建筑鋼材第七章建筑鋼材

第七章.建筑鋼材一.定義

—土木工程中使用的各種鋼材及制品。鋼結(jié)構(gòu)用—型鋼、鋼板包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用—各種鋼筋、鋼絲和鋼絞線圍護(hù)結(jié)構(gòu)和裝修工程用—深加工鋼板和復(fù)合板優(yōu)點(diǎn)—強(qiáng)度高、塑性韌性好、能承受沖擊和振動(dòng)荷載、易于加工二.特點(diǎn)

和裝配缺點(diǎn)—易生銹、耐火性差、維護(hù)費(fèi)用大

第一節(jié).鋼的冶煉與分類一.鋼和鐵的定義

—鋼和鐵主要是Fe—C合金，另有少量的雜質(zhì)(Si,Mn,S,P,)含碳量大于2.06%的Fe—C合金，稱為（生）鐵；含碳量小于2.06%的Fe—C合金，稱為鋼；氧氣轉(zhuǎn)爐法—鋼質(zhì)好、冶煉速度快、成本低二.鋼的冶煉方法

平爐法—鋼質(zhì)好、冶煉速度慢、成本低電爐法—鋼質(zhì)好、能耗高、成本高三.鋼的分類

按化學(xué)成分

分類

按有害雜質(zhì)—普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼等按用途—結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼等定義—脫氧不徹底(充分)，鋼水澆入錠模時(shí),會(huì)有大量的CO氣

沸騰鋼F體從鋼水中溢出,引起鋼水呈沸騰狀,故名沸騰鋼.特性—組織不夠致密，成分不太均勻，S、P等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，沖擊韌性和可焊性差。但成本低、產(chǎn)量高。

鎮(zhèn)靜鋼Z

定義—脫氧徹底(充分)，鋼水澆入錠模時(shí),平靜的冷卻凝固特性—鋼質(zhì)均勻密實(shí)，品質(zhì)好，可用于沖擊荷載的重要結(jié)構(gòu)但成本高。

半鎮(zhèn)靜鋼b—介于二者之間碳素鋼—低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼合金鋼—低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼沸騰鋼F半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ按脫氧程度第二節(jié).鋼材的技術(shù)性能鋼材性能

軟鋼σ-ε曲線σbs0εσb0.20ε

硬鋼σ-ε曲線強(qiáng)度塑性沖擊韌性硬度冷彎性能焊接性能（可焊性）冷加工熱處理一.力學(xué)性能

(機(jī)械性能)二.工藝性能一.力學(xué)性能(一).強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度(屈服點(diǎn))s—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,鋼材強(qiáng)度取值依據(jù)1.軟鋼

抗拉強(qiáng)度b—鋼材強(qiáng)度極限值

屈強(qiáng)比s/b—能反映結(jié)構(gòu)安全可靠程度及鋼材利用率

s/b小—鋼材利用率低，但結(jié)構(gòu)安全可靠程度高；s/b大，則相反。2.硬鋼

條件(名義)屈服點(diǎn)0.2—產(chǎn)生0.2%l0殘余(永久、塑性)變形時(shí)應(yīng)力抗拉強(qiáng)度b(二).塑性

1.指標(biāo)—伸長率

2.5、10表示l0=5d、10d時(shí)的伸長率5與10之間的關(guān)系為5(﹥、﹤、=)10(三).沖擊韌性—鋼材抵抗沖擊荷載的能力

指標(biāo)—沖擊韌性

ak(四).硬度—鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力

指標(biāo)—布氏硬度

HB

二.工藝性能(一).冷彎性能

1.定義—鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力

2.指標(biāo)—彎曲角度()，彎心直徑(d=na)

3.合格標(biāo)志—彎曲處無裂紋、斷裂及起層現(xiàn)象4.冷彎性能—與伸長率一樣，也是反映鋼材在靜荷載作用下的塑性性能

但：伸長率—反映鋼材在均勻變形下的塑性性能冷彎性能—反映鋼材在不利變形條件下的塑性性能

5.冷彎試驗(yàn)的作用①揭露鋼材內(nèi)在缺陷，②評(píng)定塑性好壞③評(píng)定焊接接頭質(zhì)量(二).焊接性能(可焊性）

鋼材在一定焊接工藝條件下，在焊接及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬傾向，焊接后焊縫處性質(zhì)應(yīng)盡可能與母材相同。(三).冷加工處理1.冷加工強(qiáng)化

①定義—鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔和冷軋，使其產(chǎn)生塑性變形，提高屈服強(qiáng)度的過程。

②作用—s明顯提高，b不變；而塑性、韌性及彈性模量明顯降低。2.(冷加工)時(shí)效處理(強(qiáng)化)①定義—將經(jīng)過冷加工的鋼筋，于常溫下存放15–20d(自然時(shí)效)；或加熱到100–200℃并保持一定時(shí)間(人工時(shí)效)，此過程稱為時(shí)效處理(強(qiáng)化)。②作用—s進(jìn)一步提高,b略有提高；塑性、韌性進(jìn)一步降低；彈性模量得以恢復(fù)3.冷加工與時(shí)效處理的目的提高鋼筋的屈服強(qiáng)度，節(jié)約鋼材(四).熱處理1.定義—將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，從而改變其金相組織和顯微結(jié)構(gòu)組織，獲得需要性能的一種綜合工藝。2.方法—退火、正火、淬火及回火等第三節(jié).鋼的組織與化學(xué)成分一.鋼的晶體組織1.鋼是以鐵為主的Fe–C合金，其中Fe和C有以下三種結(jié)合形式①固溶體—鐵(Fe)中固溶著微量的碳(C)②化合物—鐵和碳結(jié)合成化合物Fe3C

③機(jī)械混合物—固溶體和化合物的混合物。2.鋼的組織—以上三種形式的Fe–C合金于一定條件下形成具有一定形態(tài)的聚合體

鋼的基本組織及性能二.鋼的化學(xué)成分

鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響組織名稱鐵素體奧氏體滲碳體珠光體含碳量(%)≤0.020.86.670.8結(jié)構(gòu)特征固溶體固溶體化合物機(jī)械混合物

性能強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性很好強(qiáng)度、硬度不高，塑性大抗拉強(qiáng)度低，硬脆，耐磨，塑性幾乎為零強(qiáng)度高，塑性和韌性介于鐵素體和滲碳體化學(xué)成分CSiMnSPONH影響隨C,強(qiáng)度硬度,塑性韌性強(qiáng)度強(qiáng)度熱脆性冷脆性強(qiáng)度塑性韌性備注有益元素有害元素第四節(jié).建筑用鋼材的品種一.碳素結(jié)構(gòu)鋼1.牌號(hào)—依據(jù)屈服強(qiáng)度劃分為五牌號(hào)，即Q195、Q215、Q235、Q255、Q2752.質(zhì)量等級(jí)

—依據(jù)沖擊韌性（即S、P含量）劃分四級(jí)，即A、B、C、D3.脫氧程度—F、b、Z、TZ(特殊鎮(zhèn)靜鋼)，[注：Z、TZ通常省略]4.牌號(hào)表示方法：

—

例如：Q235-B?F表示屈服強(qiáng)度為235MPa的B級(jí)沸騰鋼5.特性：碳素結(jié)構(gòu)鋼（尤其是Q235）既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，可焊性也好，適宜于各種加工，廣泛用于制作鋼結(jié)構(gòu)用鋼、鋼筋和鋼板等。二.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼1.牌號(hào)—共31個(gè)牌號(hào)2.特性：對(duì)S、P含量控制更嚴(yán)格，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合性能好，但成本較高。屈服點(diǎn)代號(hào)Q屈服點(diǎn)數(shù)值/MPa質(zhì)量等級(jí)脫氧程度三.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1.定義—是一種在碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上添加了不大于5%合金元素的鋼材。2.牌號(hào)—依據(jù)屈服強(qiáng)度劃分為五牌號(hào)，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q4603.質(zhì)量等級(jí)—依據(jù)沖擊韌性（即S、P含量）劃分五級(jí)，即A、B、C、D、E4.牌號(hào)表示方法：

—例如：Q345–D表示屈服強(qiáng)度為345MPa的D級(jí)低合金結(jié)構(gòu)鋼5.特性：與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，低合金結(jié)構(gòu)鋼（Q345）具有高的強(qiáng)度，又有

較好的塑性、低溫沖擊韌性、可焊性、耐腐蝕性及冷加工性，是一種綜合性能較為理想的建筑鋼材。廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，尤其是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動(dòng)荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。四.鋼材的選用原則荷載類型—靜荷載、動(dòng)荷載依據(jù)連接方式—焊接、鉚接、螺栓連接環(huán)境溫度—常溫、低溫（尤其是負(fù)溫下：如-20℃、-30℃）屈服點(diǎn)代號(hào)Q屈服點(diǎn)數(shù)值/MPa質(zhì)量等級(jí)第五節(jié).鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼材主要是熱軋成型的鋼板和型鋼等；薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼等；鋼材所用母材主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一.熱軋型鋼主要有：工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等類型。二.冷彎薄壁型鋼主要有：結(jié)構(gòu)用空心冷彎型鋼、通用冷彎開口型鋼等兩大類。三.棒材主要有：熱軋六角鋼和八角鋼、熱軋扁鋼、熱軋圓鋼和方鋼等三大類。四.鋼管主要有：結(jié)構(gòu)用無縫管、焊接鋼管等兩大類。五.板材主要有：（厚、薄）鋼板、花紋鋼板、建筑用壓型鋼板、彩色涂層鋼板等

四大類。第六節(jié)節(jié).鋼鋼筋混混凝土土用鋼鋼材砼抗壓壓強(qiáng)度度高，，但抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度很很低；；而鋼鋼筋抗抗拉和和抗壓壓強(qiáng)度度均很很高；；將二二者復(fù)復(fù)合成成鋼筋砼，，可以以充分分發(fā)揮揮各自自的特特長。。此外外砼的的堿性性環(huán)境境保護(hù)護(hù)鋼筋筋不銹銹蝕。。一.熱熱軋鋼鋼筋熱軋鋼

熱軋鋼筋等級(jí)、性能和用途

注：H(熱軋)、P(光圓)、R(帶肋)、B(鋼筋)二.冷軋帶肋鋼筋①定義—采用普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條，經(jīng)冷軋或冷拔減徑后在其表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。

②牌號(hào)—按抗拉強(qiáng)度最小值分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五個(gè)牌號(hào)。C、R、B分別代表冷軋、帶肋、鋼筋。鋼筋級(jí)別強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)外形鋼種分級(jí)依據(jù)用途ⅠHPB235光圓低碳鋼s

b

冷彎非預(yù)應(yīng)力筋ⅡHRB335帶肋月牙肋低碳低合金鋼非預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力筋ⅢHRB400

Ⅳ

HRB500等高肋中碳低合金鋼預(yù)應(yīng)力筋三.預(yù)預(yù)應(yīng)力力砼用用熱處處理鋼鋼筋四.預(yù)預(yù)應(yīng)力力砼用用鋼絲絲和鋼鋼絞線線五.鋼鋼筋的