材料學(xué)各論8鋼材

1、材料學(xué)各論8金屬材料北京建筑工程學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院房志勇2021年10月金屬材料建筑鋼材金屬學(xué)的一般概念金屬材料建筑鋼材建筑鋼材1、基本概念 1）鋼材的重要性 在各種金屬材料中，鋼材是最重要的建筑材料之一，主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼材1、基本概念 2）建筑鋼材 所謂建筑鋼材，是指用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋、鋼絲和用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼，以及用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)和裝修工程的各種深加工鋼板、復(fù)合板材建筑鋼材1、基本概念 3）鐵與鋼的概念 均為鐵碳合金，僅僅是含碳量不同（一般以含碳量2.06作為鐵與鋼的分界） 建筑鋼材1、基本概念 4）鋼材的化學(xué)組成 主要組成：鐵、碳、合金元素 其他組成：硅、錳、

2、磷、硫、氧、氮等等建筑鋼材1、基本概念 4）鋼材的金相組成 鐵素體：碳溶于-fe晶格形成的固溶體 滲碳體：鐵與碳的化合物，fe3c 珠光體：鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物建筑鋼材2、鋼材的分類 1）按照雜質(zhì)含量分類 2）按照主要化學(xué)成分分類 3）按照主要用途分類 4）按照脫氧程度分類 5）按照冶煉方式分類 鋼材按雜質(zhì)含量分類 鋼材普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼鋼材按化學(xué)成分分類 金屬碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼 中合金鋼 高合金鋼鋼材按主要用途分類 鋼材結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊鋼鋼材按脫氧程度分類 鋼材沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鋼材按冶煉方式分類 鋼材平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼空氣轉(zhuǎn)爐鋼氧氣轉(zhuǎn)爐鋼建筑鋼材3、鋼材的技

3、術(shù)性質(zhì) 1）抗拉性能 是建筑鋼材最重要的性能之一 屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率，是鋼材抗拉性能的主要技術(shù)指標(biāo)鋼材抗拉應(yīng)力應(yīng)變圖鋼材抗拉性能和應(yīng)用分析 彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段材料形變彈性變形塑性變形塑性變形快速變形直至斷裂應(yīng)力極限比例極限p屈服極限s強(qiáng)度極限b應(yīng)用形式屈強(qiáng)比：應(yīng)用范圍在受力狀態(tài)下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的指標(biāo)確定鋼材許用應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)反映鋼材的利用率和可靠性反映鋼材的塑性大小=ebs001lll=建筑鋼材3、鋼材的技術(shù)性質(zhì) 2）沖擊韌性 是建筑鋼材抵抗沖擊荷載的性能 沖擊韌性通過標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定建筑鋼材3、鋼材的技術(shù)性質(zhì) 2）沖擊韌性 fhhpka)( =建筑鋼材3、鋼材的技

4、術(shù)性質(zhì) 3）硬度 定義：鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力建筑鋼材3、鋼材的技術(shù)性質(zhì) 3）硬度 表示方法： 布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等，以布氏硬度（hb）為主 建筑鋼材3、鋼材的技術(shù)性質(zhì) 3）硬度 應(yīng)用： hb值與鋼材的強(qiáng)度之間保持一定的正比例關(guān)系，可以根據(jù)hb值推測鋼材的強(qiáng)度，但是不能用于成品檢驗(yàn) hb值與鋼材強(qiáng)度之間的關(guān)系 hb值強(qiáng)度計(jì)算值175r=0.35hb值175r=0.36hb值建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 1）冷彎性能 定義：鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 1）冷彎性能 試驗(yàn)方法：建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 1）冷彎性能 影

5、響因素 ： 彎曲角度、彎心直徑與鋼材直徑（或：厚度）的比值 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 2）冷加工強(qiáng)化現(xiàn)象 概念： 鋼材在常溫下進(jìn)行機(jī)械加工后，其性能發(fā)生變化的一種現(xiàn)象 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 2）冷加工強(qiáng)化現(xiàn)象 性能變化規(guī)律 ：強(qiáng)度增加、硬度提高、塑性降低、韌性降低 冷加工時的應(yīng)力應(yīng)變圖建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 3）時效作用 概念： 鋼材在常溫下，未進(jìn)行任何機(jī)械加工，其性能也會發(fā)生變化的一種現(xiàn)象 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 3）時效作用 性能變化規(guī)律 ：強(qiáng)度增加、塑性降低、韌性降低 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 3）時效作用 時效敏感性 ： 隨著時間的延長，鋼材的沖擊

6、韌性降低和其他性能變化的程度 建筑鋼材4、建筑鋼材的工藝性質(zhì) 4）冷脆性 概念 ： 鋼材在環(huán)境溫度低于一定數(shù)值時，鋼材的沖擊韌性大幅度下降，鋼材出現(xiàn)脆性斷裂的性質(zhì) 沖擊韌性值變化示意圖 建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 1）冷卻速度的影響 急冷：（要求同學(xué)自己分析） 緩冷：（要求同學(xué)自己分析） 建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 2）雜質(zhì)的影響 主要雜質(zhì) ：磷、硫 建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 2）雜質(zhì)的影響 低共融現(xiàn)象 ：低共融現(xiàn)象 t1t201001000t3建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 2）雜質(zhì)的影響 主要影響 ：a)磷：含量增加時：強(qiáng)度增加、耐磨性增加、耐腐蝕性增加、塑性

7、降低、韌性降低；是增加鋼材冷脆性的主要因素 建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 2）雜質(zhì)的影響 主要影響 ：b)硫：含量增加時：所有機(jī)械性能都降低、尤其是：耐磨性、耐腐蝕性、韌性；是增加鋼材熱脆性的主要因素 建筑鋼材5、影響建筑鋼材性能的因素 3）金相組成的影響 鐵素體珠光體滲碳體0含碳量，%2.00.8各組分相對含量，%建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1）碳素鋼 牌號組成方法 ：屈服點(diǎn)代號屈服點(diǎn)代號+屈服點(diǎn)值屈服點(diǎn)值+質(zhì)量等級質(zhì)量等級+脫氧方法符號脫氧方法符號建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1）碳素鋼 組成說明 ：見下頁鋼材牌號組成說明屈服點(diǎn)代號屈服點(diǎn)代號+屈服點(diǎn)值屈服點(diǎn)值+質(zhì)量等級質(zhì)量等級

8、+脫氧方法符號脫氧方法符號q195215235255275abcd多少f沸騰鋼b半鎮(zhèn)靜鋼z鎮(zhèn)靜鋼tz特殊鋼空位空位鎮(zhèn)靜鋼或 特殊鎮(zhèn)靜鋼建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2）合金鋼 涉及范圍 ：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2）合金鋼 牌號組成方法 ：屈服點(diǎn)代號屈服點(diǎn)代號+屈服點(diǎn)值屈服點(diǎn)值+質(zhì)量等級符號質(zhì)量等級符號建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3）示例 牌號：a)a)q235a.fq235a.fb)b)q215bq215b建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3）示例 問題：a)哪一種是碳素鋼？哪一種是合金鋼？b)在這兩種鋼材中，哪一種鋼材的p、s含量高？建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)

9、標(biāo)準(zhǔn) 3）示例 提示1：a)無法判斷碳素鋼還是合金鋼b)合金鋼屈服點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值：295、345、390、420、460建筑鋼材6、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 3）示例 提示2：a)無法準(zhǔn)確判斷鋼材的p、s絕對含量高低b)只能判斷鋼材的總體雜質(zhì)相對含量高低建筑鋼材7、建筑鋼材的選用 1）碳素鋼 塑性較好 化學(xué)性能穩(wěn)定 適宜于各種加工 在適當(dāng)超載情況下不會突然破壞建筑鋼材7、建筑鋼材的選用 2）合金鋼 具有良好的塑性、韌性、強(qiáng)度 焊接性能好 適用于：大跨度結(jié)構(gòu)、承受動荷載結(jié)構(gòu)、承受沖擊荷載結(jié)構(gòu)建筑鋼材7、建筑鋼材的選用 3）一條選用鋼材的重要規(guī)定 對于承受動荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)，一般不得選用脆性臨界轉(zhuǎn)變溫度范

10、圍高和時效敏感性強(qiáng)的鋼材建筑鋼材8、常用建筑鋼材 1）鋼筋 低碳鋼熱軋圓盤條a)主要用途 中、小型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋或者箍筋。也可用作冷加工原料建筑鋼材8、常用建筑鋼材 1）鋼筋 低碳鋼熱軋圓盤條b)常用牌號q215、q235 建筑鋼材8、常用建筑鋼材 1）鋼筋 熱軋帶肋鋼筋a)主要用途 具有較高的強(qiáng)度，塑性，可焊性也比較好，與混凝土之間的握裹力較好，可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，以及預(yù)應(yīng)力鋼筋建筑鋼材8、常用建筑鋼材 1）鋼筋 熱軋帶肋鋼筋b)常用牌號hrb335、hrb400、hrb500 注：hrb是hot rolled ribbed steel bar的縮寫 建筑鋼材8、常用建

11、筑鋼材 1）鋼筋 冷軋帶肋鋼筋a)主要用途 適用于中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件建筑鋼材8、常用建筑鋼材 1）鋼筋 冷軋帶肋鋼筋b)常用牌號crb550、crb650、crb800、crb970、crb1270 注：crb是cold rolling steel wires and bar的縮寫 建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 熱軋型鋼a)主要用途可用于大跨度、承受動荷載的鋼結(jié)構(gòu)中建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 熱軋型鋼b)主要形式 角鋼（等邊或者不等邊）、i字鋼、槽鋼、t形鋼、h形鋼、z形鋼等建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 熱軋型鋼c)常用牌號 q235-

12、a、q345、q390建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 冷彎薄壁型鋼a)主要用途 一般用于輕鋼結(jié)構(gòu)b)壁厚：26mmc)常見形式：分：開口和空心兩類建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 鋼板a) 分類i. 按照生產(chǎn)溫度分為：熱軋和冷軋兩類鋼板建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 鋼板a) 分類ii.按照成分分為：碳素鋼板和合金鋼鋼板兩類建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 鋼板a) 分類iii.按照厚度分為：厚板（厚度4mm）和薄板（厚度=0.354mm）兩類建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 鋼板b) 選用i. 合金鋼板一般用于重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)ii.厚板可用于鋼結(jié)構(gòu)的承力構(gòu)件建筑鋼材8、常用建筑鋼材 2）型鋼 鋼板b) 壓型鋼板i. 薄鋼板經(jīng)輥壓、冷彎形成的v形、u形等截面ii.板面可通過鍍鋅、刷涂層等方法形成保護(hù)層金屬材料金屬學(xué)的一般概念金屬的分類金屬黑色金屬有色金屬金屬的分類2金屬鋼材難熔金屬貴金屬稀有金屬復(fù)合金屬材料 金屬纖維材料及其制品 金屬爆炸復(fù)合技術(shù)金屬爆炸復(fù)合技術(shù) (現(xiàn)場)金屬爆炸復(fù)合技術(shù)金屬爆炸復(fù)合技術(shù) (結(jié)構(gòu))課堂