建筑鋼材-課件

你們好2建筑鋼材2

微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)鋼材冷加工和熱處理鋼材的防火與防腐蝕建筑鋼材的品種與選用2建筑鋼材

學(xué)習(xí)要求：了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系；熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能的意義，測(cè)定方法及影響因素；掌握常用的建筑鋼材的分類及其選用原則。概述金屬材料黑色金屬有色金屬鋼鑄鐵

碳素鋼

合金鋼

鋁和鋁合金銅和銅合金軸承合金粉末冶金概述

分類按化學(xué)成分分類低碳鋼：含碳量<0.25%中碳鋼：含碳量0.25%～0.6%高碳鋼：含碳量>0.6%碳素鋼(碳鋼）合金鋼低合金鋼：合金元素總含量<5%中合金鋼：合金元素總含量5%～10%高合金鋼：合金元素總含量>10%概述

分類按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類普通鋼：含硫量

≤0.050%，含磷量≤0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.035%，含磷量≤0.035%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.025%，含磷量≤0.025%，牌號(hào)后加“高”或“A”特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量

≤0.015%，含磷量≤0.015%，后加“E”概述

分類按用途分類結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造（低、中碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）特殊鋼：具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)（不銹鋼）按冶煉時(shí)脫氧程度分類沸騰鋼：脫氧不充分，代號(hào)“F”鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號(hào)“Z”半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“Z”之間，代號(hào)“b”特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號(hào)“TZ”概述優(yōu)點(diǎn)---比強(qiáng)度高；塑性好、韌性好；能承受沖擊和振動(dòng)荷載；加工性好。缺點(diǎn)---易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用大、耐火性差、生產(chǎn)能耗大。

建筑結(jié)構(gòu)工程中常用建筑鋼材：鋼結(jié)構(gòu)用各種型材（如工字鋼、角鋼、方鋼、圓鋼、扁鋼等）板材（如鋼板等）混凝土用各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線等

建筑結(jié)構(gòu)工程中常用的鋼種:

碳素結(jié)構(gòu)鋼\低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（一）金屬的微觀結(jié)構(gòu)概述微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成

金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬鍵—強(qiáng)度、延展性晶格—面心立方晶格、體心立方晶格、密集六方晶格

金屬晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷金屬?gòu)?qiáng)化的微觀機(jī)理細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、變形強(qiáng)化如何理解：微觀有序,各向異性宏觀無序,各向同性金屬的微觀結(jié)構(gòu)概述（二）鋼材的化學(xué)組成微觀結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成1.碳—決定鋼材性能的主要元素：

鐵素體:

碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.005％），由此決定其塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。

滲碳體:為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，是鋼材中的主要強(qiáng)化組分。

珠光體:為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，層狀結(jié)構(gòu)，性能介于鐵素體和滲碳體之間.鋼材的化學(xué)組成

當(dāng)C<0.8%時(shí)，基本組織為鐵素體與珠光體，C提高，珠光體↑，鐵素體↓，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性降低；

當(dāng)C>1%時(shí)，單獨(dú)存在滲碳體系，C提高，強(qiáng)度、塑性、韌性降低。注：含碳量過高還會(huì)增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性，降低抗大氣腐蝕性和可焊性。

2.硅：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。3.錳：低合金鋼的主加合金元素。含量一般1%～2%，作用是提高強(qiáng)度，消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。鋼材的化學(xué)組成4.鈦：強(qiáng)脫氧劑。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。5.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。鋼材的化學(xué)組成6.硫：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，顯著降低可焊性。7.磷：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，溫度愈低影響愈大，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。

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。鋼材的化學(xué)組成8.氧：有害元素。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，有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用，氧化物造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊性變差。9.氮：有害元素。與碳、磷相似，使強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降?？杉觿r(shí)效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有鋁、鈮、釩等的配合下，可作為低合金鋼的合金元素使用。鋼材的化學(xué)組成（一）抗拉性能建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)σε0ABCEDFEC上上屈服點(diǎn)C下下屈服點(diǎn)OB—彈性階段BC—屈服階段CD—強(qiáng)化階段DE—頸縮階段鋼材拉伸過程的σ-ε圖抗拉性能σε0ABσpE=σ/εσe彈性階段（OB）：測(cè)定彈性模量σe—彈性極限MPa

σp—比例極限MPa注：A、B兩點(diǎn)相距較近，一般認(rèn)為σp=σe

。鋼材拉伸彈性階段示意圖抗拉性能屈服階段（BC）：測(cè)定屈服強(qiáng)度BC下C上CσεAB0C下C上C放大后

鋼材拉伸屈服階段示意圖抗拉性能

拉伸性能指標(biāo)：（1）屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）

Fs——屈服階段最小應(yīng)力,N；Ao——鋼材的截面積，mm2。BC下C上Cσε0.2%O注意：有些鋼材無明顯屈服點(diǎn)（合金鋼、高碳鋼等硬鋼），應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%原標(biāo)距長(zhǎng)度時(shí)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)（稱條件屈服點(diǎn)）,記為σ0.2

。

抗拉性能

鋼材拉伸強(qiáng)化階段示意圖σb——抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限σεAB0C下C上CDσb強(qiáng)化階段（CD）：測(cè)定抗拉強(qiáng)度抗拉性能Fb——為最大應(yīng)力，N。碳素鋼一般0.58-0.63，合金鋼0.65-0.75抗震結(jié)構(gòu)一般不超過0.80可靠性參數(shù)值越小可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費(fèi)增大?？估阅埽?）抗拉強(qiáng)度：鋼材所能承受的最大強(qiáng)度。

拉伸性能指標(biāo)：σε0E鋼材拉伸頸縮階段示意圖AB0C下C上CD頸縮階段（DE）：測(cè)定伸長(zhǎng)率抗拉性能意義：值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強(qiáng)，安全性增強(qiáng)。值有兩種：5——表示l0=5d0，d0——鋼材直徑；

10——表示l0=10d0，d0——鋼材直徑。lo——試件原始標(biāo)距長(zhǎng)度，mm；l1——試件拉斷后測(cè)定出伸長(zhǎng)后標(biāo)距部分的長(zhǎng)度，mm。伸長(zhǎng)率塑性指標(biāo)

斷面收縮率Ψ—斷面收縮率A0—原斷面面積A1—拉斷后斷面面積塑性指標(biāo)冷彎試驗(yàn)的指標(biāo)：彎心直徑d與試件厚度（直徑）a的比值d/a；彎曲角度（90°或180°）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋則冷彎合格。鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)（二）冷彎性能鋼材抵抗沖擊荷載破壞的能力，稱為沖擊韌性。表示：沖擊韌性值αk(J/cm2)測(cè)定：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。對(duì)經(jīng)常承受較大沖擊荷載的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇αk

值較高的鋼材。影響因素：鋼的化學(xué)成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量。建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)（三）沖擊韌性沖擊韌性試驗(yàn)圖(a)試件尺寸；(b)試驗(yàn)裝置；(c)試驗(yàn)機(jī)1—擺錘；2—試件；3—試驗(yàn)臺(tái)；4—刻度盤；5—指針沖擊韌性冷脆性隨著時(shí)間的進(jìn)展，鋼材機(jī)械強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為時(shí)效。因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時(shí)效敏感性。鋼材如經(jīng)受冷加工變形，或使用中經(jīng)受震動(dòng)和反復(fù)荷載的影響，時(shí)效可迅速發(fā)展。對(duì)于承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)該選用時(shí)效敏感性小的鋼材。時(shí)效及時(shí)效敏感性

表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。常用測(cè)定硬度的方法--布氏法。建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)（四）硬度鋼材的疲勞極限：取交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=107時(shí)試件不發(fā)生破壞時(shí)的最大應(yīng)力。建筑鋼材的主要力學(xué)性質(zhì)（五）耐疲勞性鋼材冷加工和熱處理（一）冷加工強(qiáng)化及時(shí)效強(qiáng)化概念：指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。方式：冷拔、冷拉、冷軋，冷扭、刻痕等。特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度（冷加工強(qiáng)化處理），但塑性、韌性及彈性模量降低。目的：提高強(qiáng)度，節(jié)約鋼材。時(shí)效處理：將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放15～20d，或加熱到100～200℃并保持一段時(shí)間,

這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。自然時(shí)效人工時(shí)效冷拔，是指在材料的一端施加拔力，使材料通過一個(gè)模具孔而拔出的方法，模具的孔徑要較材料的直徑小些。冷拔后屈服強(qiáng)度可提高40%~60%。冷拔O

未經(jīng)冷拉時(shí)冷拉過程冷拉后未經(jīng)時(shí)效冷拉后經(jīng)時(shí)效處理ABCD鋼筋的應(yīng)力－應(yīng)變圖O′結(jié)論1：鋼筋經(jīng)過冷拉后未經(jīng)時(shí)效處理，也就是立即拉伸，則其屈服強(qiáng)度、硬度得到了提高，但是塑性、韌性降低了。結(jié)論2：冷拉后的鋼材再經(jīng)時(shí)效后，屈服強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度也得到提高，而塑性和韌性進(jìn)一步降低。一般屈服點(diǎn)可提高20%~25%KK1C1D1冷拉

按照一定的規(guī)制，對(duì)鋼材進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，使得鋼材的性能按要求而改變的過程。

退火保溫加熱淬火正火回火溫度時(shí)間鋼材冷加工和熱處理（二）鋼材的熱處理淬火：將鋼加熱到723～910℃（依含碳量而定）以上的某一溫度，保溫使其晶體組織完全轉(zhuǎn)變后，立即在水或油中淬冷的工藝過程，稱為淬火。-----強(qiáng)度和硬度大為提高。塑性和韌性明顯下降。回火：將淬火后的鋼材在723℃以下的溫度范圍內(nèi)重新加熱，保溫后按一定速度冷卻至室溫的過程，成為回火。-----消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)塑性和韌性，但硬度下降。加熱溫度愈高，硬度降低愈多，塑性和韌性恢復(fù)愈好。鋼材的熱處理退火：將鋼材加熱到一定溫度，保溫后緩慢冷卻(隨爐冷卻)。有低溫退火和完全退火之分。低溫退火的加熱溫度在基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下；完全退火的加熱溫度在800℃～850℃。------細(xì)化晶粒，改善組織，減少加工中產(chǎn)生的缺陷、減輕晶格畸變，降低硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形、開裂。正火：也稱正?；幚?，是將鋼材加熱到723～910℃或更高溫度，然后在空氣中冷卻的工藝過程。------能獲得均勻細(xì)致的顯微結(jié)構(gòu)，與退火處理相比較，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高，但塑性較退火為小。鋼材的熱處理定義：焊接是將兩金屬的接縫處加熱熔化或加壓，或兩者并用，以造成金屬原子間和分子間的結(jié)合，從而使之牢固地連接起來。方式：電弧焊和電渣壓力焊。焊接的質(zhì)量取決于鋼材的焊接性、焊接工藝和焊接材料。限制鋼材中的含碳量和碳當(dāng)量。質(zhì)量等級(jí)：一、二、三級(jí)，其中三級(jí)焊縫通過目測(cè)檢測(cè)，二級(jí)焊縫檢測(cè)方法為：超聲波檢測(cè)；一級(jí)焊縫檢測(cè)方法為：超聲波檢測(cè)和X光探傷檢測(cè)。鋼材冷加工和熱處理（三）鋼材的焊接鋼材的防火和防腐蝕（一）防火防火基本原理：采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法：以包覆法為主---防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來。鋼材的防火和防腐蝕（二）防銹化學(xué)腐蝕——直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。電化學(xué)腐蝕——鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池。應(yīng)力腐蝕——在應(yīng)力狀態(tài)下銹蝕速度加快的現(xiàn)象。鋼筋冷彎處、預(yù)應(yīng)力鋼筋都會(huì)因?yàn)閼?yīng)力的存在而加速銹蝕。銹蝕的結(jié)果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小，降低鋼材的性能，因而承載力降低。鋼材的防銹鋼結(jié)構(gòu)：通常是采用表面涂覆的方法。混凝土配筋：根據(jù)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和所處環(huán)境條件等，主要是保證混凝土的密實(shí)、保證足夠的保護(hù)層厚度、限制氯鹽外加劑的摻加量和保證混凝土一定的堿度等，還可摻用阻銹劑。鋼材的組織及化學(xué)成分：通過調(diào)整鋼的基本組織或加入某些合金元素，可有效地提高鋼材的抗腐蝕能力。例如，煉鋼時(shí)在鋼中加入鉻、鎳等合金元素，可制得不銹鋼。建筑鋼材的品種與選用（一）建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼

化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵-碳合金。其含碳量為0.06％～0.24％。此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：低碳鋼（含碳量小于0.25％）中碳鋼（含碳量為0.25％～0.60％）高碳鋼（含碳量大于0.60％）

牌號(hào)表示方法

牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)和脫氧程度四個(gè)部分按順序組成。

Q屈服點(diǎn)數(shù)值——質(zhì)量等級(jí)——脫氧程度

Q195AF（沸騰鋼）

Q215BZ（鎮(zhèn)靜鋼）

Q235CTZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）

Q275DZ,TZ經(jīng)常忽略

如：Q235-A.F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼；

Q235—C表示屈服點(diǎn)為235MPa的C級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。.碳素結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能冷彎性能冶煉方法交貨狀態(tài)表面質(zhì)量

技術(shù)要求現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB700/T－2006）具體規(guī)定了它的牌號(hào)表示方法、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等。碳素結(jié)構(gòu)鋼

應(yīng)用Q195、Q215：含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓。Q235：含碳適中，綜合性能好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。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。Q275：強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。碳素結(jié)構(gòu)鋼隨牌號(hào)的增大，含碳量增加，其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。碳素結(jié)構(gòu)鋼

特點(diǎn)

在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入總量小于5%的合金元素即低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。-------加入的元素有：錳、硅、釩、鈦等。

與碳素鋼相比，具有高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性、耐低溫性能等。因此，它是綜合性較為理想的建筑鋼材，尤其在大跨度、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)中更適用。另外成本并不很高。建筑鋼材的品種與選用（一）建筑鋼材的主要鋼種2.低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼

牌號(hào)的表示方法

由屈服點(diǎn)字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)三個(gè)部分組成。

Q屈服點(diǎn)數(shù)值質(zhì)量等級(jí)（按沖擊韌性即S,P含量）

Q345AQ390BQ420CQ460DQ500EQ550、Q620、Q690現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591－2008）低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼

應(yīng)用

Q345、Q390：綜合力學(xué)性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級(jí)鋼具有良好的低溫韌性。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460：強(qiáng)度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學(xué)性能。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)。低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼1.鋼筋

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋及鋼絲是用碳素鋼或低合金鋼經(jīng)加工而成的。按加工工藝分：熱軋鋼筋、冷拉鋼筋、冷扎帶肋鋼筋等，還有冷拔低碳鋼絲等。D=6-40mmD=5-2.5mm建筑鋼材的品種與選用（二）常用建筑鋼材

熱軋鋼筋一種條形鋼材，由碳素鋼或低合金鋼的鋼坯加熱軋制而成。

表面形狀牌號(hào)橫截面通常為圓形月牙肋等高肋（螺旋紋）光圓鋼筋帶肋鋼筋H（熱軋）、B（鋼筋）P（光圓）、R（帶肋）熱軋光圓鋼筋：HPB235

-碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋帶肋鋼筋：HRB335

-低合金鋼規(guī)定屈服強(qiáng)度最小值常用建筑鋼材1.鋼筋熱軋鋼筋的選用HPB235和HPB300（熱軋光圓鋼筋）

強(qiáng)度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工。廣泛用作普通鋼筋混凝土構(gòu)件的受力筋及構(gòu)造筋。HRB335和HRB400