1、第七章 建筑鋼材,本章概述鋼的冶煉、加工及分類方法；建筑鋼材的力學(xué)性能和工藝性能；鋼的化學(xué)成分對鋼材的性能的影響；鋼材的壓延加工和熱處理；建筑鋼材的牌號與應(yīng)用等。,第一節(jié) 概述,鋼鐵材料包括生鐵和鋼材。 生鐵是鐵礦石在高爐內(nèi)通過焦炭還原而得到的鐵碳合金。 鋼是用生鐵冶煉而成的。將生鐵在熔融狀態(tài)下進行氧化，除去過多的碳及雜質(zhì)即得鋼液。 鋼材的分類,按脫氧程度的不同，鋼材可分為： 沸騰鋼：脫氧不充分，代號“F” 鎮(zhèn)靜鋼：脫氧充分，代號“Z” 半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度介于“F”與“Z”之間，代號“b” 特殊鎮(zhèn)靜鋼：脫氧徹底，代號“TZ”,按化學(xué)成分，可分為： 按含碳量的多少，可分為低碳鋼（C0.6%）。

2、按合金元素的含量，可分為非合金鋼、低合金鋼及合金鋼三大類。 按鋼材質(zhì)量，可分為： 普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊優(yōu)質(zhì)鋼。,按主要性能和使用特性，可分為： 結(jié)構(gòu)鋼：建筑結(jié)構(gòu)、機械結(jié)構(gòu)（低、中碳鋼） 工具鋼：各種工具（高碳鋼） 特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學(xué)性質(zhì)） 專門用途鋼：橋梁鋼、鐵道用鋼、船舶用鋼、低溫壓力容器用鋼等,第二節(jié) 建筑鋼材的力學(xué)性能和工藝性能,力學(xué)性能 （1）抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學(xué)性能。,拉伸過程分四個階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強化階段 CD：頸縮階段,抗拉屈服強度（s） 是指鋼材在拉力作用下，開始產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力。 有些鋼材無明顯屈服點（合金鋼

3、、高碳鋼等硬鋼），應(yīng)采用產(chǎn)生殘余變形為0.2%時的應(yīng)力作為屈服強度,記為0.2。,抗拉極限強度（b） 是指試件破壞前，應(yīng)力應(yīng)變圖上的最大應(yīng)力值，亦稱抗拉強度。 屈強比（ s/ b） 是指鋼材的抗拉屈服強度與極限強度的比值。 屈強比是鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中選用鋼材的一個質(zhì)量指標(biāo)。,伸長率（）,意義： 值越大，塑性增強，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性增強， 安全性增強。 值有兩種：5表示L0=5d0，d0鋼材直徑； 10表示L0=10d0。,Lo試件原始標(biāo)距長度，mm ； L1試件拉斷后測定出伸長后標(biāo)距部分的長度，mm。,鋼材的化學(xué)成分、晶粒度、環(huán)境溫度對沖擊韌性有很大的影響。此外，鋼材中微裂隙以及

4、晶界析出物等都會使沖擊韌性顯著下降。,（2）沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。,（3）硬度,建筑材料常用的硬度指標(biāo)是布氏硬度。 硬度的大小，可以用來判斷鋼材的軟硬，有可以及近似地估計鋼材的抗拉強度。一般來講，硬度高，耐磨性較好，但脆性亦大。,2.工藝性能,（1）可焊性 焊接會使焊縫及其附近區(qū)域內(nèi)的鋼材發(fā)生組織構(gòu)造的變化，產(chǎn)生局部變形、內(nèi)應(yīng)力和局部變硬變脆，甚至在焊縫周圍產(chǎn)生裂紋，降低鋼材質(zhì)量。,是指鋼材在常溫下承受靜力彎曲時所容許的變形能力。 判定標(biāo)準(zhǔn)：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認(rèn)為冷彎性能合格。 冷彎試驗意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)

5、力和夾雜物等缺陷。也能對鋼材的焊接質(zhì)量進行嚴(yán)格的檢驗。,（2）冷彎性能,第三節(jié) 鋼的晶體組織、化學(xué)成分對其性能的影響,1.鋼的基本晶體組織 鋼的基本組分是鐵和碳。鐵原子和碳原子之間的結(jié)合方式有三種基本方式：固溶體、化合物及二者之間的機械混合物。 由于鐵與碳結(jié)合方式的不同，碳素鋼在常溫下形成的基本晶體組織有以下三種：,鐵素體和奧氏體 鐵素體：碳在-Fe中形成的固溶體。鐵素體強度和硬度低，塑性好，伸長率大。 奧氏體：碳在-Fe中形成的固溶體。奧氏體是強度、塑性和韌性都很高的組織。 滲碳體 滲碳體是鐵與碳的化合物，分子式為Fe3C，含碳量高達(dá)6.67。滲碳體塑性差，性質(zhì)硬脆，抗拉強度低。,珠光體 是

6、鐵素體和滲碳體的混合物。其含C為0.8，通常為層狀結(jié)構(gòu)。 珠光體性能介于鐵素體和滲碳體之間。,2.鋼的基本晶體組織的相對含量與含碳量之間的關(guān)系,亞共析鋼 含碳量小于0.8時，鋼的基本晶體組織由鐵素體和珠光體組成。 共析鋼 含碳量為0.8時，鋼的基本晶體組織僅為珠光體組成。 過共析鋼 含碳量大于0.8時，鋼的基本晶體組織由珠光體和滲碳體組成。,第四節(jié) 化學(xué)元素對鋼材性能的影響,碳 含碳量增加，鋼的伸長率和沖擊韌性逐漸下降，但硬度增大，抗拉強度則在C0.8時隨含C量的增加而逐漸提高。 C 0.8時則逐漸下降。 含碳量增加，將使鋼材的冷彎性能、焊接性能下降。,硅 當(dāng)鋼中含Si量小于1時，能顯著提高鋼

7、的強度，而對塑性和韌性沒有明顯影響。當(dāng)含硅量超過1時，鋼的塑性和韌性會顯著降低，冷脆性增加，可焊性變差。 錳 錳能消除鋼的熱脆性，改善熱加工性。當(dāng)含量在0.81時，可顯著提高鋼的強度和硬度，而幾乎不降低其塑性和韌性。,磷 磷能固溶于鐵素體中，使鋼的強度提高，但塑性降低，韌性顯著下降。磷可顯著增加鋼的冷脆性，使冷彎性能急劇降低，可焊性變差。 硫 硫使鋼的熱脆性增加，熱加工性和可焊性降低，還會降低鋼的沖擊韌性和疲勞強度。,氧 氧在鋼中以氧化物的形式存在，使鋼材強度下降，熱脆性增加，冷彎性能變壞，并使鋼的熱加工性能和可焊性能下降。 氮 氮可提高鋼的強度和硬度，但使鋼的塑性和沖擊韌性顯著下降，也會增大

8、冷脆性、熱脆性和時效敏感性，并使鋼的焊接性能和冷彎性能變差。,第五節(jié) 鋼的壓延加工和熱處理,壓力熱加工 壓力熱加工和消除鋼錠中的某些缺陷，從而帶倆機械性能的提高。 冷加工及冷加工強化 冷加工：冷拉、冷拔、冷軋等工藝。 冷加工強化：冷加工過程中，鋼材發(fā)生了塑性變形，強度和硬度提高，塑性和韌性降低。,鋼的熱處理 是通過對鋼進行加熱、保溫、冷卻等手段，來改變鋼材的組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善性質(zhì)的一種工藝。 退火 淬火 回火 正火 調(diào)質(zhì)處理,鋼的時效硬化 鋼的硬度和強度隨時間延長而逐漸增大，塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象稱為時效硬化。 熱時效：又稱淬火時效，是高碳鋼在高溫快速冷卻后，其塑性和韌性隨靜置時間延長而不

9、斷降低的現(xiàn)象。 冷加工時效：經(jīng)過冷加工后的鋼材，靜置一段時間后，會發(fā)生冷加工時效。,第六節(jié) 建筑鋼材的牌號與應(yīng)用,1.鋼結(jié)構(gòu)用鋼 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法 由屈服點字母（Q）、屈服點數(shù)值（單位MPa）、質(zhì)量等級（有A、B、C、D 4級，逐級提高）和脫氧方法符號（F-沸騰鋼；b-半鎮(zhèn)鋼；Z-鎮(zhèn)靜鋼；TZ-特殊鎮(zhèn)鋼。Z、TZ可省略）四部分組成。 例如：Q235AF表示屈服點為235MPa，A級沸騰鋼。Q235B表示屈服點為235MPa，B級鎮(zhèn)靜鋼。,（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用 碳素結(jié)構(gòu)鋼依牌號增大，含碳量增加，其強度提高，但塑性和韌性降低，冷彎及可焊性下降。 Q195、Q215號鋼材

10、強度低，Q225、Q275號鋼材強度高，但塑性和可焊性較差；Q235號鋼既有較高的強度，又有較高的塑性和可焊性，是建筑過程中引用廣泛的鋼種。,2.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強度鋼的牌號表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法相似。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼既有更高的屈服強度，同時還具有良好的塑性、冷彎性、可焊性和低溫沖擊韌性，更適合大跨度鋼結(jié)構(gòu)和大型水工建筑物。,2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋和鋼絲 （1）熱軋鋼筋 牌號 熱軋鋼筋分為R235、HRB335、HRB400、HRB500四個牌號。 牌號意義：R代表熱軋光圓鋼筋、HRB代表熱軋帶肋鋼筋，其中熱軋光圓鋼筋由碳素結(jié)構(gòu)鋼軋制而成，表面光圓；熱軋

11、帶肋鋼筋由低合金鋼軋制而成，外表帶肋。 牌號中的數(shù)字：表示熱軋鋼筋的屈服強度。,熱軋鋼筋的選用,光圓鋼筋的強度較低，但塑性及焊接性好，便于冷加工，廣泛用做普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋。 HRB335，HRB400帶肋鋼筋的強度較高，塑性及焊接性也較好，廣泛用做大、中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力鋼筋。 HRB500帶肋鋼筋強度高，但塑性與焊接性較差，適宜作預(yù)應(yīng)力鋼筋。,（2）冷拉熱軋鋼筋,為了提高強度以節(jié)約鋼筋，工程中常按施工規(guī)程對熱軋鋼筋進行冷拉。 冷拉熱軋鋼筋分為：冷拉級、冷拉級、冷拉級、冷拉級。,冷拉熱軋鋼筋的選用,冷拉I級鋼筋適用作非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋。 冷拉、級鋼筋強度較高，可用作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的

12、預(yù)應(yīng)力筋。 由于冷拉鋼筋的塑性、韌性較差，易發(fā)生脆斷，因此，冷拉鋼筋不宜用于負(fù)溫度、受沖擊或重復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)。,（3）冷軋帶肋鋼筋,冷軋帶肋鋼筋是用低碳鋼熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在其表面冷軋成三面有肋的鋼筋。 冷軋帶肋鋼筋代號為LL，按抗拉強度分為三級：LL550、LL560、LL800，其中數(shù)值表示鋼筋抗拉強度等級。 冷軋帶肋鋼筋提高了鋼筋的握裹力，可廣泛用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也可用于焊接鋼筋網(wǎng)。,（4）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋,熱處理鋼筋的代號為RB150，可分為有縱肋和無縱肋兩種。 熱處理鋼筋有40SiMn、48Si2Mn和45Si2Cr等三個牌號。 熱處理鋼筋的強度高，與混凝土粘結(jié)性能好，應(yīng)力松弛低。主要用于各種預(yù)應(yīng)力鋼筋。,（5）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線,預(yù)應(yīng)力鋼絲 分類：按交貨狀態(tài)分為冷拉鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋鋼絲三種；按松馳能力分為I級松馳和級松馳兩級。 代號：RCD（冷拉鋼絲）、S（消除應(yīng)力鋼絲）、SI（消除應(yīng)力刻痕鋼絲）、SH（消除應(yīng)力