2章_建筑金属材料

2.优质碳素结构钢
• 按国家标准GB/T 699－1999《优质碳素结构钢 》的规定，优质碳素结构钢根据锰含量的不同 可分为：普通锰含量（锰含量＜0.8％）钢和 较高锰含量（锰含量0.7％～1.2％）钢两组。
• 优质碳素结构钢共有31个牌号，表示方法是： 含碳量、含锰量、脱氧程度 例：10F和45Mn、30 分别表示平均含碳量为0.10％沸腾钢和平均含 碳量为0.45％，较高含锰量的镇静钢。
优质碳素结构钢的基本牌号
• 08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、 35、40、45、50、55、60、65、70、75、80 、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn 、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn共31个。
• 在建筑工程中，30-45号钢主要用于重要结构 的钢铸件和高强螺栓，45号钢用作预应力混凝 土锚具，65-80号钢用于生产预应力混凝土用 碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。
•槽钢
槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格表示方法 ，如120×53×5，表示腰高为120毫米，腿宽为53 毫米的槽钢，腰厚为5毫米的槽钢，或称12#槽钢 。
H、T型钢的规格标记：
高度H×宽度B×腹板宽度t1×翼缘厚度t2 例： H340×250×9×14
T248×199×9×14
2.6 建筑钢材的腐蚀与防护
2章_建筑金属材料
2020年5月25日星期一
钢铁的区别
钢和铁的主要区别是——含碳量的多少 • 生铁的含碳量在2.11%—4.30%，含杂质较多 • 钢的含碳量在0.03%—2.11%，含杂质较少
2.1 钢材的分类
1. 按化学成分分类
碳素钢(含碳量在0.02%——2.06%）
低碳钢（C<0.25%） 中碳钢（0.25～0.6%） 高碳钢（C>0.6%）
• 建筑钢材的原料主要为碳素钢结构钢中 的低碳钢和合金钢中的低合金钢。
•主要性能
2.2
建筑钢材的主要技术性能
• 抗拉性能－拉伸
试验
力学性能 • 冲击韧性－冲击
试验
• 耐疲劳性－疲劳
试验
工艺性能 • 冷弯性能－冷弯
试验
• 焊接性能
1. 抗拉性能－－拉伸试验
• 抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，表征抗拉性 能的技术指标有屈服点、抗拉强度及伸长率。 （1）屈服点：设计时，一般以屈服强度或屈服点 作为强度取值的依据。
15～20 d ，称为自然时效，适合用于低强度钢筋；加热至100 ～200 ℃后保持一定时间（2～3 h），称人工时效 ，适合于高强钢筋。
3. 热处理
• 热处理是将钢材按规定的温度，进行加热 、保温和冷却处理，以改变其组织，得到所需 要的性能的一种工艺。
•基本方法：退火、正火、淬火、回火 •目的：通过改变钢材组织，得到满足工程建 设要求的钢材。
•3）冷轧带肋钢筋 •牌号：CRB+抗拉强度最小值 •CRB550为普通钢筋混凝土钢筋,d:4~12mm •CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170为预应 力钢筋，d：(4，5，6)mm
4）预应力混凝土用钢丝 冷拔钢丝和消除应力钢丝
5）预应力混凝土用钢绞线 以数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除
• 碳素结构钢的牌号表示: Q+数字+质量等级符号+脱氧程度符号组成 A、B、C、D F、B、Z、TZ 例如Q235-A.F.，它表示屈服点为235N／ｍｍ2 的Ａ级沸腾碳素结构钢。 当为镇静钢或特殊镇静钢时，则牌号表示“Ｚ” 与“ＴZ”符号可予以省略。
碳素结构钢的具体牌号
• Q195-Q195F、Q195b、Q195 Q215-Q215AF、Q215Ab、Q215A、Q215BF、 Q215Bb、Q215B Q235-Q235AF、Q235Ab、Q235A、Q235BF、 Q235Bb、Q235B、Q235C、Q235D Q275-Q275
• 随着牌号的增大，含碳量由小到大，抗拉强度 逐渐提高，而伸长率及冷弯性能则随着牌号的 增大而降低。随钢材质量等级的提高（A→D） ， S、P含量越低，钢的质量越好，其焊接性 能和低温抗冲击性能都得到提高。
应用
• 建筑工程中主要应用的碳素钢是Q235号钢，可轧制 各种型钢、钢板、钢管与钢筋。Q235号钢广泛用于 一般钢结构。其中C、D级可用在重要的焊接结构。
• 普通钢(S≤0.050%;p≤0.045%) • 优质钢(S≤0.035%;p≤0.035%) • 高级优质钢(S≤0.025%;p≤0.025%) • 特级优质钢(S≤0.015%;p≤0.025%)
建筑钢材
• 建筑钢材分为钢结构用钢和钢筋混凝土 结构用钢。前者主要是型钢和钢板，后 者主要是钢筋、钢丝、钢绞线等。
• Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好 ，易于冷加工，可制作铆钉、钢筋。
• Q275号钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差，可 用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。
• 选用钢材时，还要根据工程结构的荷载类型(动荷载 或静荷载)、连接方式(焊接或铆接)及环境温度等， 综合考虑钢材的牌号、质量等级、脱氧方法加以选 择。如受动荷载、焊接结构、在低温情况下工作的 结构，不能选用A、B质量等级钢材及沸腾钢。
2.5 土木工程常用建筑钢材
2.5.1 建筑钢材的主要钢种 • 2.5.2 建筑工程中钢材主要用途
2.5.1 建筑钢材的主要钢种
•碳素结构钢
•优质碳素钢
•低合金高强度结构 钢
•牌号表示方法 •应用
1.碳素结构钢
• 按国家标准GB700-2006规定，我国碳素结构钢分 四个牌号，即Ｑ195、Q215、Q235和Q275。各牌号 钢又按其硫、磷含量由多至少分为Ａ、Ｂ、Ｃ、 Ｄ四个质量等级。
合金钢：碳素钢中加入一定量的合金元素。
低合金钢（合金<5%） 中合金钢（5～10%） 高合金钢（>10%）
2. 按冶炼时脱氧程度分类
• （１）沸腾钢 F • （２）镇静钢 Z • （３）半镇静钢 b • （４）特殊镇静钢 TZ
3. 按有害杂质含量分类
• 按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S） 含量的多少，钢材可分为以下四类：
5.可焊性
• 定义：指焊接后在焊缝处的性质与母材性 质的一致程度。
• 影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及 含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬 脆及热裂纹。又如，含碳量超过0.25％， 可焊性显著下降等。
2.3 钢材的化学成分对性能的影响
1．碳(C)；当含碳量小于0.8％时，C含量增加将使抗拉强度 及硬度提高，但塑性与韧性将降低，焊接性能、耐腐蚀性 能也下降。
1、钢材的防锈
混凝土配筋的防锈措施应考虑：限制水灰比和水泥 用量，限制氯盐外加剂的使用，采取措施保证混凝 土的密实性，还可以采用掺加防锈剂(加重铬酸盐等 )的方法。
2、钢材的防火
裸露的、未作表面防火处理的钢结构，耐火极限仅 15min左右。防火处理主要的方法是在其表面上涂 敷防火涂料。 防火涂料有STI—A型钢结构防火涂料及LG钢结构 防火隔热涂料等。
(3) 伸长率
• 量出拉断后标距部分的长度Ll， 标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为 伸长率。即
• 表征了钢材的塑性变形能力。越大越好。
2.冲击韧性
• 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能 力。
• 对直接承受动荷载而且可能在负温下 工作的重要结构，必须进行冲击韧性 检验。
钢材冲击韧性与温度关系
• 冲击韧性随温度的降低而下 降。当达到某一温度范围时 ，冲击值突然大幅度下降， 材料无明显塑性变形而发生 脆性断裂，这种性质称为钢 材的冷脆性，这时的温度称 为脆性临界温度。
在负温下使用的结构，应当选用临界温度比使 用温度低的钢材。
3.耐疲劳性
• 在反复荷载作用下，钢材在远低于抗拉强 度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳 破坏的危险应力用疲劳强度极限表示，其 含义是：试件在2×106次应力循环作用下 工作而不至引起断裂的最大应力。
下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。
2.4 钢材的强化与加工
1.冷加工强化
• 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷 轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度 • ，降低塑性韧性，这个过程称为冷加工强 化处理。
2. 时效处理
将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15～20 d ，或加热至100～200 ℃后保持一定时间（2～3 h） ，其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同 时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复 。这个过程称为时效处理。
• 用于钢结构
1.混凝土结构用钢
• 1）热轧钢筋
热轧光圆 HPB235、HPB300 热轧带肋 HRB335 HRBF500
Q235、Q300 轧制 低合金钢
以上钢筋除圆钢外，其它也称螺纹钢，钢 筋的公称直径为8-50毫米，推荐采用的直径为 8、12、16、20、25、32、40毫米。
• 2）冷轧扭钢筋
2）复杂断面型钢
①工字钢——普通工字钢、轻型工字钢 ②槽钢——热轧槽钢（普通槽钢、轻型槽钢）、
弯曲槽钢 ③H型钢（又称宽腿工字钢） ④钢轨——重轨、轻轨、起重机钢轨、其他专用
钢轨 ⑤窗框钢 ⑥钢板桩 ⑦弯曲型钢——冷弯型钢、热弯型钢 ⑧其他
角钢
• 角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材 。有等边角钢和不等边角钢之分。等边角钢的两个 边宽相等。其规格以边宽×边宽×边厚的毫米数表 示。如“∠30×30×3”，即表示边宽为30毫米、边 厚为3毫米的等边角钢。
应用
• 低合金高强度结构钢主要用于轧制各种 型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢 结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于 各种重型结构、高层结构、大跨度结构 及桥梁工程等。
2.5.2 建筑工程中钢材主要用途
• 用于混凝土结构：钢筋主要用于钢筋混 凝土和预应力钢筋混凝土的配筋，是土 木工程中用量最大的钢材之一。
3.低合金高强度结构钢
• 在碳素钢的基础上，加入总量小于５％的合金元 素炼成的钢，称为低合金高强度结构钢，简称低 合金结构钢。常用的合金元素有硅、锰、钛、钒 、铬、镍、等。
• 牌号表示：由代表钢材屈服强度的字母“Ｑ”、屈 服强度数值、质量等级符号（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、 Ｅ）三个部分按顺序组成。 例如：Q295A，表示屈服强度为不小于295MPa ，质量等级为Ａ级的低合金结构钢。
习题
• 1. 严寒地区受动荷载作用的焊接结构， 应选用碳素结构钢的品种是( )。 A．Q235—AF B. Q235—B C．Q235—A·b D．Q235—D
• 疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的， 所以危害极大，往往造成灾难性的事故。
4.冷弯性能
• 冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的 能力。试件按规定条件弯曲，若弯曲处的 外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯 性能合格。
• 它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性，能 揭示内应力，杂质等缺陷，可用于焊接质 量的检验，能揭示焊件在受弯表面裂纹， 杂质等缺陷。 注意：伸长率和冷弯性能所体现钢材塑性 的不同
2．硅(Si)：当小于等于1％时，Si含量的增加可显著提高强 度及硬度，而对塑性及韧性无显著影响。
3．锰(Mn)：在一定限度内，随Mn含量的增加可显著提高强 度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。
4．硫(S)：为有害元素，有强烈的偏析作用，使机械性能、 焊接性能下降（引起热裂纹）。
5．磷(P)；为有害元素，含量的增加可提高强度，塑性及韧 性显著下降。 有强烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性
应力的热处理而制成。
2.钢结构用钢
• 1）热轧型钢
主要用于各种承重构件，梁、柱等。
• 2）钢板和压型钢板
主要用于维护结构、楼板、屋面。
• 3）冷弯薄壁型钢
主要用于轻型钢来自百度文库构。
热轧型钢
1）简单断面型钢 ①方钢——热轧方钢、冷拉方钢； ②圆钢——热轧圆钢、锻制圆钢、冷拉圆 钢； ③线材；④扁钢；⑤弹簧扁钢； ⑥角钢——等边角钢、不等边角钢； ⑦三角钢；⑧六角钢；⑨弓形钢； ⑩椭圆钢
通常用σs表示。
对于硬钢，取残余变形为0.2％原始标距长度时的应
力作为屈服点，称为条件屈服点，用σ0.2表示。
（２）抗拉强度与屈强比
• 对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用 σb表示。
• 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比 σs／σb有一定意义。
• 屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工 作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈 高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效 地被利用。