第八章建筑鋼材

會計學(xué)1第八章建筑鋼材按脫氧程度的不同，鋼材可分為：沸騰鋼：脫氧不充分，代號“F”

鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號“Z”

半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“Z”之間，代號“b”

特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號“TZ”第1頁/共35頁按化學(xué)成分，可分為：按含碳量的多少，可分為低碳鋼（C<0.25%）、中碳鋼（０.25%≤C≤0.6%）和高碳鋼（C>0.6%）。按合金元素的含量，可分為非合金鋼、低合金鋼及合金鋼三大類。按鋼材質(zhì)量，可分為：普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊優(yōu)質(zhì)鋼。第2頁/共35頁按主要性能和使用特性，可分為：結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機械結(jié)構(gòu)（低、中碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)）專門用途鋼：橋梁鋼、鐵道用鋼、船舶用鋼、低溫壓力容器用鋼等第3頁/共35頁第二節(jié)建筑鋼材的力學(xué)性能和工藝性能力學(xué)性能（1）抗拉性能——是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。

拉伸過程分四個階段：

OA：彈性階段

AB：屈服階段

BC：強化階段

CD：頸縮階段第4頁/共35頁抗拉屈服強度（σs）是指鋼材在拉力作用下，開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力。

有些鋼材無明顯屈服點（合金鋼、高碳鋼等硬鋼），應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%時的應(yīng)力作為屈服強度,記為σ0.2。第5頁/共35頁抗拉極限強度（σb）是指試件破壞前，應(yīng)力－應(yīng)變圖上的最大應(yīng)力值，亦稱抗拉強度。屈強比（σs/

σb）是指鋼材的抗拉屈服強度與極限強度的比值。屈強比是鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中選用鋼材的一個質(zhì)量指標(biāo)。屈強比值越小，結(jié)構(gòu)可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費增大。第6頁/共35頁伸長率（δ）意義：值越大，塑性增強，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強，安全性增強。值有兩種：5—表示L0=5d0，d0——鋼材直徑；10—表示L0=10d0。Lo——試件原始標(biāo)距長度，mm；L1——試件拉斷后測定出伸長后標(biāo)距部分的長度，mm。

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鋼材的化學(xué)成分、晶粒度、環(huán)境溫度對沖擊韌性有很大的影響。此外，鋼材中微裂隙以及晶界析出物等都會使沖擊韌性顯著下降。（2）沖擊韌性——指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。第8頁/共35頁（3）硬度

建筑材料常用的硬度指標(biāo)是布氏硬度。硬度的大小，可以用來判斷鋼材的軟硬，有可以及近似地估計鋼材的抗拉強度。一般來講，硬度高，耐磨性較好，但脆性亦大。第9頁/共35頁2.工藝性能（1）可焊性焊接會使焊縫及其附近區(qū)域內(nèi)的鋼材發(fā)生組織構(gòu)造的變化，產(chǎn)生局部變形、內(nèi)應(yīng)力和局部變硬變脆，甚至在焊縫周圍產(chǎn)生裂紋，降低鋼材質(zhì)量。第10頁/共35頁

是指鋼材在常溫下承受靜力彎曲時所容許的變形能力。

判定標(biāo)準：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認為冷彎性能合格。

冷彎試驗意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。也能對鋼材的焊接質(zhì)量進行嚴格的檢驗。（2）冷彎性能第11頁/共35頁第三節(jié)鋼的晶體組織、化學(xué)成分對其性能的影響1.鋼的基本晶體組織鋼的基本組分是鐵和碳。鐵原子和碳原子之間的結(jié)合方式有三種基本方式：固溶體、化合物及二者之間的機械混合物。由于鐵與碳結(jié)合方式的不同，碳素鋼在常溫下形成的基本晶體組織有以下三種：第12頁/共35頁鐵素體和奧氏體鐵素體：碳在α-Fe中形成的固溶體。鐵素體強度和硬度低，塑性好，伸長率大。奧氏體：碳在γ-Fe中形成的固溶體。奧氏體是強度、塑性和韌性都很高的組織。滲碳體滲碳體是鐵與碳的化合物，分子式為Fe3C，含碳量高達6.67％。滲碳體塑性差，性質(zhì)硬脆，抗拉強度低。第13頁/共35頁珠光體

是鐵素體和滲碳體的混合物。其含C為0.8％，通常為層狀結(jié)構(gòu)。珠光體性能介于鐵素體和滲碳體之間。第14頁/共35頁2.鋼的基本晶體組織的相對含量與含碳量之間的關(guān)系亞共析鋼含碳量小于0.8％時，鋼的基本晶體組織由鐵素體和珠光體組成。共析鋼含碳量為0.8％時，鋼的基本晶體組織僅為珠光體組成。過共析鋼含碳量大于0.8％時，鋼的基本晶體組織由珠光體和滲碳體組成。第15頁/共35頁第四節(jié)化學(xué)元素對鋼材性能的影響碳含碳量增加，鋼的伸長率和沖擊韌性逐漸下降，但硬度增大，抗拉強度則在C＜0.8％時隨含C量的增加而逐漸提高。C＞0.8％時則逐漸下降。含碳量增加，將使鋼材的冷彎性能、焊接性能下降。第16頁/共35頁硅當(dāng)鋼中含Si量小于1％時，能顯著提高鋼的強度，而對塑性和韌性沒有明顯影響。當(dāng)含硅量超過1％時，鋼的塑性和韌性會顯著降低，冷脆性增加，可焊性變差。錳錳能消除鋼的熱脆性，改善熱加工性。當(dāng)含量在0.8％～1％時，可顯著提高鋼的強度和硬度，而幾乎不降低其塑性和韌性。第17頁/共35頁磷磷能固溶于鐵素體中，使鋼的強度提高，但塑性降低，韌性顯著下降。磷可顯著增加鋼的冷脆性，使冷彎性能急劇降低，可焊性變差。硫硫使鋼的熱脆性增加，熱加工性和可焊性降低，還會降低鋼的沖擊韌性和疲勞強度。第18頁/共35頁氧氧在鋼中以氧化物的形式存在，使鋼材強度下降，熱脆性增加，冷彎性能變壞，并使鋼的熱加工性能和可焊性能下降。氮氮可提高鋼的強度和硬度，但使鋼的塑性和沖擊韌性顯著下降，也會增大冷脆性、熱脆性和時效敏感性，并使鋼的焊接性能和冷彎性能變差。第19頁/共35頁第五節(jié)鋼的壓延加工和熱處理壓力熱加工壓力熱加工和消除鋼錠中的某些缺陷，從而帶倆機械性能的提高。冷加工及冷加工強化冷加工：冷拉、冷拔、冷軋等工藝。冷加工強化：冷加工過程中，鋼材發(fā)生了塑性變形，強度和硬度提高，塑性和韌性降低。第20頁/共35頁鋼的熱處理是通過對鋼進行加熱、保溫、冷卻等手段，來改變鋼材的組織結(jié)構(gòu)，以達到改善性質(zhì)的一種工藝。退火淬火回火正火調(diào)質(zhì)處理第21頁/共35頁鋼的時效硬化鋼的硬度和強度隨時間延長而逐漸增大，塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象稱為時效硬化。熱時效：又稱淬火時效，是高碳鋼在高溫快速冷卻后，其塑性和韌性隨靜置時間延長而不斷降低的現(xiàn)象。冷加工時效：經(jīng)過冷加工后的鋼材，靜置一段時間后，會發(fā)生冷加工時效。第22頁/共35頁第六節(jié)建筑鋼材的牌號與應(yīng)用

1.鋼結(jié)構(gòu)用鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法由屈服點字母（Q）、屈服點數(shù)值（單位MPa）、質(zhì)量等級（有A、B、C、D4級，逐級提高）和脫氧方法符號（F-沸騰鋼；b-半鎮(zhèn)鋼；Z-鎮(zhèn)靜鋼；TZ-特殊鎮(zhèn)鋼。Z、TZ可省略）四部分組成。例如：Q235—A·F表示屈服點為235MPa，A級沸騰鋼。Q235—B表示屈服點為235MPa，B級鎮(zhèn)靜鋼。第23頁/共35頁（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號增大，含碳量增加，其強度提高，但塑性和韌性降低，冷彎及可焊性下降。Q195、Q215號鋼材強度低，Q225、Q275號鋼材強度高，但塑性和可焊性較差；Q235號鋼既有較高的強度，又有較高的塑性和可焊性，是建筑過程中引用廣泛的鋼種。第24頁/共35頁2.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度鋼的牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法相似。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼既有更高的屈服強度，同時還具有良好的塑性、冷彎性、可焊性和低溫沖擊韌性，更適合大跨度鋼結(jié)構(gòu)和大型水工建筑物。第25頁/共35頁2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋和鋼絲（1）熱軋鋼筋牌號熱軋鋼筋分為R235、HRB335、HRB400、HRB500四個牌號。牌號意義：R代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋，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。牌號中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強度。

第26頁/共35頁熱軋鋼筋的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結(jié)構(gòu)用鋼筋。

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(yù)應(yīng)力鋼筋。第27頁/共35頁

（2）冷拉熱軋鋼筋

為了提高強度以節(jié)約鋼筋，工程中常按施工規(guī)程對熱軋鋼筋進行冷拉。冷拉熱軋鋼筋分為：冷拉Ⅰ級、冷拉Ⅱ級、冷拉Ⅲ級、冷拉Ⅳ級。第28頁/共35頁冷拉熱軋鋼筋的選用冷拉I級鋼筋適用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級鋼筋強度較高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。由于冷拉鋼筋的塑性、韌性較差，易發(fā)生脆斷，因此，冷拉鋼筋不宜用于負溫度、受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。第29頁/共35頁（3）冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋代號為LL，按抗拉強度分為三級：LL550、LL560、LL800，其中數(shù)值表示鋼筋抗拉強度等級。冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力，可廣泛用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。第30頁/共35頁（4）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋熱處理鋼筋的代號為RB150，可分為有縱肋和無縱肋兩種。熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個牌號。熱處理鋼筋的強度高，與混凝土粘結(jié)性能好，應(yīng)力松弛低。主要用于各種預(yù)應(yīng)力鋼筋。第31頁/共35頁

（5）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線預(yù)應(yīng)力鋼絲分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力分為I級松馳和Ⅱ級松馳兩級。代號：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲）。第32頁/共35頁預(yù)