第八章建筑钢材

弯曲角度；
• 试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。
• 弯曲角度↑ ，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值↓ ，冷弯性能↑
P P
d L d。 d+2.1d。 α d
（a）试件安装
P
d
（a）
(b)
（b）弯曲90°
P
(c)
(d)
（c）弯曲180°
（d）弯曲至两面重合
钢材冷弯试验
冲击韧性
• 钢材在瞬间动荷载作用下，抵抗破坏的能力。
3.热处理钢筋
(1)生产 –热处理钢筋是经过淬火和回火 调质处理的螺纹钢筋。分有纵 肋和无纵肋两种。 (2)规格 –公称直径6、8.2、10mm (3)牌号 –有40Si2Mn、48Si2Mn和45Si2Cr 三个 。
有纵肋
无纵肋
二、建筑工程常用钢材
4.预应力混凝土用钢丝
(1)生产 –以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉 制成的用作预应力混凝土骨架的钢丝。 (2)分类 –按交货状态分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种； –按外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝三种。
第八章 建筑钢材
• 钢
– 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合 金称为钢。
• 钢的特点
– 具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好， 易于加工；但钢材易锈蚀、耐火性差。
建筑钢材的类型
1. 2. 结构用的角钢 I字钢（基础支撑） 槽钢 方钢 吊车轨 钢板桩 薄板 厚板 钢筋 钢丝 钢绞线
～0.065% ，含磷量 0.045% ～0.085% ） 普通碳素钢（含硫量 0.055% （5）按质量分优质碳素钢（含硫量 0.030% ～0.045% ，含磷量 0.035% ～0.040% ） 高级优质钢（含硫量 0.020% ～0.030% ，含磷量 0.027% ～0.035% ）
二面刻痕钢丝
三面刻痕钢丝
螺旋肋钢丝
二、建筑工程常用钢材
5.预应力混凝土用钢绞线
(1)生产 –由两根、三根或七根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线 按左捻制成并经回火处理消除内应力。 (2)特点 –钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、 质量稳定、成盘供应不需接头等优点。
二、建筑工程常用钢材
6.型钢
建筑工程用结构钢 结构钢 机械制造用结构钢 （6）按用途分工具钢：用于制作刀具 、量具、模具等 钢、耐热钢、耐磨钢、 磁钢等 特殊钢：不锈钢、耐酸
• 常用的炼钢方法
• （1）转炉炼钢法 – 由转炉底部或侧面吹入纯氧至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质 与氧气起氧化作用而被除去。可以炼制优质的碳素钢和合金钢。 • （2）平炉炼钢法 – 以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃 料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而 除去。可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。 缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。 • （3）电炉炼钢法 – 以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。电炉钢的质量 最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。
1、低碳钢的拉伸试验过程
σ
σb ζs σp
D
上屈服点 C上 B
E
OB—弹性阶段 BC—屈服阶段
C
C下 下屈服点
CD—强化阶段
DE—颈缩阶段
0 F
ε
钢材拉伸过程的σ-ε图
σ
σB
B σp A
一条通过原点的直线，应力与应变成正比 弹性模量E=ζ/ε,反映了钢材抵抗弹性变形的能力
弹性阶段
σp—比例极限
σB—弹性极限
型材
3. 4. 5. 6.
板材
线材 管材
1. 2. 1. 2. 3.
供水、供气（汽）管线等。
二、建筑用钢材的主要品种
1.型材
– 简单截面型钢：圆钢、 方钢、六角钢、八角钢 等； – 复杂截面型钢：工字钢、 角钢、槽钢等。
二、建筑用钢材的主要品种
2.板材 光面钢板、花纹 钢板、彩色涂层 钢板等。
压型彩钢板
二、建筑用钢材的主要品种
3.线材 如钢筋、钢丝等。
二、建筑用钢材的主要品种
4.管材
无缝钢管、焊接钢 管等。
第一节 钢的分类及化学成分
钢的分类
按化学成分 按脱氧程度
1. 碳素钢
1. 低碳钢 2. 中碳钢 3. 高碳钢 1. 低合金钢 2. 中合金钢 3. 高合金钢 强度 塑性 韧性 塑性 韧性
• 塑性指标（越大说明钢材的塑性越好）
– 伸长率：δ =(L1-L0)/L0×100% – 断面收缩率：δ =(A0-An)/A0×100%
• 屈强比：σs/σb
– 屈强比越大，利用率越大，安全可靠程度越低
2、硬钢（高碳钢）的拉伸性能
σ A
0
b a
ε
0.2%
oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。
第三节 冷加工及时效
一、钢材的冷加工强化
1.冷加工强化
– 冷加工强化是钢材在常温下，进行冷拉、冷拔 或冷轧，使之产生塑性变形，从而提高强度和 硬度，降底塑性和韧性的过程。
– 冷拉：将热轧后的小直径钢筋，用拉伸设备予 以拉长，使之产生一定的塑性变形，使冷拉后 的钢筋屈服强度提高，钢筋的长度增加，抗拉 强度基本不变，塑性和韧性有所下降。 – 冷拔：将钢筋或钢管通过冷拔机上的孔模，拔 成一定截面尺寸的钢丝或细钢管。屈服强度和 抗拉强度提高；塑性、韧性下降 ，脆性升高。 – 冷轧：将热轧钢筋或钢板通过冷轧机，可以轧 成5、Q390、Q420、Q460、 Q500、Q550、Q620、 Q690八个牌号
(3)技术要求
– 化学成分、力学性能、冷弯性能应符合规定
二、建筑工程常用钢材
1.热轧钢筋 (1)分类——分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。 按屈服点及抗拉强度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级 (2)牌号 –光圆钢筋 ：HPB235、 HPB300 –带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500
第二节 主要技术性能
抗拉性能 力学性能 冲击韧性
钢的主要 技术性能
加工工艺性能
冷弯性能 冷加工 时效 焊接性能
钢材的拉伸过程
d0
L0
L0=5d0或10d0 F1
ΔL1
F1 F2
ΔL2
F2
F3
钢材的拉伸过程以低碳钢为例
F3
1.应力
L0
A
2.应变
F F L1
ΔL
L1 L0 L L0 L0
• 用冲击韧性值αk表示。αk即试件破坏后缺口处单 位面积上所消耗的功。
• αk ↑ ，冲击韧性↑ 。
• – – – 影响因素 化学成分：S、P↑冲击韧性↓ 冶炼及加工质量：质量↑冲击韧性↑ 温度：温度↓，冲击韧性↓
可焊性
• 可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其 附近过热区是否产生裂缝及硬脆影响，焊接后的 强度是否与原钢材相近的性能。 • 可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量 高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。
钢的化学成分对钢材性能的影响
•
• • • • • • •
①碳（C）： – 随着含碳量的增加，钢的强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。 ②硅（Si）： – 提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大。 ③锰（Mn）： – 提高钢材的强度和硬度，起脱氧和去硫作用，改善热加工性。 ④磷（P）： – 提高屈服点和抗拉强度，塑性和韧性显著降低，增大钢的冷脆性，偏析 严重，降低可焊性。 ⑤硫（S）： – 增大钢的热脆性，偏析严重，降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、 疲劳强度和抗腐蚀性。 ⑥氧（O）： – 降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，显著降低疲劳强 度，增加热脆性。 ⑦氮（N）： – 提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性、韧性显著下降，并增大 钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。 ⑧钛（Ti）、钒（V）： – 较强的脱氧剂。可改善组织结构，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。
D 一段上升的曲线
抵抗塑性变形的能力又重新提高
B A
C下
C
强化阶段
σb—— 抗拉强度或强度极限
0
ε
钢材拉伸强化阶段示意图
σ
C上
一段下降的曲线 变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面 急剧缩小——颈缩，直到断裂。
D B A C E
DE—颈缩阶段
C下
0
ε
钢材拉伸颈缩阶段示意图
三个重要指标
• 强度指标
– 屈服强度：σs=Fs/A0 – 抗拉强度：σb=Fb/A0
根据脱氧程度分为：
• 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢
名称 沸腾钢 镇静钢 脱氧程度 不完全 充分 质量 组织不够致密，气泡多，化学偏析 大，成分不均匀，质量较差，成本 较低 组织致密，成分均匀，机械性能好， 质量较好，成本较高
半镇静钢
均介于上二者之间
在冷却过程中，由于钢内某些元素向凝固较迟的钢材中心集中，导致 化学成分在钢材截面上分布不均匀。这种现象称为化学偏析。其中磷、 硫的偏析最为严重。
带肋钢筋
等高肋钢筋 月牙肋钢筋
二、建筑工程常用钢材
2.冷轧带肋钢筋
(1)生产 –冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧后，在表面冷轧成 两面或三面有肋的钢筋。 (2)牌号 –按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、 CRB1170共五个牌号。
三面月牙形冷轧带肋钢筋
二、建筑工程常用钢材
型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条型钢材。 型钢按其断面形状可分为工字钢、槽钢、角钢、圆钢等。 (1)连接方式可铆接、螺栓连接或焊接。 (2)型钢有热扎及冷成两种，钢板也有热扎和冷扎两种。
第五节 钢材的腐蚀与防止
一、钢材的腐蚀