建筑材料 鋼材的應(yīng)用技術(shù)

1、建筑材料 鋼材的應(yīng)用技術(shù)第1頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三化學(xué)成分碳素鋼合金鋼低合金鋼（合金元素總含量小于）中合金鋼（合金元素總含量為10）高合金鋼（合金元素總含量大于10）。低碳鋼（含碳量小于0.25）中碳鋼（含碳量為0.250.60）高碳鋼（含碳量大于0.60）脫氧成度沸騰鋼F鎮(zhèn)靜鋼Z半鎮(zhèn)靜鋼b特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ有害雜質(zhì)煉鋼時(shí)僅加入錳鐵進(jìn)行脫氧，則脫氧不完全。這種鋼水澆入錠模時(shí)，會(huì)有大量的氣體從鋼水中外逸，引起鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號(hào)為“。沸騰鋼組織不夠致密，成分不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但因其成本低、產(chǎn)量高，故被廣泛用于一般建筑工程。煉鋼時(shí)

2、采用錳鐵、硅鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧完全，且同時(shí)能起去硫作用。這種鋼水鑄錠時(shí)能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，故稱鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為“”。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，為質(zhì)量較好的鋼，其代號(hào)為“”。比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，故其質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程，代號(hào)為“TZ”。普通剛優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼磷含量不大于0.045；硫含量不大于0.050%。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。磷含量不大于0.025%；硫含量不大

3、于0.015%。情景1：鋼材的基礎(chǔ)知識(shí)第2頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三拉伸性能沖擊性能疲勞性能硬 度力學(xué)性能將低碳鋼（軟鋼）制成標(biāo)準(zhǔn)試件，放在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，可以繪出下圖所示的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。4個(gè)4-4個(gè)階段、4個(gè)指標(biāo)、4個(gè)性能、4個(gè)意義低碳鋼受拉至拉斷，經(jīng)歷了四個(gè)階段；彈性階段（OA）屈服階段（AB）強(qiáng)化階段（BC）頸縮階段（CD）意義：彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力，是鋼材在受力條件下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。E=/ ,E 彈性模量，單位（ MPa ）彈性極限，即A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)：OA段是一條直線，應(yīng)力和應(yīng)變成正比，當(dāng)撤去外力應(yīng)變消失，說明此

4、變形是彈性變形。意義：鋼材受力大于屈服點(diǎn)后，會(huì)出現(xiàn)較大的塑性變形，已不能滿足使用要求，因此屈服強(qiáng)度是設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)，是工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中重要的參數(shù)。AB：應(yīng)力、應(yīng)變不在成正比關(guān)系，開始出現(xiàn)塑性變形。應(yīng)力增長(zhǎng)滯后于應(yīng)變的增長(zhǎng)。鋼材似乎不能承受外力而屈服。s屈服強(qiáng)度，與B下點(diǎn)（此點(diǎn)較穩(wěn)定，易測(cè)定）對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。設(shè)計(jì)時(shí)一般以s作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。對(duì)屈服現(xiàn)象不明顯的鋼材，規(guī)定以0.2殘余變形時(shí)的應(yīng)力0.2作為屈服強(qiáng)度。特點(diǎn)：經(jīng)過塑性變形后，鋼材內(nèi)部組織中的晶格發(fā)生了畸變，阻止了晶格進(jìn)一 步滑移，鋼材得到強(qiáng)化，所以鋼材抵抗塑性變形的能力又重新提高。b ：抗拉強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)于最高點(diǎn)C的應(yīng)力值。意義:1、屈

5、強(qiáng)比= s / b：屈強(qiáng)比越小，其結(jié)構(gòu)安全可靠程度越高，但屈服比過小，又說明鋼材強(qiáng)度的利用率偏低造成鋼材的浪費(fèi)。規(guī)范規(guī)定：b實(shí)測(cè)/ S實(shí)測(cè)1.25 , S實(shí)測(cè)/fyk1.32、即將拉斷時(shí)所能承受的最大拉力3、即將斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力應(yīng)用：工地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)直、冷加工（如冷拉，冷拔或冷軋）特點(diǎn)：抵抗變形的能力明顯降低，變形迅速發(fā)展，應(yīng)力逐漸下降，試件被拉長(zhǎng)，在有雜質(zhì)或缺陷處斷面急劇縮小，直至斷裂。伸長(zhǎng)率：圖中當(dāng)曲線到達(dá)點(diǎn)后，試件薄弱處急劇縮小，塑性變形迅速增加，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。量出拉斷后標(biāo)距部分的長(zhǎng)度Ll，標(biāo)距的伸長(zhǎng)值與原始標(biāo)距L0的百分率稱為伸長(zhǎng)率。即=(L1-L0)/L0100%伸長(zhǎng)率表

6、征了鋼材的塑性變形能力。情景1：鋼材的基礎(chǔ)知識(shí)第3頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三1、衡量鋼材塑性的一個(gè)重要指標(biāo);2、越大，說明鋼材的塑性越好，而一定的塑性變形能力，可保證應(yīng)力重新分布，避免應(yīng)力集中，從而鋼材用于結(jié)構(gòu)的安全性大。提示：由于在塑性變形時(shí)頸縮處的伸長(zhǎng)較大，故當(dāng)原始標(biāo)距與試件的直徑之比愈大，則頸縮處伸長(zhǎng)中的比重愈小，因而計(jì)算的伸長(zhǎng)率會(huì)小些。通常以5和10分別表示L0=5d和 L0=10d（為試件直徑）時(shí)的伸長(zhǎng)率。對(duì)同一種鋼材，5應(yīng)大于10。情景1：鋼材的基礎(chǔ)知識(shí)第4頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三彈性階段： E = /抵抗變形的能力，計(jì)

7、算變形的重要指標(biāo) 當(dāng)一定時(shí)，E增大， 減小 當(dāng)一定時(shí)，E增大， 減小屈服階段：S 鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)強(qiáng)化階段：b抗裂度計(jì)算的依據(jù)，變形驗(yàn)算的重要指標(biāo)S/b利用率，安全可結(jié)性規(guī)范規(guī)定：b實(shí)測(cè)/ S實(shí)測(cè)1.25 S實(shí)測(cè)/fyk1.3頸縮階段： 衡量鋼材塑性的重要指標(biāo) ，塑性 小 結(jié)情景1：鋼材的基礎(chǔ)知識(shí)第5頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三拉伸性能沖擊性能疲勞性能硬 度力學(xué)性能沖擊韌 性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)是通過標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊

8、韌性ak（/cm2）表示。ak值愈大，沖擊韌性愈好。影響沖擊韌度的因素（1）鋼中的P、S含量較高，會(huì)降低沖擊韌度。（2）夾雜物以及焊接中形成的微裂紋會(huì)降低沖擊韌度。（3）鋼的沖擊韌度還受溫度的影響。（4）因時(shí)效作用，沖擊性還將隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。時(shí)效敏感性越大鋼材，經(jīng)過時(shí)效后沖擊韌度的降低就越顯著。為了保證安全，對(duì)于承受動(dòng)荷載的重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選時(shí)效性敏感性小的鋼材。情景2：鋼材的使用技術(shù)第6頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三拉伸性能沖擊性能疲勞性能硬 度力學(xué)性能在反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼材往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險(xiǎn)應(yīng)

9、力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗(yàn)中，試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。影響疲勞性能的因素：（1）鋼材的內(nèi)部成分偏析。（2）內(nèi)部夾雜物的多少。（3）最大應(yīng)力處的表面粗糙度、加工損傷等拉伸性能沖擊性能疲勞性能硬 度鋼材的硬度是指其表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。情景2：鋼材的使用技術(shù)第7頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三工藝性能冷彎性能焊接性能鋼材的冷加工冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材的重要工藝性能。可焊性的含義：鋼材是否適應(yīng)通常的方法與工藝進(jìn)行焊接。焊口處不易形成裂逢，氣孔，夾渣影響可焊性的因素：鋼的化

10、學(xué)成分。C、S、合金元素硬脆性，熱裂紋含;碳量超過0.3，可焊性顯著下降焊接過程的特點(diǎn)：短時(shí)間內(nèi)溫度很高，熔化體積小而冷卻快易變形，內(nèi)應(yīng)力、裂縫焊接應(yīng)注意的問題：冷拉前焊接焊接部位除銹、熔渣、油污應(yīng)避免不同國(guó)家，進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)之間鋼筋的焊接冷加工是指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工，建筑鋼材常見的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。將鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋，使產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，這個(gè)過程稱為鋼材的冷加工強(qiáng)化。冷加工強(qiáng)化的原理是：鋼材在塑性變形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格嚴(yán)重畸變，對(duì)晶格的進(jìn)一步滑移將起到阻礙作用，故鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低。由于塑性變形中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，

11、故鋼材的彈性模量降低。工地或預(yù)制廠鋼筋混凝土施工中常利用這一原理，對(duì)鋼筋或低碳鋼盤條按一定制度進(jìn)行冷拉或冷拔加工，以提高屈服強(qiáng)度。情景2：鋼材的使用技術(shù)冷加工是在什么條件下進(jìn)行冷加工后鋼材性質(zhì)的變化冷加工的目的（意義）第8頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三影響鋼材性能的主要因素（1）碳：土木工程用鋼材含碳量不大于0.8。在此范圍內(nèi)，隨著鋼中碳含量的提高，強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高，而塑性和韌性則相應(yīng)降低，碳還可顯著降低鋼材的可焊性，增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性，降低抗大氣銹蝕性（2）硅：當(dāng)硅在鋼中的含量較低（小于1%）時(shí)，可提高鋼材的強(qiáng)度，而對(duì)塑性和韌性影響不明顯。（）氧：為有害元

12、素。主要存在于非金屬夾雜物內(nèi)，可降低鋼的機(jī)械性能，特別是韌性，氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用，氧化物造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊形變差。（）氮：氮對(duì)鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。氮可加劇鋼材的時(shí)效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有鋁、妮、釩等的配合下，氮可作為低合金鋼的合金元素使用。（）錳：錳是我國(guó)低合金鋼的主加合金元素，錳含量一般在1%范圍內(nèi)，它的作用主要是使強(qiáng)度提高，錳還能消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。（）硫：硫是很有害元素。呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中，具有強(qiáng)烈的偏析作用，降低各種機(jī)械性能。硫化物造成的低熔點(diǎn)使鋼在焊接時(shí)易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降

13、低可焊性。（）磷：為有害元素，含量提高，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性顯著下降，特別是溫度愈低，對(duì)韌性和塑性的影響愈大，磷在鋼中的偏析作用強(qiáng)烈，使鋼材冷脆性增大，并顯著降低鋼材的可焊性。磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性，在低合金鋼中可配合其他元素作為合金元素使用。一 、化學(xué)成分 鋼材的化學(xué)成分主要是指碳、硅、錳、硫、磷等，在不同情況下往往還需考慮氧、氮及各種合金元素。（）鈦：鈦是強(qiáng)脫氧劑。它能顯著提高強(qiáng)度，改善韌性和可焊性，減少時(shí)效傾向，是常用的合金元素。（）釩：釩是強(qiáng)的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高強(qiáng)度，并能減少時(shí)效傾向，但增加焊接時(shí)的淬硬傾向。二、晶體組織（）鐵素體 鋼材中的鐵素體為在一Fe中

14、的固溶體，由于一Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含量很少（小于0.02），由此決定其塑性、韌性很好，但強(qiáng)度、硬度很低。（）奧氏體 奧氏體為在一Fe中的固溶體，溶碳能力較強(qiáng)，高溫時(shí)含碳量可達(dá)2.06，低溫時(shí)下降至0.8。其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性好，在高溫下易于軋制成型。（）滲碳體 滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C ，其含量高（達(dá)6.67），晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。（）珠光體 珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含量較低（0.8），層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。情景2：鋼材的使用技術(shù)第9頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)及

15、應(yīng)用熱軋直條圓鋼筋為級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)為R235；熱軋帶肋鋼筋的級(jí)別為、級(jí)，其強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)為RL335、RL400、RL540； 將熱軋鋼筋，在常溫下拉伸至超過屈服點(diǎn)的某一應(yīng)力，然后卸荷，即制成了冷拉鋼筋。冷拉可使屈服點(diǎn)提高17%27%，材料變脆、屈服階段變短，伸長(zhǎng)率降低，冷拉時(shí)效后強(qiáng)度略有提高。冷拔低碳鋼絲是將直徑為6.58mm的Q235（或Q215）圓盤條通過截面小于鋼筋截面的鎢合金拔絲模而制成。冷拔鋼絲不僅受拉、同時(shí)還將受到擠壓作用。使用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。國(guó)標(biāo)冷軋帶肋鋼筋代號(hào)用LL表示，并按抗拉強(qiáng)度等計(jì)劃分為三級(jí)：CRB550、CRB650、

16、CRB800其直徑一般為5、6、7、8、10mm，熱軋鋼筋冷加工鋼筋冷拉鋼筋冷拔低碳鋼絲冷軋帶肋鋼筋情景2：鋼材的使用技術(shù)第10頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三鋼結(jié)構(gòu)用鋼材碳 素 鋼195、Q215、Q235、Q255和Q275按其硫、磷含量由多至少分為、四個(gè)質(zhì)量等級(jí)脫氧程度符號(hào)(F、B、Z、TZ)Q235-A.F低合金高強(qiáng)鋼屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)、脫氧程度Q345-B295、Q345、Q390、Q420和Q460屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)熱軋型鋼型鋼名稱、橫斷面主要尺寸、型鋼標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、型鋼標(biāo)準(zhǔn)情景2：鋼材的使用技術(shù)第11頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20

17、日，8點(diǎn)40分，星期三三 、鋼結(jié)構(gòu)用型鋼、鋼板 熱軋鋼筋工字鋼、槽鋼、角鋼、T形鋼等冷彎薄壁型鋼鋼板、壓型鋼板壓型鋼板的特點(diǎn)：質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快、外形美觀情景2：鋼材的使用技術(shù)第12頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三銹蝕的原因情景3：鋼材的檢測(cè)建筑鋼材的銹蝕與防止化學(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕 1、鋼絲刷除銹2、酸洗除銹3、噴砂除銹除銹的方法第13頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三情景3：鋼材的檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)防火防火涂料的分類及品種防火涂料的阻火原理防火涂料的選用原則第14頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)40分，星期三沖擊韌性指標(biāo)是通過標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊韌性ak（/cm2