桥梁工程试验检测技术钢材最新

第三节钢材•钢材的分类•钢材的主要力学性能•桥梁用主要钢材•钢筋检测•预应力混凝土用钢筋、钢丝和钢绞线检测•焊接钢筋质量检测方法钢材的分类一、按化学成分分⒈碳素钢（含碳量）⑴低碳钢含碳量＜0.25﹪；⑵中碳钢0.25﹪＜含碳量为＜0.6﹪；⑶高碳钢0.6﹪＜含碳量＜2%。⒉合金钢（含合金元素含量）⑴低合金钢合金元素含量＜5﹪；⑵中合金钢5﹪＜合金元素含量＜10﹪；⑶高合金钢10﹪＜合金元素含量。建筑用钢主要是普通碳素钢和普通低合金钢两大类。注意：化学成分对碳素钢技术性能的影响（一）碳素钢的化学成分1、主要成分：铁(Fe)和碳（C）2、杂质元素锰（Mn）、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)等。（二）影响内容1、碳（C）建筑钢材含碳量不大于0.8%在此范围内随着碳含量提高，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性、韧性和冷弯性能相应降低。2、当碳的含量超过0.8%当碳的含量超过0.8%以后，强度反而下降。碳还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抵抗大气锈蚀性。二、按质量（杂质含量）分类⒈普通钢含硫量≤0.055﹪，含磷量≤0.045﹪；⒉优质钢含硫量≤0.040﹪，含磷量0.035﹪～0.040﹪。三、根据钢在冶炼过程中脱氧程度分类⒈沸腾钢：脱氧不完全的钢，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差。⒉镇静钢：脱氧充分，化学成分均匀，机械性能好，品质好，可用于承受冲击荷载的重要结构。⒊半镇静钢：脱氧程度及钢的质量介于上述两者之间。四、按用途的不同划分⒈结构钢用于建筑结构、机械制造等，一般为低、中碳钢；⒉工具钢用于各种工具，一般为高碳钢；⒊特殊钢具有各种特殊物理化学性能的钢，如不锈钢等。桥梁结构对钢材的要求：具有高的强度、良好的塑形、韧性和可焊性。问题：桥梁建筑用钢材，钢筋混凝土用钢筋，就其用途分类来说，属于（）；就其质量分类来说，属于（）；按其含碳量的分类来说，属于（）。结构钢；普通钢；低碳钢所以桥梁结构用钢和混凝土用钢筋是属于碳素结构钢或低合金结构钢。五、桥梁用钢按其形状分⒈型材主要包括型钢和钢板，常用于钢桥建筑；⒉棒材（或线材）主要包括钢筋、预应力钢筋、高强钢丝和钢绞线等，是钢筋混凝土桥梁建筑中使用的主材之一；⒊异型材（特种形状）为特殊用途而制作的，如预应力混凝土桥梁的锚具、夹具和大变形装置中使用的异型钢梁等。钢材的主要力学性能•强度•塑性•冷弯性能•硬度•冲击韧度•耐疲劳性•良好的焊接性◆强度1.强度是钢材力学性能的主要指标，包括屈服强度和抗拉强度；2.屈服强度(屈服极限)开始丧失对变形的抵抗能力开始产生大量的塑性变形时所对应的应力;注意:中碳钢和高碳钢无明显的屈服点----以残余变形0.2%的应力为屈服强度（或测变形1%代）3.抗拉强度----能承受的最大拉应力，达极限时，完全丧失对变形的抵抗能力而断裂；4.屈强比----屈服强度与抗拉强度比值，表结构的可靠性和钢材的有效利用率。屈强比越小，可靠性越高，利用率低。抗拉强度1.测定方法：由拉伸试验测出。2.低碳钢在拉伸试验中在外力作用下的变形一般可分为四个阶段：Ⅰ弹性阶段、Ⅱ屈服阶段、Ⅲ强化阶段、Ⅳ颈缩阶段。3.低碳结构钢的应力-应变图◆塑性:钢材在破坏前可以经受永久变形的性能钢材的塑性指标有两个：伸长率和断面收缩率。（1）伸长率(Elongation)式中δn—伸长率（%）；L0—试样的原标距长度，单位为mm；L1—试样拉断时的标距长度，单位为mm；n—试样长度与试件直径之比%100LLL001n说明:当断裂点在原始标距以内且离最近端的距离不小于原始标距的三分之一时按上式计算;否则按移位法计算。具体参照《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002执行。（2）断面收缩率(Reduction)%100AAA010式中Ψ—断面收缩率（%）；A0—试件原横截面积A1—试件拉断处的横截面积Ψ与δ越大，说明钢材的塑性越好。一般以δ≥5%，Ψ≥10%为宜。◆冷弯性能1.定义：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。2.测定方法：将条形钢材试件以规定的弯心进行试验，弯曲至90°或180°，检查在弯曲处外面及侧面有无裂纹、裂缝、断裂等情况。3.结论：弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度的比值愈小，则表明冷弯性能愈好。◆硬度1、定义：钢材抵抗硬物压入表面的能力称为钢材的硬度，亦即对局部塑性变形的抗力。指抵抗塑性变形的能力2、测定钢材硬度的方法：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)和维氏硬度(HV)三种。3、布氏法的测定原理利用直径为D的淬火钢球，以P的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载。计算压痕单位面积所承受的荷载值即为布氏硬度。HB=P/A式中HB—布氏硬度；P—所受荷载A—压痕表面积◆冲击韧度1、定义：钢材抵抗瞬间冲击荷载而不破坏的能力称为冲击韧度—衡量抵抗脆性破坏的指标2、测定方法：按照我国国家标准试验方法的摆冲法、横梁式来测定。3、测定指标：试件冲断时缺口处单位面积上所消耗的能量为冲击韧性指标。4、计算方法：0kAh)-mg(Ha式中ak—钢材的冲击韧性；ｍ—摆锥质量ｇ—重力加速度Ｈ,ｈ—摆锥冲击前后的高度A0—试件槽口处原截面积◆耐疲劳性1.疲劳破坏----若在交变应力（随时间作周期性交替变更的应力）的反复作用下，往往在工作应力远小于抗拉强度时发生骤然断裂2.耐疲劳性----抵抗疲劳破坏的能力◆良好的焊接性1.良好的焊接性----指钢材的连接部分焊接后力性能不低于焊件本身,以防止产生硬化脆性和内应力过大等现象桥梁建筑用主要钢材1.碳素结构钢2.优质碳素结构钢3.低合金结构钢4.桥梁用结构钢一、碳素结构钢1、可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程2、构件可进行焊接、铆接和栓接。3、碳素结构钢都由氧气转炉、平炉和电炉冶炼，一般以热轧（包括控轧）状态交货。（一）牌号和符号1、牌号表示方法钢的牌号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。例如：Q235-A·F2、符号含义Q——钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D——分别为质量等级；F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；b——半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母；Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ——特殊镇钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。注：在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号予以省略。碳素结构钢的牌号A:碳素结构钢按屈服点分为五个牌号Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。B:其牌号组成由首位字母+屈服点数值+质量等级符号（A、B、C、D）+脱氧方法符号（F-沸腾钢；b-半沸腾钢；Z-镇静钢；TZ-特殊镇静钢;牌号中“Z”和“TZ”符号可以省略。）等四部分按顺序组成。如Q235-AF；表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。Q235—AF脱氧方法质量等级钢材屈服点的数值钢材屈服点（一）牌号和符号3、碳素结构钢的性能A塑性好B化学性能稳定C对轧制、加热及骤冷的敏感性较小但与低合金钢相比强度较低。4、碳素结构钢的应用由于五个牌号的性能不同，其用途也不同：①Q195、Q215号钢塑性高，易于冷弯和焊接，但强度较低，故多用于受荷载较小及焊接的构件；②Q235号钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性，易于焊接，且经焊接及气割后力学性能仍稳定，有利于冷热加工，故广泛地用于桥梁构件及钢筋混凝土结构中的钢筋等，是目前应用最广泛的钢种；③Q255、Q275号钢屈服强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，可用于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构的构件和螺栓。（二）技术要求1、牌号和化学成分在保证钢材力学性能符合本标准规定情况下，各牌号A级钢的碳、硅锰含量和各牌号其他等级钢的碳、锰含量下限可以不作为交货条件，但其含量（熔炼分析）应在质量证明书中注明。其化学成分见表8-1。表8-1碳素结构钢的化学成分（GB/T700-1988）化学成分（%）SiSP牌号等级CMn≤脱氧方法Q195-0.06～0.120.25～0.500.300.0500.045F,b,ZA0.050Q215B0.09～0.150.25～0.550.300.0450.045F,b,ZA0.14～0.220.30～0.650.050B0.12～0.200.30～0.700.0450.045F,b,ZC≤0.180.0400.040ZQ235D≤0.170.35～0.800.300.0350.035TZA0.050Q255B0.18～0.280.40～0.700.300.0450.045ZQ275-0.28～0.380.50～0.800.350.0500.045Z注：Q235A、Q235B级沸腾钢锰含量上限为0.60%。2、力学性能①钢材的拉伸和冲击试验应符合表3-16②弯曲试验应符合表3-17规定③各牌号A级钢的冷弯试验，在需方有要求时方进行。④当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交货条件。⑤同一种钢，平炉钢和氧气转炉钢质量优于空气转炉钢⑥特殊镇静钢优于镇静钢，镇静钢优于半镇静钢，更优于沸腾钢；⑦钢号增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；⑧同一钢号内质量等级越高，钢的质量越好，如Q235C，D级优于A，B级，可作为重要焊接结构使用。（三）取样方法1、钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一等级、同一品种、同一尺寸、同一交货状态组成。每批重量不得大于60t。2、每批钢材的取样数量和取样方法见下表二、低合金高强度结构钢1、定义：低合金高强度结构钢是在普通碳素结构钢的基础上加入总量小于5％的合金元素而形成的钢种。2、组成元素：在碳素结构钢的基础上，适量加入某些合金元素，常用的合金元素有硅、锰、钒、铬、镍和铜等3、特点：强度高、塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点（加入合金元素的目的是提高钢材强度和改善性能。大多数合金元素不仅可以提高钢材强度和硬度，还能改善塑性和韧性）。二、低合金高强度结构钢4、技术应用：广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。5、牌号表示方法：钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符合（A、B、C、D、E）三个部分按顺序排列。如Q390A6、力学性能见下页表8-3低合金高强度结构钢的机械性能（GB1591-1994）屈服点/MPa钢材厚度（直径，边长）/mm冲击功（纵向）/J180°弯曲试验d—弯心直径a—试样厚度≤15＞16～35＞35～50＞50～100伸长率/%+20℃0℃-20℃-40℃a≤16a＞16～100牌号质量等级不小于抗拉强度/MPa不小于Q295AB295275255235390～57023-34Q345ABCDE345325295275470～6302121222222-34343427Q390ABCDE390370350330490～6501919202020-34343427Q420ABCDE420400380360520～6801818191919-34343427Q460CDE460440420400550～720171717343427d=2ad=3a二、低合金高强度结构钢7、取样：①钢材应成批验收，每批由同一牌号、同一炉罐号、同一质量等级、同一品种、同一尺寸、同一热处理制度(指按热处理状态供应)的钢材组成。②A级钢或B级钢允许同一牌号、同一质量等级、同一冶炼和浇注方法、不同炉罐号组成的混合批。但每批不得多于6个炉罐号，但各炉罐号含碳量之差不大于0.02％，含锰量之差不大于0.15％③每批重量不得大于60t二、低合金高强度结构钢④钢板、钢带及型钢厚度≥12mm或直径≥16mm的钢棒做冲击试验时，应采用10mm×10mm×55mm试样；厚度为6mm～12mm的钢板、钢带及型钢或直径为12mm～16mm的钢棒做冲击试验时，应采用5mm×10mm×55mm小尺寸试样。冲击试样可保留一个轧制面。冲击试样的纵向轴线应平行于轧制方向。二、低合金高强度结构钢8、每批