建筑鋼材綜述

建筑鋼材建筑鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼：角鋼、槽鋼、工字鋼、H型鋼、鋼板、鋼管鋼筋混凝土用鋼：鋼筋、鋼絲、鋼絞線南京長江大橋鋼材的特點1具有較高的強度2具有良好的塑料性和韌性3易于加工和裝配4易銹蝕、耐火性差。按化學(xué)成分分類碳素鋼合金鋼低碳鋼中碳鋼高碳鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼按質(zhì)量分類普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼按用途分類結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊鋼鋼：凡含碳量在2%以下，含有害雜質(zhì)較少的鐵碳合金，稱為鋼。脫氧程度不同沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼建筑鋼材的力學(xué)性能

鋼材的力學(xué)性能，即是指鋼材在外力（載荷）作用表現(xiàn)出來的性能，包括：強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。

1.彈性、塑性和強度

a.彈性:

彈性極限:σe

比例極限:

σP

彈性模量:E=σe/εb.塑性:

伸長率斷面收縮率屈強比：屈服強度和抗拉強度之比屈強比反映了鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。伸長率：拉斷后的標距長度與試件原標距之差和原標距之比。用于衡量鋼材塑性的一個重要指標。

對于高碳鋼，規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標距長度的0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力值,作為屈服強度,稱為條件屈服點,用表示.沖擊韌性:抵抗沖擊荷載作用的能力.

測試:夏比V形或梅氏U形缺口試件指標:沖擊韌性值αk=功/缺口面積(J/cm2)擺錘試件H0H1沖擊試驗：測量擺錘沖擊前后的能量差＝擺錘的高度差×擺錘的質(zhì)量。再測量試件斷裂面積。試件放置位置影響沖擊韌性的主要因素:1鋼化學(xué)成分,尤其是S和P含量2軋制和焊接質(zhì)量,溫度3加工硬化及時效等脆性轉(zhuǎn)變溫度鋼的韌性隨溫度降低而降低,達某一溫度范圍時,韌性急劇下降,并由韌性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?這一溫度即稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度.沖擊韌性值可靈敏地反應(yīng)材料內(nèi)部晶體組織、有害雜質(zhì)、各種缺陷、應(yīng)力狀態(tài)下或環(huán)境溫度等微小變化對性能的影響.硬度

鋼材抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的能力叫硬度，即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。常用布氏法和洛氏法兩種方法測定。

布氏硬度測量原理圖

洛氏硬度測量原理圖

疲勞強度疲勞破壞:鋼構(gòu)件在承受重復(fù)或交變荷載作用時,可能在遠低于屈服強度的應(yīng)力作用下突然發(fā)生斷裂,這種斷裂現(xiàn)象稱為疲勞破壞.

金屬的疲勞破壞要經(jīng)歷疲勞裂紋的產(chǎn)生、擴展及斷裂三個過程.影響因素（1）材料內(nèi)部的缺陷,成分偏析,過大的內(nèi)應(yīng)力,構(gòu)件截面延長度方向的急劇變化,構(gòu)件受力最大處及表面不光滑等.（2）應(yīng)力循環(huán)特征值：ρ=σmin/σmax；應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N；應(yīng)力集中程度。冷彎性能衡量:彎曲角度;彎心直徑與鋼厚度之比--d/a

反映鋼材冷塑性變形的能力大小,更可檢驗鋼材內(nèi)部組織狀態(tài)內(nèi)應(yīng)力及夾雜物等缺陷.

常用作對鋼焊接質(zhì)量的檢驗.可焊性焊接是鋼結(jié)構(gòu)的連接方式之一，焊接質(zhì)量主要取決于鋼材的可焊性、焊接材料與焊接工藝。影響鋼材可焊性的主要因素鋼的化學(xué)成分，含碳量小于0.25%的低碳鋼具有良好的可焊性；冶煉質(zhì)量；冷加工等。焊接點斷裂點斷裂點合格不合格化學(xué)成分對鋼性質(zhì)的影響C:隨含碳量增大,鋼強度和硬度增大,塑性和韌性降低;

含碳量大于1%,隨含碳量增大,鋼強度降低.Si:小于1%時,提高強度和硬度,對塑性和韌性影響不大;

大于1%后,顯著降低塑性和韌性,并使可焊性變差.

Mn:含量小時有益;超過1%后,將降低鋼的塑性韌性和可焊性.S:有害,熱脆性增大;P:有害,冷脆性增大;O:有害.N:降低塑性韌性,增大時效敏感性和冷脆性.H:顯著降低塑性和韌性,使脆性增大;Ti,V：顯著提高強度，細化晶粒改善韌性，合金鋼的常用微量元素?zé)崽幚韺︿撔再|(zhì)影響

熱處理:對鋼進行加熱、保溫、冷卻的綜合操作工藝,通過改變鋼的晶體組織來改善鋼的性能.

退火:HB↓；塑性和韌性↑；消除內(nèi)應(yīng)力；含碳量高的高強度鋼筋焊后，多次冷拔的鋼絲均需退火處理正火:塑性和韌性↑淬火:硬度和耐磨性顯著↑塑性和韌性顯著↓內(nèi)應(yīng)力↑.回火：消除內(nèi)應(yīng)力和脆性.調(diào)質(zhì)處理=淬火+高溫回火鋼材調(diào)質(zhì)處理的目的使鋼材具有良好的綜合技術(shù)性質(zhì)時間退火正火淬火回火727℃溫度冷卻熱處理工藝保溫加工硬化與時效對鋼性質(zhì)的影響

1基本概念

冷加工,冷加工強化,時效

2對鋼性質(zhì)的影響冷加工:σs↑HB↑δ↓αk↓

冷加工與時效:σs↑σb↑HB↑δ↓αk↓

冷加工強化是鋼材在常溫下，以超過其屈服點但不超過抗拉強度的應(yīng)力對其進行的加工。建筑鋼材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等。鋼材隨時間的延長，其強度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。

冷加工的目的，主要是利用時效提高強度，利用塑性節(jié)約鋼材，同時也達到調(diào)直和除銹的目的。建筑鋼材種類與選用

建筑鋼材主要有二大類

鋼結(jié)構(gòu)用鋼；

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼的牌號：碳素結(jié)構(gòu)鋼按照屈服強度分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個牌號，每個牌號又根據(jù)硫、磷等雜質(zhì)含量分為A、B、C、D四個質(zhì)量等級。

牌號的順序屈服強度字母Q、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級（A、B、C、D）、脫氧程度符號（F、b、Z、TZ）。例如：Q235AF，表示屈服強度為235MPa，A級沸騰（F）碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼牌號與性能的關(guān)系鋼牌號越大，鋼的含碳量增加，強度與硬度增高，塑性和韌性降低，可焊性變差。

鋼材選用原則應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素選用。Q195和Q215號強度較低，塑性和韌性較大，易加工，可用于鋼釘、螺栓等。Q235A宜使用于承受靜載作用的鋼結(jié)構(gòu)；Q235B可用于承受動載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)；Q235C可用于承受動載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)；Q235D可用于低溫承受動荷載焊接的鋼結(jié)構(gòu)。Q255和Q275強度較高，塑性和韌性較差，主要用于機械零件等低合金結(jié)構(gòu)鋼

1、組成：含有合金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等），含碳量≤0.2%。2、合金元素的作用：

A

細化結(jié)晶，起到細晶強化作用，不僅可提高強度和硬度，還可一定程度上增加塑性和韌性。B

強化作用，較硬微粒均勻分散在晶粒內(nèi)部，阻礙晶?；谱冃?，大大提高鋼的強度和硬度。3、牌號（5個）：與碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣，用Q+屈服強度值+質(zhì)量等級（A、B、C、D、E）表示。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級鋼具有良好的低溫韌性。主要用于工程中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(xué)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)。應(yīng)用：適合于大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑和橋梁。比碳素結(jié)構(gòu)鋼可節(jié)約用鋼20~30%，減輕結(jié)構(gòu)自重。(1)高強度：一般其屈服強度在300MPa以上。(2)高韌性：延伸率為15%~20%，適用于大型焊接構(gòu)件。(3)良好的焊接性能和冷加工成型性能。(4)低的冷脆性轉(zhuǎn)變溫度。(5)良好的耐蝕性。低合金結(jié)構(gòu)鋼的特性混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

主要品種有熱軋鋼筋；熱處理鋼筋；冷軋帶肋鋼筋；預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼絞線等。熱軋鋼筋牌號有HPB235、HRB335、HRB400、RRB400

四個牌號。冷軋帶肋鋼筋

由普通低碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼或低合金鋼熱軋圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。CRB550、CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五個牌號。預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋

由熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理得到，強度高、韌性好、應(yīng)力松弛小。性能：屈服強度不小于1325MPa，極限強度不小于1470MPa，伸長率不小于6％。用途：主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土梁、預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕和其他預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲與鋼絞線特性：強度高、柔性好、無接頭，質(zhì)量穩(wěn)定，不需焊接。設(shè)計強度取值以條件屈服點統(tǒng)計值確定用途：大跨度橋梁、屋架、吊車梁、電桿、軌枕等預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線簡稱預(yù)應(yīng)力鋼絞線，是由多根圓形斷面鋼絲捻制而成。鋼絞線按左捻制成并經(jīng)回火處理消除內(nèi)應(yīng)力。鋼絞線的公稱直徑有9.0、12.0、15.0mm三種規(guī)格其他用途鋼及制品1不銹鋼裝飾制品：用作建筑物的柱、屋面、內(nèi)外墻面、門窗、欄桿等的表面裝飾。2彩色涂層鋼板：用作建筑外墻板，屋面板，護壁板等。3輕鋼龍骨：主要用作墻體和天花吊頂?shù)凝埞侵Ъ堋?a)混凝土開裂外部介質(zhì)通過混凝土保護層裂隙達到鋼筋表面引起鋼筋銹蝕(b)水、CO2侵入(c)開始銹蝕鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫使鋼筋產(chǎn)生銹蝕的原因有：骨料中含氯化鹽；外部進入氯化鹽；混凝土碳化；保護層不足；過大的裂縫寬度。鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹可達原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫，并隨之剝落。這種裂縫沿鋼筋方向發(fā)展，且隨著銹蝕的發(fā)展混凝土剝離產(chǎn)生空隙，這可從敲擊產(chǎn)生的空洞聲得到判別。(d)鋼筋體積膨脹鑄鐵含碳量大于2%的