建筑材料與檢測 課件6.模塊六 鋼材

模塊六

鋼材6

任務一

了解鋼材

任務二

掌握鋼材的性能

任務三

掌握鋼材的種類

任務四

掌握鋼材的腐蝕與防護

任務五

進行鋼材性能檢測任務一

了解鋼材引導問題1：鋼材的分類有哪些任務一

了解鋼材國家體育場“鳥巢”是2008年北京奧運會主體育場。“鳥巢”是一個大跨度的曲線結(jié)構(gòu)，以巨大的鋼網(wǎng)圍合、覆蓋著9.1萬人的體育場，采用了當今先進的建筑科技，其中，鋼結(jié)構(gòu)是世界上獨一無二的?！傍B巢”鋼結(jié)構(gòu)總重4.2萬噸，最大跨度343米，結(jié)構(gòu)相當復雜，為國內(nèi)外特有建筑。鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金總含量＜5%5%～10％＞10％按化學成分分類任務一

了解鋼材任務一

了解鋼材按用途分分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等。按品質(zhì)分按S和P元素含量，分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高優(yōu)質(zhì)鋼。任務一

了解鋼材鋼理論上，凡是把含碳量小于2%，含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。含碳量超過2%，稱為生鐵；含碳量小于0.08%，稱為熟鐵。鋼材的特點強度高、塑性好及良好的韌性；易于加工、便于裝配；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差、維修費用高。任務一

了解鋼材引導問題2：常用鋼筋分類有哪些任務一

了解鋼材1.按外形和粗細分類光圓鋼筋螺紋鋼筋2.按機械性能分類熱軋光圓鋼筋熱軋帶肋鋼筋3.按生產(chǎn)工藝分類其中，熱軋帶肋鋼筋和熱軋光圓鋼筋是在建筑工程中應用量最大的兩種鋼筋任務一

了解鋼材引導問題3：型鋼的分類有哪些任務一

了解鋼材表7-1型鋼分類型鋼名稱積分類表示方法表例標準名稱角鋼等邊角鋼邊寬和厚度（mm）L110×10熱軋等邊三角鋼品種不等邊角鋼長邊、短邊、厚度L110×70×8熱軋不邊三角鋼品種工字鋼普通工字鋼以其截面高度（cm）編號，和a、b、c三種不同腹板厚共同表示136.b（cm）熱軋普通工字鋼品種輕型工字鋼寬翼緣工字鋼（H型鋼）130.a（無b、c）

H型鋼標準槽鋼普通槽鋼以其截面高度為號（mm）[28.b（cm）熱軋普通槽鋼品種輕型槽鋼和a、b、c不同腹板厚度表示[24.a（無b、c）

扁鋼扁鋼寬和厚（mm）－40×6熱軋扁鋼品種任務一

了解鋼材引導問題4：鋼材的化學成分及其影響有哪些任務一

了解鋼材鋼材的化學成分及其影響有哪些？鋼材碳含量硅含量錳含量硫含量磷含量氧含量氮含量氫含量任務一

了解鋼材鋼中所含的化學元素比較多，在碳素鋼中除了含有碳、硅、錳主要元素外還有含有少量的硫、磷、氮、氧、氫等有害雜質(zhì)，在合金鋼中還含有鈦、釩、銅、鉻、鎳等合金元素。這些元素在鋼中的含量，是決定鋼材質(zhì)量和性能好壞的重要因素。為了保證鋼的質(zhì)量，國家標準對各種鋼的化學成分都有規(guī)定，尤其是對有害雜質(zhì)控制極嚴。任務一

了解鋼材引導問題5：如何進行鋼材的冶煉加工任務一

了解鋼材鋼材是用生鐵冶煉而成的。生鐵的冶煉過程是將鐵礦石、燃料（焦炭）和溶劑（石灰石）等置高爐中熔煉，在約1750°C高溫下，石灰石與鐵礦石中的硅、錳、硫、磷等元素經(jīng)過化學反應，生成鐵渣，浮于鐵液表面，鐵渣和鐵液分別從出渣口和出鐵口排出。鐵渣排出時用急速冷卻的水淬取礦道，排出的鐵液即為生鐵。生鐵的主要成分是鐵，但含有較多的碳以及硫、磷、硅、錳等雜質(zhì)，使得生鐵硬而脆，塑性很差，抗拉強度很低，不能焊接、鍛造、軋制，使用受到很大限制。煉鋼的過程就是將生鐵進行精煉，減少生鐵中碳、硫、磷等雜質(zhì)的含量，以顯著改善其技術(shù)性能，提高質(zhì)量。理論上，凡是碳含量在2%以下，含硫、磷等雜質(zhì)較少的鐵碳合金都可稱為鋼。任務一

了解鋼材引導問題6：冷加工硬化、時效及熱處理對鋼材性質(zhì)的影響有哪些任務一

了解鋼材冷加工是在常溫下進行的機械加工，包括冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、冷沖和冷壓等各種方式。凡是能產(chǎn)生冷塑性變形的各種冷加工過程，都會發(fā)生冷加工硬化現(xiàn)象。工程中常利用這一性質(zhì)冷拉或冷拔鋼筋，提高屈服強度，以達到節(jié)約鋼材的目的。任務一

了解鋼材時效是另一種引起鋼材強度、硬度提高，塑性、韌性降低的因素。經(jīng)過冷拉的鋼筋在常溫下存放15-20d，或加熱到100-200℃并保持2h左右。這個過程稱為時效處理，前者稱為自然時效，后者稱為人工時效。由于時效過程中內(nèi)應力消減，故彈性模量可基本恢復。建筑上用的鋼筋，經(jīng)常利用冷加工后的時效作用來提高其屈服強度，以利節(jié)約鋼材。任務一

了解鋼材若將鋼加熱到臨界溫度以上，并保持一定時間后，以不同的速度冷卻，則會形成完全不同的晶體組織。這種對鋼進行加熱、保溫和冷卻的綜合操作工藝稱為熱處理。鋼的熱處理有退火、正火、淬火、回火等形式。任務二

掌握鋼材的性能引導問題1：鋼材的力學性能有哪些任務二

掌握鋼材的性能l0

A0d0l頭部頭部工作段1.力學性能--拉伸性能

低碳鋼的拉伸性能

標準試件：按照一定的要求，對表面進行車削加工后的試件。

非標準試件：不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。 任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能三個重要的指標屈服強度σs

結(jié)構(gòu)設計中鋼材強度取值的依據(jù)抗拉強度σb

鋼材所能承受的最大應力—極限強度屈強比

屈強比，利用率，安全可靠程度伸長率δ

衡量鋼材塑性的指標，越大說明鋼材的塑性越好

↑↑↓任務二

掌握鋼材的性能斷面收縮率L1d0L0L0=5d0或10d0A0、An拉伸前后的截面積δ5與10誰大拉伸性能硬鋼強度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測定屈服強度。用條件屈服強度σ0.2來代替屈服強度。條件屈服點σ0.2

：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應力。見左圖。σε0A0.2%aboa——總變形。ba——彈性變形99.8%。ob——塑性變形0.2%。任務二

掌握鋼材的性能任務二

掌握鋼材的性能力學性能--沖擊韌度定義及指標指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。其大小用沖擊韌性值αk表示。αk

越大，則沖擊韌性越好。αk是以試件沖擊破壞時缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm2）。影響因素硫、磷含量高，存在化學偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會降低沖擊韌性。對于承受沖擊荷載和振動荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。任務二

掌握鋼材的性能沖擊韌性試驗圖(a)試件尺寸；(b)試驗裝置；(c)試驗機力學性能--沖擊韌性任務二

掌握鋼材的性能引導問題2：鋼材的工藝性能有哪些任務二

掌握鋼材的性能

耐疲勞性

鋼材在交變應力的反復作用下，往往在應力遠小于其抗拉強度時就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗時試件在交變應力作用下，于規(guī)定周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應力。一般認為，鋼材的疲勞破壞是由拉應力引起的，抗拉強度高，其疲勞極限也較高。鋼材的疲勞極限與其內(nèi)部組織和表面質(zhì)量有關(guān)。工藝性能--耐疲勞性任務二

掌握鋼材的性能工藝性能--冷彎性能冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。冷彎試驗的指標：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。任務二

掌握鋼材的性能冷彎的意義：冷彎性能和伸長率均是塑性變形能力的反映；伸長率是在試件軸向均勻變形條件下測定的，而冷彎性能則是在更嚴格條件下鋼材局部變形的能力；冷彎測試可揭示鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否均勻，是否存在內(nèi)應力和夾雜物等缺陷，還經(jīng)常用冷彎來檢驗焊縫接頭。工藝性能--冷彎性能任務二

掌握鋼材的性能工藝性能--焊接性能

可焊性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，焊接后接頭強度是否與母體相近的性能。可焊性受化學成分及含量的影響。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)應選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當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熱及焊后熱處理等措施。任務三

掌握鋼材的種類引導問題：建筑工程中的主要鋼種有哪些任務三

掌握鋼材的種類（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示法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；如：Q235－AF表示為屈服點不小于235MPa的A級沸騰鋼。牌號共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。技術(shù)要求化學成分、力學性能、冷彎性能應符合表6-5和表6-6相關(guān)規(guī)定。應用Q195、Q215，含碳量低，強度低，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、地腳螺栓等。Q235，含碳適中，綜合性能好，強度、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，廣泛地應用于建筑工程中。Q255、Q275，強度、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)及加工機械零件。任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類鉚釘套環(huán)任務三

掌握鋼材的種類鋼軌

任務三

掌握鋼材的種類（2）

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼分類根據(jù)錳含量的不同，分為：普通錳含量鋼和較高錳含量鋼。牌號表示法由兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量萬分數(shù)；若數(shù)字后帶有Mn則表示較高錳含量的鋼，否則為普通錳含量鋼，按脫氧程度再把F,b依次寫出；如：35Mn－表示碳的質(zhì)量分數(shù)為萬分之35，含錳較高（0.7%~1%）。任務三

掌握鋼材的種類法蘭盤

曲軸任務三

掌握鋼材的種類（3）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法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。如Q345A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。牌號共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。技術(shù)要求其化學成分、力學性能、冷彎性能應符合表8-4、8-5的規(guī)定。任務三

掌握鋼材的種類應用Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。主要用于建筑工程中對強度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，綜合力學性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級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，強度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學性能。主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。

任務三

掌握鋼材的種類1熱軋鋼筋（1）牌號

《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》（GB13013）和《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（GB1499）規(guī)定，熱軋鋼筋分為HPB235、HRB335、HRB400、HRB500四個牌號。牌號中HPB代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋，牌號中的數(shù)字表示熱軋鋼筋的屈服強度。其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓；熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。任務三

掌握鋼材的種類(a)等高肋鋼筋；(b)月牙肋鋼筋任務三

掌握鋼材的種類（2）技術(shù)要求按照GB13013-1991和GB1499-1998規(guī)定，對熱軋光圓鋼筋和熱軋帶肋鋼筋的力學性能和工藝性能的要求如課本表6-7所示。（3）選用光圓鋼筋的強度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用做普通鋼筋混凝土；HRB335，HRB400帶肋鋼筋的強度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋；HRB500帶肋鋼筋強度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預應力鋼筋。任務三

掌握鋼材的種類2冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。國標《冷軋帶肋鋼筋》（GB13789-2000）規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋的牌號由CRB和鋼筋的抗拉強度構(gòu)成，分為CRB550，CRB650，CRB800，CRB970，CRB1170五個牌號，其中CRB550為普通鋼筋混凝土用鋼筋，其它牌號為預應力混凝土用鋼筋。3預應力混凝土熱處理鋼筋冷軋帶肋鋼筋是用熱軋中低合金鋼筋，經(jīng)淬火、回火調(diào)質(zhì)處理的鋼筋，直徑有6mm、8.2mm、10mm三種。該種鋼筋表面有通常的縱筋和均布的橫筋，使用時按長度用機械切割，不能用電焊氣割，不能焊接，以免引起強度降低。任務三

掌握鋼材的種類4冷拔低碳鋼絲指采用6.5mm及8mm的碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，在常溫下經(jīng)冷拔而制成的3mm、4mm、5mm的圓截面的鋼絲。用于小型預應力構(gòu)件焊接或綁扎骨架、網(wǎng)片或箍筋。5預應力鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線預應力鋼絲以優(yōu)質(zhì)高碳鋼盤條經(jīng)等溫淬火、拔制而成。直徑2.5~5mm，抗拉強度可達1500~1900Mpa，甚至更高。任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類例1從一批鋼筋中抽樣，并截取兩根鋼筋做拉伸試驗，測得如下結(jié)果：屈服下限荷載分別為42.4KN、42.8KN；抗拉極限荷載分別為62.0KN、63.4KN，鋼筋公稱直徑為12mm，標距為60mm，拉斷時長度分別為70.6mm和71.4mm，判斷這批熱軋鋼筋的牌號。任務三

掌握鋼材的種類例2一鋼材試件，直徑為25㎜，原標距為125㎜，做拉伸試驗，當屈服點荷載為201.0KN，達到最大荷載為250.3KN，拉斷后測的標距長為138㎜，求該鋼筋的屈服點、抗拉強度及拉斷后的伸長率。任務三

掌握鋼材的種類鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要有鋼板和型鋼。1熱軋型鋼主要有工字鋼、H型鋼和T型鋼、槽鋼、角鋼。注意：工字鋼和H型鋼的區(qū)分翼緣寬度；翼緣內(nèi)表面有無斜度，上下表面平行；材料分別形式上；主要受力方向方式。2冷彎薄壁鋼板主要有結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼3棒材、鋼管和板材任務三

掌握鋼材的種類hbd1：6th——腰高b——腿寬（翼緣寬）d——腰厚（腹板厚）t——腿厚（翼緣厚度）工字鋼型號表示為：腰高h×腿寬b×腰厚d任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務三

掌握鋼材的種類任務四

掌握鋼材的腐蝕與防護引導問題1：鋼材腐蝕的原因是什么任務四

掌握鋼材的腐蝕與防護1化學銹蝕鋼材的化學銹蝕是由于大氣中的氧和工業(yè)廢氣中的硫酸氣體、碳酸氣體等與鋼材表面作用引起的。2電化學銹蝕電化學銹蝕是由于金屬表面形成原電池而產(chǎn)生的銹蝕。任務四

掌握鋼材的腐蝕與防護引導問題2：如何進行鋼材腐蝕的防護任務四

掌握鋼材的腐蝕與防護1保護層法通常的方法是采用在表面施加保護層，使鋼材與周圍介質(zhì)隔離。保護層可分為非金屬保護層和金屬保護層兩類。（1）非金屬保護層法：涂敷保護膜：使金屬與周圍介質(zhì)隔離，既不能產(chǎn)生氧化銹蝕反應，也不能形成腐蝕原電池。（2）金屬保護層法：電化學防腐——電化學防腐包括陽極保護和陰極保護，適用于不容易或不能涂敷保護膜層的鋼結(jié)構(gòu)2制成合金鋼在鋼中加入合金元素鉻、鎳、鈦、銅，制成不銹鋼，提高其耐蝕能力。任務五

進行鋼