第六章-鋼材與鋁合金建筑材料課件

第六章鋼材與鋁合金

第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織

第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用第五節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止第六節(jié)鋁及鋁合金建筑鋼材與非金屬材料相比有以下優(yōu)點：強度高，比強度高,品質(zhì)均勻致密、結(jié)構(gòu)可靠性高,具有良好的塑性和韌性，能經(jīng)受沖擊和振動荷載,具有良好的加工性能，可以鍛壓、焊接、鉚接和切割，便于裝配鋼結(jié)構(gòu)的主要缺點是：耐腐蝕性差，在使用環(huán)境中，應(yīng)注意對結(jié)構(gòu)的防銹等防護；耐火性差，溫度達到300℃以上，鋼材的強度明顯下降，在火災(zāi)中，鋼結(jié)構(gòu)的耐火時間只有20~30分鐘，第六章鋼材與鋁合金第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織1第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織生產(chǎn)方法對鋼材性能的影響（一）冶煉氧氣轉(zhuǎn)爐法(氧化過程)平爐煉鋼法Fe3O4電爐鋼（二）鋼的脫氧和鑄錠1．沸騰鋼(還原過程)2．鎮(zhèn)靜鋼Fe3O4Fe+O23．半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼4．特殊鎮(zhèn)靜鋼（三）鋼的熱加工第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織生產(chǎn)方法對鋼材性能的影響2鋼的脫氧和鑄錠鋼的脫氧和鑄錠3二、鋼的分類（一）按照化學(xué)成分鋼分為碳素鋼和合金鋼兩種1．碳素鋼（1）低碳鋼C<0.25%（2）中碳鋼C=0.25%~0.60%；（3）高碳鋼C>0.60%.根據(jù)硫（S）、磷（P）雜質(zhì)含量的多少，又可分為（1）普通碳素鋼S≤0.050%,P≤0.045%（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.035%,P≤0.035%（3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.025%,P≤0.025%（4）特優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.015%,P≤0.025%二、鋼的分類（一）按照化學(xué)成分鋼分為碳素鋼和合金鋼兩種42．合金鋼常用合金鋼元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量不同，合金鋼可分為：（1）低合金鋼合金元素總量小于5%；（2）中合金鋼合金元素總含量為5%~10%；（3）高合金鋼合金元素含量大于10%。（二）按用途分類1．結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑結(jié)構(gòu)及機械零件的鋼，一般為低、中碳鋼。2．工具鋼主要用各種刀具、量具及模具等工具的鋼，一般為高碳鋼。3．特殊鋼具有特殊的物理、化學(xué)及機械性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼等。4．專用鋼為滿足特殊的使用環(huán)境條件下或使用荷載下專用鋼材。如橋梁專用鋼，鋼軌專用鋼等。2．合金鋼常用合金鋼元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻5三、鋼材的晶體組織（二）鋼中的晶體組織與性能1．同素異晶轉(zhuǎn)變概念2．合金的基本概念（1）固溶體以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬為溶質(zhì)，共溶后所形成的固體溶液

（2）化合物兩種元素發(fā)生化學(xué)作用而組成的一種新的金屬化合物（3）機械混合物是兩種既不溶解也不化合，而是機械混合形成的一種組成物三、鋼材的晶體組織（二）鋼中的晶體組織與性能6鋼中的晶體圖6-1晶格構(gòu)造圖6-2多晶體構(gòu)造鋼中的晶體圖6-1晶格構(gòu)造圖6-2多晶體構(gòu)造7圖6-3Fe-Fe3C合金狀態(tài)圖L—液態(tài)合金；γ—奧氏體；α—鐵素體；P—珠光體；Fe3C—滲碳體；Ld—萊氏體。圖6-3Fe-Fe3C合金狀態(tài)圖L—液態(tài)合金；γ—奧氏體83．鋼中的晶體組織與性能（1）奧氏體是碳在γ-Fe的固溶體（2）鐵素體是碳在α-Fe中的固溶體,含碳量0.02%，由于溶碳量少且晶格滑移面較多，其性質(zhì)極其柔軟，塑性和韌性很好，但強度和硬度較低。（3）滲碳體是碳和鐵形成的化合物Fe3C，其含碳量高達6.69%,外力作用下不易變形，故性質(zhì)非常硬脆，抗拉強度很低，塑性及韌性幾乎等于零。（4）珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，兩成分相間成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為0.77%，其性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間，既有一定的強度和硬度，也有一定的塑性和韌性。3．鋼中的晶體組織與性能9珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物鐵素體珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物鐵素體珠光體10表6-1室溫下鋼中晶體組織的機械性能名稱符號組合類型σb/MPaHBW/Paδ/%ak/（J·cm-2）鐵素體α碳在α-Fe中的固溶體（體心立方晶格）23078550200滲碳體Fe3C鐵和碳的化合物（復(fù)雜晶格）30785000珠光體P鐵素體與滲碳體的層片狀機械混合物750176520~2530~40表6-1室溫下鋼中晶體組織的機械性能名稱符號組合類型σb11圖6-4鐵碳合金的含碳量、晶體組織與性能之間的關(guān)系圖6-4鐵碳合金的含碳量、晶體組織與性能之間的關(guān)系12第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)一、鋼材的力學(xué)性能(鋼材的力學(xué)性能包括彈性、塑性、強度、沖擊韌性、硬度與疲勞強度等。)（一）鋼材的彈性、塑性和強度1．彈性階段（OA段)屈服強σs,σ0.2

2.屈服階段（AB段）強度極限σb

3.強化階段（BC段）屈強比σs/σb

4.頸縮階段（CD段）伸長率為反映鋼材在達到最大破壞荷載前的變形狀況，防止突然的脆斷，定義鋼筋在最大力下的總伸長率用δgt表示第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)一、鋼材的力學(xué)性能(鋼材的力13（二）、沖擊韌性沖擊韌性是鋼材低抗沖擊荷載的能力。（二）、沖擊韌性14（三）硬度硬度是指鋼材低抗硬物壓入表面的能力。1．布氏硬度HB=P/A2．洛氏硬度布氏硬度試驗洛氏硬度試驗根據(jù)布氏硬度可以估算碳素鋼的抗拉強度σbHB<175時，σb=0.36HB450>HB>175時，σb=0.35HB（三）硬度布氏硬度試驗洛氏硬度試驗根據(jù)布氏硬度15（四）疲勞強度疲勞強度除了與材質(zhì)有關(guān)外，還與所受應(yīng)力的種類（拉、壓或彎曲）、應(yīng)力循環(huán)特征值（）、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（N）及應(yīng)力集中程度有關(guān)。一般來說，鋼材強度極限愈高，其疲勞強度也高。二、鋼材的工藝性能（一）冷彎性能（二）可焊性(可焊性是指鋼材是否適用通常的焊接方法與工藝的性能?？珊感院玫匿摬暮附訒r，硬脆傾向小，不易形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊接后仍能保持與母材基本相同的性質(zhì)。)（四）疲勞強度二、鋼材的工藝性能（一）冷彎性能16第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響一、化學(xué)成分對鋼性質(zhì)的影響1．碳(C)碳是決定鋼材性能的主要元素。2．硅(Si)硅是作為脫氧劑而加入于鋼中的，大部分熔于鐵素體中形成固溶體，能提高鋼材的硬度、強度。硅含量較低（小于1.0%）時，對塑性和韌性影響不大。3．錳(Mn)錳是煉鋼時用來脫氧去硫而加入鋼中的。4．硫(S)硫是鋼中有害的元素。硫多數(shù)以FeS的形式存在于鋼中。FeS與Fe形成共晶溶點很低（985℃）5．磷(P)鋼中有害元素。6．氧(O)氧是鋼中的有害元素。7．氮(N)多數(shù)熔于鐵素體中形成固溶體，氮雖能提高鋼的強度和硬度提高，但卻顯著降低鋼的塑性和韌性，增加鋼的時效敏感性和冷脆性。8．鈦(Ti)、釩(V)鈦是強脫氧劑，釩是弱脫氧劑。二者能顯著提高強度，細化晶粒，改善韌性。第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響17二、熱處理對鋼性質(zhì)的影響1．退火2．正火3．淬火4.回火調(diào)質(zhì)=淬火+回火(高溫)分低溫（150～250℃）中溫（350～500℃）高溫（500～650℃）二、熱處理對鋼性質(zhì)的影響分低溫（150～250℃）中溫（318三、冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕、沖壓等。經(jīng)過冷加工后的鋼材，由于產(chǎn)生塑性變形，改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)，強度和硬度明顯提高，塑性和韌性有所降低，我們把這個過程稱為鋼材的冷加工強化。冷拉后鋼材的屈服強度提高，屈服階段縮短，伸長率減小，材質(zhì)變硬，但抗拉強度基本不變。冷拉后的新的屈服點和抗拉強度并非一直保持不變，而是隨時間延續(xù)有所提高，塑性進一步降低，即產(chǎn)生時效。一般鋼材冷拉后要通過時效后才有穩(wěn)定的屈服強度。時效敏感性，用時效敏感性系數(shù)C表示:三、冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋、冷19冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋20冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工時效冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工時效21第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu))（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼1．碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號GB700-88規(guī)定，牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧程度4部分組成。其中“Q”代表屈服點；碳素結(jié)構(gòu)鋼按照其屈服點分5個牌號，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275；按照質(zhì)量等級（硫、磷雜質(zhì)含量由多到少）分為A、B、C、D共4個質(zhì)量等級。按照脫氧程度分為4種，即沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特種鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼在鋼牌號中Z和TZ予以省略。例如Q235—A.F，表示屈服點為235Mpa質(zhì)量等級為A級的沸騰鋼；Q235—C，表示屈服點為235Mpa質(zhì)量等級為C級的鎮(zhèn)靜鋼。第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼、222．碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求（1）化學(xué)成分（2）力學(xué)性能(屈服點σS,抗拉強度σb,伸長率δ5,沖擊韌性ak),3．碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用Q195和Q215鋼Q235是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q255、Q275鋼，強度高，但塑性、韌性和可焊性較差，不易冷彎加工下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應(yīng)采用Q235沸騰鋼：（1）焊接結(jié)構(gòu):①直接承受動力荷載或振動荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。②工作溫度低于-20℃時的直接承受動力荷載或振動荷載但可不驗算疲勞的結(jié)構(gòu)以及承受靜力荷載的受彎及受拉的重要承重結(jié)構(gòu)。③工作溫度等于或低于-30℃的所有承重結(jié)構(gòu)。（2）非焊接結(jié)構(gòu):工作溫度等于或低于-20℃的直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼對有害雜質(zhì)含量控制更嚴(yán)格（S<0.035%，P<0.035%）、質(zhì)量更穩(wěn)定，性能優(yōu)于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。2．碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求23表6-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分牌號等級化學(xué)成分（%）脫氧方法CMnSiSP不大于Q195—0.06~0.120.25~0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09~0.150.25~0.550.300.0500.0450.045F、b、ZBQ235A0.14~0.220.30~0.65①0.0350.0500.045F、b、ZB0.12~0.200.30~0.70①0.045C≤0.180.35~0.800.0400.040ZD≤0.170.035TZQ255A0.18~0.280.40~0.700.300.0500.045F、b、ZB0.045Q275—0.20~0.380.50~0.800.350.0500.045b、Z表6-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分牌號等級化學(xué)成分（%24表6-3碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌號等級拉伸試驗沖擊屈服點σS(MPa)抗拉強度σb(MPa)伸長率δ5(%)溫度℃功(J)鋼材厚度（直徑）(mm)鋼材厚度（直徑）(mm)≤1616~4040~6060~100100~150150≤1616~4040~6060~100100~150150不小于不小于≮Q195—(195)(185)————315~4303332——————Q215A215205195185175165335~450313029282725——B2027Q235A235225215205195185375~500262524232221——B2027C0D-20Q255A255245235225215205410~550242322212019——B2027Q275—275265255245235225490~630201918171615——表6-3碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌等拉伸試驗沖擊屈服點σS(25（三）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入總量小于5%合金元素而形成的鋼種。常用的合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳、銅等。1．牌號根據(jù)國標(biāo)《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-94規(guī)定，分成5個牌號，即Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。牌號的表示方法是由屈服點的漢語拼音字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）2．技術(shù)要求及特性(屈服點σS,抗拉強度σb,伸長率δ5,沖擊韌性ak)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比具有以下特點(成分上，性能上，應(yīng)用上，)（三）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基26表6-6低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌號質(zhì)量等級屈服點σs(MPa)抗拉強度σb(MPa)伸長率δ5(%)沖擊功，AKV，(縱向)，J1800彎曲試驗d.彎心直徑；a.試件厚度(直徑)厚度(直徑、邊長)(mm)+20℃0℃-20℃-40℃≤16>16~35>35~50>50~100不小于鋼材厚度(直徑)mm不小于≤16>16~100Q295A295275255235390~57023d=2ad=3aB295275255235390~5702334d=2ad=3aQ345A345325295275470~6302134d=2ad=3aB345325295275470~6302134d=2ad=3aC345325295275470~63022d=2ad=3aD345325295275470~6302234d=2ad=3aE345325295275470~6302227d=2ad=3aQ390A390370350330490~65019d=2ad=3aB390370350330490~6501934d=2ad=3aC390370350330490~6502034d=2ad=3aD390370350330490~6502034d=2ad=3aE390370350330490~6502027d=2ad=3a表6-6低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌質(zhì)屈服點σs(MP27二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（一）熱軋鋼筋:牌號熱軋光圓鋼筋HPB235,熱軋帶肋鋼筋分為HRB335、HRB400、HRB500三個牌號，公稱直徑范圍6~50mm。熱軋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強度確定，具有不小于95%的保證率?！痘炷两Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2002規(guī)定，為了保證在地震作用下，結(jié)構(gòu)的某些部位出現(xiàn)塑性鉸以后，鋼筋具有足夠的變形能力。對有抗震設(shè)防要求的框架結(jié)構(gòu)（一、二級抗震等級），檢驗所得的強度實測值應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）鋼筋實測抗拉強度實測值與屈服強度實測值之比不小于1.25；（2）鋼筋屈服強度實測值與強度標(biāo)準(zhǔn)值之比不應(yīng)大于1.30?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002給出了熱軋鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)值（fyk）、抗拉強度的設(shè)計值（fy）、抗壓強度的設(shè)計值（f’y）和鋼筋的彈性模量（Es），見表6-9。種類符號公稱直徑d(mm)強度標(biāo)準(zhǔn)值fyk抗拉強度fy抗壓強度f’y彈性模量Es(×105)熱軋鋼筋HPB235(Q235)8~202352102102.1HRB335(20MnSi)6~503353003002.0HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)6~504003603602.0二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（一）熱軋鋼筋:牌號熱軋光圓28應(yīng)用光圓鋼筋是用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成的鋼筋。其強度較低，塑性及焊接性能好，伸長率高，便于彎曲成型?？勺鳛橹行⌒弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋和各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)箍筋等帶肋鋼筋中，HRB335、HRB400用低合金鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼軋制而成，。廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，現(xiàn)行規(guī)范積極提倡用HRB400級鋼筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主力鋼筋。在有抗震設(shè)防要求的框架梁、框架柱、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的縱向受力鋼筋宜選用HRB400、HRB335熱軋鋼筋，箍筋宜選用HRB335、HRB400或HPB235熱軋鋼筋。HRB335、HRB400經(jīng)過冷拉后可用作為預(yù)應(yīng)力鋼筋。HRB500用中碳低合金鋼鎮(zhèn)靜鋼軋制而成。鋼筋表面軋有縱肋和橫肋，是房屋建筑的主要預(yù)應(yīng)力筋。應(yīng)用光圓鋼筋是用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成的鋼筋。其強度較29二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（二）冷軋帶肋鋼筋(冷軋帶肋鋼筋分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個牌號。CRB550鋼筋的公稱直徑范圍4~12mm，其他牌號鋼筋的公稱直徑為4、5、6mm。)（三）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋公稱直徑(mm)牌號屈服強度σ0.2kgf/mm2(MPa)抗拉強度σbkgf/mm2(MPa)伸長率δ10（%）不小于640Si2Mn※135(1325)150(1470)68.248Si2Mn1045Si2Cr二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（二）冷軋帶肋鋼筋(冷軋帶肋鋼筋分為CRB30圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖31（六）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲按加工狀態(tài)分為冷拉鋼絲（代號為WCD）和消除應(yīng)力鋼絲兩種，消除應(yīng)力鋼絲又分為低松弛鋼絲(代號為WLR)和普通松弛鋼絲（代號為WNR）；按外形分為光圓鋼絲（P）、螺旋肋鋼絲（H）和刻痕鋼絲（I）三種。（七）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線一般是由2根、3根或7根直徑為2.5~6.0mm的高強度光面或刻痕鋼絲絞捻后，再經(jīng)穩(wěn)定化處理而制成。穩(wěn)定化處理是指為了減少應(yīng)用時的應(yīng)力松弛，鋼絞線在一定的張力下進行的短時熱處理。三、橋梁結(jié)構(gòu)鋼橋梁結(jié)構(gòu)鋼除了必須具有較高的強度外，還要求有良好的塑性、韌性、可焊性及較高的疲勞強度?？紤]到嚴(yán)寒地區(qū)的低溫影響和長期的使用安全，還要求具有較小的冷脆性和時效敏感性，以免發(fā)生脆斷事故?！稑蛄河媒Y(jié)構(gòu)鋼》GB/T714-2000規(guī)定，牌號由代表屈服點的漢語拼音字母、屈服點數(shù)值、橋梁鋼的漢語拼音字母、質(zhì)量等級符號4部分組成。如：Q345qC代表屈服點345Mpa質(zhì)量等級為C級的橋梁鋼。橋梁結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材的屈服點分4個牌號，即Q235q、Q345q、Q370q、Q420q；按照質(zhì)量等級（硫、磷雜質(zhì)含量由多到少）分為C、D、E共3個質(zhì)量等級，其中C級硫、磷雜質(zhì)含量與低合金高強結(jié)構(gòu)鋼C級要求相當(dāng)，D、E級比低合金高強結(jié)構(gòu)鋼相應(yīng)等級要求更高。（六）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲32四、鋼軌鋼鐵路鋼軌經(jīng)常處在車輪壓力、沖擊和磨損的作用下，要求鋼軌不僅應(yīng)具有較高的強度以承受較高的壓力和抗剝離的能力，而且還應(yīng)具有較高的硬度、耐磨性、沖擊韌性和疲勞強度.一般應(yīng)選用含碳量較高（高碳鋼）的平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐鎮(zhèn)靜鋼進行軋制。含碳量過高，將使鋼軌鋼的塑性、韌性顯著下降，因此一般含碳量不超過0.82%。錳能有效的提高鋼材的強度（固溶強化）及耐磨性，硅易與氧化合去除鋼中的氣泡，使鋼質(zhì)密實細致，硬度、耐磨性也提高，因此鋼軌鋼常常含有這兩種元素。鋼軌的類型以每米大致的質(zhì)量表示，我國鐵路鋼軌主要有75Kg/m、60Kg/m、50Kg/m和43Kg/m四種。標(biāo)準(zhǔn)長度為12.5m和25m兩種，對于75Kg/m鋼軌只有25m一種。隨著重載高速線路的迅速發(fā)展，鋼軌需要重型化。我國已經(jīng)大量使用60kg/m鋼軌，在重載線路上逐步鋪設(shè)75kg/m鋼軌※※，目前世界上最重的鋼軌已達到77.5Kg/m。而且對鋼軌的性能和質(zhì)量要求愈來愈高。近年來采取了鋼軌合金化、熱處理和控制軋制等綜合措施，研制發(fā)展新一代的合金鋼鋼軌，取得了較好的效果。如攀鋼生產(chǎn)的PD3高碳微釩軌，抗拉強度在1000Mpa以上。PD3全長淬火軌抗拉強度達到1300Mpa，且綜合性能好，可以延長壽命50%以上，四、鋼軌鋼33鋼材選用要點:結(jié)構(gòu)受動載還是受靜載結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度是否是焊結(jié)結(jié)構(gòu)鋼材生產(chǎn)工藝:脫氧方法(沸騰鋼,鎮(zhèn)靜鋼,鎮(zhèn)靜鋼)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響鋼材選用要點:結(jié)構(gòu)受動載還是受靜載34第五節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止有資料報道，當(dāng)銹蝕率大于3%時，混凝土與鋼筋之間的握裹力迅速下降，銹蝕率5%時，握裹力在未銹蝕鋼筋50%以下；銹蝕率達8%時，混凝土裂縫寬度1.5~3mm，握裹力在未銹蝕鋼筋10%以下。一、鋼材的銹蝕（一）化學(xué)銹蝕化學(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕

（二）電化學(xué)銹蝕(主要)陽極反應(yīng)Fe→Fe(2+)+2e陰極反應(yīng)O2+2H2O+4e→4OH-兩者結(jié)合Fe(2+)+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3第五節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止有資料報道，當(dāng)銹蝕率大于3%時35二、防止鋼材銹蝕的措施1．制成合金鋼2．表面覆蓋3．設(shè)置陽極或陰極保護二、防止鋼材銹蝕的措施1．制成合金鋼36設(shè)置陽極或陰極保護設(shè)置陽極或陰極保護37第六章-鋼材與鋁合金建筑材料課件38第六章-鋼材與鋁合金建筑材料課件39第六節(jié)鋁及鋁合金一、鋁的性質(zhì)通常是用鋁礬土作煉鋁的原料，從中提取Al2O3，再從Al2O3中分解出金屬鋁。從化學(xué)元素來講，鋁在地殼中的含量占8.13％，僅次于氧和硅，占第三位，所以鋁在自然界的資源是豐富的。純鋁的密度為2.70g/cm3，是鋼的1/3，熔點低，只有660℃，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性均很好。鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，極易與空氣中的氧化合，形成一層氧化鋁薄膜起保護作用，使鋁具有一定的耐腐蝕性。但由于自然生存的氧化鋁膜很?。ㄒ话阈∮?.1μm），因而耐蝕性有限。另外純鋁不耐堿，不耐強酸，也不能與鹵素元素接觸，否則就會被迅速腐蝕。鋁的塑性很好，伸長率可達35％～50％，鋁材的缺點是強度和硬度不高（σ0.2＝35～150MPa，σb＝90～170MPa，HBW=23～44），剛度低，故工程中不用純鋁制品，而是在其中加入合金元素制成鋁合金使用。

第六節(jié)鋁及鋁合金一、鋁的性質(zhì)通常是用鋁礬土作煉鋁的40二、鋁合金(合金元素，如銅、鎂、錳、硅、鋅)按加工方式的不同，鋁合金可分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩大類。

（一）鑄造鋁合金(常用的有鋁硅（Al－Si）、鋁銅（Al～Cu）、鋁鎂（Al－Mg）及鋁鋅（Al－Zn）四種，其牌號用符號ZL和三位數(shù)字組成，如ZL101、ZL201等。三位數(shù)中的第一位數(shù)表示合金種類，其中1代表鋁硅合金，2代表鋁銅合金，3代表鋁鎂合金，4代表鋁鋅合金，后面兩位數(shù)表示該合金的順序號。鑄造鋁合金常用于制作建筑五金配件)（二）變形鋁合金(按強化的方式不同，變形鋁合金可分為熱處理非強化型和熱處理強化型兩種。前者不能用淬火熱處理提高強度，如Al—Mn、Al—Mg合金；后者可以通過熱處理提高強度，如Al—Cu－Mg（硬鋁，強度392Mpa以上）、Al－Zn－Mg（超硬鋁，強度539Mpa以上）、Al～Si－Mg（鍛鋁）合金等。)變形鋁合金可分為防銹鋁合金（LF）、硬鋁合金（LY）、超硬鋁合金（LC）、鍛鋁合金（LD）與特殊鋁合金（LT）等幾種牌號，其牌號用代號加順序號表示，如LF12、LD31等。不過，國家標(biāo)準(zhǔn)正逐步采用國際上相對通用的牌號或合金狀態(tài)的表示方法，如國標(biāo)《鋁合金建筑型材》GB/T5237-2000中，采用6061，6031分別代替LD30,LD31。

三、包覆鋁四、鋁及鋁合金的表面處理二、鋁合金(合金元素，如銅、鎂、錳、硅、鋅)按加工方式41五、常用鋁合金制品（一）鋁合金型材用于加工門窗、幕墻等建筑用鋁合金型材，主要采用變形鋁合金6063，其次是6061。根據(jù)國家規(guī)范《鋁合金建筑型材》GB/T5237-2000，鋁合金型材分為基材、氧化、著色型材、電泳涂漆型材、粉末噴涂型材、氟碳漆噴涂型材5種，其中基材不能直接用于建筑物。表6-17鋁合金建筑型材力學(xué)性能（GB/T5237-2000）合金狀態(tài)合金壁厚mm拉伸試驗硬度試驗抗拉強度σb(MPa)規(guī)定非比例伸長應(yīng)力σp0.2伸長率δ%試件厚度mm維氏硬度HV韋氏硬度HW不小于6063T5所有16011080.8588T6所有2051808—6063AT5≤1020016050.86510>101901505T6≤102301905—>1022018046061T4所有18011016—T6所有2652458五、常用鋁合金制品（一）鋁合金型材合金狀態(tài)合金壁厚拉伸試驗硬42（二）鋁合金門窗(對鋁合金門窗來說，要求有一定的抗風(fēng)壓強度，有良好的氣密性和水密性，還應(yīng)有良好的隔熱、隔音與開閉性。根據(jù)鋁合金的抗風(fēng)壓強度、氣密性與水密性三項指標(biāo)，可將鋁合金產(chǎn)品分為優(yōu)等品、一等品與合格品三個等級。)（三）鋁合金裝飾板(按其表面處理方式的不同，可分為陽極氧化處理與噴涂處理裝飾板。按裝飾效果可分為花紋板、波紋板、壓型板與淺花紋板等。按幾何形狀可分為條形板和方形板。按色彩可分為銀白色、古銅色、金色、紅色、蘭色等多種。)復(fù)習(xí)思考題1．冶煉方法與脫氧程度對鋼材性能有何影響？2．什么是沸騰鋼？有何優(yōu)缺點？哪些條件下不宜選用沸騰鋼？5．何謂冷脆性和脆性轉(zhuǎn)變溫度？它們對選用鋼材有何意義？6．硫、磷、氮、氧元素對鋼材性能各有何影響？7．什么叫調(diào)質(zhì)熱處理？它對鋼材性能有何影響？8．什么叫冷加工強化和時效？各對鋼材性能有何影響？9．什么是低合金結(jié)構(gòu)鋼，與碳素鋼結(jié)構(gòu)相比在成分上、性能上和應(yīng)用上有何特點？10．選用鋼結(jié)構(gòu)用鋼時，應(yīng)考慮那些因素？11．解釋鋼號Q235AF、Q235D代表的意義，并比較二者在成分、性能和應(yīng)用上異同？14．橋梁結(jié)構(gòu)在性能和材質(zhì)上有何要求？（二）鋁合金門窗(對鋁合金門窗來說，要求有一定的抗風(fēng)壓強度，43第六章鋼材與鋁合金

第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織

第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用第五節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止第六節(jié)鋁及鋁合金建筑鋼材與非金屬材料相比有以下優(yōu)點：強度高，比強度高,品質(zhì)均勻致密、結(jié)構(gòu)可靠性高,具有良好的塑性和韌性，能經(jīng)受沖擊和振動荷載,具有良好的加工性能，可以鍛壓、焊接、鉚接和切割，便于裝配鋼結(jié)構(gòu)的主要缺點是：耐腐蝕性差，在使用環(huán)境中，應(yīng)注意對結(jié)構(gòu)的防銹等防護；耐火性差，溫度達到300℃以上，鋼材的強度明顯下降，在火災(zāi)中，鋼結(jié)構(gòu)的耐火時間只有20~30分鐘，第六章鋼材與鋁合金第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織44第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織生產(chǎn)方法對鋼材性能的影響（一）冶煉氧氣轉(zhuǎn)爐法(氧化過程)平爐煉鋼法Fe3O4電爐鋼（二）鋼的脫氧和鑄錠1．沸騰鋼(還原過程)2．鎮(zhèn)靜鋼Fe3O4Fe+O23．半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼4．特殊鎮(zhèn)靜鋼（三）鋼的熱加工第一節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織生產(chǎn)方法對鋼材性能的影響45鋼的脫氧和鑄錠鋼的脫氧和鑄錠46二、鋼的分類（一）按照化學(xué)成分鋼分為碳素鋼和合金鋼兩種1．碳素鋼（1）低碳鋼C<0.25%（2）中碳鋼C=0.25%~0.60%；（3）高碳鋼C>0.60%.根據(jù)硫（S）、磷（P）雜質(zhì)含量的多少，又可分為（1）普通碳素鋼S≤0.050%,P≤0.045%（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.035%,P≤0.035%（3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.025%,P≤0.025%（4）特優(yōu)質(zhì)碳素鋼S≤0.015%,P≤0.025%二、鋼的分類（一）按照化學(xué)成分鋼分為碳素鋼和合金鋼兩種472．合金鋼常用合金鋼元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量不同，合金鋼可分為：（1）低合金鋼合金元素總量小于5%；（2）中合金鋼合金元素總含量為5%~10%；（3）高合金鋼合金元素含量大于10%。（二）按用途分類1．結(jié)構(gòu)鋼主要用于建筑結(jié)構(gòu)及機械零件的鋼，一般為低、中碳鋼。2．工具鋼主要用各種刀具、量具及模具等工具的鋼，一般為高碳鋼。3．特殊鋼具有特殊的物理、化學(xué)及機械性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、耐磨鋼等。4．專用鋼為滿足特殊的使用環(huán)境條件下或使用荷載下專用鋼材。如橋梁專用鋼，鋼軌專用鋼等。2．合金鋼常用合金鋼元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻48三、鋼材的晶體組織（二）鋼中的晶體組織與性能1．同素異晶轉(zhuǎn)變概念2．合金的基本概念（1）固溶體以一種金屬為溶劑，另一種金屬或非金屬為溶質(zhì)，共溶后所形成的固體溶液

（2）化合物兩種元素發(fā)生化學(xué)作用而組成的一種新的金屬化合物（3）機械混合物是兩種既不溶解也不化合，而是機械混合形成的一種組成物三、鋼材的晶體組織（二）鋼中的晶體組織與性能49鋼中的晶體圖6-1晶格構(gòu)造圖6-2多晶體構(gòu)造鋼中的晶體圖6-1晶格構(gòu)造圖6-2多晶體構(gòu)造50圖6-3Fe-Fe3C合金狀態(tài)圖L—液態(tài)合金；γ—奧氏體；α—鐵素體；P—珠光體；Fe3C—滲碳體；Ld—萊氏體。圖6-3Fe-Fe3C合金狀態(tài)圖L—液態(tài)合金；γ—奧氏體513．鋼中的晶體組織與性能（1）奧氏體是碳在γ-Fe的固溶體（2）鐵素體是碳在α-Fe中的固溶體,含碳量0.02%，由于溶碳量少且晶格滑移面較多，其性質(zhì)極其柔軟，塑性和韌性很好，但強度和硬度較低。（3）滲碳體是碳和鐵形成的化合物Fe3C，其含碳量高達6.69%,外力作用下不易變形，故性質(zhì)非常硬脆，抗拉強度很低，塑性及韌性幾乎等于零。（4）珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物，兩成分相間成片狀存在于同一晶粒內(nèi)，含碳量為0.77%，其性質(zhì)介于鐵素體和滲碳體之間，既有一定的強度和硬度，也有一定的塑性和韌性。3．鋼中的晶體組織與性能52珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物鐵素體珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物鐵素體珠光體53表6-1室溫下鋼中晶體組織的機械性能名稱符號組合類型σb/MPaHBW/Paδ/%ak/（J·cm-2）鐵素體α碳在α-Fe中的固溶體（體心立方晶格）23078550200滲碳體Fe3C鐵和碳的化合物（復(fù)雜晶格）30785000珠光體P鐵素體與滲碳體的層片狀機械混合物750176520~2530~40表6-1室溫下鋼中晶體組織的機械性能名稱符號組合類型σb54圖6-4鐵碳合金的含碳量、晶體組織與性能之間的關(guān)系圖6-4鐵碳合金的含碳量、晶體組織與性能之間的關(guān)系55第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)一、鋼材的力學(xué)性能(鋼材的力學(xué)性能包括彈性、塑性、強度、沖擊韌性、硬度與疲勞強度等。)（一）鋼材的彈性、塑性和強度1．彈性階段（OA段)屈服強σs,σ0.2

2.屈服階段（AB段）強度極限σb

3.強化階段（BC段）屈強比σs/σb

4.頸縮階段（CD段）伸長率為反映鋼材在達到最大破壞荷載前的變形狀況，防止突然的脆斷，定義鋼筋在最大力下的總伸長率用δgt表示第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)一、鋼材的力學(xué)性能(鋼材的力56（二）、沖擊韌性沖擊韌性是鋼材低抗沖擊荷載的能力。（二）、沖擊韌性57（三）硬度硬度是指鋼材低抗硬物壓入表面的能力。1．布氏硬度HB=P/A2．洛氏硬度布氏硬度試驗洛氏硬度試驗根據(jù)布氏硬度可以估算碳素鋼的抗拉強度σbHB<175時，σb=0.36HB450>HB>175時，σb=0.35HB（三）硬度布氏硬度試驗洛氏硬度試驗根據(jù)布氏硬度58（四）疲勞強度疲勞強度除了與材質(zhì)有關(guān)外，還與所受應(yīng)力的種類（拉、壓或彎曲）、應(yīng)力循環(huán)特征值（）、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（N）及應(yīng)力集中程度有關(guān)。一般來說，鋼材強度極限愈高，其疲勞強度也高。二、鋼材的工藝性能（一）冷彎性能（二）可焊性(可焊性是指鋼材是否適用通常的焊接方法與工藝的性能?？珊感院玫匿摬暮附訒r，硬脆傾向小，不易形成裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，焊接后仍能保持與母材基本相同的性質(zhì)。)（四）疲勞強度二、鋼材的工藝性能（一）冷彎性能59第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響一、化學(xué)成分對鋼性質(zhì)的影響1．碳(C)碳是決定鋼材性能的主要元素。2．硅(Si)硅是作為脫氧劑而加入于鋼中的，大部分熔于鐵素體中形成固溶體，能提高鋼材的硬度、強度。硅含量較低（小于1.0%）時，對塑性和韌性影響不大。3．錳(Mn)錳是煉鋼時用來脫氧去硫而加入鋼中的。4．硫(S)硫是鋼中有害的元素。硫多數(shù)以FeS的形式存在于鋼中。FeS與Fe形成共晶溶點很低（985℃）5．磷(P)鋼中有害元素。6．氧(O)氧是鋼中的有害元素。7．氮(N)多數(shù)熔于鐵素體中形成固溶體，氮雖能提高鋼的強度和硬度提高，但卻顯著降低鋼的塑性和韌性，增加鋼的時效敏感性和冷脆性。8．鈦(Ti)、釩(V)鈦是強脫氧劑，釩是弱脫氧劑。二者能顯著提高強度，細化晶粒，改善韌性。第三節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響60二、熱處理對鋼性質(zhì)的影響1．退火2．正火3．淬火4.回火調(diào)質(zhì)=淬火+回火(高溫)分低溫（150～250℃）中溫（350～500℃）高溫（500～650℃）二、熱處理對鋼性質(zhì)的影響分低溫（150～250℃）中溫（361三、冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕、沖壓等。經(jīng)過冷加工后的鋼材，由于產(chǎn)生塑性變形，改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)，強度和硬度明顯提高，塑性和韌性有所降低，我們把這個過程稱為鋼材的冷加工強化。冷拉后鋼材的屈服強度提高，屈服階段縮短，伸長率減小，材質(zhì)變硬，但抗拉強度基本不變。冷拉后的新的屈服點和抗拉強度并非一直保持不變，而是隨時間延續(xù)有所提高，塑性進一步降低，即產(chǎn)生時效。一般鋼材冷拉后要通過時效后才有穩(wěn)定的屈服強度。時效敏感性，用時效敏感性系數(shù)C表示:三、冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋、冷62冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋冷加工包括冷拉、冷拔、冷軋63冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工時效冷加工與時效對鋼性質(zhì)的影響冷加工時效64第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu))（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼1．碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號GB700-88規(guī)定，牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧程度4部分組成。其中“Q”代表屈服點；碳素結(jié)構(gòu)鋼按照其屈服點分5個牌號，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275；按照質(zhì)量等級（硫、磷雜質(zhì)含量由多到少）分為A、B、C、D共4個質(zhì)量等級。按照脫氧程度分為4種，即沸騰鋼（F）、半鎮(zhèn)靜鋼（b）、鎮(zhèn)靜鋼（Z）、特種鎮(zhèn)靜鋼（TZ）。鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼在鋼牌號中Z和TZ予以省略。例如Q235—A.F，表示屈服點為235Mpa質(zhì)量等級為A級的沸騰鋼；Q235—C，表示屈服點為235Mpa質(zhì)量等級為C級的鎮(zhèn)靜鋼。第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼(碳素結(jié)構(gòu)鋼、652．碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求（1）化學(xué)成分（2）力學(xué)性能(屈服點σS,抗拉強度σb,伸長率δ5,沖擊韌性ak),3．碳素結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用Q195和Q215鋼Q235是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的碳素結(jié)構(gòu)鋼Q255、Q275鋼，強度高，但塑性、韌性和可焊性較差，不易冷彎加工下列情況的承重結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不應(yīng)采用Q235沸騰鋼：（1）焊接結(jié)構(gòu):①直接承受動力荷載或振動荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。②工作溫度低于-20℃時的直接承受動力荷載或振動荷載但可不驗算疲勞的結(jié)構(gòu)以及承受靜力荷載的受彎及受拉的重要承重結(jié)構(gòu)。③工作溫度等于或低于-30℃的所有承重結(jié)構(gòu)。（2）非焊接結(jié)構(gòu):工作溫度等于或低于-20℃的直接承受動力荷載且需要驗算疲勞的結(jié)構(gòu)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼對有害雜質(zhì)含量控制更嚴(yán)格（S<0.035%，P<0.035%）、質(zhì)量更穩(wěn)定，性能優(yōu)于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。2．碳素結(jié)構(gòu)鋼的技術(shù)要求66表6-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分牌號等級化學(xué)成分（%）脫氧方法CMnSiSP不大于Q195—0.06~0.120.25~0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09~0.150.25~0.550.300.0500.0450.045F、b、ZBQ235A0.14~0.220.30~0.65①0.0350.0500.045F、b、ZB0.12~0.200.30~0.70①0.045C≤0.180.35~0.800.0400.040ZD≤0.170.035TZQ255A0.18~0.280.40~0.700.300.0500.045F、b、ZB0.045Q275—0.20~0.380.50~0.800.350.0500.045b、Z表6-2碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分牌號等級化學(xué)成分（%67表6-3碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌號等級拉伸試驗沖擊屈服點σS(MPa)抗拉強度σb(MPa)伸長率δ5(%)溫度℃功(J)鋼材厚度（直徑）(mm)鋼材厚度（直徑）(mm)≤1616~4040~6060~100100~150150≤1616~4040~6060~100100~150150不小于不小于≮Q195—(195)(185)————315~4303332——————Q215A215205195185175165335~450313029282725——B2027Q235A235225215205195185375~500262524232221——B2027C0D-20Q255A255245235225215205410~550242322212019——B2027Q275—275265255245235225490~630201918171615——表6-3碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌等拉伸試驗沖擊屈服點σS(68（三）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入總量小于5%合金元素而形成的鋼種。常用的合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳、銅等。1．牌號根據(jù)國標(biāo)《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591-94規(guī)定，分成5個牌號，即Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。牌號的表示方法是由屈服點的漢語拼音字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）2．技術(shù)要求及特性(屈服點σS,抗拉強度σb,伸長率δ5,沖擊韌性ak)低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比具有以下特點(成分上，性能上，應(yīng)用上，)（三）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基69表6-6低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌號質(zhì)量等級屈服點σs(MPa)抗拉強度σb(MPa)伸長率δ5(%)沖擊功，AKV，(縱向)，J1800彎曲試驗d.彎心直徑；a.試件厚度(直徑)厚度(直徑、邊長)(mm)+20℃0℃-20℃-40℃≤16>16~35>35~50>50~100不小于鋼材厚度(直徑)mm不小于≤16>16~100Q295A295275255235390~57023d=2ad=3aB295275255235390~5702334d=2ad=3aQ345A345325295275470~6302134d=2ad=3aB345325295275470~6302134d=2ad=3aC345325295275470~63022d=2ad=3aD345325295275470~6302234d=2ad=3aE345325295275470~6302227d=2ad=3aQ390A390370350330490~65019d=2ad=3aB390370350330490~6501934d=2ad=3aC390370350330490~6502034d=2ad=3aD390370350330490~6502034d=2ad=3aE390370350330490~6502027d=2ad=3a表6-6低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌質(zhì)屈服點σs(MP70二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（一）熱軋鋼筋:牌號熱軋光圓鋼筋HPB235,熱軋帶肋鋼筋分為HRB335、HRB400、HRB500三個牌號，公稱直徑范圍6~50mm。熱軋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)屈服強度確定，具有不小于95%的保證率?！痘炷两Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2002規(guī)定，為了保證在地震作用下，結(jié)構(gòu)的某些部位出現(xiàn)塑性鉸以后，鋼筋具有足夠的變形能力。對有抗震設(shè)防要求的框架結(jié)構(gòu)（一、二級抗震等級），檢驗所得的強度實測值應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）鋼筋實測抗拉強度實測值與屈服強度實測值之比不小于1.25；（2）鋼筋屈服強度實測值與強度標(biāo)準(zhǔn)值之比不應(yīng)大于1.30?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002給出了熱軋鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)值（fyk）、抗拉強度的設(shè)計值（fy）、抗壓強度的設(shè)計值（f’y）和鋼筋的彈性模量（Es），見表6-9。種類符號公稱直徑d(mm)強度標(biāo)準(zhǔn)值fyk抗拉強度fy抗壓強度f’y彈性模量Es(×105)熱軋鋼筋HPB235(Q235)8~202352102102.1HRB335(20MnSi)6~503353003002.0HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)6~504003603602.0二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（一）熱軋鋼筋:牌號熱軋光圓71應(yīng)用光圓鋼筋是用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成的鋼筋。其強度較低，塑性及焊接性能好，伸長率高，便于彎曲成型?？勺鳛橹行⌒弯摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的主要受力鋼筋和各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)箍筋等帶肋鋼筋中，HRB335、HRB400用低合金鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼軋制而成，。廣泛用作大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋，現(xiàn)行規(guī)范積極提倡用HRB400級鋼筋作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主力鋼筋。在有抗震設(shè)防要求的框架梁、框架柱、剪力墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的縱向受力鋼筋宜選用HRB400、HRB335熱軋鋼筋，箍筋宜選用HRB335、HRB400或HPB235熱軋鋼筋。HRB335、HRB400經(jīng)過冷拉后可用作為預(yù)應(yīng)力鋼筋。HRB500用中碳低合金鋼鎮(zhèn)靜鋼軋制而成。鋼筋表面軋有縱肋和橫肋，是房屋建筑的主要預(yù)應(yīng)力筋。應(yīng)用光圓鋼筋是用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成的鋼筋。其強度較72二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（二）冷軋帶肋鋼筋(冷軋帶肋鋼筋分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個牌號。CRB550鋼筋的公稱直徑范圍4~12mm，其他牌號鋼筋的公稱直徑為4、5、6mm。)（三）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋公稱直徑(mm)牌號屈服強度σ0.2kgf/mm2(MPa)抗拉強度σbkgf/mm2(MPa)伸長率δ10（%）不小于640Si2Mn※135(1325)150(1470)68.248Si2Mn1045Si2Cr二.混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（二）冷軋帶肋鋼筋(冷軋帶肋鋼筋分為CRB73圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖6-10帶肋鋼筋a.月牙肋鋼筋b.等高肋鋼筋圖74（六）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲按加工狀態(tài)分為冷拉鋼絲（代號為WCD）和消除應(yīng)力鋼絲兩種，消除應(yīng)力鋼絲又分為低松弛鋼絲(代號為WLR)和普通松弛鋼絲（代號為WNR）；按外形分為光圓鋼絲（P）、螺旋肋鋼絲（H）和刻痕鋼絲（I）三種。（七）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線一般是由2根、3根或7根直徑為2.5~6.0mm的高強度光面或刻痕鋼絲絞捻后，再經(jīng)穩(wěn)定化處理而制成。穩(wěn)定化處理是指為了減少應(yīng)用時的應(yīng)力松弛，鋼絞線在一定的張力下進行的短時熱處理。三、橋梁結(jié)構(gòu)鋼橋梁結(jié)構(gòu)鋼除了必須具有較高的強度外，還要求有良好的塑性、韌性、可焊性及較高的疲勞強度?？紤]到嚴(yán)寒地區(qū)的低溫影響和長期的使用安全，還要求具有較小的冷脆性和時效敏感性，以免發(fā)生脆斷事故?！稑蛄河媒Y(jié)構(gòu)鋼》GB/T714-2000規(guī)定，牌號由代表屈服點的漢語拼音字母、屈服點數(shù)值、橋梁鋼的漢語拼音字母、質(zhì)量等級符號4部分組成。如：Q345qC代表屈服點345Mpa質(zhì)量等級為C級的橋梁鋼。橋梁結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材的屈服點分4個牌號，即Q235q、Q345q、Q370q、Q420q；按照質(zhì)量等級（硫、磷雜質(zhì)含量由多到少）分為C、D、E共3個質(zhì)量等級，其中C級硫、磷雜質(zhì)含量與低合金高強結(jié)構(gòu)鋼C級要求相當(dāng)，D、E級比低合金高強結(jié)構(gòu)鋼相應(yīng)等級要求更高。（六）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲75四、鋼軌鋼鐵路鋼軌經(jīng)常處在車輪壓力、沖擊和磨損的作用下，要求鋼軌不僅應(yīng)具有較高的強度以承受較高的壓力和抗剝離的能力，而且還應(yīng)具有較高的硬度、耐磨性、沖擊韌性和疲勞強度.一般應(yīng)選用含碳量較高（高碳鋼）的平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐鎮(zhèn)靜鋼進行軋制。含碳量過高，將使鋼軌鋼的塑性、韌性顯著下降，因此一般含碳量不超過0.82%。錳能有效的提高鋼材的強度（固溶強化）及耐磨性，硅易與氧化合去除鋼中的氣泡，使鋼質(zhì)密實細致，硬度、耐磨性也提高，因此鋼軌鋼常常含有這兩種元素。鋼軌的類型以每米大致的質(zhì)量表示，我國鐵路鋼軌主要有75Kg/m、60Kg/m、50Kg/m和43Kg/m四種。標(biāo)準(zhǔn)長度為12.5m和25m兩種，對于75Kg/m鋼軌只有25m一種。隨著重載高速線路的迅速發(fā)展，鋼軌需要重型化。我國已經(jīng)大量使用60kg/m鋼軌，在重載線路上逐步鋪設(shè)75kg/m鋼軌※※，目前世界上最重的鋼軌已達到77.5Kg/m。而且對鋼軌的性能和質(zhì)量要求愈來愈高。近年來采取了鋼軌合金化、熱處理和控制軋制等綜合措施，研制發(fā)展新一代的合金鋼鋼軌，取得了較好的效果。如攀鋼生產(chǎn)的PD3高碳微釩軌，抗拉強度在1000Mpa以上。PD3全長淬火軌抗拉強度達到1300Mpa，且綜合性能好，可以延長壽命50%以上，四、鋼軌鋼76鋼材選用要點:結(jié)構(gòu)受動載還是受靜載結(jié)構(gòu)所處環(huán)境溫度是否是焊結(jié)結(jié)構(gòu)鋼材生產(chǎn)工藝:脫氧方法(沸騰鋼,鎮(zhèn)靜鋼,鎮(zhèn)靜鋼)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響鋼材選用要點:結(jié)構(gòu)受動載還是受靜載77第五節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止有資料報道，當(dāng)銹蝕率大于3%時，混凝土與鋼筋之間的握裹力迅速下降，銹蝕率5%時，握裹力在未銹蝕鋼筋50%以下；銹蝕率達8%時，混凝土裂縫寬度1.5~3mm，握裹力在未銹蝕鋼筋10%以下。一、鋼材的銹蝕（一）化學(xué)銹蝕化學(xué)