建筑金屬材料

建筑金屬材料第一頁，共五十頁，2022年，8月28日第2章建筑金屬材料

2.1鋼材的分類

2.2建筑鋼材的力學(xué)與工藝性能

2.3鋼材的強(qiáng)化與加工2.4鋼材的化學(xué)成分對性能的影響

2.5鋼材的銹蝕與防護(hù)

2.6土木工程常用金屬材料的性質(zhì)及應(yīng)用★★第二頁，共五十頁，2022年，8月28日鋼材的化學(xué)成分：

不可避免的元素：Si、Mn、P、S、N…專門加入的合金元素：

Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素鐵：主要元素碳：0.02%～2.06%其他元素：2.1鋼材的分類第三頁，共五十頁，2022年，8月28日1.按化學(xué)成分分類低碳鋼：<0.25%中碳鋼：0.25%～0.6%高碳鋼：>0.6%（1）碳素鋼（碳鋼）

（2）合金鋼——專門加入一定量的合金元素按合金元素總含量分：

低合金鋼：<5%中合金鋼：5%～10%高合金鋼：>10%按含碳量分：第四頁，共五十頁，2022年，8月28日2.按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類普通鋼：≤0.050%，≤0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：≤0.035%，≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)鋼：≤0.025%，≤0.025%，牌號后加“高”或“A”特級優(yōu)質(zhì)鋼：≤0.015%，≤0.015%，牌號后加“E”含硫量含磷量高低第五頁，共五十頁，2022年，8月28日3.按冶煉時脫氧程度分沸騰鋼：脫氧不充分，代號“F”半鎮(zhèn)靜鋼：介于F與Z之間，代號“b”鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號“Z”特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號“TZ”密致度高低第六頁，共五十頁，2022年，8月28日4.按用途分類結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械制造（低、中碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）特殊鋼：具有特殊物理、化學(xué)或機(jī)械性質(zhì)（不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、）

第七頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度、彈性、塑性、韌性、硬度、耐疲勞性工藝性質(zhì)（可加工性）：冷彎性能、可焊性

★第八頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2.1力學(xué)性能1.抗拉性能——是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。

第九頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2.1抗拉性能

第十頁，共五十頁，2022年，8月28日1.抗拉性能拉伸性能指標(biāo)：屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長率、斷面收縮率。值得注意：屈強(qiáng)比伸長率?？煽啃詤?shù)

強(qiáng)屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25。伸長率值越大，塑性增強(qiáng)，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強(qiáng)，安全性增強(qiáng)。

第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2.1力學(xué)性能

2.沖擊韌性——指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。試驗(yàn)方法：標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)。第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2.1力學(xué)性能

3.耐疲勞性疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度時,突然發(fā)出脆性斷裂的現(xiàn)象。一般由拉應(yīng)力引起，危害極大。疲勞強(qiáng)度第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日2.2.2工藝性能冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。焊接性能：鋼結(jié)構(gòu)中90%以上為焊接結(jié)構(gòu),焊接性非常重要。第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）冷彎性能冷彎性能試驗(yàn)：試件被彎曲的角度（90°、180°）

裝好的試件彎曲180°彎曲90°判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認(rèn)為冷彎性能合格。(彎曲角越大，冷彎性能越好。)第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）冷彎性能

冷彎試驗(yàn)意義：1.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。2.也能對鋼材的焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，能揭示焊

件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）焊接性能焊接方式：搭接、對接焊接要求：①焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)）不產(chǎn)生裂縫及硬脆傾向。②焊接處性能與母材一致,即力學(xué)性能、工藝性能應(yīng)合格，特別是強(qiáng)度不低于原鋼材強(qiáng)度。(拉伸試驗(yàn)、冷彎試驗(yàn))影響因素：碳、合金元素及雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日8.3鋼材的強(qiáng)化與加工1冷加工——指鋼材在常溫下進(jìn)行的加工。

常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。

特點(diǎn)：鋼材經(jīng)冷加工產(chǎn)生塑性變形，從而提高其屈服強(qiáng)度，這一過程稱為冷加工強(qiáng)化處理。第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日1冷加工（1）冷拉冷拉是將鋼筋拉至應(yīng)力-應(yīng)變曲線的強(qiáng)化階段內(nèi)任一點(diǎn)K處，然后緩慢卸去荷載，當(dāng)再度加載時，其屈服點(diǎn)將有所提高，塑性變形能力將有所降低。鋼筋經(jīng)冷拉后，一般屈服點(diǎn)可提高20%～25%。第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日1冷加工（1）冷拔—是將光圓鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲?？讖?qiáng)行拉拔。冷拔比純拉伸作用強(qiáng)烈，鋼筋受拉、擠壓作用。如：經(jīng)過一次或多次的冷拔后得到的冷拔低碳鋼絲，屈服點(diǎn)可提高40%～60%，但失去軟鋼的塑性和韌性，而具有硬鋼的特點(diǎn)。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日1冷加工冷軋-將圓鋼在冷軋機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋目的：提高強(qiáng)度、與混凝土的粘結(jié)力。鋼筋在冷軋時，縱向與橫向同時產(chǎn)生變形，因而能較好地保持其塑性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日2時效處理

將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15～20d，或加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個過程稱為時效處理。

時效處理方法有兩種：在常溫下存放15～20d，稱為自然時效，適合用于低強(qiáng)度鋼筋；加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），稱人工時效，適合于高強(qiáng)鋼筋。第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日3熱處理

熱處理包括淬火、回火、退火和正火。

第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日碳：煉鋼氧化過程中生成，主要以滲碳體Fe3C存在。2.3鋼材的化學(xué)成分含碳量鋼的抗拉強(qiáng)度、硬度塑性、韌性、可焊性、抗腐蝕性硅：脫氧劑，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度可焊性、冷加工性錳：脫氧、去硫，具有很強(qiáng)的脫氧、硫能力。可改善鋼的熱加工性，強(qiáng)度、硬度錳含量過高，可焊接性第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日有害元素磷：來自煉鐵原料，鋼的強(qiáng)度和硬度硫：來自煉鐵原料氧：常以FeO的形式存在。最大害處：熱脆性熱加工性、可焊接性沖擊韌性、耐疲勞性、抗腐蝕性最大害處：冷脆性低溫沖擊韌性、可焊接性最大害處：熱脆性

強(qiáng)度、機(jī)械性能、韌性、可焊性2.3鋼材的化學(xué)成分第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日氮：來自空氣，影響與碳、磷相似。鈦：強(qiáng)脫氧劑，常用合金元素。釩：弱脫氧劑，常用合金元素。優(yōu)點(diǎn)：可減弱碳、氮的不利影響。

鋼的強(qiáng)度、硬度塑性、韌性、可焊性鋼中加入少量合金元素Al、Ti、Nb等,改善性能優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度韌性、可焊性缺點(diǎn)：可焊性、時效強(qiáng)度、韌性熱脆性缺點(diǎn)：鈦含量過高，塑性第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日2.4建筑用鋼1建筑常用鋼種2鋼結(jié)構(gòu)用鋼3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日2.5.1建筑常用鋼種（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（3）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1建筑常用鋼種第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四部分按順序組成。質(zhì)量等級以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別用A、B、C、D符合表示；脫氧方法以F表示沸騰鋼、Z表示鎮(zhèn)靜鋼、TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z、TZ、在鋼的牌號中予以省略。如：Q235-AF

屈服強(qiáng)度不小于235的A級沸騰鋼

牌號共Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號，隨著牌號的增大，其含碳量增加、強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。技術(shù)要求第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用Q195、Q215Q235含碳量低、強(qiáng)度低。塑性、韌性、加工性能和可焊性好主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘和地腳螺栓Q255、Q275含碳量適中、綜合性能好。塑性和可焊性能得到很好配合，用途最廣泛。主要用于軋制盤條或鋼筋、及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼等型鋼硬度、強(qiáng)度較高。耐磨性較好、塑性和可焊性降低主要用于鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法三部分表示：含碳量、含錳量標(biāo)著、脫氧程度代號。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；有“含錳量標(biāo)著”指較高含錳量，無“含錳量標(biāo)著”指普通含錳量；大部分為鎮(zhèn)靜鋼。

如：45Mn表示平均含碳量為0.45%，較高含錳量的鎮(zhèn)靜鋼。

30表示平均含碳量為0.30%，普通含錳量的鎮(zhèn)靜鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)錳含量的不同可分為普通錳含量鋼和較高錳含量鋼兩組。第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日

30～45號鋼：用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件、高強(qiáng)度螺栓。

45號鋼：用作預(yù)應(yīng)力混凝土錨具。

65～80號鋼：用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號三部分按順序組成牌號共Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號技術(shù)要求第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日（3）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日補(bǔ)充：合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示:含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；其后的元素符號表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5%～2.5%之間；最后如附有“b”,表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。如：16Mn表示平均含碳量為0.16%，合金元素平均含量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要是熱軋成形的鋼板和型鋼等；薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)中主要采用薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼；鋼材所用的母材主要是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。鋼結(jié)構(gòu)用鋼有熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、棒材、鋼管和板材。第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度很低。用鋼筋增強(qiáng)混凝土，可大大擴(kuò)展混凝土的應(yīng)用范圍，而混凝土又對鋼筋起保護(hù)作用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋，主要由碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成，包括熱軋鋼筋、冷軋扭鋼筋和冷軋帶肋鋼筋、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。3混凝土結(jié)構(gòu)用鋼第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日第四十一頁，共五十頁，202