第2章建筑鋼材

第2章建筑鋼材

2023/5/24112345鋼材的化學(xué)組成建筑鋼材的主要力學(xué)性能

鋼材的冷加工及時(shí)效強(qiáng)化、熱處理和焊接鋼材的防火和防腐蝕建筑鋼材的品種與選用目錄（contents）2023/5/242一.鋼材的優(yōu)點(diǎn)1.質(zhì)量均勻，性能可靠。

適合于鑄造、鍛造、切割、壓力加工、冷加工或熱處理；也可用鉚接和焊接等多種連接方式進(jìn)行裝配式施工。鋼材的特點(diǎn)2023/5/2432.強(qiáng)度、硬度高。

適合于制作各種承載較大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)，以及鋼軌和機(jī)械加工用的切割工具。一.鋼材的優(yōu)點(diǎn)鋼材的特點(diǎn)2023/5/2443.塑性、韌性好。

常溫下能承受較大的塑性變形，便于冷拉、冷拔、冷軋等各種工冷加工；良好的韌性，使得鋼材在常溫下可以承受較大的沖擊作用，適合于制作吊車梁等承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。鋼材的特點(diǎn)一.鋼材的優(yōu)點(diǎn)2023/5/245二.鋼材的缺點(diǎn)1.易銹蝕。2.維修費(fèi)用高。3.耐火性差。

鋼材的特點(diǎn)2023/5/246建筑鋼材的常見(jiàn)種類鋼結(jié)構(gòu)工程用型鋼（角鋼、槽鋼、工字鋼等）、鋼板和鋼管等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程用鋼筋及鋼絲。2023/5/247鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架槽鋼工字鋼建筑鋼材的常見(jiàn)種類2023/5/248角鋼H型鋼鋼管建筑鋼材的常見(jiàn)種類2023/5/249帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋鋼絞線建筑鋼材的常見(jiàn)種類2023/5/2410第一節(jié)鋼材的化學(xué)成分2023/5/2411

鋼與生鐵的區(qū)分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06％的鐵碳合金稱為鋼。含碳量大于2.06％的鐵碳合金稱為生鐵。1.鋼材的分類：按化學(xué)成分分低碳鋼（含碳量小于0.25％）碳素鋼中碳鋼（含碳量0.25％～0.6％）高碳鋼（含碳量大于0.6％）低合金鋼（合金元素小于5％）合金鋼中合金鋼（合金元素5％～10％）高合金鋼（合金元素大于10％）按鋼的化學(xué)成分分類2023/5/2412建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼，主要使用非合金鋼中的低碳鋼，及低合金鋼加工成的產(chǎn)品。合金鋼亦有少量應(yīng)用。

按鋼的化學(xué)成分分類2023/5/2413按品質(zhì)（雜質(zhì)含量）分類

(1)普通鋼：含硫量≤0.045％～0.050％；含磷量≤0.045％。

(2)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。

(3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.025％，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼號(hào)后加“高”字或“A”；含磷量≤0.025％。

(4)特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量≤0.015％，特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼后加“E”；含磷量≤0.025％。按鋼的化學(xué)成分分類2023/5/2414鋼材的成分對(duì)性能的影響

除鐵、碳外，鋼材在冶煉過(guò)程中會(huì)從原料、燃料中引入一些的其他元素。鋼材的成分對(duì)性能有重要影響。這些成分可分為兩類：一類能改善優(yōu)化鋼材的性能稱為合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一類能劣化鋼材的性能，屬鋼材的雜質(zhì)，主要有氧、硫、氮、磷等。2023/5/2415

其中硅、錳、鈦、釩、鈮等為合金元素。磷、氮、硫、氧等為雜質(zhì)。

硅、錳大部分溶于鐵素體中，當(dāng)硅含量小于1％時(shí)，可提高鋼材的強(qiáng)度，對(duì)塑性、韌性影響不大；錳一般含量在1％～2％之間，除強(qiáng)化外，能消弱硫和氧引起的熱脆性，且改善鋼材的熱加工性。硅、錳是我國(guó)低合金鋼的主要合金元素。鈦是強(qiáng)脫氧劑，釩、鈮是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能細(xì)化晶粒，增加強(qiáng)度，在建筑常用的低合金鋼中，三者為常用合金元素?；瘜W(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響2023/5/2416

磷主要溶于鐵素體中起強(qiáng)化作用，同時(shí)可提高鋼材的耐磨、耐蝕性，但塑性、韌性顯著降低，當(dāng)溫度很低時(shí)，對(duì)后二者影響更大，磷的偏析傾向強(qiáng)烈。氮溶于鐵素體中或呈氮化物形式存在，對(duì)鋼材性質(zhì)影響與C、P相似。二者在低合金鋼中可配合其它元素作為合金元素。硫、氧主要存在于非金屬夾雜物中，降低各種力學(xué)性能，硫化物造成的低熔點(diǎn)使鋼材在焊接時(shí)易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性，且有強(qiáng)烈的偏析作用；氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用，氧化物所造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊性變壞。化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響2023/5/2417化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響2023/5/2418第二節(jié)鋼材的力學(xué)性質(zhì)2023/5/2419抗拉性能冷彎性能沖擊性能耐疲勞性能硬度第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2420一.抗拉性能1.主要測(cè)試指標(biāo)：屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率（斷面收縮率）等2.鋼材（低碳鋼）的抗拉過(guò)程主要包括：彈性階段屈服階段強(qiáng)化階段頸縮階段第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24213.相關(guān)知識(shí)點(diǎn)回顧（1）應(yīng)力

（2）應(yīng)變

（3）彈性與彈性變形（4）塑性與塑性變形第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2422低碳鋼的受拉過(guò)程分為四個(gè)階段

O彈性階段OA屈服階段AB強(qiáng)化階段BC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24232023/5/2424αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖E1

＞

E2圖形的特點(diǎn)：

試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：ABCD彈性極限第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2425屈服階段AB:

一條波動(dòng)的曲

線，應(yīng)力增加很小，而應(yīng)變?cè)黾?/p>

很大。

所能承受的拉

力增加很小，而塑性變形迅速增加，似乎鋼材不能承受外力

——

屈服。

屈服強(qiáng)度（也叫屈服點(diǎn)）

點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。

αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖ACDBB上B下第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2426強(qiáng)化階段BC

一段上升的曲線。

抵抗塑性變形的能力又重新

提高——

抗拉強(qiáng)度

圖形的特點(diǎn)：試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：αOA低碳鋼受拉的應(yīng)力－應(yīng)變圖ACDBB上B下C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。強(qiáng)化。2023/5/2427頸縮階段CD

一段下降的曲線。

變形迅速發(fā)展，在有雜質(zhì)或

缺陷處，斷面急劇縮小——

，直到斷裂。

伸長(zhǎng)率δ：

圖形的特點(diǎn)：試件的特點(diǎn)：計(jì)算的指標(biāo)：αOAACDBB上B下L1L0頸縮第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24282023/5/2429三個(gè)重要的指標(biāo)

屈服強(qiáng)度σs

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼材強(qiáng)度取值的依據(jù)抗拉強(qiáng)度σb

鋼材所能承受的最大應(yīng)力屈強(qiáng)比

屈強(qiáng)比，利用率，安全可靠程度強(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(zhǎng)率δ

衡量鋼材塑性的指標(biāo)，越大說(shuō)明鋼材的塑性越好

↑αOAACDBB上B下↑↓2023/5/24304．?dāng)嗝媸湛s率

L1d0L0L0=5d0或10d0A0、An前后的截面積δ5與δ10誰(shuí)大第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2431中碳鋼、高碳鋼的應(yīng)力－應(yīng)變圖規(guī)定：產(chǎn)生殘余變形為原始標(biāo)距的0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度，用σ0.2表示。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2432二.冷彎性能

1.定義：冷彎性能是鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材的工藝性能指標(biāo)。

2.彎曲測(cè)試：彎心直徑d與試件直徑（或厚度）a的比值d/a越小，彎曲角度α越大，說(shuō)明試件受彎程度越高，對(duì)不同的鋼材有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，試件受彎處不發(fā)生裂縫，斷裂或起層，即認(rèn)為冷彎性能合格。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2433第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2434第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24353.冷彎的意義：鋼材的冷彎性能和伸長(zhǎng)率均是塑性變形能力的反映，但伸長(zhǎng)率是在試件軸向均勻變形條件下測(cè)定的，而冷彎性能則是在更嚴(yán)格條件下鋼材局部變形的能力，它可揭示鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷，還經(jīng)常用冷彎來(lái)檢驗(yàn)焊縫接頭。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2436三.沖擊韌性1.定義：是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。2.沖擊韌性指標(biāo)：是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊韌性ak（Ｊ/cm2）表示。ak值愈大，沖擊韌性愈好。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2437沖擊試驗(yàn)2023/5/2438沖擊實(shí)驗(yàn)

第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24393.冷脆性：鋼材的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、內(nèi)在缺陷及環(huán)境溫度都會(huì)影響鋼材的沖擊韌性。試驗(yàn)表明，沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開(kāi)始下降緩和，當(dāng)達(dá)到一定溫度范圍時(shí)，突然下降很多而呈脆性，這種脆性稱為鋼材的冷脆性。

發(fā)生冷脆時(shí)的溫度稱為臨界溫度，其數(shù)值愈低，說(shuō)明鋼材的低溫沖擊性能愈好。所以在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較工作溫度為低的鋼材。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2440第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2441四.耐疲勞性1.定義：鋼材在交變荷載反復(fù)多次作用下，可在最大應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服強(qiáng)度的情況下突然破壞，這種破壞稱為疲勞破壞。若σmax越大，則次數(shù)N越小。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/24422.疲勞破壞的原因：鋼材的疲勞破壞是拉應(yīng)力引起的，首先在局部開(kāi)始形成微細(xì)裂紋，其后由于裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中而使裂紋逐漸擴(kuò)展直至疲勞斷裂。鋼材內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)、成分偏析以及最大應(yīng)力處的表面光潔程度等因素均會(huì)明顯影響疲勞強(qiáng)度。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2443五.硬度1.定義：是指其表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。常用的測(cè)定硬度的方法有布氏法和洛氏法。

第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能材料的硬度往往與材料的其它性能有一定的相關(guān)系，如：鋼材的HB值與抗拉強(qiáng)度之間有較好的相關(guān)關(guān)系。

2023/5/2444

隨時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出強(qiáng)度提高，塑性和沖擊韌性下降的現(xiàn)象稱為時(shí)效。完成時(shí)效變化的過(guò)程可達(dá)數(shù)十年，但是鋼材如經(jīng)受冷加工變形，或使用中經(jīng)受震動(dòng)和反復(fù)荷載的影響，時(shí)效可迅速發(fā)展。因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度稱為時(shí)效敏感性，對(duì)于承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)該選用時(shí)效敏感性小的鋼材。第二節(jié)鋼材的力學(xué)性能2023/5/2445第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2446一.鋼材的冷加工

1．鋼材的冷加工、時(shí)效

冷加工的主要目的：提高屈服強(qiáng)度，節(jié)約鋼材，但往往會(huì)導(dǎo)致塑性、韌性及彈性模量的降低。形式：冷拉、冷拔、冷軋。

第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/24472023/5/2448冷拉是降低碳鋼絲從孔略小于鋼絲直徑的拔絲模中強(qiáng)力拔出，使斷面減小，長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的工藝過(guò)程。冷軋是使低碳鋼絲通過(guò)硬質(zhì)雜輥，在鋼絲表面軋制出呈一定規(guī)律分布的砸痕。冷拔、冷軋后的鋼絲，強(qiáng)度和硬度明顯提高，塑性和韌性則顯著下降。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2449冷加工強(qiáng)化的原理：鋼材在塑性變形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格嚴(yán)重畸變，對(duì)晶格的進(jìn)一步滑移將起到阻礙作用，故鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低。由于塑性變形中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故鋼材的彈性模量Ｅ降低。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/24502．冷加工在工程中的應(yīng)用（1）冷加工具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益（2）簡(jiǎn)化施工工藝，使盤(pán)條鋼筋的開(kāi)盤(pán)、矯直、冷拉三道工序合為一道，直條鋼筋則可使矯直、除銹、冷拉合為一道工序。

（3）冷加工和時(shí)效一般同時(shí)采用，通過(guò)試驗(yàn)確定冷拉控制參數(shù)和時(shí)效。第四節(jié)

鋼材的強(qiáng)化與連接2023/5/24513．時(shí)效處理：將經(jīng)過(guò)冷拉的鋼筋于常溫下存放15～20ｄ，或加熱到100～200度并保持一段時(shí)間，這個(gè)過(guò)程稱為時(shí)效處理。前者稱為自然時(shí)效，后者稱為人工時(shí)效。第四節(jié)

鋼材的強(qiáng)化與連接2023/5/2452鋼筋經(jīng)冷拉時(shí)效后應(yīng)力-應(yīng)變圖的變化

第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2453冷拉以后再經(jīng)過(guò)時(shí)效處理的鋼筋，其屈服點(diǎn)進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度稍見(jiàn)增長(zhǎng)，塑性繼續(xù)有所降低。由于時(shí)效過(guò)程中應(yīng)力的消減，故彈性模量可基本恢復(fù)。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2454鋼材產(chǎn)生時(shí)效的主要原因：溶于α一Fe中的碳、氮原子，向晶格缺陷處移動(dòng)和集中的速度大為加快，這將使滑移面缺陷處碳、氮原子富集，使晶格畸變加劇，造成其滑移、變形更為困難，因而強(qiáng)度進(jìn)一步提高，塑性和韌性則進(jìn)一步降低，而彈性模量則基本恢復(fù)。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2455二．鋼筋的熱處理

按照一定的制度，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時(shí)間，再以一定的速度和方式進(jìn)行冷卻，以使鋼材內(nèi)部晶體組織和顯微結(jié)構(gòu)按要求進(jìn)行改變，或者消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，從而獲得人們所需求的機(jī)械力學(xué)性能，這一過(guò)程就稱為鋼材的熱處理。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2456圖鋼的熱處理工藝

圖鋼的熱處理工藝

2023/5/2457熱處理的幾種基本方法：

(１)淬火。將鋼材加熱至723℃（相變溫度）以上某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過(guò)程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2458

(２)

回火。將淬火后的鋼材重新加熱到723℃以下某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫，這一過(guò)程稱為回火處理?；鼗鹂上摬拇慊饡r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性?；鼗饻囟扔?，鋼材硬度下降愈多，塑性和韌性等性能均得以改善。若鋼材淬火后隨即進(jìn)行高溫回火處理，則稱調(diào)質(zhì)處理，其目的是使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能均得以改善。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2459（３）退火。退火是指將鋼材加熱至723℃以上某一溫度，保持相當(dāng)時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻。退火能消除鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。（４）正火。是將鋼材加熱到723℃以上某一溫度，并保持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，然后在空氣中緩慢冷卻，則可得到均勻細(xì)小的顯微組織。鋼材正火后強(qiáng)度和硬度提高，塑性較退火為小。第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2460三.鋼材的焊接焊接是鋼結(jié)構(gòu)的主要連結(jié)方式。類型：電弧焊；電渣壓力焊檢驗(yàn)方法：取原樣試件和原位非破損檢測(cè)第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2461手工電弧焊第三節(jié)鋼材的強(qiáng)化、熱處理及焊接2023/5/2462第四節(jié)鋼材的防火和防腐蝕2023/5/2463第四節(jié)鋼材的防火和防腐蝕2.4.1鋼材的防火2.4.2鋼材的銹蝕與防止1.鋼材被腐蝕的原因化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕2.鋼材防腐蝕的措施2023/5/24642.4.1鋼材的防火

鋼材是不燃性材料，但這并不表明鋼材能夠抵抗火災(zāi)。耐火試驗(yàn)與火災(zāi)案例表明：以失去支持能力為標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)保護(hù)層時(shí)鋼柱和鋼屋架的耐火極限只有0.25h，而裸露鋼梁的耐火極限為0.15h。溫度在200℃以內(nèi)，可以認(rèn)為鋼材的性能基本不變；超過(guò)300℃以后，彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開(kāi)始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；至達(dá)600℃時(shí)已經(jīng)失去承載能力。所以，沒(méi)有防火保護(hù)層的鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的。

第四節(jié)鋼材的防火和防腐蝕2023/5/2465鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的基本原理是采用絕熱或吸熱材料，阻隔火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率。防火方法以包覆法為主，即以防火涂料、不燃性板材或混凝土和砂漿將鋼構(gòu)件包裹起來(lái)。第四節(jié)鋼材的防火和防腐蝕2023/5/2466美國(guó)紐約的世貿(mào)大廈為鋼結(jié)構(gòu)，2001年9月11日被恐怖主義者襲擊、倒塌，給人們提出了鋼結(jié)構(gòu)防火、防襲擊破壞的新課題。2023/5/24672.4.2鋼材的銹蝕與防止鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。鋼材腐蝕的現(xiàn)象普遍存在，如在大氣中生銹，特別是當(dāng)環(huán)境中有各種侵蝕性介質(zhì)或濕度較大時(shí)，情況就更為嚴(yán)重。腐蝕不僅使鋼材有效截面積均勻減小，還會(huì)產(chǎn)生局部銹坑，引起應(yīng)力集中；腐蝕會(huì)顯著降低鋼的強(qiáng)度、塑性韌性等力學(xué)性能。根據(jù)鋼材與環(huán)境介質(zhì)的作用原理，腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。2023/5/24681.鋼材被腐蝕的原因⑴化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕指鋼材與周圍的介質(zhì)（如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蝕。在干燥環(huán)境中化學(xué)腐蝕的速度緩慢，但在溫度高和濕度較大時(shí)腐蝕速度大大加快。2023/5/2469（2）.電化學(xué)腐蝕鋼材由不同的晶體組織構(gòu)成，并含有雜質(zhì)，由于這些成分的電極電位不同，當(dāng)有電解質(zhì)溶液(如水)存在時(shí)，就會(huì)在鋼材表面形成許多微小的局部原電池。整個(gè)電化學(xué)腐蝕過(guò)程如下：

陽(yáng)極區(qū)：Fe=Fe2++2e

陰極區(qū)：2H2O+2e+1/2O2=2OH-+H2O

溶液區(qū)：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱電解質(zhì)溶液，而溶有CO2的水則成為有效的電解質(zhì)溶液，從而加速電化學(xué)腐蝕的過(guò)程。鋼材在大氣中的腐蝕，實(shí)際上是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。

2023/5/24702.防腐措施鋼材的防腐

鋼材的腐蝕既有內(nèi)因（材質(zhì)），又有外因（環(huán)境介質(zhì)的作用），因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以從改變鋼材本身的易腐蝕性，隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過(guò)程三方面入手。具體措施有采用耐候鋼、金屬覆蓋、非金屬覆蓋和混凝土用鋼筋的防銹。2023/5/2471非金屬覆蓋

在鋼材表面用非金屬材料作為保護(hù)膜，與環(huán)境介質(zhì)隔離，以避免或減緩腐蝕。如噴涂涂料、搪瓷和塑料等。

涂料通常分為底漆、中間漆和面漆。底漆要求有比較好的附著力和防銹能力，中間漆為防銹漆，面漆要求有較好的牢度和耐候性以保護(hù)底漆不受損傷或風(fēng)化。一般應(yīng)用為兩道底漆（或一道底漆和一道中間漆）與兩道面漆，要求高時(shí)可增加一道中間漆或面漆。使用防銹涂料時(shí)，應(yīng)注意鋼構(gòu)件表面的除銹以及低漆、中間漆和面漆的匹配。

常用底漆有：紅丹底漆、環(huán)氧富鋅漆、云母氧化底漆、鐵紅環(huán)氧低漆等。中間漆有：紅丹防銹漆、鐵紅防銹漆等。面漆有：灰鉛漆、醇酸磁漆和酚醛磁漆等。2023/5/2472第五節(jié)建筑鋼材的選用與品種2023/5/24732.5建筑鋼材的選用與品種2.5.1建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼2.低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼2.5.2常用建筑鋼材1.鋼筋2.型鋼2023/5/24742.5.1建筑鋼材的主要鋼種1.碳素結(jié)構(gòu)鋼：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定，牌號(hào)由四部分按順序組成：屈服點(diǎn)的字母：Q屈服點(diǎn)數(shù)值：195，215，235，255，275MPa質(zhì)量等級(jí)符號(hào)A、B、C、D脫氧方法F、BZ、Z、TZ

2023/5/2475“Q”代表屈服點(diǎn)；屈服點(diǎn)數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa、255MPa和275Mpa五種質(zhì)量等級(jí)以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號(hào)表示脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號(hào)中予以省略。隨著牌號(hào)的增大，對(duì)鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求增大，對(duì)拉長(zhǎng)率的要求降低。2023/5/2476例如：Q235－A·F表示屈服點(diǎn)為235Mpa的A級(jí)沸騰鋼。

隨著牌號(hào)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。同一鋼號(hào)內(nèi)質(zhì)量等級(jí)越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235C、Q235D級(jí)優(yōu)于Q235A、Q235B級(jí)。2023/5/24772.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)的表示方法為：屈服強(qiáng)度－質(zhì)量等級(jí)，它以屈服強(qiáng)度劃分成五個(gè)等級(jí)：Ｑ295、Q345、Q390、Q420、Q460，質(zhì)量也分為五個(gè)等級(jí)：A、B、C、D、E。

由于合金元素的強(qiáng)化作用，使低合金結(jié)構(gòu)鋼不但具有較高的強(qiáng)度，且具有較好的塑性、韌性和可焊性。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(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)力荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。2023/5/2478鳥(niǎo)巢用鋼為Q460高強(qiáng)鋼板是中國(guó)造2023/5/2479國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)首次使用Q460托起“鳥(niǎo)巢”鋼鐵脊梁舞陽(yáng)鋼鐵公司

“鳥(niǎo)巢”的跨度很大，如果使用低強(qiáng)度的鋼材，將使鋼材的斷面增大，在受力比較復(fù)雜的情況下，會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。比如，110毫米厚的高強(qiáng)度鋼材，如果換成低強(qiáng)度鋼材，厚度至少要達(dá)到220毫米，而鋼板越厚，焊接越難。而且，鋼材在焊接的部位很容易出現(xiàn)問(wèn)題，尤其是斷面增大之后，在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生缺陷。除了焊接不便，低強(qiáng)度鋼材體積和負(fù)重大是另外一個(gè)不足之處。韋明介紹說(shuō)，鋼材出廠后并不是直接使用到建筑上，而是要焊成方形柱或矩形柱來(lái)使用，如果用低強(qiáng)度的鋼，需要把柱子焊的很大，大尺寸的鋼結(jié)構(gòu)不利于加工制作，如果用高強(qiáng)度鋼，柱子就可以焊得很小，重量和占地面積都要小，更加方便加工制作。2023/5/24802.5.2常用建筑鋼材1.鋼筋低碳鋼熱軋圓盤(pán)條鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲與鋼絞線2.型鋼2023/5/2481（1）低碳鋼熱軋圓盤(pán)條

普通低碳鋼熱軋圓盤(pán)條由低碳普通碳素結(jié)構(gòu)鋼或屈服點(diǎn)較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，是線材品種中用量最大、使用最廣泛的盤(pán)條，故又稱普通線材，簡(jiǎn)稱普線。

主要用途：普線主要用于建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作配筋用，也可冷拔拉制成鋼絲，作捆扎等用。2023/5/2482（2）熱軋帶肋鋼筋熱軋鋼筋是經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋，主要有用Q235軋制的光圓鋼筋和用合金鋼軋制的帶肋鋼筋兩類?；炷两Y(jié)構(gòu)用熱軋鋼筋應(yīng)有較高的強(qiáng)度，具有一定的塑性、韌性、冷彎和可焊性。螺紋鋼是熱軋帶肋鋼筋的俗稱。其牌號(hào)由HRB和牌號(hào)的屈服點(diǎn)最小值構(gòu)成。H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個(gè)詞的英文首位字母。熱軋帶肋鋼筋分為HRB335（老牌號(hào)為20MnSi）、HRB400（老牌號(hào)為20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi）、HRB500三個(gè)牌號(hào)。2023/5/2483第五節(jié)

鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與選用2023/5/2484混凝土用熱軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能2023/5/2485鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋

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混凝土用熱軋帶肋鋼筋是中國(guó)鋼材產(chǎn)品中用量最大的品種之一，建國(guó)以來(lái)，從仿制原蘇聯(lián)鋼筋到自行研制國(guó)產(chǎn)鋼筋，從低強(qiáng)度Ⅰ級(jí)鋼筋、Ⅱ級(jí)鋼筋到強(qiáng)度較高的Ⅲ級(jí)鋼筋、Ⅳ級(jí)鋼筋，高低并存，品牌雜多，其發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。雖在使用數(shù)量上能夠滿足工程建設(shè)的需要，但低強(qiáng)度的Ⅱ級(jí)鋼筋應(yīng)用比例仍在90％左右，高強(qiáng)度Ⅲ級(jí)鋼筋、Ⅳ級(jí)鋼筋的比例僅占10％左右，這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距。發(fā)達(dá)國(guó)家目前基本淘汰了Ⅱ級(jí)鋼筋，混凝土結(jié)構(gòu)建筑主要采用的是高強(qiáng)度、綜合性能好的Ⅲ級(jí)鋼筋、Ⅳ級(jí)鋼筋。為了加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，追趕世界建筑領(lǐng)域的先進(jìn)水平，為中國(guó)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，混凝土用熱軋鋼筋的升級(jí)換代已勢(shì)在必行。2023/5/2487

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)每年新建房屋建筑面積約20億m2

，因大部分采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以需要鋼筋在6000萬(wàn)t左右，但建筑工程中使用的鋼筋等級(jí)較低，基本上是以HRB335MPa為主，HRB400MPa為輔。資料表明，2000年中國(guó)鋼筋總產(chǎn)量2844萬(wàn)t，其中Ⅲ級(jí)鋼筋26．5萬(wàn)t，占總量0．9％；2001年鋼筋總產(chǎn)量3735萬(wàn)t，其中Ⅲ級(jí)鋼筋為106．6萬(wàn)t，占總量2．8％；2002年鋼筋總產(chǎn)量4516萬(wàn)t，其中Ⅲ級(jí)鋼筋194．3萬(wàn)t，占總量4．3％；2003年鋼筋總產(chǎn)量6016萬(wàn)t，其中Ⅲ級(jí)鋼筋588．5萬(wàn)t，占總量9．8％；到2004年鋼筋總產(chǎn)量已達(dá)到7000萬(wàn)t，其中Ⅲ級(jí)鋼筋為850萬(wàn)t，占總量12．1％。不難看出，從2000年以來(lái)，Ⅲ級(jí)鋼筋產(chǎn)量年年都上新臺(tái)階，并在熱軋鋼筋領(lǐng)域中占有一席之地，且中國(guó)熱軋帶肋鋼筋質(zhì)量也逐年提高，各主要鋼筋生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)物質(zhì)量均已達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。2023/5/2488發(fā)展高強(qiáng)度鋼筋的優(yōu)勢(shì)實(shí)踐表明，采用400MPa的Ⅲ級(jí)鋼筋替代335MPa的Ⅱ級(jí)鋼筋可以節(jié)約14％的鋼筋。以2004年生產(chǎn)7000萬(wàn)t鋼筋計(jì)算，假設(shè)所生產(chǎn)的鋼筋全部是400MPaⅢ級(jí)鋼筋，則僅鋼材一項(xiàng)就可節(jié)約近1000萬(wàn)t，如果生產(chǎn)更高級(jí)的500MPa鋼筋，則可節(jié)約近2000萬(wàn)t鋼筋，相當(dāng)于十幾個(gè)中型鋼鐵企業(yè)鋼筋年產(chǎn)量的總和。從而在增加建筑物安全儲(chǔ)備的同時(shí)。減少了鐵礦石、合金料、焦炭、水電等原材料的消耗，對(duì)合理支配物產(chǎn)資源有較重大的意義，其社會(huì)效益顯著。2023/5/2489《GB1499－1998鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》

保留原標(biāo)準(zhǔn)RL335（原Ⅱ級(jí)）、RL400（原Ⅲ級(jí)）、取消RL540（原Ⅵ級(jí)）鋼筋，增加RL500級(jí)鋼筋。在表達(dá)方式上取消沒(méi)有明顯物理概念的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，代之以規(guī)定屈服強(qiáng)度表示鋼筋強(qiáng)度級(jí)別，使本標(biāo)準(zhǔn)形成335、400、500MPa強(qiáng)度級(jí)別系列。RL540級(jí)鋼筋即原Ⅳ級(jí)鋼筋，在使用中經(jīng)冷拉提高強(qiáng)度后作預(yù)應(yīng)力鋼筋使用，不屬于鋼筋混凝土用鋼筋范疇，故從本標(biāo)準(zhǔn)中取消。HRB500級(jí)鋼筋在我國(guó)尚沒(méi)有使用實(shí)踐，但世界各地在已實(shí)現(xiàn)普遍采用400MPa級(jí)鋼筋的基礎(chǔ)上，目前趨勢(shì)是發(fā)展500MPa級(jí)鋼筋，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已納入500MPa級(jí)鋼筋。500MPa級(jí)鋼筋是本次修訂增加的，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。它不是原540MPa級(jí)（Ⅳ級(jí)）鋼筋的簡(jiǎn)單調(diào)整，而是一種新級(jí)別的鋼筋。

2023/5/24902023/5/2491（3）冷軋帶肋鋼筋

冷軋帶肋鋼筋使用低碳熱軋圓盤(pán)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。它克服了冷拉、冷拔鋼筋握裹力低的缺點(diǎn)，同時(shí)具有和冷拉、冷拔相近的強(qiáng)度，因此在中、小型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

冷軋帶肋鋼筋是國(guó)家冶金部，建設(shè)部，科委聯(lián)合推廣的一種實(shí)用新型建筑鋼材。執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（冷軋帶肋鋼筋）GB13788-20002023/5/2492冷軋帶肋鋼筋國(guó)外發(fā)展情況

1968年由德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)研制成功，1973年起在歐州（德國(guó)、奧地利、意大利、美國(guó)、英國(guó)等）就得到了大量發(fā)展應(yīng)用。并有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）也制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。作為一種建筑鋼材，納入了各國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范，在這些國(guó)家，冷軋帶肋鋼筋已廣泛用于建筑工程、高速公路、機(jī)場(chǎng)、市政、水電管線中。1994年，歐共體年產(chǎn)量450萬(wàn)噸。在中國(guó)周邊國(guó)家，新加坡和馬來(lái)西亞也早已在建筑工程和市政工程中廣泛應(yīng)用，僅新加坡冷軋帶肋鋼筋的年使用量就在15萬(wàn)噸以上。

2023/5/2493冷軋帶肋鋼筋各國(guó)大都以焊網(wǎng)的形式用于工程中，少量用直條鋼筋在現(xiàn)場(chǎng)綁扎，其中德國(guó)有19家焊網(wǎng)廠，分屬6個(gè)集團(tuán)。不論是直條鋼筋還是焊網(wǎng)，都實(shí)行工廠化生產(chǎn)，按施工進(jìn)度要求分批送到施工現(xiàn)場(chǎng)，鋼筋工只需按圖鋪放，不需再作任何加工。

2023/5/2494國(guó)內(nèi)發(fā)展概況

我國(guó)自八十年代后期起，開(kāi)始引進(jìn)冷軋帶肋鋼筋生產(chǎn)設(shè)備。先后有南京、蘇州、上海、青島、滄州、昆明等地分別從德國(guó)、意大利等國(guó)引進(jìn)11套設(shè)備。九十年代中期又有安徽、廣東、江蘇等省的合資或外商獨(dú)資企業(yè)，從國(guó)外引進(jìn)幾條生產(chǎn)線。與此同時(shí)。國(guó)內(nèi)有些科研單位和企業(yè)著手研制或仿制冷軋?jiān)O(shè)備。迄今已有十多個(gè)單位在生產(chǎn)和銷售冷軋帶肋鋼筋全套設(shè)備，分布于北京、遼寧、江蘇、河北、天津等地。還有一些設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，在幾年來(lái)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，由于產(chǎn)品性能不良或質(zhì)量低劣被淘汰。2023/5/2495

冷軋帶肋鋼筋有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、鋼材強(qiáng)度高，可節(jié)約建筑鋼材和降低工程造價(jià)。CRB550級(jí)冷軋帶肋鋼筋與熱軋光圓鋼筋相比，用于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)（特別是樓屋蓋中）可節(jié)約35%─40%的鋼材。如考慮不用彎鉤，鋼材節(jié)約量還要多一些。根據(jù)目前鋼材市場(chǎng)價(jià)格，每使用一噸冷軋帶肋鋼筋，可節(jié)約鋼材費(fèi)用800元左右。

2、冷軋帶肋鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)錨固性能良好。因此用于構(gòu)件中，從根本上杜絕了構(gòu)件錨固區(qū)開(kāi)裂、鋼絲滑移而破壞的現(xiàn)象，且提高了構(gòu)件端部的承載能力和抗裂能力；在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，裂縫寬度也比光圓鋼筋，甚至比熱軋螺紋鋼筋還小。

3、冷軋帶肋鋼筋伸長(zhǎng)率較同類的冷加工鋼材大。

2023/5/24962023/5/2497（4）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋

熱處理鋼筋是鋼廠將熱軋的帶肋鋼筋(中碳低合金鋼)經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理而成的。其特點(diǎn)是塑性降低不大，但強(qiáng)度提高很多，綜合性能比較理想。其主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕，代替碳素鋼絲。還用于預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。

預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋成盤(pán)供應(yīng)，開(kāi)盤(pán)后能自行伸直，不需調(diào)直和焊接，施工方便，且節(jié)約鋼材。

2023/5/2498使用荷載下混凝土受拉區(qū)開(kāi)裂難以采用高強(qiáng)度鋼筋從型縫寬度的驗(yàn)算中可知，在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中，當(dāng)裂縫寬度達(dá)到其允許限值0.2~0.3mm時(shí)，受拉鋼筋的應(yīng)力值不過(guò)200N／mm2左右，配筋量也往往由裂縫寬度控制。現(xiàn)代冶煉技術(shù)已可生產(chǎn)強(qiáng)度高達(dá)1600N／mm2以上的鋼筋，但是將它們用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則在其強(qiáng)度遠(yuǎn)未充分利用之前，裂縫的開(kāi)展寬度和變形早已超過(guò)允許限值，不能滿足正常使用要求。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)度鋼筋不能發(fā)揮作用，只能采用強(qiáng)度較低的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)鋼筋。2023/5/2499復(fù)習(xí)提綱

（1）初步懂得鋼材的幾種基本組織；掌握鋼材含碳量對(duì)鋼材組織和性能的影響。（2）理解鋼材的分類、鋼材脫氧程度對(duì)性能的影響。（3）熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測(cè)定方法及影響因素；著重理解低碳鋼在受拉過(guò)程中各階段的應(yīng)力-應(yīng)變特征；σp、σs及σb的位置；σs、σb及σ0.2的實(shí)用意義；理解伸長(zhǎng)率與塑性的關(guān)系；沖擊韌性的定義、表示方法及低溫冷脆性；理解鋼材的耐疲勞性。

（4）理解鋼材的冷彎性能，并懂得其與伸長(zhǎng)率的關(guān)系；了解鋼材焊接性能的影響因素。

2023/5/24100（5）熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法；理解冷加工強(qiáng)化及時(shí)效處理的概念；一般性了解熱處理工藝。

（6）掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則。理解碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的表示方法，結(jié)合實(shí)例掌握其在工程中選用的條件。

（7）一般性了解鋼材銹蝕的種類及鋼材的防腐、防火。2023/5/24101本節(jié)基本概念◆鋼生鐵

◆鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼

◆普通鋼◆強(qiáng)度彈性模量

◆彈性極限屈服強(qiáng)度

◆極限強(qiáng)度硬度

◆塑性韌性

◆耐疲勞性2023/5/24102◆冷彎性能

◆焊接性能◆鐵素體珠光體

◆滲碳體◆冷加工強(qiáng)化

◆熱處理

◆時(shí)效處理◆碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)

◆低合金結(jié)構(gòu)鋼

◆熱軋鋼筋冷拔鋼絲2023/5/24103◆腐蝕化學(xué)腐蝕

◆電化學(xué)腐蝕2023/5/24104

本章的難點(diǎn)是鋼材的塑性、韌性、耐疲勞性，以及微量組分對(duì)鋼材性能的影響。建議在學(xué)習(xí)中需聯(lián)系鋼材的組成結(jié)構(gòu)分析其性能，來(lái)理解其應(yīng)用。2023/5/24105填空題建筑鋼材按化學(xué)成分分：

、

。建筑鋼材按