8建筑鋼材-土木工程材料

第八章建筑鋼材南華大學(xué)楊建明教授Page

2金屬材料包括黑色金屬和有色金屬建筑鋼材包括鋼結(jié)構(gòu)用的型鋼、鋼板；鋼筋混凝土用鋼筋、鋼絲和鋼鉸線Page

38.1鋼材的冶煉與分類一、鋼材的冶煉鋼和鐵的主要成分是鐵和碳。含碳量大于2.06%的為生鐵，小于2.06%的為鋼。鋼是由鐵冶煉而成。生鐵是由鐵礦石、焦炭和少量石灰石等在高溫作用下形成。冶煉方法：氧氣轉(zhuǎn)爐法、電爐法和平爐法。煉鋼過程中脫氧，加入MnO、SiO2、Al2O3。沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼Page

48.1鋼材的冶煉與分類二、鋼材的分類1、按冶煉方法分類按生產(chǎn)的爐型平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼按脫氧程度分類沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼Page

58.1鋼材的冶煉與分類2、按化學(xué)成分分類碳素鋼含碳量0.02~2.06%的鐵碳合金低碳鋼＜0.25%中碳鋼0.25%~0.6%高碳鋼＞0.6%合金鋼低合金鋼＜5%中合金鋼5%~10%高合金鋼＞10%Page

68.1鋼材的冶煉與分類根據(jù)鋼中磷、硫等雜質(zhì)含量的不同，碳素鋼可分為：普通碳素鋼－其中磷的含量不大于0.045%，硫的含量不大于0.050%優(yōu)質(zhì)碳素鋼－其中磷和硫的含量均不大于0.035%高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼－其中硫和磷含量均不在于0.025%特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼－硫含量≤0.025%，磷含量≤0.015%Page

78.1鋼材的冶煉與分類3、按用途分類結(jié)構(gòu)鋼低、中碳鋼 工具鋼高碳鋼 特殊鋼不銹鋼Page

88.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能力學(xué)性能（抗拉性能、沖擊韌性、疲勞強度和硬度）和工藝性能（冷彎性能、焊接性能和熱處理性能）Page

98.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能一、力學(xué)性能1、抗拉性能通過拉伸試驗可以測得屈服強度、抗拉強度和伸長率。（圖8.1）1）彈性階段低碳鋼彈性模量E＝2.0×105~2.1MPa，彈性極限σP＝180MPa~200MPa2）屈服階段用σS表示，常用低碳鋼σS為195MPa~300MPa圖8.1低碳鋼受拉時應(yīng)力－應(yīng)變圖Page

118.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能3）強化階段抗拉強度，用σb表示，低碳鋼σb385~520MPa，屈強比σS/σb0.58~0.63（碳素鋼）；0.65~0.75（合金鋼）4）頸縮階段塑性表示鋼材在外力作用下發(fā)生塑性變形而不破壞的能力。Page

128.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能采用伸長率和斷面收縮率表示。A、伸長率是鋼材發(fā)生斷裂時所能承受的永久變形的能力。B、斷面收縮率是試件拉斷后縮頸處橫斷面的最大縮減量占橫截面積的百分率。φ（%）中碳鋼、高碳鋼，無明顯屈服現(xiàn)象，脆性破壞，采用名義屈服點σ0.2Page

138.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能2、沖擊韌性m－擺錘質(zhì)量A－試件槽口處斷面積（cm2）規(guī)范中通常是根據(jù)負(fù)溫條件規(guī)定－20℃或－40℃負(fù)溫沖擊值指標(biāo)。Page

148.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能3、疲勞強度鋼材在交變荷載反復(fù)作用下，可在遠(yuǎn)小于抗拉強度的情況下突然破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。用疲勞強度或疲勞極限表示。它是指試件在交變應(yīng)力下，作用107周次，不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。Page

158.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能4、硬度布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度1）布氏硬度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)壓頭用淬火鋼球，符號為HB壓頭用硬質(zhì)合金鋼時，符號為HB2）洛氏硬度金剛石圓錐體或鋼球初始試驗力（F0）總試驗力F（F＝F0＋主試驗力F1）（h1-h0）Page

168.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能二、工藝性能冷彎、冷拉、冷拔及焊接性能1、冷彎性能彎曲角度（α）和彎心直徑（d）2、焊接性能碳含量＜0.25%，可焊性好，0.3%可焊性差Page

178.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能3、冷加工性能及時效處理1）冷加工強化與時效處理存放15d~20d自然時效或加熱100℃~200℃，保持2h~3h，人工時效2）常見冷加工方法（1）冷拉屈服強度提高20%~30%，節(jié)約鋼材10%~20%（2）冷拔40%~60%3）鋼材冷加工強化與時效處理的機理Page

188.2鋼材的力學(xué)性能與工藝性能4、鋼材的熱處理1）退火是將鋼材加熱到一定溫度，保溫后緩慢冷卻（隨爐冷卻）的一種熱處理工藝。2）正火是退火的一種特例。正火在空氣中冷卻，兩者僅冷卻速度不同。3）淬火是將鋼材加熱到基本組織轉(zhuǎn)變溫度以上（一般為900℃以上），保溫使組織完全轉(zhuǎn)變，即放入水或油等冷卻介質(zhì)快速冷卻，使之轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定組織的熱處理。4）回火是將鋼材加熱到基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下（150~650℃內(nèi)選定），保溫后在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。Page

198.3鋼的組織和化學(xué)成分對鋼材性能的影響一、鋼的組織及其對鋼材性能的影響1535℃1394℃912℃液態(tài)鐵δ-Feγ-Feα-Fe

體心立方晶體

面心立方晶體

體心立方晶體固溶體化合物機械混合物Page

208.3鋼的組織和化學(xué)成分對鋼材性能的影響二、鋼的化學(xué)成分對鋼材性能的影響1、碳鋼材由鐵素體（都好）、滲碳體（抗拉強度低、很耐磨）、珠光體（介于滲碳體和鐵素體）2、硫熱脆性＜0.045%3、磷對塑性和韌性影響更大＜0.045%冷脆性4、錳脫氧、硫5、硅Page

218.3鋼的組織和化學(xué)成分對鋼材性能的影響6、氧<0.03%7、氮與碳、磷相似<0.018%Page

228.4建筑鋼材的銹蝕與防護一、鋼材銹蝕機理1、化學(xué)銹蝕FeO保護膜2、電化學(xué)銹蝕陽極陰極總反應(yīng)水和氧的存在Page

238.4建筑鋼材的銹蝕與防護二、鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕埋于混凝土中的鋼筋，因系處于堿性介質(zhì)條件（新澆混凝土的PH值為12.5或更高），而氧化保膜為堿性，故不致銹蝕。在堿性環(huán)境中，陰極過程難于進行，即使原電池存在，生成的Fe(OH)2也能存在，成為鋼筋保護膜。鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕主要原因有：1）混凝土不密實；2）混凝土保護層厚度小或發(fā)生嚴(yán)重碳化；3）混凝土內(nèi)Cl-含量過大；4）預(yù)應(yīng)力鋼筋存在微裂縫?；炷僚浣罘冷P措施，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)和所處環(huán)境條件等，考慮混凝土的質(zhì)量要求，即限制水灰比和水泥用量，并加強施工管理，以保證混凝土的密實性，經(jīng)及保證足夠的保護層厚度和限制氯鹽外加劑的摻用量。Page

248.4建筑鋼材的銹蝕與防護三、鋼材銹蝕的防止1、表面刷漆鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕的方法通常采用表面刷漆。底漆紅丹、環(huán)氧富鋅漆中間漆紅丹、鐵紅面漆灰鉛、酚醛磁漆2、表面鍍金屬薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅后加涂塑料。3、采用耐候鋼Page

258.4建筑鋼材的銹蝕與防護四、鋼的防火無保護層時鋼柱和鋼屋架的耐火極限0.25h，鋼梁0.25h200℃基本不變300℃下降400℃急劇降低600℃彈性模量、屈服點和極限強度接近于零。1、防火涂料包裹法2、不燃性板材包裹法防水板、石膏板、蛭石板、珍珠巖板3、實心包裹法采用混凝土Page

268.5建筑鋼材的品種與選用鋼結(jié)構(gòu)用鋼、鋼筋混凝土用鋼一、碳素結(jié)構(gòu)鋼1、牌號及其表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275表示方法如下：屈服點等級－質(zhì)量等級·脫氧程度質(zhì)量等級：A、B、C、D脫氧程度：F、b、Z、TZ2、力學(xué)性能及工藝性能表8.13、特性及應(yīng)用Page

27表8.1碳素結(jié)構(gòu)鋼的機械性能Page

288.5建筑鋼材的品種與選用二、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼所加元素有錳、硅、釩、鈦、鈮、鉻、鎳及稀土元素1、牌號及其表示方法Q295、Q345、Q390、Q460其表示方法如下：屈服點等級－質(zhì)量等級質(zhì)量等級：A、B、C、D、E2、力學(xué)性能表8.23、特性及應(yīng)用Q345Page

29表8.2低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性質(zhì)Page

308.5建筑鋼材的品種與選用三、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼GB/T699－199931牌號牌號表示方法：平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)－含錳量標(biāo)識－脫氧程度Page

318.6常用建筑鋼材（一）鋼筋1、熱軋鋼筋主要用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋。如表8.3、8.41）熱軋光圓鋼筋R2352）熱軋帶肋鋼筋HRB335、HRB400、HRB5002、低碳鋼熱軋圓盤條3、冷軋帶肋鋼筋4、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋5、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線Page

32表8.3熱軋光圓鋼筋力學(xué)性能和工藝性能要求表面形狀鋼筋級別強度等級代號公稱直徑（mm）屈服點（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率δ5（%）冷彎d-彎心直徑a-鋼筋公稱直徑≥光圓ⅠR2358~2023537025180°d=aPage

33表8.4熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性質(zhì)和工藝性能要求表面形狀牌號公稱直徑（mm）屈服點（MPa）抗拉強度（MPa）伸長率δ5（%）冷彎d-彎心直徑a-鋼筋公稱直徑≥帶肋HRB3356~2528~5033549016180°d=3ad=4aHRB4006~2528~50400570