建筑材料課件-鋼材的檢測與應(yīng)用

第7章鋼材的檢測與應(yīng)用§7－1鋼材冶煉和分類上海寶鋼一、鋼及其特性鋼理論上，凡是把含碳量小于2%，含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。含碳量超過2%，稱為生鐵(或鑄鐵)；含碳量小于0.08%，稱為工業(yè)純鐵。鋼的特點具有強度高，塑性好，具有良好的韌性；工藝性能良好，易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差。二、建筑用鋼材的主要品種1.型鋼簡單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等；復雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。二、建筑用鋼材的主要品種

2.線材如鋼筋、鋼絲等。二、建筑用鋼材的主要品種3.管材無縫鋼管、焊接鋼管等。二、建筑用鋼材的主要品種4.板材光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。壓型彩鋼板三、鋼的冶煉方法簡介按照煉鋼爐的種類，煉鋼方法1.氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。2.平爐煉鋼法用來煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼或有特殊要求的專用鋼。3.電爐煉鋼法白口鐵液態(tài)生鐵吹入空氣或氧氣鋼澆注成鋼錠脫氧熔融四、鋼的分類1.按冶煉方法分2.按質(zhì)量分

按S和P元素含量，分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特優(yōu)鋼。鋼轉(zhuǎn)爐鋼沸騰鋼電爐鋼平爐鋼按冶煉方法分按脫氧程度分半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼四、鋼的分類3.按化學成分分4.按用途分

分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等)。鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C＜0.25%C=0.25%～0.60％C＞0.60％合金總含量＜5%5%～10％＞10％§7－2鋼材的主要建筑性能標準試件按照一定的要求，對表面進行車削加工后的試件。l0

A0d0l非標準試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部工作段一、拉伸性能1.低碳鋼的拉伸性能σε0鋼材拉伸過程的σ-ε圖OB—彈性階段BC—屈服階段CD—強化階段DE—頸縮階段A0BCB0DCEDFEC上上屈服點C下下屈服點以下屈服點的應(yīng)力作為鋼材的屈服強度。（1）拉伸試驗過程σε0鋼材拉伸彈性階段示意圖AB0彈性階段σp—比例極限，MPa。σpσBσB—彈性極限，MPa。注：由于A、B兩點相距較近，一般認為σp=σB。σε0

鋼材拉伸屈服階段示意圖AB0C下C上CBC下C上C屈服階段放大后σε0

鋼材拉伸強化階段示意圖AB0C下C上CDDDDD強化階段σbσb——抗拉強度或強度極限。DCσε0E鋼材拉伸頸縮階段示意圖AB0C下C上CDDE——頸縮階段（2）拉伸過程的參數(shù)強度指標屈服強度：抗拉強度：塑性指標伸長率：2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測定屈服強度。用條件屈服強度σ0.2來代替屈服強度。條件屈服點σ0.2

：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時的應(yīng)力。見左圖。σε0A0.2%aboa——總變形。ba——彈性變形99.8%。ob——塑性變形0.2%。二、沖擊韌性定義及指標指鋼材在瞬間動荷載作用下,抵抗破壞的能力。其大小用沖擊韌性值αk表示。αk

越大，則沖擊韌性越好。αk是以試件沖擊破壞時缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm2）。影響因素硫、磷含量高，存在化學偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會降低沖擊韌性。對于承受沖擊荷載和振動荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。三、工藝性能1.冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。

冷彎試驗的指標：彎心直徑d與試件厚度（直徑）a的比值d/a；彎曲角度（90°或180°）；試樣彎曲外表面無肉眼可見裂紋則冷彎合格。冷彎反映鋼材局部發(fā)生的不均勻變形的塑性,它通過冷彎試驗，更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷，它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。三、工藝性能2.可焊性可焊性是指在一定焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)是否產(chǎn)生裂縫及脆硬影響，焊接后接頭強度是否與母體相近的性能?？珊感允芑瘜W成分及含量的影響。含碳量(＞0.3%)高、含硫量高、合金元素含量高等，均會降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金鋼具有良好的可焊性。三、工藝性能焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐的鎮(zhèn)靜鋼。當采用高碳鋼及合金鋼時，為了改善焊接后的硬脆性，焊接時一般要采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理等措施。鋼材的焊接方法主要是:綱結(jié)構(gòu)焊接用的電弧和鋼筋連接用的接觸對焊。§7－3鋼材的冷加工及時效處理上海寶鋼一、鋼材的冷加工強化1.冷加工強化或冷加工硬化處理冷加工強化是鋼材在常溫下，進行冷拉、冷拔或冷扎,使之產(chǎn)生塑性變形,從而提高其機械強度,相應(yīng)降底塑性和韌性的過程。冷加工強化的根本原因是鋼材經(jīng)冷加工變形后,鋼材內(nèi)部晶粒沿某些滑移面產(chǎn)生滑移,晶格扭曲,晶粒的形狀也相應(yīng)改變(晶粒被拉長或被壓扁),滑移面上晶粒甚至破碎;當繼續(xù)加大荷載或重新加載時,已經(jīng)變形的晶粒對繼續(xù)進行的滑移將產(chǎn)生巨大阻力,使已滑移過區(qū)域增加了對塑性變形的抗力,因而強度與硬度提高鋼的塑、韌性則因為塑性變形后滑移減少而降低,脆性增大。因為塑性變形中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故鋼材彈性模量降低。二、鋼材的冷加工強化和時效2.時效鋼材隨時間的延長，其強度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性降低的現(xiàn)象稱為時效。時效分為自然時效和人工時效兩種。自然時效是將其冷加工后，在常溫下放置15～20d；人工時效是將冷加工后的鋼材加熱至100～200℃保持20min~2h。二、鋼材的冷加工強化和時效

鋼材產(chǎn)生時效的原因是由于其晶體組織中的碳原子，氮原子有向缺陷處移動、集中的傾向，甚至呈碳化物或氮化物微粒析出。鋼材受冷加工變形以后或在使用時受到反復振動，則碳原子、氮原子的移動，集中會大大加快。這使缺陷處碳、氮原子富集，阻礙晶粒發(fā)生滑移，增加了對塑性變形的抗力，其屈服強度、抗拉強度及硬度都將提高，而塑性和韌性降低?！?－4建筑用鋼材的標準和選用一、建筑工程常用鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼(1)牌號表示法由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成；如：Q235－AF表示為屈服點為235MPa的A級沸騰鋼。(2)牌號共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五個牌號。(3)技術(shù)要求化學成分、力學性能、冶煉方法、交貨狀態(tài)及表面質(zhì)量、冷彎性能應(yīng)符合GB/T700-1998規(guī)定。一、建筑工程常用鋼種(4)應(yīng)用Q195、Q215，含碳量低，強度低，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、地腳螺栓等。Q235，含碳適中，綜合性能好，強度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。Q255、Q275，強度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機械零件。一、建筑工程常用鋼種2.低合金結(jié)構(gòu)鋼(1)牌號表示方法由代表屈服點的拼音字母（Q）、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）三部分按順序組成。如Q345A表示屈服點不小于345MPa的A級鋼。(2)牌號共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。(3)技術(shù)要求其化學成分、力學性能、冷彎性能應(yīng)符合GB/T1591-1994的規(guī)定一、建筑工程常用鋼種(4)應(yīng)用Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。主要用于建筑工程中對強度要求不高的一般工程結(jié)構(gòu)。Q345、Q390，綜合力學性能好，焊接性能、冷熱加工性能和耐蝕性能均好，C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性。主要用于承受較高荷載的焊接結(jié)構(gòu)。Q420、Q460，強度高，特別是在熱處理后有較高的綜合力學性能。主要用于大型工程結(jié)構(gòu)及要求強度高、荷載大的輕型結(jié)構(gòu)。二、建筑工程常用鋼材1.鋼筋與鋼絲A.熱扎鋼筋(1)生產(chǎn)——采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自然冷卻而成(2)分類——鋼筋混凝土用熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。(3)牌號熱軋直條光圓鋼筋：HPB235熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個詞英文首位字母。推薦公稱尺寸：光圓：8、10、12、16、20；帶肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm

二、建筑工程常用鋼材(4)熱軋鋼筋的力學性能、工藝性能

應(yīng)符合下表的規(guī)定。表面形狀強度等級代號公稱直徑屈服點σsMPa抗拉強度σbMPa伸長率δ5，%冷彎d彎心直徑a鋼筋公稱直徑不小于光圓HPB2358～2023537025180°d=a月牙肋HRB3356～2528～5033549016180°d=3a180°d=4aHRB4006～2528～5040057014180°d=4a180°d=5aHRB5006～2528～5050063012180°d=6a180°d=7a二、建筑工程常用鋼材B.低碳熱軋圓盤條(1)概述低碳熱軋圓盤條的公稱直徑為5.5～30mm，大多通過卷線機成盤卷供應(yīng)，因此稱為盤條、盤圓或線材。(2)分類按用途分為：供拉絲用盤條（代號L）、供建筑和其他一般用途用盤條（代號J）兩種。

(3)牌號低碳熱軋圓盤條的牌號表示方法由屈服點符號、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號、用途類別符號等五個內(nèi)容表示。二、建筑工程常用鋼材(4)力學性能和工藝性能

(5)應(yīng)用大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其它用途。

牌號力學性能冷彎試驗180°d=彎心直徑a=試樣直徑屈服點σs，MPa抗拉強度σb，MPa伸長率δ5，%不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳熱軋圓盤條的力學性能和工藝性能

二、建筑工程常用鋼材C.冷軋帶肋鋼筋(1)生產(chǎn)冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后允許進行低溫回火處理。(2)牌號按抗拉強度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五個牌號。

(3)規(guī)格直徑范圍為4～12mm，推薦的公稱直徑為5、6、7、8、9、10mm二、建筑工程常用鋼材(4)力學性能和工藝性能應(yīng)符合GB13788-2000的相關(guān)規(guī)定。(5)應(yīng)用冷軋帶肋鋼筋用于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與熱軋圓盤條相比，強度提高17%左右，可節(jié)約鋼材30%左右；用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與低碳冷拔絲比，伸長率高，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力較大，適用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也適用于焊接鋼筋網(wǎng)。二、建筑工程常用鋼材

D.熱處理鋼筋

(1)概述熱處理鋼筋是經(jīng)過淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無縱肋兩種，其外形分別見右圖。代號為RB150。

(2)規(guī)格公稱直徑6、8.2、10mm(3)牌號

有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr三個。有縱肋無縱肋二、建筑工程常用鋼材(4)力學性能預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的力學性能

公稱直徑mm牌號σ0.2σbδ10，%不小于MPa，不小于68.21040Si2Mn48Si2Mn45Si2Cr132514706二、建筑工程常用鋼材(5)特點及應(yīng)用熱處理鋼筋具有很高的強度外，還具有較好的塑性和韌性，特別適合于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。但其對應(yīng)力腐蝕及缺陷敏感性強，應(yīng)防止產(chǎn)生銹蝕及刻痕等現(xiàn)象。熱處理鋼筋不適用于焊接和點焊的鋼筋。熱處理鋼筋的設(shè)計強度取標準強度的0.8，先張法和后張法預(yù)應(yīng)力的張拉控制應(yīng)力分別為標準強度的0.7和0.8。二、建筑工程常用鋼材E.鋼絲(1)生產(chǎn)以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條為原料，經(jīng)淬火、酸洗、冷拉制成的用作預(yù)應(yīng)力混凝土骨架的鋼絲。(2)分類按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲(代號為RCD)和消除應(yīng)力鋼絲(代號為S)兩種；按外形分為光面鋼絲和刻痕鋼絲兩種。(3)力學性能應(yīng)符合相應(yīng)標準(GB50204-1992)規(guī)定。鋼絲主要用作橋梁、吊車梁、電桿、樓板、大口徑管道等預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋。二、建筑工程常用鋼材F.鋼絞線(1)生產(chǎn)由兩根、三根或七根圓形斷面鋼絲捻制而成。鋼絞線按左捻制成并經(jīng)回火處理消除內(nèi)應(yīng)力。(2)規(guī)格鋼絞線按應(yīng)力松弛性能分為兩級：Ⅰ級松弛（代號Ⅰ）、Ⅱ級松弛（代號Ⅱ）。公稱直徑有9.0、12.0、15.0mm三種規(guī)格。(3)特點及應(yīng)用鋼絞線與其他配筋材料相比，具有強度高、柔性好、質(zhì)量穩(wěn)定、成盤供應(yīng)不需接頭等優(yōu)點。二、建筑工程常用鋼材適用于作大型建筑、公路或鐵路橋梁、吊車梁等大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的