土木工程材料 第二章 建筑金屬材料.ppt

1、土木工程材料第二章建筑用鋼講座：鄭雄，第二章建筑用金屬材料，第一節(jié)鋼的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和分類1 .鋼的化學(xué)成分，鋼生產(chǎn)中不可避免的元素：硅、錳、磷、硫、氮合金元素特別添加：硅、錳、鈦、釩、鎳、鈮和稀土元素，鐵：主要元素碳：0第二章建筑用金屬材料，第二節(jié)。分類1。根據(jù)化學(xué)成分，低碳鋼含0.6%碳，(1)碳鋼，(2)合成鋼特別添加合金元素，根據(jù)合金元素含量，低合金鋼含10%合金元素，第2章建筑金屬材料，2按雜質(zhì)含量(質(zhì)量)分類，磷含量為0.045%的普通優(yōu)質(zhì)鋼：硫含量為0.035%的優(yōu)質(zhì)鋼，磷含量為0.025%的優(yōu)質(zhì)鋼，等級后添加“高”或“甲”的優(yōu)質(zhì)鋼：硫含量為0.015% 磷含量為0.015%，其

2、次是“E”代碼“F”鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧，代碼“2”半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧度在“F”和“2”之間，代碼“B”特殊鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧，代碼“TZ”，4按用途分類，結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)，機械制造(低中碳鋼)工具鋼：各種工具磷：來自礦物燃料，產(chǎn)生Fe3P，非常脆。 碳：在煉鋼的氧化過程中，它存在于鋼瓶內(nèi)，弊大于利，所以被歸類為有害元素。錳：煉鋼過程中鋼中的脫氧和硫殘留具有很強的脫氧和硫能力，大大改善了鋼的可加工性。硅：脫氧劑，比錳強。兩面：當硅含量很低時，強度增加；當硅含量高時，其他性能會降低。氧：類似于碳和磷。4.鋼的晶體結(jié)構(gòu)鋼是一種鐵碳合金晶體。晶體結(jié)構(gòu)中的每個原子通過金屬鍵結(jié)合在一起，這是鋼的高強度和良好塑性的

3、基礎(chǔ)。排列在顆粒中的不同模式的原子可以形成不同的晶格。例如，體心立方晶格是由排列在正六面體中心和頂點的原子組成的空間晶格。面心立方晶格是由排列在正六面體頂點和六個面中心的原子組成的空間晶格。鐵和碳可以以不同的形式存在，這就是所謂的晶體結(jié)構(gòu)。鋼的基本晶體結(jié)構(gòu)當碳鋼被熔煉時，在冷卻鋼液的過程中，它的鐵和鐵有以下三種結(jié)合形式：微量的碳(碳)溶解在鐵(鐵)的固溶體中；化合物鐵和碳結(jié)合形成化合物Fe3；固溶體和化合物的混合物。在一定條件下，上述三種形態(tài)的鐵合金可以形成一定形態(tài)的聚合物，稱為鋼結(jié)構(gòu)，在顯微鏡下可以觀察到它們的微觀形貌圖像，因此也稱為微結(jié)構(gòu)。鐵素體鋼中的鐵素體是鐵中的固溶體。由于鐵的體心立方

4、晶格原子間間隙小，溶碳能力差，鐵素體含量很小(小于0.02)，這決定了它的塑性和韌性很好，但強度和硬度很低。()滲碳體滲碳體是鐵和碳的化合物Fe3C，含量高(高達6.67)，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，硬脆性能差，抗拉強度低。()珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，含量低(0.8)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性好，強度和硬度高。第2章建筑金屬材料，第2節(jié)建筑材料的主要技術(shù)性能，機械性能：強度、彈性和塑性技術(shù)性能(可加工性):冷彎和焊接性，第2章建筑金屬材料，1。機械性能1。拉伸性能是建筑用鋼最重要的力學(xué)性能。拉伸過程分為四個階段：OA:彈性階段AB:屈服階段BC:強化階段CD:頸縮階段第2章：建筑金屬材料拉

5、伸性能指標：主要是屈服點、拉伸強度和伸長率等。(1)屈服強度(屈服點):試樣首次屈服前的最大應(yīng)力；較低屈服強度：不考慮初始瞬時效應(yīng)時的最小強度，即屈服點Fs，屈服階段的最小應(yīng)力(對應(yīng)于第一針返回的力)，n；敖鋼截面面積，mm2。注：有些鋼沒有明顯的屈服點(合金鋼、高碳鋼和其他硬鋼)，所以殘余變形為原始軌距長度的0.2%時的應(yīng)力應(yīng)作為屈服點(稱為條件屈服點)，并記錄為0.2或P0.2.第二章，建筑金屬材料，(2)抗拉強度：鋼能承受的最大強度。相反，數(shù)值越小，可靠性和安全性越低。因此，強度屈服比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25?？煽啃詤?shù)，值得注意的是：強產(chǎn)出率的概念，值越高，可靠性和

6、安全性越高，但利用率下降，浪費增加。第二章建筑金屬材料，(3)伸長率：塑性指數(shù)。含義：值越大，塑性越強，可避免結(jié)構(gòu)過早失效；加工性能增強，安全性增強。有兩個值：5表示l0=5d0，d0表示鋼筋直徑；10l0=10d0 .lo試樣的原始規(guī)格長度，mm；l1試樣斷裂后，測量延伸量規(guī)部分的長度，mm.第二章建筑金屬材料，(4)面積收縮：塑性指數(shù)。拉伸斷裂后AO試樣頸縮處的橫截面積，mm2；A1代表鋼的原始橫截面積，mm2。延伸率和面積收縮率都表明鋼在斷裂前經(jīng)歷塑性變形的能力。2.建筑金屬材料。2.沖擊韌性是指鋼抵抗沖擊載荷的能力。測試方法：標準樣品的彎曲沖擊韌性測試。指數(shù)：試樣缺口處單位橫截面積消耗

7、的功計算為ak，J/cm2。ak值越大，鋼的沖擊韌性越好。3.抗疲勞性疲勞失效：在交變載荷的反復(fù)作用下，當應(yīng)力低于屈服強度時，鋼突然發(fā)出脆性斷裂。重大危害，沖擊韌性試驗示意圖，第二章，建筑金屬材料，第二章。工藝性能冷彎性能：鋼在常溫下承受彎曲變形的能力。焊接性：90%以上的鋼結(jié)構(gòu)是焊接結(jié)構(gòu)，焊接性非常重要。第二章建筑金屬材料(1)冷彎性能試驗：試樣的彎曲角度(90，180)。冷彎試驗的意義：它能反映試樣彎曲時的塑性變形，揭示鋼中是否存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。冷彎試驗還可以嚴格檢查鋼材的焊接質(zhì)量，揭示焊件彎曲表面是否存在未熔合、裂紋和夾雜等缺陷。標準：如果彎管外表面無裂紋、裂紋或

8、分層，則認為冷彎性能合格。第2章，建筑金屬材料，(2)焊接性能，焊接方法：搭接和對接焊接要求：焊接接頭(焊縫及其附近過熱區(qū)域)不會出現(xiàn)裂紋和硬脆傾向。焊接接頭與母材一致，即拉伸試驗，強度不低于原鋼。影響因素：碳和合金元素等雜質(zhì)元素越多，焊接性越差。第二章建筑金屬材料第三節(jié)鋼的強化和加工1。冷加工是指鋼在常溫下的加工。常用冷加工方法：冷拉、冷拉、冷軋、冷捻、劃線等。特點：鋼在冷加工后的塑性變形可以提高其屈服強度。這個過程叫做冷加工強化處理。在第二章，建筑金屬材料，時效處理，冷拉鋼筋在室溫下儲存1520天，或加熱到100200并保持一段時間，這就是所謂的時效處理。自然時效后，鋼筋的屈服點進一步提高

9、，塑性在冷拉后不斷降低。隨著老化過程中應(yīng)力的降低，彈性模量可以基本恢復(fù)。按照一定的制度，鋼被加熱到一定的溫度，在這個溫度下保持一定的時間，然后以一定的速度和方式冷卻，使內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化鋼的熱處理通常有以下基本方法：(1)淬火。將鋼加熱到723以上(相變溫度)，保持一定時間，然后在水中或機油中快速冷卻。這個過程叫做鋼的淬火處理。淬火后，鋼的強度和硬度增加，脆性增加，塑性和韌性明顯下降。鋼的熱處理通常有以下基本方法：(1)淬火。將鋼加熱到723以上(相變溫度)，保持一定時間，然后在水中或機油中快速冷卻。這個過程叫做鋼的淬火處理。淬火后，鋼的強度和硬度增加，脆性增加，塑性和韌性明顯下降。()回

10、火。將淬火鋼再加熱到低于723的溫度范圍，保持一定時間，然后緩慢或快速冷卻至室溫。這個過程叫做回火處理。回火可以消除鋼在淬火過程中的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的硬度，恢復(fù)鋼的塑性和韌性。回火溫度越高，鋼的硬度下降越多，塑性和韌性等性能提高。如果鋼在淬火后立即進行高溫回火，稱為淬火和回火，其目的是提高鋼的強度、塑性和韌性。()退火。退火是指將鋼加熱到723以上，并保持一定時間，然后在退火爐中緩慢冷卻。退火可以消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，使組織均勻，降低硬度，提高鋼的塑性和韌性。()正?；?。將鋼長時間加熱到723以上，然后在空氣中緩慢冷卻，可以獲得均勻細小的顯微組織。正火后，鋼的強度和硬度提高，塑性小于退火后

11、。第二章：建筑金屬材料；4:鋼的生銹和保護；1.鋼的生銹由鋼表面和周圍介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)引起的損傷被稱為鋼的腐蝕?；瘜W(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕鋼直接與周圍介質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，大部分是由于氧化在鋼表面形成疏松的氧化物。在干燥環(huán)境中，反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度高，腐蝕迅速發(fā)展。由于鋼的成分和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)的作用下，各組分電極的電位不同，形成微電池。鐵失去其電子并變成Fe2，F(xiàn)e2進入介質(zhì)溶液并與溶液中的氫氧根離子結(jié)合形成鐵(氫氧根)。腐蝕的結(jié)果是，鋼表面形成松散的氧化物，這降低了鋼結(jié)構(gòu)的橫截面和鋼的性能，從而降低了承載能力。第二章，建筑金屬材料，2。鋼的保護：防止改變鋼本身的腐蝕性，隔離環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)或

12、改變鋼表面的電化學(xué)過程。(1)耐候鋼(耐大氣腐蝕鋼)；和(2)金屬涂層電鍍或噴涂以覆蓋鋼表面。(3)非金屬用金屬材料如噴涂、搪瓷、塑料等作為保護膜覆蓋鋼的表面。(4)混凝土用鋼筋的防銹，第2章建筑金屬材料，第5節(jié)土木工程用普通鋼1。鋼結(jié)構(gòu)用鋼2?；炷两Y(jié)構(gòu)用鋼，第2章建筑金屬材料，1。鋼結(jié)構(gòu)用鋼1。碳素結(jié)構(gòu)鋼(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級按順序標明：屈服點字母(Q)、屈服點值(以兆帕為單位)、質(zhì)量等級(含甲、乙)、Z和TZ(表示品牌時可省略)。示例：Q235AF指屈服點為235兆帕的高沸點鋼。Q235B指屈服點為235兆帕的B級鎮(zhèn)靜鋼。第二章建筑金屬材料(二)碳素結(jié)構(gòu)鋼的選擇碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、含碳量和

13、強度增加，但塑性和韌性下降。Q235鋼主要用于建筑工程，可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管和鋼筋。它具有高強度、良好的塑性、韌性、可焊性和可加工性，熔煉方便，成本低廉，因此在一般鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。c級和d級可用于重要的焊接結(jié)構(gòu)。Q195和Q215鋼強度低，但塑性和韌性好，易于冷加工。它們可以用來制造鉚釘和鋼筋。Q225和Q275鋼強度較高，但塑性、韌性和焊接性較差，可用于鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及螺栓的加固。承受動荷載的結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和在低溫下工作的結(jié)構(gòu)不能選用a、B級優(yōu)質(zhì)鋼和沸騰鋼。第2章，建筑金屬材料，2。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(1)低合金高強度鋼有五個等級，由三部分組成：碳含量、合金元素的種類

14、和含量。前兩位數(shù)字代表平均碳含量的一萬分之一；后續(xù)元素重合表示合金元素按主次順序添加；如果合金元素后面沒有數(shù)字，則意味著它們的平均含量低于1.5%；如果附加數(shù)字“2”，則意味著其平均含量在1.5%和2.5%之間。最后，如果附加了“B”，則表示半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。例如，16Mn是指平均碳含量為0.16%，平均碳含量小于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。第二章建筑金屬材料，(2)選用低合金高強度鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼具有重量輕、強度高、耐腐蝕性好、耐低溫、抗沖擊能力強、使用壽命長等良好的綜合性能；它具有良好的焊接性和冷加工性，易于加工和施工。因此，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼可作為高層和大跨度建筑(如大跨度橋梁、大型廳堂

15、和電視塔等)的主要結(jié)構(gòu)材料。)。與普通碳鋼相比，可節(jié)約鋼材，經(jīng)濟效益顯著。當?shù)秃辖痄撝秀t的含量達到11.5%時，鉻在合金金屬表面形成一層惰性氧化鉻膜，成為不銹鋼。不銹鋼具有導(dǎo)熱系數(shù)低、耐腐蝕性好的優(yōu)點。缺點是溫度變化時膨脹性較大。不銹鋼既可用作承重構(gòu)件，也可用作建筑裝飾材料。第2章建筑金屬材料，2。混凝土結(jié)構(gòu)用鋼1。熱軋鋼筋(1)熱軋鋼筋分為四個等級：R235、HRB335、HRB400和HRB500。品牌含義：R代表熱軋光面鋼筋，HRB代表熱軋帶肋鋼筋，其中熱軋光面鋼筋由表面光滑的碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成；熱軋帶肋鋼筋由低合金鋼制成，外表面帶肋。品牌中的數(shù)字表示熱軋鋼筋的屈服強度。第二章，建筑金屬

16、材料，(2)熱軋鋼筋因其強度低、塑性和焊接性好、易于冷加工而被廣泛用作普通鋼筋混凝土。HRB325和HRB400帶肋鋼筋具有高強度、良好的塑性和焊接性，被廣泛用作大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋。HRB500帶肋鋼筋強度高，但塑性和焊接性差，適用于預(yù)應(yīng)力鋼筋。為了提高強度和節(jié)約鋼筋，在工程中經(jīng)常根據(jù)施工規(guī)范對熱軋鋼筋進行冷拉。冷拉和熱軋鋼筋分為冷拉級、冷拉級、冷拉級和冷拉級，第2章，建筑金屬材料。(3)選用冷拉和熱軋鋼筋。冷拉工字鋼適用于非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。冷拉級、級、級鋼筋強度高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。冷拉鋼筋由于塑性和韌性差，容易發(fā)生脆性斷裂。因此，冷拉鋼筋不適用于負溫、沖擊或重復(fù)荷載下