第2章 建筑钢材1

概述1、建筑钢材指建筑工程中所用的各种钢材，包括钢结构用的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢和工字钢等）、钢筋混凝土结构中用的各种钢筋和钢丝、围护结构和装修工程用的各种深加工钢板和复合板。概述2、建筑钢材的优缺点①自重轻、强度高②品质均匀、性能可靠③弹性、塑性、韧性好④易于连接，可加工性好，施工方便、快捷⑤易腐蚀⑥耐热、耐高温、防火性能差。主要内容钢材的化学组成、结构与分类建筑钢材的力学性能钢材的加工工艺钢材的防火和防腐蚀建筑钢材的品种与选用第一节钢材的化学组成、结构及分类钢是由铁、碳、合金元素及杂质组成。碳C：是决定钢材性能的主要元素。当碳含量：2%时，称为铁；≤2%时，称为钢。有益元素：主要有硅Si、锰Mn、鈦Ti、钒V、铌Nb等。有害元素：主要有磷P、硫S、氧O、氮N等。一、钢材的化学成分及其对性能的影响二、钢材的晶体结构名称含碳量%结构特征性能铁素体≤0.06碳溶于α铁中的固溶体强度、硬度很低，塑性好，冲击韧性好渗碳体6.67化合物Fe3C抗拉强度较高，硬脆，很耐磨，塑性几乎为零珠光体0.8铁素体与Fe3C的机械混合物强度较高，塑性、韧性介于铁素体和渗碳体之间钢的基本晶体组织C的存在方式：固溶、化合物、机械混合物形成三种组织：铁素体、渗碳体、珠光体--（碳(C)与铁的化合）二、钢材的晶体组织铁素体珠光体渗碳体晶体组织含量%碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系含碳量，%00.40.81.21.62.0三、钢的分类⑴按化学成分：低碳钢含碳量0.25%碳素钢中碳钢含碳量0.25～0.6%高碳钢含碳量0.6%低合金钢合金含量5%合金钢中合金钢合金含量5～10%高合金钢合金含量10%⑵按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。⑶按品质分：普通钢、优质钢、高级优质钢。⑷按用途分：结构钢、工具钢、特殊性能钢。⑸按冶炼方法分：氧气转炉法、平炉法、电炉法三、钢的分类第二节建筑钢材的力学性质一、抗拉性能2、强屈比：b/s强屈比愈大，钢材工作的可靠性愈大，安全性也愈高。一般应大于1.21、拉力试验：将钢材的受力过程分以下为四个阶段：①弹性阶段(OA)：p(弹性极限)②屈服阶段(AB)：s(屈服强度)③强化阶段(BC)：b(抗拉强度)④颈缩破坏阶段(CD)应力应变OABCD低碳钢受拉的应力-应变曲线sbp一、抗拉性能注：⑴标距lo通常有5do、10do；⑵对同一种钢材，通常δ5δ103、塑性指标①伸长率：%100001lll%100A010AA②断面收缩率：延伸率愈大，断面收缩率愈大，说明钢材的塑性愈好！对其进行拉伸试验，测得的应力应变曲线无明显的屈服点。规定：以发生残余变形达到原始标距L0的0.2%时所对应的应力值作为屈服极限。用0.2表示一、抗拉性能4、硬钢的屈服强度硬钢受拉时的应力-应变曲线应变O0.2%0.2指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。要求：在规定弯曲程度下，弯曲处无裂纹、断裂、起层等现象，为冷弯合格。二、冷弯性能二、冷弯性能弯曲程度：包括①弯曲角度；②弯心直径与试件厚度（或直径）的比值：d/a压头试件可见，弯曲角度愈大，d/a值愈小，冷弯性能愈好。三、冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。FAaKk试件装置V型缺口试件测定：面积冲击功值愈大，钢材的冲击韧性愈好！kaFAaKk①材料的缺陷②使用温度：材料的冲击韧性随使用温度下降而下降。开始时下降的缓慢，当达到一定温度时，突然下降而呈脆性，此现象称为“冷脆性”，此时的温度是“脆性转变温度”。③使用时间：随时间的延长钢材表现为强度提高，塑性和冲击韧性下降，称为“时效”。因时效导致性能改变的程度称为“时效敏感性”。三、冲击韧性影响因素：指钢材表面的局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。测定方法：有布氏法、洛氏法、维氏法。硬度大小是材料强度、塑性及韧性等性能的综合反映。四、硬度疲劳破坏：指钢结构或构件在交变应力作用下的，当应力远小于钢材抗拉强度时，发生断裂的现象。疲劳破坏的危险应力用疲劳强度（极限)σr表示。五、耐疲劳性疲劳曲线示意图测试方法：疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数（200万次或400万次以上）内不发生断裂，所承受的最大应力。钢材在重复荷载作用下，抵抗疲劳破坏的性能。一、冷加工工艺二、时效强化三、热处理工艺四、钢材的焊接第三节钢材的加工工艺一、冷加工工艺1、冷加工强化在常温下对钢材进行加工，使其产生一定的塑性变形，使屈服强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。亦称冷加工硬化或冷作强化处理。2、作用（工程意义）：⑴屈服强度提高，抗拉强度基本不变。⑵节约钢材。⑶除锈、调直。方法：有冷拉、冷拔、冷轧，俗称三冷作业。二、时效强化1、时效：钢材在长时间的搁置中，尤其在经冷加工后，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。人工时效：将经过冷加工的钢筋加热到100C~200C并保持一定时间。自然时效：将经过冷加工的钢筋于常温下存放15~20天。2、作用优点：屈服强度、抗拉强度及硬度提高。缺点：塑性、韧性下降钢材冷拉前后的应力-应变变化三、热处理工艺淬火：将钢材加热至723℃以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。回火：将淬火后的钢材重新加热到723℃以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其晶体组织，从而获得所需要性能的一种工艺过程。三、热处理工艺退火：是指将钢材加热至723℃以上，保持一定时间后，在退火炉中缓慢冷却。以消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。正火：是将钢材加热到723℃以上某一温度，并保持相当长时间，然后在空气中缓慢冷却，而得到均匀细小的显微组织。正火后钢材强度和硬度提高，塑性较退火为小。四、钢材的焊接1、焊接方法：有电弧焊和电渣压力焊等。电弧焊：是由基体金属和焊缝金属（焊条）融合而成。电渣压力焊：不用焊条，通过电流所形成的高温使钢筋接头处局部熔化，并在机械压力下使接头熔合。2、检验方法：取样试验和原位非破损检测两类可焊性：是指钢材在焊接后，反映焊接接头牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。第四节钢材的防火与防腐蚀措施：⑴钢结构：设置防火板或涂刷防火涂料等。一、钢材的防火⑵混凝土结构：钢筋应确保混凝土保护层的厚度，符合耐火极限要求。第四节钢材的防火与防腐蚀2、防腐措施⑴钢结构：涂覆（刷漆）的方法。⑵混凝土结构：提高密实度、确保混凝土保护层的厚度、限制氯盐外加剂及加入防腐剂。二、钢材的防腐蚀1、腐蚀的种类⑴化学腐蚀⑵电化学腐蚀⑶应力腐蚀第五节建筑钢材的品种与选用碳素结构钢低合金高强度结构钢常用建筑钢材的品种与选用钢筋混凝土用钢材钢结构用钢材建筑钢材的主要钢种一、建筑钢材的主要钢种---1、碳素结构钢根据国标《碳素结构钢》(GB700-2006)的规定：分Q195、Q215、Q235及Q275四个牌号。脱氧程度代号，F代表沸腾钢；b代表半镇静钢；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略。钢材屈服点数值质量等级代号分A、B、C、D四级钢材屈服点代号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”表示如：Q235-C表示：⑴Q195、Q215强度不高，但伸长率和韧性大，冷弯性好，易冷加工，常用作钢、铆钉、螺栓及铁丝等。⑵Q235除A级外，其他级冲击韧性均较好，强度较高，加工性好，是钢结构、钢筋混凝土用钢。可制作低碳热轧圆盘条等。C、D可作重要焊接结构。⑶Q275强度更高，硬而脆，适用于制作耐磨构件、机械零件和工具，也可用于钢结构构件。碳素结构钢的应用2、低合金高强度结构钢应符合国家标准《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-2008)的规定：分Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、及Q690八个牌号。质量等级符号，分A、B、C、D、E五级屈服点数值代表屈服点的汉语拼音字母Q适用大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构物。如：Q345-C二、常用建筑钢材的品种与选用1、钢结构用钢材⑴热轧型钢⑵冷弯薄壁型钢二、常用建筑钢材品种与选用1、钢结构用钢材⑴热轧型钢⑵冷弯薄壁型钢⑶钢板和压型钢板钢板有厚板：4mm，薄板：≤4mm也分冷轧和热轧两类二、常用建筑钢材的品种与选用2、钢筋混凝土用钢材⑴热轧钢筋⑵冷轧带肋钢筋⑶预应力混凝土用热处理钢筋⑷预应力混凝土用钢丝钢绞线带肋钢筋⑴热轧钢筋：分光圆、带肋两种光圆钢筋：由低碳钢热轧，牌号有HPB235、HPB300；带肋钢筋：低合金钢热轧，有HRB(F)335、HRB(F)400、HRB500(F)三种。(GB1499.1-2008、GB1499.2-2007)特点：强度高，塑性、可焊性好，与砼的握裹力强，可用于混凝土结构的受力钢筋及预应力钢筋。低碳钢热轧圆盘条(GB/T701-2008)热轧钢筋的技术性能及用途钢筋级别强度等级代号外形钢种公称直径(mm)屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率δ5，%冷弯试验主要用途角度弯心直径ⅠHPB235HPB300光圆低碳钢8～20235300370420251800d非预应力ⅡHRB335月牙纹低碳低合金钢6～253354551718003d4d5d非预应力预应力28～50ⅢHRB4006～25400540169004d5d6d28～50ⅣHRB500中碳低合金钢6～25500630159006d7d8d预应力28～50⑵冷轧带肋钢筋使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔后，在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。《冷轧带肋钢筋》(GB13788-2008)规定：按抗拉强度划分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四级，其直径范围为4-12mm。特点：强度高、塑性好，与混凝土粘结牢固、节约钢材、质量稳定。应用：CRB550宜用做普通混凝土构件的受力主筋、架立筋、箍筋等；其它宜用做中、小型预应力混凝土结构构件中受力主筋。⑶预应力混凝土用热处理钢筋热处理钢筋：是将热轧的带肋钢筋（中碳低合金钢）经淬火和高温回火调质处理而成的。分类：按外形分为有纵肋和无纵肋两种。按直径分6、8.2、10mm三种规格。特点：塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能较理想。应用：主要用于预应力混凝土梁板和轨枕。⑷预应力混凝土用钢丝和钢绞线用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品，也称为优质碳素钢丝及钢绞线。分类：分为冷拉钢丝和消除应力钢丝；按外形分光面钢丝和刻痕钢丝。冷拉钢丝：直径有3、4、5、6、7、8mm六种规格，抗拉强度为1470-1670MPa，屈服强度为1100-1250Mpa。消除应力钢丝：直径有3～12mm十种规格，抗拉强度为1470-1770MPa，屈服强度为1250-1500Mpa。⑷预应力混凝土用钢丝和钢绞线钢绞线：是由两根、三根或七根圆形断面钢丝绞捻成一束经热处理制成的。GB规定：七根捻制的钢绞线，破坏荷载达300KN，屈服荷载可达255KN。特点与应用：钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好，使用时不需要接头等优点，尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。