=F屈屈/S=42.4 kN/113.04 mm/S=42.4 kN/113.04 mm2 2 =375.09 MPa =375.09 MPa 抗拉强度抗拉强度:k k=F=F拉拉/S=62.00 kN/113.04 mm/S=62.00 kN/113.04 mm2 2 =548.48
19、MPa =548.48 MPa 伸长率伸长率:=L/L =L/Lo o=6.00/60.00=10.00%=6.00/60.00=10.00%第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十页，共三十五页一、建筑钢材的力学性能一、建筑钢材的力学性能、冲击韧性、冲击韧性 钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作钢材的冲击韧性是处在简支梁状态的金属试样在冲击负荷作用下折断时的冲击吸收功。用下折断时的冲击吸收功。钢材的冲击韧性与钢材的化学成钢材的冲击韧性与钢材的化学成分、组织状态，
20、以及冶炼、加工都有关系。例如，钢材中分、组织状态，以及冶炼、加工都有关系。例如，钢材中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。冲击韧性随温度的降低而下降冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是：开始下降缓和，其规律是：开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性质称为钢材的称为钢材的冷脆性冷脆性。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑
21、钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十一页，共三十五页一、建筑钢材的力学性能一、建筑钢材的力学性能、耐疲劳性耐疲劳性受交变荷载反复作用时，钢材在应力低于其屈服强度的情况受交变荷载反复作用时，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，称为下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏疲劳破坏。疲劳破坏。疲劳破坏是在低应力状态下是在低应力状态下突然发生突然发生的，所以的，所以危害极大，往往造成灾危害极大，往往造成灾难性的事故难性的事故。在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。钢材在无穷次交变荷载作用
22、下而不至引起断裂的加而降低。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为最大循环应力值，称为疲劳强度极限疲劳强度极限，实际测量时常以，实际测量时常以2102106 6次应力循环为基准。一般来说，钢材的抗拉强度高，次应力循环为基准。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。其疲劳极限也较高。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十二页，共三十五页二、建筑钢材的工艺性能二、建筑钢材的工艺性能 、冷弯性能、冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验
23、冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的时的弯曲角度弯曲角度和和弯心直径弯心直径d d为指标表示。为指标表示。钢材的冷弯试验是通过直径钢材的冷弯试验是通过直径(或厚度或厚度)为为a a的试件，采用标准的试件，采用标准规定的弯心直径规定的弯心直径d d（d d=n=na a，n n为整数），弯曲到规定的角为整数），弯曲到规定的角度时（度时（180180或或9090），检查），检查弯曲处有无裂纹、断裂及起弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象层等现象。若没有这些现象则认为。若没有这些现象则认为冷弯性能合格冷弯性能合格。钢材冷钢材冷弯时的弯曲角度弯时的弯曲角度越大，越大，d d/a a越小，
24、则表示冷弯性能越好越小，则表示冷弯性能越好。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十三页，共三十五页二、建筑钢材的工艺性能二、建筑钢材的工艺性能、焊接性能、焊接性能焊接是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焊接是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，而牢固的连接起来。它是状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式钢结构的主要连接形式。建筑工程。建筑工程的钢结构中，焊接结构要的钢结构中，焊接结构要占占9090以上以上。钢材的焊接性能是指在一
25、定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过钢材的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。不低于原有钢材的强度。钢材的钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含。随钢材的含碳碳量、量、合金合金元素及元素及杂质杂质元素含量的元素含量的提高提高，钢材的，钢材的可焊性降低可焊性降低。钢材的含碳。钢材的含碳量超过量超过0.25%0.25%时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会
26、使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。生热裂纹，严重降低焊接质量。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十四页，共三十五页二、建筑钢材的工艺性能二、建筑钢材的工艺性能 工程实例分析工程实例分析 钢结构屋架倒塌钢结构屋架倒塌概况：某厂的钢结构屋架是用中碳钢焊接而成的，使用一段概况：某厂的钢结构屋架是用中碳钢焊接而成的，使用一段时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。分析讨论：分析讨论：首先是因为首先是因为钢材的选用不当钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧，中
27、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，较易产生裂高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。纹。注意：注意：建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢低碳钢和合和合金钢中的金钢中的低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十五页，共三十五页二、建筑钢材的工艺性能二、建筑钢材的工艺性能
28、、冷加工、冷加工将钢材于常温下进行将钢材于常温下进行冷拉冷拉、冷拔冷拔、冷轧冷轧、冷扭冷扭和和刻痕刻痕等使其等使其产生塑性变形，从而产生塑性变形，从而提高屈服强度，降低塑性韧性提高屈服强度，降低塑性韧性，这个过，这个过程称为程称为冷加工强化处理冷加工强化处理。、热处理、热处理将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构，将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构，从而获得需要的性能的加工工艺，总称为钢的热处理。方法从而获得需要的性能的加工工艺，总称为钢的热处理。方法有有淬火、回火、退火、正火淬火、回火、退火、正火。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业
29、技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十六页，共三十五页二、建筑钢材的工艺性能二、建筑钢材的工艺性能、时效处理、时效处理将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放151520d20d，或加热至，或加热至100100200200后保持一定时间（后保持一定时间（2 23h3h），其屈服强度进一步），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理。自然时效：自然时效：时效
30、处理方法有两种：在常温下存放时效处理方法有两种：在常温下存放151520d20d，称为自然时效，适合用于称为自然时效，适合用于低强度钢筋低强度钢筋；人工时效：人工时效：加热至加热至100100200200后保持一定时间（后保持一定时间（2 23h3h），），称人工时效，适合于称人工时效，适合于高强钢筋高强钢筋。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第二节第二节 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能本讲稿第十七页，共三十五页除铁、除铁、碳碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些其外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些其他元素，
31、这些元素存在于钢材的组织结构中，对钢材的结构和他元素，这些元素存在于钢材的组织结构中，对钢材的结构和性能有重要的影响，可分为性能有重要的影响，可分为两类两类：一类能：一类能改善优化钢材的性能改善优化钢材的性能称为合金元素，主要有称为合金元素，主要有硅、锰、钛、钒、铌硅、锰、钛、钒、铌等；另一类能等；另一类能劣化劣化钢材的性能钢材的性能，属钢材的杂质，主要有，属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷氧、硫、氮、磷等。等。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第三节第三节 化学成分对钢材性质的影响化学成分对钢材性质的影响 本讲稿第十八页，共三十五页一、建
32、筑钢结构常用钢种一、建筑钢结构常用钢种、碳素结构钢、碳素结构钢（）牌号及其表示方法（）牌号及其表示方法国家标准国家标准GB 700-88GB 700-88碳素结构钢中规定，牌号由代表碳素结构钢中规定，牌号由代表屈屈服点的字母服点的字母、屈服点数值屈服点数值、质量等级符号质量等级符号、脱氧方法脱氧方法等四部等四部分按顺序组成。其中以分按顺序组成。其中以“Q Q”代表屈服点代表屈服点；屈服点数值屈服点数值共分共分195195、215215、235235、255255和和275MPa275MPa五种；五种；质量等级质量等级以硫、磷以硫、磷等杂质等杂质含量由多到少含量由多到少，分别用，分别用A A、B
33、 B、C C、D D符号表示；符号表示；脱氧脱氧方法方法以以F F表示沸腾钢、表示沸腾钢、b b表示半镇静钢、表示半镇静钢、Z Z、TZTZ表示镇静钢和表示镇静钢和特殊镇静钢，特殊镇静钢，Z Z和和TZTZ在钢的牌号中予以省略。在钢的牌号中予以省略。例如：例如：Q235Q235A AF F表示屈服点为表示屈服点为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢级沸腾钢。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第十九页，共三十五页一、建筑钢结构常用钢种一、建筑钢结构常用钢种、碳素结构钢、碳素结构
34、钢（）碳素结构钢技术性能与应用（）碳素结构钢技术性能与应用根据国家标准根据国家标准GB 700-88GB 700-88碳素结构钢碳素结构钢，随着，随着牌号牌号的的增大增大，对钢材，对钢材屈屈服强度服强度和和抗拉强度抗拉强度的要求的要求增大增大，对，对伸长率伸长率的要求的要求降低降低。碳素结构钢的。碳素结构钢的化化学成分学成分、力学性能力学性能、冷弯性能冷弯性能应符合国家规定标准。应符合国家规定标准。不同牌号的碳素钢在土木工程中有不同的应用：不同牌号的碳素钢在土木工程中有不同的应用：Q195Q195强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好
35、，主要用于 轧制薄板和盘条等。轧制薄板和盘条等。Q215Q215与与Q195Q195钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235Q235强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊 性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q255Q255强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差，主要强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差，主
36、要 用做铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。用做铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十页，共三十五页一、建筑钢结构常用钢种一、建筑钢结构常用钢种、碳素结构钢、碳素结构钢思考题：为什么思考题：为什么Q235Q235结构钢能得到普遍的应用？结构钢能得到普遍的应用？Q235Q235是建筑工程中最常用的碳素结构钢牌号，其既具有较是建筑工程中最常用的碳素结构钢牌号，其既具有较高强度，又具有较好的塑性、韧性，同时还具有较好的可焊高强度，又具有较好的塑性
37、、韧性，同时还具有较好的可焊性。性。Q235Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235Q235能满足一能满足一般钢结构用钢的要求。般钢结构用钢的要求。Q235Q235A A一般用于只承受静荷载作用的钢结构；一般用于只承受静荷载作用的钢结构；Q235Q235B B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构；适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构；Q235Q235C C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构；适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构；Q235Q235D D适合用于低温环境
38、使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十一页，共三十五页一、建筑钢结构常用钢种一、建筑钢结构常用钢种、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢（）牌号及表示方法（）牌号及表示方法 根据国家标准根据国家标准GB 1591-94GB 1591-94低合金高强度结构钢的规定，低低合金高强度结构钢的规定，低合金高强度结构钢分为合金高强度结构钢分为Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q
39、420和和Q460Q460共五共五个牌号。每个牌号根据硫、磷等有害杂质的含量，分为个牌号。每个牌号根据硫、磷等有害杂质的含量，分为A A、B B、C C、D D和和E E五个等级。五个等级。如：如：Q345BQ345B表示屈服强度不小于表示屈服强度不小于345MPa345MPa，质量等级为，质量等级为B B级的低合级的低合金高强度结构钢。金高强度结构钢。（）技术性能与应用（）技术性能与应用 根据国家标准根据国家标准GB 1591-94GB 1591-94低合金高强度结构钢的规定了低合低合金高强度结构钢的规定了低合金高强度结构钢的化学成分与力学性能。金高强度结构钢的化学成分与力学性能。低合金高强
40、度结构钢主要用于轧制各种低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于广泛用于钢结构钢结构和和钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构中，特别适用于各种中，特别适用于各种重型结构重型结构、高层结构高层结构、大跨度结构大跨度结构及及桥梁工程桥梁工程等。等。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十二页，共三十五页二、钢筋混凝土结构用钢二、钢筋混凝土结构用钢 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。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
41、用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而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混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋。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，包括有：混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成，包括有：、热轧钢筋、热轧钢筋热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主要用于钢筋混凝热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，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。土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。（）热轧光圆钢筋：（）热轧光圆钢筋：用用表示，表示，表示热轧，表示热轧，表示光圆，表示光圆，表示钢筋。热轧光圆钢筋强度等级只有级，
42、即表示钢筋。热轧光圆钢筋强度等级只有级，即碳素钢碳素钢Q235Q235B B轧轧制的制的235235，公称直径，公称直径为为mmmm、mmmm、mmmm、mmmm、mmmm。（）热轧带肋钢筋（）热轧带肋钢筋:用用HRBHRB表示，表示，H H表示热轧，表示热轧，R R表示热轧，表示热轧，B B表示表示钢筋。有钢筋。有HRB335HRB335、HRB400HRB400、HRB500HRB500三个牌号。三个牌号。应用：应用：普通混凝土非预应力钢筋可根据使用条件选用级钢筋或普通混凝土非预应力钢筋可根据使用条件选用级钢筋或HRB335HRB335、HRB400HRB400钢筋；预应力钢筋应优先选用钢
43、筋；预应力钢筋应优先选用HRB400HRB400钢筋，也可钢筋，也可以选用以选用HRB335HRB335钢筋钢筋。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十三页，共三十五页二、钢筋混凝土结构用钢二、钢筋混凝土结构用钢 、冷轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋分度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋分为为CRB550CRB550、CR
44、B650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970、CRB1170CRB1170五五个牌号。个牌号。CRB550CRB550：为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋。CRB550CRB550：钢筋的公称直径范围为钢筋的公称直径范围为4 412mm12mm。CRB650CRB650：及以上牌号钢筋的公称直径为及以上牌号钢筋的公称直径为4 4、5 5、6mm6mm。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第
45、二十四页，共三十五页二、钢筋混凝土结构用钢二、钢筋混凝土结构用钢、热处理钢筋、热处理钢筋热处理钢筋是将钢筋按一定规则加热、保温和冷却，以改变热处理钢筋是将钢筋按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得需要性能的一种工艺过程。其特点是塑性其组织，从而获得需要性能的一种工艺过程。其特点是塑性降低不多，但其强度提高很大，综合性能比较理想。降低不多，但其强度提高很大，综合性能比较理想。应用：用于预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土工程等。应用：用于预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土工程等。、冷拔低碳钢丝、冷拔低碳钢丝 冷拉低碳钢丝是将直径为冷拉低碳钢丝是将直径为6.56.58mm8mm的的Q23
46、5Q235圆盘条圆盘条通过截面通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝而制成。小于钢筋截面的钨合金拔丝而制成。应用：主用用于预应力混凝土工程。应用：主用用于预应力混凝土工程。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十五页，共三十五页二、钢筋混凝土结构用钢二、钢筋混凝土结构用钢、预应力混凝土用钢丝、预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝是以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬预应力混凝土用钢丝是以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火奥氏体化、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的钢火奥氏体化、酸洗、冷拉制
47、成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。丝。钢丝的钢丝的抗拉强度抗拉强度比钢筋混凝土用热轧光圆钢、热轧带肋钢筋比钢筋混凝土用热轧光圆钢、热轧带肋钢筋高高许多，在构件中采用预应力钢丝可收到许多，在构件中采用预应力钢丝可收到节省钢材节省钢材、减少构减少构件截面件截面和和节省混凝土节省混凝土的效果，主要用作的效果，主要用作桥梁、吊车梁、大跨桥梁、吊车梁、大跨度屋架、管桩等预应力钢筋混凝土构件中度屋架、管桩等预应力钢筋混凝土构件中。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十六页，共三十五页二、钢筋混
48、凝土结构用钢二、钢筋混凝土结构用钢、钢绞线、钢绞线根据根据GB 5224GB 52249595预应力混凝土用钢绞线规定，预应力预应力混凝土用钢绞线规定，预应力混凝土用钢绞线是以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除混凝土用钢绞线是以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除应力的热处理而制成。根据钢丝的股数分为应力的热处理而制成。根据钢丝的股数分为1212、1313和和1717三种类型，其中三种类型，其中1 1表示以一根钢丝为芯、表示以一根钢丝为芯、2 2、3 3、7 7分别分别表示其周围围绕的钢丝数量为表示其周围围绕的钢丝数量为2 2、3 3和和7 7根根。应用：应用：预应力钢绞线主要用于预应力钢绞线主
49、要用于预应力混凝土配筋预应力混凝土配筋，适用于大，适用于大型屋架、薄腹梁、大跨度桥梁等负荷大、跨度大的预应力结型屋架、薄腹梁、大跨度桥梁等负荷大、跨度大的预应力结构。构。第七章第七章 建筑钢材建筑钢材四四 川川 水水 利利 职职 业业 技技 术术 学学 院院第四节第四节 建筑钢材的标准与选用建筑钢材的标准与选用本讲稿第二十七页，共三十五页一、钢材的腐蚀一、钢材的腐蚀钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为（锈蚀）。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化化学腐蚀学腐蚀和和电化学腐蚀电
50、化学腐蚀。、化学腐蚀、化学腐蚀化学腐蚀指钢材与周围的介质（如化学腐蚀指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化氧气、二氧化碳、二氧化硫和水硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快度较大时腐蚀速度大大加快。、电化学腐蚀、电化学腐蚀钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共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。同作用所致，但以电化学腐蚀为主。第七章第七章 建筑钢