第6章建筑钢材

八、钢绞线
1.生产 由多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.规格 钢绞线按应力松弛性能分为两级：Ⅰ级松弛（代号Ⅰ）、Ⅱ级松弛 （代号Ⅱ）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。 3.特点及应用 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。 适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝 土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。
4.力学性能和工艺性能 应符合GB13788的相关规定 。 5.应用 冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高 17%左右，可节约钢材30%左右； 用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间 的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢 筋网。
六、热处理钢筋
A
程无明显屈服阶段，无法直接
测定屈服强度。用条件屈服强
度σ0.2来代替屈服强度。
O ba
0.2%
oa——总变形。
条件屈服点σ0.2 ：以残余变形
ε 为原标距长度的0.2%时所对
应的应力作为屈服强度。
ba——弹性变形99.8%。
ob——塑性变形0.2%。
二、冲击韧性
冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用冲击韧性
按炉衬材料分 为酸性钢和碱 性钢
按S和P元素含量，分为普通钢、优质钢、高级优质钢 和特级优质钢。
3.按化学成分分
碳素钢 钢
合金钢
4.按用途分
低碳钢 中碳钢 高碳钢
低合金钢 中合金钢 高合金钢
C＜0.25% C=0.25%～0.60％
C＞0.60％
合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％
分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如不锈 钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。
第六章 建筑钢材
一.钢的分类 二.钢材的技术性质 三.钢材的冷加工时效和焊接 四.钢材的技术标准与选用 五.建筑钢材的腐蚀与防护
教学目的和要求
1、了解建筑钢材的分类、性质、技术标准及选用原则； 2、掌握钢材的主要力学性质和工艺性能；建筑用钢材的标准和应用；工程中 常用钢材的牌号表示方法；工程中所用钢筋的种类及性能； 3、熟悉钢材防腐的原理和方法。
对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。
三、工艺性能
1.冷弯性能
指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。
冷弯试验的指标：弯心直径d和弯曲角度（90°或180°）。试样弯 曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。
通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷，它能揭示钢材 是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。
作用: 钢筋冷拉以后再经过
时效处理，其屈服点 进一步提高，抗拉强 度亦有所提高，塑性 和韧性则相应降低。
第四节 钢材的技术标准与选用
一、碳素结构钢（非合金钢）
1.牌号表示法 由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号 等四个部分按顺序组成； 如：Q235－AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。 2.牌号 共有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号。 3.技术要求 化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB700规定。
三、热轧钢筋
1.生产 采用钢锭经加热轧制自然冷却 而成。 2.分类 钢筋混凝土用热轧钢筋分为光 圆钢筋和带肋钢筋两种。 3.牌号 热轧直条光圆钢筋 ：HPB235 热轧带肋钢筋：HRB335、 HRB400、HRB500
H、P、R、B分别为热轧 （Hotrolled）、光圆（Plain）、带肋 （Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英 文首位字母。
6 8.2 10
牌号
40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr
σ0.2
σb
MPa，不小于
1325
1470
δ10，% 不小于
6
5.特点及应用 热处理钢筋具有很高的强度外，还具有较好的塑性和韧性，特别适 合于预应力构件。 但其对应力腐蚀及缺陷敏感性强，应防止产生锈蚀及刻痕等现象。 热处理钢筋不适用于焊接和点焊的钢筋 。
建筑钢材的主要品种
2.线材
如钢筋、钢丝等。
建筑钢材的主要品种
3.管材
无缝钢管、焊接钢管等。
建筑钢材的主要品种
4.钢板
光面钢板、花纹钢板、彩 色涂层钢板等。
压型彩钢板
第一节 钢的分类
1.按冶炼方法分
按冶炼方法分 钢
按脱氧程度分
2.按质量分
平炉钢 转炉钢 电炉钢
沸腾钢“F” 半镇静钢“b” 镇静钢“Z” 特殊镇静钢“TZ”
4.力学性能和工艺性能
牌号
低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能
力学性能
屈服点σs MPa
抗拉强度σb MPa
伸长率δ5 %
不小于
冷弯试验 180°
d=弯心直径 a=试样直径
Q5.2应15用
215
375
27
d=0
Q大2量35用作建筑23工5 程中钢筋混4凝10土的配筋外，23还适用于供拉d=丝0.5、a 包装
1.概述 低碳热轧圆盘条的公称直径为5.5～30mm，大多通过卷线机成盘卷 供应，因此称为盘条、盘圆或线材。 2.分类 按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘 条（代号J）两种。 3.牌号 低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量 等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。
二、低合金高强度结构钢
1.牌号表示方法 由代表屈服点的拼音字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、 B、C、D、E）三部分按顺序组成。 如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。 2.牌号 共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。 3.技术要求 其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定
安全性增强。
值有两种：5表示l0=5d0；10表示l0=10d0，d0——钢材直径。
断面收缩率： A1 A0
A0
式中：A1——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A0——表示钢材的原始截面积，mm2。
伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。
硬钢（高碳钢）的拉伸性能
σ
硬钢强度高，塑性差，拉伸过
2.可焊性
焊接方式：搭接、对接 焊接要求：① 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生
裂缝及硬脆倾向。 ② 焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度
不低于原钢材强度。 影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。
第三节 钢材的冷加工时效和焊接
一、钢材的冷加工
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭等，使之产生一定的 塑性变形，强度和硬度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称 为刚才的冷加工（冷加工强化、冷作强化）
b
但利用率降低，浪费增大。
屈强比越小，屈服强度与抗拉强度相差越大，钢材在应力超过屈服强度 工作时的可靠性越大，安全性越高。
塑性指标
伸长率： l1 l0 100%
l0
式中：lo——试件原始标距长度，mm ； l1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。
意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，
4.应用 Q195、Q215，含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊 性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。 Q235，含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好 配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角 钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。 Q255、Q275，强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有 所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。
屈服点σs 抗拉强度σb
MPa
Hale Waihona Puke Baidu
MPa
不小于
235
370
335
490
400
570
500
630
伸长率δ5 %
25 16 14 12
冷弯 d—弯心直径 a—钢筋公称直
径 180°d=a
180°d=3a 180°d=4a 180°d=4a 180°d=5a 180°d=6a 180°d=7a
四、低碳热轧圆盘条
推荐公称尺寸： 光圆：8、10、12、16、20mm ； 带肋：6、8、10、12、16、20、25、 32、40和50mm
4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能应符合下表的规定。
表面形 强度等级代号
状
公称 直径
光圆
HPB235 HRB335
月牙肋 HRB400
HRB500
8～20 6～25 28～50 6～25 28～50 6～25 28～50
常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，增加了 钢筋长度，是节约钢材的一种措施。钢材经冷加工后屈服阶段缩短， 伸长率减小，材质变硬。
二、钢材的时效处理
将冷加工后的钢材于常温下存放15～20d，或加热到100～ 200℃并保持一段时间,这个过程称为时效处理。
钢材拉伸颈缩阶段示意图
拉伸过程的参数
强度指标
屈服强度： s
Fs A0
钢材开始丧失对变形的抵抗
能力，并开始产生大量塑性
变形时所对应的应力
抗拉强度：
b
Fb A0
钢材所能承受的最大拉应力，当拉
应力达到强度极限时，钢材完全丧
失了对变形的抵抗能力而断裂
强屈比 s 可靠性参数 值越小可靠性越高，安全性越高，
七、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； 按外形分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。 3.力学性能 应符合相应标准规定。 钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混 凝土构件中的预应力筋 。
变增加很快，而应力基本不变
钢材拉伸屈服阶段示意图
σ σb
B上
A
B下
o
C 强化阶段
σb —抗拉强度或强度极限， MPa。 ε
钢材拉伸强化阶段示意图
σ
C
颈缩阶段
B上
A
B下
o
D
当应力达到最高点后，试件薄弱处的 横截面显著缩小，产生“颈缩现象”，
由ε于试件断口区域局部横截面急剧缩
小，此部位塑性变形迅速增加，拉力 也随着下降，最后试件拉断。
以下屈服点的应力作 为钢材的屈服强度。
钢材拉伸过程的σ-ε图
σ
σp A
o
弹性阶段
σp—弹性极限，MPa。
此阶段表现为弹性变形。应力 与应变成正比，其数值为常数， 即弹性模量E，是反映钢材抵抗
变形ε的能力。
钢材拉伸弹性阶段示意图
σ
屈服阶段 B上
σs
B上
A
B下
放大后
A
B下
σs—屈服强度，MPa。
o
此阶ε 段开始产生塑性变形。应
1.概述 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，其外形分别见 右图。代号为RB150。 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
4.力学性能
预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能
公称直径 mm
4.应用 Q295，钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、 冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工 程结构。 Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀 性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载 的焊接结构。 Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。 主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。
值αk表示。αk 越大，则冲击韧性越好。
ak
W A
式中：αk——以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2） W——试件冲断时所吸收的冲击能（J）
A——试件槽口处最小横截面积（cm2） 。
影响因素：
硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温
度降低等，均会降低冲击韧性。
及其它用途。
五、冷轧带肋钢筋
1.生产 冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面 或三面有肋的钢筋。钢筋冷轧后允许进行低温回火处理。 2.牌号 按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 共五个牌号。 3.规格 直径范围为4～12mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm。
第二节 钢材的技术性质
力学性能
强度 塑性 弹性 耐磨性
工艺性能（可加工性）
冷弯 可焊性
低碳钢的拉伸性能实验
标准试件
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。
d0 A0
工作段
l0
头部
l
非标准试件
不经过加工，直接在线材上切取的试件。
头部
一、抗拉性能
抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。
拉伸过程分四个阶段： OA：弹性阶段 AB：屈服阶段 BC：强化阶段 CD：颈缩阶段
教学内容
1、钢的分类、技术性质、技术标准与选用 2、钢材的冷加工时效和焊接 3、建筑钢材的腐蚀与防护
教学重点和难点
教学重点：钢的分类、技术性质、技术标准与选用；钢材的冷加工时效和焊接。 教学难点：钢材的冷加工时效和焊接。
建筑钢材的主要品种
1.型钢
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、钢轨等。