第六章 金属材料

一建筑钢材二建筑用铝及铝合金三建筑用铜目录第六章金属材料四建筑装饰用钢材制品第一节建筑钢材一、钢材的力学性能和工艺性能（1）抗拉性能抗拉性能是钢材的主要性能。由拉伸试验测定的屈服强度、抗拉强度和伸长率是钢材的主要技术指标。如下图所示，钢材的抗拉性能可通过低碳钢受拉的应力—应变曲线如图表示。1钢材的力学性能①弹性阶段（O-A）：弹性极限，用σp（MPa）表示。p0pFA在弹性极限范围内，应力σ与应变ε的比值为常数，称为弹性模量，用E表示，即E=σ/ε。弹性模量是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。②屈服阶段（A-B）：当荷载超过弹性极限A后，应力和应变不再成正比例关系，到达B上点后钢材开始暂时失去抵抗变形的能力，这一现象称为“屈服”。常以屈服下限作为钢材的屈服强度，用σs或Rel表示。ss0FA对于在外力作用下屈服现象不明显的钢材，则有规定非比例伸长应力，又称为条件屈服强度，用σp0.2表示，如左图所示。σp0.2=0.20pFA③强化阶段（B-C）：当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，这一过程通常称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为强度极限，又称抗拉强度，用σb或Rm表示。σb=b0FA抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力。④颈缩阶段（C-D）：当荷载超过弹性极限A后，应力和应变不再成正比例关系，到达B上点后钢材开始暂时失去抵抗变形的能力，这一现象称为“屈服”。伸长率：定义：将断裂后的试件拼合起来量出标距范围的长度L1，L1与试件受力前原始标距L0之差为塑性变形值ΔL，ΔL与L0之比称为伸长率，用δ或A表示。100100%LLL断面收缩率：定义：试件拉断后，颈缩处断面积（如图6-2所示）收缩值（A0-A1）与原始断面积A0之比，用Ψ表示。Ψ=010AAA×100%（2）冲击韧性定义：指钢材抵抗冲击荷载的能力，简称韧性。冲击韧性能非常敏感地反映出钢材内部晶体组织、有害杂质、各种缺陷、应力状态及环境温度等微小变化对其性能的影响。（3）疲劳强度定义：钢材在受重复或交变应力作用下，循环一定周次N（一般N=10×106）后，断裂时所能承受的最大应力，称为疲劳强度。（4）钢材的硬度定义：钢材表面局部体积抵抗硬物压入的能力。测定方法：布氏法、洛氏法（5）钢材的技术工艺性能①冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形而不破裂的能力。②焊接性能：指在一定焊接工艺条件下，能否形成相当于基本钢材性能或技术条件规定的焊接件的能力。（6）影响钢材技术性能的因素①钢材中主要化学成分对钢材性能的影响②钢材的加工工艺对钢材性能的影响。加工工艺：热加工、热处理、冷拉、钢材的时效、冷拔、冷轧二、常用建筑钢材品种1碳素结构钢碳素结构钢为含碳量小于0.24%的钢。（1）牌号及其表示方法分类：Q195、Q215、Q235、Q275Q（钢材屈服强度）屈服强度数值质量等级符号（A、B、C、D）脱氧程度符号组成：说明：（1）钢的质量等级，按硫、磷的含量分为A、B、C、D四个等级。A级为最低等级，D级为最高等级。（2）根据脱氧程度的不同，将钢分为沸腾钢、镇静钢。沸腾钢用“F”表示；镇静钢用“Z”表示；特殊镇静钢用“TZ”表示。当为镇静钢或特殊镇静钢时，“Z”与“TZ”可以省略。（2）技术要求碳素结构钢的力学性能和工艺性能应符合《碳素结构钢》（GB/T700—2006）的规定。2优质碳素结构钢简称优质碳素钢，这类钢主要是镇静钢。（1）牌号及其表示方法分类：08F、10F、08、10、20、35、50、70、80、85、20Mn、35Mn、50Mn、60Mn等31个。说明：（1）F表示沸腾钢。（2）“Mn”——较高含锰量的优质碳素钢（3）高级优质碳素钢在牌号后加符号“A”（4）特级优质碳素钢在牌号后加“E”（2）技术要求应符合《优质碳素结构钢》（GB/T699—1999）的规定。3低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入总量小于3%的合金元素而形成的钢种。（1）牌号及其表示方法分类：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690说明：（1）Q345、Q390、Q420分为A、B、C、D、E五个质量等级。（2）Q460、Q500、Q550、Q620、Q690分为C、D、E三个质量等级。（2）技术要求应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—2008）的规定。常用元素：锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍、铜Q（钢材屈服强度）屈服强度数值质量等级符号（A、B、C、D）组成：4合金结构钢合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加入适量的一种或几种合金元素而形成的，它比碳素结构钢的综合性能好，是合金钢中用量最大的一类钢。（1）牌号及其表示方法说明：（1）合金元素含量小于1.5%时，牌号仅标明元素，一般不标注含量。（2）平均合金元素含量为1.5%～2.49%、2.5%～3.49%、3.5%～4.49%、4.5%～5.49%……时，在合金元素后相应写成2、3、4、5……。（2）技术要求应符合《合金结构钢》（GB/T3077—1999）的要求。平均含碳量的万分数的近似值合金元素合金元素含量组成：三、钢筋、钢丝及钢绞线1钢筋（1）热轧钢筋热轧钢筋热轧光圆钢筋热轧带肋钢筋普通热轧钢筋细晶粒热轧钢筋①牌号：热轧带肋钢筋牌号的构成及其含义如下表所示。类别牌号牌号构成英文字母含义热轧光圆钢筋HPB235HPB300由HRB＋屈服强度特征值构成HPB—热轧光圆钢筋的英文（HotrolledPlainBars）缩写普通热轧钢筋HRB335由HRB＋屈服强度特征值构成HRB—热轧带肋钢筋的英文（HotrolledRid-bedBars）缩写HRB400HRB500细晶粒热轧钢筋HRBF335由HRBF＋屈服强度特征值构成HRBF—在热轧带肋钢筋的英文缩写后加“细”的英文（Fine）首位字母HRBF400HRBF500②公称直径热轧光圆钢筋的公称直径范围为6mm～22mm。普通热轧钢筋及细晶粒热轧钢筋的公称直径范围为6mm～50mm。③力学性能和弯曲性能热轧钢筋的力学性能和弯曲性能应符合下表的规定。表面形状牌号公称直径（mm）σa（MPa）σb（MPa）δ5（MPa）180°冷弯，d为弯心直径，a为钢筋公称直径不小于光圆HPB235HPB3006～2223530037040023d=a带肋钢筋HRB335HRBF3356～2528～40＞40～5033545517d=3ad=4ad=5aHRB400HRGF4006～2528～40＞40～5040054016d=4ad=5ad=6aHRB500HRBF5006～2528～40＞40～5050063.015d=6ad=7ad=8a（2）余热处理钢筋①牌号：余热处理钢筋的牌号为20MnSi。定义：指热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。②公称直径：余热处理钢筋的公称直径范围为8mm～40mm，推荐的钢筋公称直径为8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm和40mm。③力学性能和弯曲性能余热处理钢筋的力学性能和工艺性能应符合下表的规定。表面形状钢筋级别强度等级代号牌号公称直径（mm）屈服点σa（MPa）抗拉强度σb（MPa）伸长率δ5（%）冷弯d—弯芯直径a—钢筋公称直径不小于月牙肋ⅢKL40020MnSi8～2528～404406001490°d=3a90°d=4a（3）冷轧带肋钢筋①牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970定义：指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。②公称直径：CRB550钢筋的公称直径范围为4mm～12mm，CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4mm、5mm、6mm。③力学性能和弯曲性能。钢筋的力学性能和工艺性能应符合下表的规定。牌号RP0.2/MPa不小于Rm/MPa不小于伸长率（%）不小于弯曲试验180°反复弯曲次数应力松弛初始应力应相当于公称抗拉强度的70%A11.3A1001000h松弛率/%不大于CRB5505005508.0－D=3d－－CRB650585650－4.0－38CRB800720800－4.0－38CRB970875970－4.0－38（4）冷轧扭钢筋①分类：按其截面形状分为三种类型，如下图所示。②标记：冷轧扭钢筋的标记由产品名称代号（CTB）、强度级别代号、标志代号（φT）、主参数代号（标志直径）及类型代号（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）组成。③标志直径：不同强度级别及型号的冷轧扭钢筋标志直径，如下表所示。Ⅰ型为1/2周期（180°）Ⅱ型为1/4周期（90°）Ⅲ型为1/3周期（120°）强度级别型号标志代号标志直径（mm）CTB550ⅠφT6.5、8.0、10、12Ⅱ6.5、8.0、10、12Ⅲ6.5、8.0、10CTB650Ⅲ6.5、8.0、10④力学性能和弯曲性能。冷轧扭钢筋的力学性能和工艺性能应符合下表的规定。强度级别型号抗拉强度σb（N/mm2）伸长率A（%）180°弯曲试验（弯心直径=3d）应力松弛率（%）（当σcon=0.7fptk）10h1000hCTB550Ⅰ≥550A11.3≥4.5受弯曲部位钢筋表面不得产生裂纹－－Ⅱ≥550A≥10－－Ⅲ≥550A≥12－－CTB650Ⅲ≥650A100≥4≤5≤82钢丝（1）分类与代号按加工状态冷拉钢丝消除应力钢丝低松弛级钢丝普通松弛级钢丝按外形光圆钢丝螺旋肋钢丝刻痕钢丝代号为P代号为H代号为I（2）标记钢丝的标记内容包括预应力钢丝、公称直径、抗拉强度、加工状态代号、外形代号和标准号。（3）力学性能冷拉钢丝的力学性能应符合教材表6-10的规定。消除应力光圆及螺旋肋钢丝的力学性能应符合教材表6-11的规定；消除应力刻痕钢丝的力学性能应符合教材表6-12的规定。3钢绞线（1）分类与代号（2）钢绞线外形钢丝的标记内容包括预应力钢丝、公称直径、抗拉强度、加工状态代号、外形代号和标准号。钢绞线按结构分类代号用两根钢丝捻制的钢绞线1×2用三根钢丝捻制的钢绞线1×3用两根刻痕钢丝捻制的钢绞线1×3I用七根钢丝捻制的标准型钢绞线1×7用七根钢丝捻制的模拔型钢绞线（1×7）Ca—1×7结构钢绞线；b—1×2结构钢绞线；c—1×3结构钢绞线；d—钢筋公称直径预应力钢绞线模拔钢绞线（3）标记（4）力学性能1×2结构钢绞线的力学性能应符合教材表6-14的规定。钢绞线标记内容包括预应力钢绞线、结构代号、公称直径、强度级别和标准号。1×3结构钢绞线的力学性能应符合教材表6-15的规定。1×7结构钢绞线的力学性能应符合教材表6-16的规定。1×7结构钢绞线的力学性能应符合教材表6-16的规定。4型钢（1）热轧钢板（2）热轧型钢钢丝的标记内容包括预应力钢丝、公称直径、抗拉强度、加工状态代号、外形代号和标准号。分类：厚板（厚度为4.5mm～60mm）薄板（厚度为0.35mm～4mm）热轧型钢角钢槽钢工字钢H型钢和剖分T型钢等边角钢不等边角钢热轧普通槽钢热轧轻型槽钢普通型工字钢轻型工字钢热轧H型钢剖分T型钢宽翼缘H型钢（HW）窄翼缘H型钢（HN）中翼缘H型钢（HM）宽翼缘剖分T型钢（TW）窄翼缘剖分T型钢（TN）中翼缘剖分T型钢（TM）（3）冷弯薄壁型钢是用2mm～6mm厚的薄钢板经冷弯或模压而成型的。压型钢板是近年来开始使用的薄壁型材，所用钢板厚度为0.4mm～2mm。四、建筑钢材的选用、验收与保管1建筑钢材的选用原则（1）荷载性质（2）使用温度（3）连接方式（4）钢材厚度（5）结构的重要性2建筑钢材验收的基本要求（1）订货和发货资料应与实物一致（2）检查包装（3）对建筑钢材质量证明书内容进行审核（4）建立材料台账3建筑钢材的保管（1）选择适宜的存放处所（2）保持库房干燥通风（3）合理码垛（4）保持料场清洁（5）加强防护措施（6）加强计划管理第二节建筑用铝及铝合金一、铝及铝合金的特点外观呈银白色，密度2.7g/cm3，熔点660℃，1铝的特点优点：导热性和导电性好。铝的