《建筑钢材》PPT课件.ppt

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1、第八章建筑钢材,内容：1.钢材的分类与冶炼2.钢材的技术性质（力学性能和工艺性能）3.钢铁金属学的基本知识（晶体组织、化学成分）4.钢材的加工与焊接5.建筑钢材的技术标准与选用；6.钢材的腐蚀与保护。,建筑材料建筑钢材,学习目的和要求,1.了解钢材的分类、冶炼方法 2.理解钢材的化学元素对钢性能的影响，钢材的腐蚀与 保护；3.掌握钢材的主要力学性能和工艺性能，钢材的技术标 准和选用的原则。重点：钢材的主要力学性能和工艺性能，钢材的技术标准 和选用的原则。学生通过本章内容的学习，能具体掌握钢材的力学性能和工艺性能，能根据所设计的强度等级对钢材加以正确的选用，同时通过一定的试验方法能对钢材的主要性

2、能进行检验。,建筑材料建筑钢材,以铁元素为主的金属及其合金如铁、钢和合金钢,有色金属,黑色金属,以其他金属元素为主要成分的金属及其合金，如铜、铝、锌、铅等金属及其合金。,第八章 建筑钢材,金属材料包括,优点:建筑钢材强度高、品质均匀，具有一定的弹性和塑性变形能力，能承受冲击、振动等荷载。此外，可加工性能好；也可以通过铸造的方法，将钢铸造成各种形状；还可以通过切割、铆接或焊接等多种方式的联接，进行装配法施工。缺点:易锈蚀，维修费用大，耐火性差。,建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材,型钢(圆钢、角钢、槽钢 和工字钢)钢板钢筋和钢丝,钢筋混凝土和钢结构，门窗和建筑五金,应用,包括,目前，建筑结构大

3、部分采用钢筋混凝土结构少部分为钢结构。钢筋混凝土结构自重大，但用钢量少，故而成本较低。钢结构重量轻，施工方便，适用于大跨度及高层结构，但易锈蚀，需要定时维护，因而成本及维护费用大。,建筑材料-建筑钢材,碳素钢合金钢,低碳钢（含碳量0.25）中碳钢（含碳量为0.250.60）高碳钢（含碳量0.60）,一.按化学成分,8.1 钢材的分类,低合金钢,合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等,二.按冶炼方法分(一)氧气转炉法是在能前后转动的梨形炉中注入熔融的生铁，从上方吹入高压的高纯度氧气，使杂质被氧化去除掉。用氧气转炉精炼时间只需2040min，钢材质量好，且不需燃料。因此，这种炼钢法现在已成为主流。(

4、二)平炉法以固态或液态铁、铁矿石或加入废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料，在平炉炉中冶炼钢。平炉法冶炼时间长(23h)，清除杂质较彻底，钢材质量好，但是设备投资大，燃料效率低，钢材成本较高。(三)电炉法是 种利用电流的热效应来产生高温的炼钢炉。这种炼钢炉能在短时间内达到高温，温度也容易控制。使用电炉能够充分除去P和S，得到高纯度的优质钢，它适合于冶炼优质或特殊质量的特种钢。,三.按冶炼时脱氧程度分由于精炼中必须供给充足的氧以保证杂质元素被氧化，故精炼后的钢液中含有一定量的氧化铁，使钢的质量降低。因此，在精炼的最后阶段，在浇注钢锭之前，需将硅铁、锰铁或铝等加入炉中使氧化铁被还原成铁，即脱氧。其中脱

5、氧效果是铝最佳，硅铁次之，锰铁排第三。(一)沸腾钢。1.沸腾钢：炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全这种钢水浇入锭模时，会有大量的气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢。代号为“”2.沸腾钢特点：塑性好，利于冲压，但化学成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，组织不够致密，气泡多，故质量较差，但因其成本低、产量高。3.应用：用于一般建筑工程。,（二）镇静钢1.镇静钢：炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，且同时能起去硫作用，钢液铸锭冷却凝固时，不会逸处气体，钢液表面平静，故称镇静钢。代号为“”。2.特点：成分均匀，组织致密，可焊性好，故质量好，但成本较高。3.应用：只适用于承

6、受冲击振动、预应力混凝土或其它重要的结构工程。,（三）半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“”。（四）特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为“TZ”。四、按有害杂质（硫(S)和磷(P)的含量）分类 1.普通质量钢 P 0.045；S 0.050。2.优质钢 P 0.035；S 0.035。3.特殊质量钢 P 0.025；S 0.015,主要用钢,五、按用途分类 1.结构钢 主要用于工程结构构件及机械零件的钢。一般为低碳钢或中碳钢。2.工具钢 主要用于各种工具、量具及模具的钢。一般为高碳钢。3.特殊钢 具有特殊物

7、理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。一般为合金钢。建筑工程中常用的钢种有普通质量和优质的碳素结构钢和低合金 钢。,8.2 钢材的技术性质力学性能（拉伸、冲击、耐疲劳）工艺性能（冷弯）一.拉伸性能（最重要的技术性质）其技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见下页低碳钢受拉时的应力应变图示,建筑材料-建筑钢材,1弹性阶段:OA直线关系弹性阶段的应力极限值称为弹性极限 p,2.屈服阶段:AB,B下所对应的应力为屈服点s s为设计时强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，如硬钢，规定以0.2残

8、余变形时的应力0.2作为屈服强度。,3.强化阶段：BC抗拉强度b：对应于最高点C的应力。设计中虽然不能利用抗拉强度，但表明了钢材的潜在强度的大小。屈强比sb有一定意义。,利用率安全性,合理屈强比：0.60.75,屈强比sb，,4颈缩阶段伸长率：,伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。通常以5和10分别表示L0=5d0和 L0=10d0（0为试件直径）时的伸长率。对同一种钢材，5 10。,n,二.冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载的能力。（一）表示方法：冲击韧性ak（/cm2）。,ak值愈大

9、，冲击韧性愈好,（二）影响冲击韧性的因素,1.钢材的化学成分与组织状态 硫、磷含量高时，钢材组织中有非金属 夹杂物和偏忻 现象时，使 ak 降低。另外钢组织中细晶粒结构比粗晶 粒结构的纯要高。2.钢材的轧制和焊接质量 沿轧制方向取样，其冲击韧性比沿垂直 轧制方 向取样的高。在焊接处的晶体组织均匀程度对ak 影响 很大。焊接中形成的微裂纹会降低冲击韧性.3.环境温度 4.时间,钢材的冷脆性脆性临界温度,时效时效敏感性,冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。发生冷脆时的温度称为脆性临界温度，其值越低，低温抗冲击性越好

10、，因此，负温下使用的结构，必须考虑钢材的冷脆性。,时效：随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降的现象。完成时效变化的过程可达数十年，但是钢材如经受冷加工变形，或使用中经受震动和反复荷载的影响，时效可迅速发展，使冲击韧性降低加快。,对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材,时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度。,时效,自然时效:1520d人工时效:100200，23h,包括,三.耐疲劳性 在反复荷载作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，对于钢材，通常取交变应力循环次数为 107次时试件不发生破坏

11、所能承受的最大应力。一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因此，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和截面变化，表面质量有关。,四.冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，表示方法：冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90、180）及弯心直径与试件厚度（或直径）a的比值（/a）来表示的，试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。,冷弯性能表明钢材在静荷下的塑性，可以揭示内部组织是否均匀，有无杂质。,冷弯性能,弯曲角

12、度,弯心直径/试件厚度,冷弯也是检验钢材塑性的一种方法，并与伸长率存在有机的联系，伸长率大的钢材，其冷弯性能必然好，但冷弯试验对钢材塑性的评定比拉伸试验更严格、更敏感。,8.3 钢的晶体组织及化学成分一、钢的晶体组织铁碳合金晶体高强度和良好塑性的来源：金属键（一）晶格：体心立方晶格（bcc）面心立方晶格（fcc）,收缩,膨胀,同素异晶转变,（二）晶体缺陷（微观结构）,1.点缺陷,2.线缺陷,刃型位错：滑移阻力小，塑性好,空位,间隙原子,（二）晶体缺陷（微观结构）,3.面缺陷,晶界处原子排列紊乱,（三）钢的晶体组织 1.铁（Fe）和碳（）的结合形式 三种结合形式：固溶体：以铁为溶剂，碳为溶质，固

13、溶后形成固态溶液。其中铁保持原状态的晶格，而碳溶解于其中。由于固溶体中原子大小不一样，碳原子的位置不同，造成原有晶格的歪扭，从而使固溶体得到强化。化合物：铁和碳按一定比例结合成一种新的化合物（Fe3）。机械混合物：固溶体和化合物的混合物。,2.钢的晶体组织(1)铁素体：C溶于-Fe，溶碳少（0.02%)，强度低(2)渗碳体：化合物（Fe3）：其含量高达6.67，塑性差，硬度高，抗拉强度低。(3)奥氏体：723以上,C溶于-Fe，溶碳能力强，当 温度冷却达到723时，C为0.8%。强度 低，塑性高，因此、常将钢加热到这一温 度范围进行热加工。(4)珠光体：铁素体和渗碳体的混合物，层状结构。硬度及

14、强度较高，韧性较好,显微组织：铁素体珠光体,建筑钢材中含碳量0.8,二、钢材的化学成分及对性能的影响 碳、硅、锰、硫、磷、氧、氮及各种合金元素。1.碳（C）(1)当C=0.8时，为共析钢。只由珠光体组成。(2)当C0.8(但2.06)时，为过共析钢。由珠光体+渗碳体组成。随含碳量的增加，珠光体，渗碳体，则钢的强度略；但含碳量超过1后，受渗碳体影响强度，但硬度，脆性，塑性、韧性。,2.硅(Si)：Si2时，钢筋钢主加元素，存在于铁素体 中，强度高，而对塑性和韧性影响不明显。3.锰(Mn)：Mn是低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1范围内，存在于铁素体中并细化珠光体，使强度提高，去硫脱氧，改善热

15、脆性（硫化物熔点低，在热加工过程中造成晶粒的分离，引起钢材断裂）。,建筑用钢材含碳量0.8。C，强度和硬度，塑性和韧性；C0.3，可焊性，钢的冷脆性和时效敏感性，抗大气锈蚀性。建筑用钢C0.25。,4.硫（S）、氧（O）、磷（P）、氮（N）：有害元素。S、O呈非金属夹杂物存在于钢中，具有强烈的偏析作用，降低各种机械性能。低熔点氧化物或硫化物使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。P在低温下，在钢中的偏析作用强烈，使铁素体晶格严重畸变，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。P可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。,N对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的

16、强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。（5）钛（Ti）、钒（V）Ti：强脱氧剂，细化晶粒 V：与碳、氮、氧元素形成化合物，能细化颗 粒，有效提高强度，并能减少时效倾向。,一、钢材的冷加工与时效处理（一）冷加工 1.冷加工：将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使 产生塑性 变形，从而提高屈服强度的过程。2.冷加工强化的原理：钢材经冷加工产生塑性变形后，在变形区 域内的晶粒相对滑移，导致滑移而处的晶粒破碎，晶格歪 扭、畸变加剧，滑移面变得凹凸不 平，阻碍了晶粒进一步滑移，提高 了抵抗外力的能力。3.冷加工强化的效果：屈服点提高，抗拉强度不变，塑性 和韧性降

17、低，弹性 模量降低。,8.4 钢材的加工与焊接,工地和混凝土预制厂常利用这一性质，自行冷拉钢筋，达到调整钢筋性质、节约钢材的目的。但由于冷拉后钢筋硬脆性增加，冲击韧性降低。因此，受冲击荷载的动力基础不得使用冷拉钢筋。冷拉的控制力法分为 一般冷拉率大，强度增长也大。为使其有一定的安全储备，还要控制其屈强比(sb)，并使其韧性降低不至过大而造成脆性破坏。双控时，以控制拉应力为主，即拉至控制应力而冷拉率没超过允许者为合格。,单控（只控制冷拉率）双控（同时控制拉应力）,一、钢材的冷加工与时效处理（二）时效处理 1.时效：随时间的延长，强度和硬度增长，塑性相韧性 下降的现象。2.时效处理,时效,自然时效

18、:常温下存放1520d人工时效:加热到100200，并保持23h,包括,自然时效适于低强钢筋，人工时效适于高强钢筋。,目的：屈服点进一步提高，恢复弹性模量。,钢材产生时效的主要原因是，溶于-Fe中的碳、氮原子，向晶格缺陷处移动和集中的速度大为加快，这将使滑移面缺陷处碳、氮原子富集，使晶格畸变加剧，造成其滑移、变形更为困难，因而强度进一步提高，塑性和韧性则进一步降低，而弹性模量则基本恢复。钢时效处理后的效果：屈服强度提高，抗拉强度提高，塑性和韧性降低。钢经冷拉和时效处理后的效果：屈服强度进一步提高，抗拉强度也有所提高，塑性和韧性进一步降低。,冷加工并时效,建筑工程中常将屈服强度较低的低碳热轧圆盘

19、条(盘条指成盘出厂的钢筋)进行冷加工和时效处理，以提高屈服强度，节约钢材用量。冷拉和冷拔后，屈服强度一般可分别提高2025 或 4090。冷拉和冷拔还可使盘条钢筋得到调直和除锈。二、钢材的热处理热处理：将钢材按一定的制度加热、保温和冷却以改变其显微组织或消除内应力，从而获得所需性能的一种工艺处理。钢材的热处理一般在钢铁厂进行，井以热处理状态交货。在施工现场有时须对焊接件进行热处理。(一)淬火淬火是将钢材加热至显微组织转变温度(723)以上，保持一定时间，使钢材的显微组织发生转变，然后将钢材置于水或油中冷却。淬火可提高钢材的强度和硬度，但使塑性和韧性明显下降。,(二)回火回火将淬火后的钢材重新加

20、热到723以下某一温度范围，保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。回火温度愈高(500650)，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。（三）退火退火是指将钢材加热至723以上某一温度，保持相当时间后，在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。对冷拔钢筋常要退火，因多次冷拔后，钢材变得很脆。,三、钢材焊接 焊接是钢结构的主要连接形式，建筑工程中 的

21、钢结构有90以上为焊接结构。,焊接的 质量取决于,焊接工艺焊接材料钢材的可焊性,钢材的焊接性能是在焊缝处及其附近的性能与母材相近，硬脆倾向小，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。,含碳量、合金元素及杂质元素 含量的提高，钢材的可焊性降低。C 0.25时，可焊性明显降低；硫使热脆性增加;Mn、V增大硬脆倾向。,化学成分及其含量对可焊性的影响,8.5 建筑钢材的技术标准,一.钢结构用钢（一）碳素结构钢1.碳素结构钢牌号,由四部分组成,代表屈服强度的字母“Q”屈服强度质量等级脱氧程度,屈服强度分五级，即195、Q215、Q235、Q255和Q275。质量等级按硫、磷含量分为、四个。

22、脱氧程度为F、b、Z、TZ,如；碳素结构钢的牌号：Q 235-A F表示屈服强度235，级沸腾碳素结构钢,当为镇静钢或特殊镇静钢时，则表示“”与“Z”符号可省略。如：Q 235-C或Q 235-D,2.碳素结构钢性质及应用随牌号的增大，含碳增高，屈服强度、抗拉强度提高，但塑性与韧性降低，冷弯性能变差，同时可焊性也降低。,（1）各牌号性质与应用,具有较高的强度，较好的塑 性、韧性，同时还有较好的可焊性。良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温 度应力等不利因素作用下的安全性，因而能满足一般钢结构用钢的要求。,性质：强度较低，塑性和韧性较好，易于冷弯和焊接。应用：用于受荷较 小及焊接结构中，以

23、及制造铆钉和 地脚螺丝等。,主要用Q235结构钢,Q195和Q215,Q235号,性质：A、B级属于普通质量钢，C、D级属于优质钢。Q235A一 般用于只承受静荷载作用的钢结构，Q235B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构，Q235C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构，Q235D适合用于低温环境使用的承受动 荷载焊接的重要钢结构（由 于其晶粒较细，且S、P含量控制严格，故其冲击韧性很好，具有较强的抗冲击和 振动荷载的能力，且成本也较低）。应用：作钢结构的屋架、闸门、管道、桥梁及钢筋等。,性质：强度虽高，但塑性和韧性差，可焊性亦差，不易冷弯加工。应用：于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构构件和制造螺栓

24、。,Q255和Q275,工程结构的重要性、荷载类型(动荷载或静荷载)、焊接要求使用环境温度,选用钢材的原则,1.直接承受重级动荷载的焊接结构，2.计算温度等于和低于-20 的承受中级和轻级动荷载的焊接结构3.计算温度等于和低于-20的承受重级动荷载的非焊接结构，4.计算温度等于和低于-30 的承受静荷载或间接承受动荷载的焊接结构。,沸腾钢不得用于,强度高，塑性差、韧性差，可焊性差。,Q 235-A F与Q 235 C比，,Q 235-A F与Q 215 A F比，,强度相同，塑性差、韧性差，可焊性差。,5.性能（与碳素结构钢比）：不但屈服强度、抗拉强度较高，还具有良好塑性及韧性，耐低温好、耐腐

25、蚀及耐磨性好，时效敏感性低。节约钢量2030，成本并不高。,由三部分组成,代表屈服强度的字母“Q”屈服强度质量等级：A、B、C、D、E,4.牌号：,6.应用：大跨结构、高层建筑、大柱网结构、重型结构,按屈服强度分为Q295，Q345，Q390，Q420，Q460,（二）低合金结构钢,1.加入合金元素总量 5%2.镇静钢3.常用的合金元素：硅、锰、钛、钒、铬、镍、铜等。,二.钢筋混凝土结构用钢,(一)热轧钢筋1.按表面特征不同，分为光圆钢筋和带肋钢筋。2.按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为IIV级，I级钢筋低碳钢，光圆钢筋，强度低，塑性好，可焊性好，非预应力混凝土，受力筋和构造筋、级普通低合金钢

26、，带肋钢筋，预应力或非预应力混凝土级优质合金钢，带肋钢筋，预应力混凝土,月牙肋,等高肋,3.牌号：HPB235、HRB335、HRB400、HRB540,屈服强度,级别,强度 塑性，韧性 可焊性,（二）钢筋混凝土用冷拉钢筋,为了提高钢筋的强度及节约钢筋，工地上常按施工规程，控制一定的冷拉应力或冷拉率，对热轧钢筋进行冷拉。冷拉钢筋的力学性能应符合规范规定的要求。冷拉后不得有裂纹、起层等现象。冷拉级钢筋适合用于非预应力混凝土，冷拉、级钢筋适合用于预应力混凝土。实践中，可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样简化了流程，提高了效率；冷拉既可以节约钢材，又可制作预应力钢筋，增加了品种规格，设备简

27、单易于操作，是钢筋冷加工的常用方法之一。,（三）预应力混凝土用热处理钢筋 预应力混凝土用热处理钢筋是用8、10（）的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成，代号为1。优点：强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材；锚固性好，不易打滑，预应力值稳定；施工简便，开盘后钢筋自然伸直，不需调直及焊接。应用：主要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。,（四）冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是采用由普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋是热轧圆盘钢筋的深加工产品，是一种新型高效建筑钢材。冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为5级，其代

28、号为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、和CRB1170，（CRB为Cold rolling ribbed steel bar)，后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值。冷轧带肋钢筋的公称直径范围为mm12。,冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，同时具有和冷拉、冷拔相近的强度，因此在巾、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件中得到了越来越广泛的应用。（五）冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径为6.58mm的Q235(或Q215)圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝模而制成。冷拔钢丝不仅受拉，同时还受到挤压作用，如图所示。经受一次或多次的拔制而得的钢丝，其屈服强度

29、可提高40%60，且已失去了低碳钢的性质，变得硬脆，属硬钢类钢丝。,冷拔低碳钢丝按强度分为甲、乙两级。甲级丝适用于作预应力筋。乙级丝适用于作焊接网、焊接骨架、箍筋和构造钢筋。,（六）预应力混凝土用钢丝及钢绞线 大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。1.预应力高强度钢丝:是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成。预应力混凝土用钢丝分为(1)冷拉钢丝(代号L)，直径分为3、4、5、6、7mm五种。(2)矫直回火钢丝(代号J)，直径分为3、4、5mm三种。(3)矫直回火刻痕钢丝(代号JK)，直径为5mm一种。性质：强度高，抗拉强度为1500

30、MPa以上，屈服强度为1100MPa以上，质量稳定，安全可靠，且柔性好，无接头。应用：主要用于大跨度预应力混凝土结构及需要曲线配筋的预应力混凝土结构等。,2.钢铰线：是由2、3、根直径为2.55.0的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。铰捻方向一般为左捻。性质：预应力混凝土用钢绞线(17)直径有9.5mm、11.5mm、12.7mm和15.2mm四种，整根破坏负荷可达108300kN，屈服负荷可达86.6255kN；安全可靠，且柔性好，无接头。,捻制结构,l2,l7,l3,应用：钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。,三、其它用途钢及制品(一

31、)不锈钢 是以铬为主加合金元素的合金钢。按成分分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、高锰低铬不锈钢等。不锈钢在建筑上主要用于装饰，因而多数经过磨光或抛光处理。常用的主要为不锈钢薄板(0.22.0mm)以及各种型材、管材、龙骨等。(二)彩色涂层钢板 是以冷轧薄钢板或镀锌钢板为基材，经适当处理后，在其表而上涂覆彩色的聚氯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等而制成。为增加装饰性等常将彩色徐层钢板辊压成一定形状(v型、半波型、梯型等)。彩色涂层钢板主要用于外墙板、屋面板等的护面板等。(三)轻钢龙骨 是以镀锌钢带或薄钢板经多道工艺轧制面成。具有强度高、通用性广、耐火性强，安装简便等优点。轻钢龙骨作为室内吊顶和轻板隔断的

32、龙骨支架，主要用于安装各类石膏板、吸声板等。,8.6 建筑钢材的腐蚀与防止,一、钢材的腐蚀根据腐蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种：（一）化学腐蚀 化学腐蚀：干燥环境及非电介质溶液中，钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的腐蚀。这种腐蚀多数是氧化作用，使钢材表面形成疏松的氧化物(如氧化铁等)。在干燥环境中腐蚀进行的很慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度较快。,（二）电化学腐蚀（主要形式）电化学腐蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池而引起的腐蚀。1.电解质溶液钢材本身含有铁、碳等多种成分，由于它们的电极电位不同，形成许多微电池。当凝聚在钢材表面的水分中溶入CO2、S

33、O2等气体后，就形成电解质溶液。2.阴阳两极铁较碳活泼，因而铁成为阳极，碳形成为阴极，阴阳两极通过电解质溶液相连，使电子产生流动。3.电化学腐蚀在阳极，铁失去电子成为Fe 2+进入水膜。在阴极，溶于水的氧被还原为OH-。同时Fe 2+与OH-结合成为Fe(OH)2，并进一步被氧化成为疏松的红色铁锈Fe(OH)3，使钢材受到腐蚀。电化学腐蚀是钢材在使用及存放过程中发生腐蚀的主要形式。,二 防止钢材腐蚀的措施（一）涂敷保护层 涂料，电镀，搪瓷或塑料层,(二)设置阳极或阴极保护 对于不易涂敷保护层的钢结构，如地下管道、港口结构等，可采取阳极保护或阴极保护。阳极保护又称外加电流保护法，是在钢结构的附近

34、埋设一些废钢铁，外加直流电源，将阴极接在被保护的钢结构上，阳极接在废钢铁上。通电后废钢铁成为阳极而被腐蚀，钢结构成为阴极而得到保护。,阴极保护是在被保护的钢结构上连接一块比铁更为活泼的金属，如锌、镁，使锌、镁成为阳极而被腐蚀，钢结构成为阴极而被保护。（三）混凝土配筋的防锈措施根据结构的性质和所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等，还可掺用阻锈剂。（四）加入某些合金元素钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时在钢中加入铬、镍等合金元素，可制得不

35、锈钢。,小结1.钢材是经冶炼、铸锭等生产过程而成的材料，冶炼方法 不同，脱氧程度不同，钢材的性质就有一定的差异。钢 材的组成是决定钢材性质的内因，铁和碳构成了钢材的 晶体组织，组织不同，钢材性质也不同；化学元素对钢材的性质有重要影响，建筑钢材含碳量一般为小于0.8%的亚共析钢。随着含碳量的提高，钢材的强度、硬度提高，塑性、韧性、可焊性降低；硅、锰是有益元素，硫、磷、氧等是有害元素,规范中对化学元素加以规定。2.钢材为重要的结构材料，应具有良好的力学性能。通过拉伸 试验可测得一系列理性性质。结构设计的取值依据为屈服强度，伸长率的大小可反映钢材塑性的好差，屈强比可反映钢材的利用率及安全性。,钢材具

36、有冷脆性及时效敏感性，在低温和动载作用下，应尽量选用脆性临界温度低（低于环境温度),时效敏感性小钢材。3.钢材必须具备一些工艺性能。冷弯性反映塑性，保证钢材在一定形状下工作；可焊性是保证焊接结构整体性的重要性能；冷加工强化及时效可提高强度，节省钢材。钢材的防锈对提高其耐久性是十分重要的。4.普通低合金结构钢是在碳素钢的基础上，加入少量微量的合金元素，使性能得到较大改善，与普通碳素钢比较,它具有强度高、综合性能好、较好的塑性、韧性及可加工性能、节省钢材、成本低等优点。,4.碳素结构钢钢结构用钢由代表屈服强度的字母“Q”、屈服强度、质量等级、脱氧程度四部分组成。屈服强度分五级，即195、Q215、

37、Q235、Q255和Q275；质量等级分为、四级；脱氧程度为F、b、Z、TZ。由于Q235具有较高的强度，较好的塑 性、韧性，同时还有较好的可焊性。良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温 度应力等不利因素作用下的安全性，故能满足一般钢结构用钢的要求，它是建筑工程中主要用碳素结构钢牌号。5.低合金结构钢全部为镇静钢，由于加入合金元素，不但屈服强度、抗拉强度较高，还具有良好塑性及韧性，耐低温好、耐腐蚀及耐磨性好，时效敏感性低。节约钢量2030，成本并不高。主要应用于,大跨结构、高层建筑、大柱网结构、重型结构。6.热轧钢筋按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为IIV级，随着级别的提高，强度提高，塑

38、性、韧性及可焊性降低。I级钢筋用于非预应力混凝土，、级钢筋用于预应力或非预应力混凝土，级钢筋用于预应力混凝土。7.预应力混凝土用钢丝强度高，质量稳定，安全可靠，且柔性好，无接头。主要用于大跨度预应力混凝土结构及需要曲线配筋的预应力混凝土结构等。预应力混凝土用钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。8.根据腐蚀作用的机理，钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种。,一、填空1.按质量等级，建筑工程中主要应用的是 碳素钢和低合金钢2.按脱氧程度不同，将钢分为沸腾钢、半镇静钢、和特殊镇静钢。3.沸腾钢与镇静钢相比，其脆性,其时效敏感性,其成本。4.低碳钢结构设计

39、的取值为。高碳钢结构设计的取值为。5.钢材的屈强比（S/b）越大，则其利用率越,其安全性越。6.5表示。7.钢材的伸长率是反映钢材 的重要指标。,8.受动荷载作用的钢结构，应选用时效敏感 性 的钢材。9.承受动荷载作用的重级焊接结构，使用沸腾钢。10.严寒地区受动荷载作用的钢结构，设计时必须考虑钢材的时效敏感性和。11.钢筋经冷加工处理后，屈服点，抗拉强度不变，塑性和韧性降低。12.钢筋经冷加工及时效处理后，塑性和韧性,提高。13.钢筋经冷加工及时效处理的目的是。14.钢材时效处理的方法包括。,15.钢材中，元素含量增加，将明显增加其冷脆性。16.对低碳钢和中碳钢，随着含碳量的增加，钢材的机械

40、强度和硬度，塑性和韧性降低。17.锰可提高钢材的机械强度，热脆性18.钢材中，硅含量在2%以内时，可提高钢材的，对塑性和韧性影响不大19.含碳量为0.8%的碳素钢，称为共析钢，其组织为。20.含碳量小于0.8%的碳素钢，称为亚共析钢，其组织是由 组成.,二、选择填空1.钢材的冷弯性反映的是（）。A.抗弯强度 B.塑性 C.抗冲击性 D.耐疲劳性2.按受伸时的破坏特点，低碳钢属于（）。A弹性材料 B冷脆性材料 C韧性材料 D脆性材料3.按受伸时的破坏特点，高碳钢属于（）。A弹性材料 B冷脆性材料 C韧性材料 D脆性材料4.钢材中，可明显增加其低温冷脆性的化学元素为（）。A硫 B磷 C碳 D锰,5

41、.建筑钢材的含碳量小于0.8%时，其晶体组织为（）。A奥氏体 B珠光体和渗碳体 C铁素体和珠光体 D铁素体6.建筑钢材的含碳量大于0.8%时，其晶体组织为（）。A奥氏体 B珠光体和渗碳体 C铁素体和珠光体 D铁素体7.钢材的含碳量等于0.8%时，其晶体组织为（）A奥氏体 B珠光体 C铁素体 D渗碳体,8.钢材的基本组织中，含碳量少，塑性、韧性好，但强度低的为（）。A.奥氏体 B.珠光体 C.铁素体 D.渗碳体9.碳素结构钢中，主要用钢号为（）。A.Q195 B.Q215 C.Q235 D.Q25510.牌号为Q235AF的碳素钢中，235表示（）。A.0.2=235 MPa B.p=235 M

42、Pa C.b=235 MPa D.s=235MPa11.强度高、柔性好、无接头、质量稳定的为（）。A热轧钢筋 B冷拔低碳钢丝 C优质碳素钢丝 D热处理钢筋,12.对钢筋进行冷拉或冷拔的主要目的是（）。A提高塑性 B降低塑性，节约钢材 C提高塑性和韧性 D提高屈服强度，节约钢材13.碳素结构钢的牌号按（）划分为五个。A抗拉强度 B塑性 C韧性 D屈服强度14.寒冷地区承受重级动荷载的焊接钢结构，应选用（）。AQ235-AF BQ235-A CQ275 DQ235-D15.碳素结构钢中，尤其适用于较低温度下使用的钢号为（）。A.Q235-A B.Q235-B C.Q235-C D.Q235-D,问

43、答题：1.为什么说屈服点（s）、抗拉强度（b）和伸长率（）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？答屈服点（s）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过s值；屈服点与抗拉强度的比值（sb）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过s时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。,2.简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。答 碳素钢中基本组织的相对含量与其含量关系密切，当含量小于0.8时，钢的基本组织由铁素体和珠光

44、体组成，其间随着含量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、韧性逐渐降低。当含C量为0.8时，钢的基本组织仅为珠光体。当含C量大于0.8时，钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成，此后随含量增加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增，从而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减小，且强度下降。,3.碳素结构钢是如何划分牌号的？说明Q235-AF和Q235-号钢在性能上有何区别？碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（/mm2）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、B、Z、TZ)等四部分组成。Q235-AF和Q235-D均为235碳素结构钢，是

45、建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235-D磷、硫含量均少于Q235-AF,质量较好，按脱氧程度衡量Q235-D为震静钢，质量最好，Q235-AF 为沸腾钢。Q235-AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而Q235-D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。,4.何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放1520天，或者加热到100200，并保持2小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高2025，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。,在建筑工地和混凝土预制厂，经常对强度偏低和塑性偏大的钢筋或低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理，以提高屈服强度和利用率，节省钢材。同时还兼有调直、除锈的作用。这种加工所用机械比较简单，容易操作，效果明显，所以建筑工程中常采取此法。,