大學(xué)建筑材料金屬材料課件

第一節(jié)建筑鋼材

建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲、鋼絞線等。剛才具有良好的技術(shù)性質(zhì)：材質(zhì)均勻，性能可靠，強(qiáng)度高，能承受較大的彈塑性變形，加工性能好。一、鋼材的分類鋼按照《鋼分類》（GB/T13304—91）推薦的方法，分類如下：

1、按照化學(xué)成分分為非合金鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）、低合金鋼和合金鋼三類。

2、按質(zhì)量分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。

3、建筑鋼材按用途的分類如下：結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。/sundae_meng第一節(jié)建筑鋼材建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各1二、鋼材的性質(zhì)

（一）抗拉性能

低碳鋼的含碳量低，強(qiáng)度較低，塑性較好，

其應(yīng)力應(yīng)變圖（σ—ε圖）如圖所示。

從圖中可以看出，低碳鋼拉伸過程經(jīng)歷：

彈性階段（OA）

屈服階段（AB）

強(qiáng)化階段（BC）

頸縮階段（CD）/sundae_meng二、鋼材的性質(zhì)

（一）抗拉性能

低碳鋼的含2

1、屈服點：鋼材在荷載作用下，開始喪失對變形的抵抗能力，并產(chǎn)生明顯的塑性變形。在屈服階段，鋸齒形的最高點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為上屈服點（σSU）；最低點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為下屈服點（σSL）。下屈服點的應(yīng)力為鋼材的屈服強(qiáng)度，用σs表示，單位為MPa。屈服強(qiáng)度是確定結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力的主要依據(jù)。

2、抗拉強(qiáng)度：應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而繼續(xù)增加。C點的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用σb表示，單位為MPa。屈強(qiáng)比σs/σb在工程中很有意義，此值越小，表明結(jié)構(gòu)的可靠性越高，即防止結(jié)構(gòu)破壞的潛力越大；但此值太小時，鋼材強(qiáng)度的有效利用率低。合理的屈強(qiáng)比一般在0.60～0.75之間。

3、伸長率：鋼材的變形速度明顯加快，而承載能力明顯下降。此時在試件的某一部位，截面急劇縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，鋼材將在此處斷裂。/sundae_meng

1、屈服點：鋼材在荷載作用下，開始喪失對變形3（二）沖擊韌性

（三）硬度

（四）耐疲勞性

（五）冷彎性能

冷彎性能是指鋼材在常溫下，以一定的彎心直徑和彎曲角度對鋼材進(jìn)行彎曲，鋼材能夠承受彎曲變形的能力。

鋼材的冷彎，一般以彎曲角度α、彎心直徑d與鋼材厚度（或直徑）a的比值d/a來表示彎曲的程度。彎曲角度越大，d/a越小，表示鋼材的冷彎性能越好。

/sundae_meng（二）沖擊韌性

（三）硬度

（四）耐疲勞性

（五）冷彎性能

4（六）焊接性能

鋼材的可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強(qiáng)度是否與母體相近的性能。

可焊性受化學(xué)成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。

焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當(dāng)采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性，焊接時一般要采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理等措施。

三、鋼材的化學(xué)成分對其性能的影響

（一）鋼材的化學(xué)成分

以生鐵冶煉鋼材，經(jīng)過一定的工藝處理后，鋼材中除主要含有鐵和碳以外，還有少量硅、錳、磷、硫、氧、氮等難以初凈的化學(xué)元素。

（二）微量化學(xué)元素對鋼材性能的影響/sundae_meng（六）焊接性能

鋼材的可焊性是指在一定焊5

四、鋼材的冷加工及熱處理（一）冷加工冷加工強(qiáng)化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點但不超過抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力對其進(jìn)行的加工。建筑鋼材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等。對鋼材進(jìn)行冷加工的目的，主要是利用時效提高強(qiáng)度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時也達(dá)到調(diào)直和除銹的目的。（二）時效

鋼材隨時間的延長，其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。時效分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將其冷加工后，在常溫下放置15～20d；人工時效是將冷加工后的鋼材加熱至100～200℃保持2h以上。經(jīng)過時效處理后的鋼材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低。/sundae_meng

四、鋼材的冷加工及熱處理鋼材隨時間的延長6（三）熱處理熱處理是將鋼材按一定的規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以獲得需要性能的一種工藝過程。熱處理的方法有：退火、正火、淬火和回火。五、常用建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用建筑鋼材按用途可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼和混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩大類。（一）鋼結(jié)構(gòu)用鋼材1、碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號

由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成；共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。如：Q235－AF表示為屈服點不小于235MPa的A級沸騰鋼。Q195、Q215，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。Q235，常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。Q255、Q275，主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。（2）技術(shù)要求化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB700規(guī)定。/sundae_meng（三）熱處理由代表屈服點的字母、屈7

2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號

由代表屈服點的拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。如Q345A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。Q295，主要用于建筑工程中對強(qiáng)度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強(qiáng)度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。2）技術(shù)要求其化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591的規(guī)定。/sundae_meng

2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼由代表屈服點的拼音字8

（二）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材1、熱扎鋼筋（1）牌號熱軋直條光圓鋼筋：HPB235熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500。/sundae_meng

（二）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材http://www.docin.c9

（2）技術(shù)要求表面形狀強(qiáng)度等級代號公稱直徑屈服點σs，MPa抗拉強(qiáng)度σb，MPa伸長率δ5，%冷彎d—彎心直徑a—鋼筋公稱直徑不小于光圓HPB2358～2023537025180°d=a月牙肋HRB3356～2528～5033549016180°d=3a180°d=4aHRB4006～2528～5040057014180°d=4a180°d=5aHRB5006～2528～5050063012180°d=6a180°d=7a/sundae_meng

（2）技術(shù)要求表面形狀強(qiáng)度等級代號公稱屈服點σs，MPa抗10

（3）鋼材選用帶肋鋼筋與混凝土有較大的粘結(jié)能力，因此能更好地承受外力作用。熱軋帶肋鋼筋廣泛地應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)，特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結(jié)構(gòu)。2、冷拉熱扎鋼筋3、冷扎帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后允許進(jìn)行低溫回火處理。根據(jù)GB13788－2000規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋按抗拉強(qiáng)度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個牌號。C、R、B分別為冷軋、帶肋、鋼筋三個英文單詞的首位字母，數(shù)字為抗拉強(qiáng)度的最小值。4、冷扎扭鋼筋/sundae_meng

（3）鋼材選用/s11

5、熱處理鋼筋熱處理鋼筋是經(jīng)過淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無縱肋兩種，其外形分別見右圖。代號為RB150。公稱直徑mm牌號σ0.2σbδ10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學(xué)性能有縱肋無縱肋/sundae_meng

5、熱處理鋼筋公稱直徑牌號σ0.2σbδ10，%MPa12

6、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼鉸線生產(chǎn)以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條為原料，經(jīng)淬火、酸洗、冷拉制成的用作預(yù)應(yīng)力混凝土骨架的鋼絲。1）分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲和刻痕鋼絲兩種。2）用途：鋼絲主要用作橋梁、吊車梁、電桿、樓板、大口徑管道等預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋。/sundae_meng

6、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼鉸線http://w13

六、鋼材的銹蝕與防止（一）鋼材的銹蝕

1、化學(xué)銹蝕

2、電化學(xué)銹蝕（二）鋼材銹蝕的防止

1、保護(hù)層法

2、電化學(xué)保護(hù)法

3、制成合金鋼/sundae_meng

六、鋼材的銹蝕與防止http://www.docin.co14第一節(jié)建筑鋼材

建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型鋼、鋼板和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲、鋼絞線等。剛才具有良好的技術(shù)性質(zhì)：材質(zhì)均勻，性能可靠，強(qiáng)度高，能承受較大的彈塑性變形，加工性能好。一、鋼材的分類鋼按照《鋼分類》（GB/T13304—91）推薦的方法，分類如下：

1、按照化學(xué)成分分為非合金鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼）、低合金鋼和合金鋼三類。

2、按質(zhì)量分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。

3、建筑鋼材按用途的分類如下：結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼。/sundae_meng第一節(jié)建筑鋼材建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各15二、鋼材的性質(zhì)

（一）抗拉性能

低碳鋼的含碳量低，強(qiáng)度較低，塑性較好，

其應(yīng)力應(yīng)變圖（σ—ε圖）如圖所示。

從圖中可以看出，低碳鋼拉伸過程經(jīng)歷：

彈性階段（OA）

屈服階段（AB）

強(qiáng)化階段（BC）

頸縮階段（CD）/sundae_meng二、鋼材的性質(zhì)

（一）抗拉性能

低碳鋼的含16

1、屈服點：鋼材在荷載作用下，開始喪失對變形的抵抗能力，并產(chǎn)生明顯的塑性變形。在屈服階段，鋸齒形的最高點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為上屈服點（σSU）；最低點所對應(yīng)的應(yīng)力稱為下屈服點（σSL）。下屈服點的應(yīng)力為鋼材的屈服強(qiáng)度，用σs表示，單位為MPa。屈服強(qiáng)度是確定結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力的主要依據(jù)。

2、抗拉強(qiáng)度：應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而繼續(xù)增加。C點的應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用σb表示，單位為MPa。屈強(qiáng)比σs/σb在工程中很有意義，此值越小，表明結(jié)構(gòu)的可靠性越高，即防止結(jié)構(gòu)破壞的潛力越大；但此值太小時，鋼材強(qiáng)度的有效利用率低。合理的屈強(qiáng)比一般在0.60～0.75之間。

3、伸長率：鋼材的變形速度明顯加快，而承載能力明顯下降。此時在試件的某一部位，截面急劇縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，鋼材將在此處斷裂。/sundae_meng

1、屈服點：鋼材在荷載作用下，開始喪失對變形17（二）沖擊韌性

（三）硬度

（四）耐疲勞性

（五）冷彎性能

冷彎性能是指鋼材在常溫下，以一定的彎心直徑和彎曲角度對鋼材進(jìn)行彎曲，鋼材能夠承受彎曲變形的能力。

鋼材的冷彎，一般以彎曲角度α、彎心直徑d與鋼材厚度（或直徑）a的比值d/a來表示彎曲的程度。彎曲角度越大，d/a越小，表示鋼材的冷彎性能越好。

/sundae_meng（二）沖擊韌性

（三）硬度

（四）耐疲勞性

（五）冷彎性能

18（六）焊接性能

鋼材的可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強(qiáng)度是否與母體相近的性能。

可焊性受化學(xué)成分及含量的影響。含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。

焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當(dāng)采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性，焊接時一般要采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理等措施。

三、鋼材的化學(xué)成分對其性能的影響

（一）鋼材的化學(xué)成分

以生鐵冶煉鋼材，經(jīng)過一定的工藝處理后，鋼材中除主要含有鐵和碳以外，還有少量硅、錳、磷、硫、氧、氮等難以初凈的化學(xué)元素。

（二）微量化學(xué)元素對鋼材性能的影響/sundae_meng（六）焊接性能

鋼材的可焊性是指在一定焊19

四、鋼材的冷加工及熱處理（一）冷加工冷加工強(qiáng)化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點但不超過抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力對其進(jìn)行的加工。建筑鋼材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等。對鋼材進(jìn)行冷加工的目的，主要是利用時效提高強(qiáng)度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時也達(dá)到調(diào)直和除銹的目的。（二）時效

鋼材隨時間的延長，其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。時效分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將其冷加工后，在常溫下放置15～20d；人工時效是將冷加工后的鋼材加熱至100～200℃保持2h以上。經(jīng)過時效處理后的鋼材，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低。/sundae_meng

四、鋼材的冷加工及熱處理鋼材隨時間的延長20（三）熱處理熱處理是將鋼材按一定的規(guī)則加熱、保溫和冷卻，以獲得需要性能的一種工藝過程。熱處理的方法有：退火、正火、淬火和回火。五、常用建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用建筑鋼材按用途可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用鋼和混凝土結(jié)構(gòu)用鋼兩大類。（一）鋼結(jié)構(gòu)用鋼材1、碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號

由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成；共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。如：Q235－AF表示為屈服點不小于235MPa的A級沸騰鋼。Q195、Q215，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。Q235，常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。Q255、Q275，主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。（2）技術(shù)要求化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB700規(guī)定。/sundae_meng（三）熱處理由代表屈服點的字母、屈21

2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號

由代表屈服點的拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。如Q345A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。Q295，主要用于建筑工程中對強(qiáng)度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強(qiáng)度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。2）技術(shù)要求其化學(xué)成分、力學(xué)性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591的規(guī)定。/sundae_meng

2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼由代表屈服點的拼音字22

（二）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材1、熱扎鋼筋（1）牌號熱軋直條光圓鋼筋：HPB235熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500。/sundae_meng

（二）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材http://www.docin.c23

（2）技術(shù)要求表面形狀強(qiáng)度等級代號公稱直徑屈服點σs，MPa抗拉強(qiáng)度σb，MPa伸長率δ5，%冷彎d—彎心直徑a—鋼筋公稱直徑不小于光圓HPB2358～2023537025180°d=a月牙肋HRB3356～2528～5033549016180°d=3a180°d=4aHRB4006～2528～5040057014180°d=4a180°d=5aHRB5006～2528～5050063012180°d=6a180°d=7a/sundae_meng

（2）技術(shù)要求表面形狀強(qiáng)度等級代號公稱屈服點σs，MPa抗24

（3）鋼材選用帶肋鋼筋與混凝土有較大的粘結(jié)能力，因此能更好地承受外力作用。熱軋帶肋鋼筋廣泛地應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)，特別是大型、重型、輕型薄壁和高層建筑結(jié)構(gòu)。2、冷拉熱扎鋼筋3、冷扎帶