第六章-建筑钢材.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 六 章,建 筑 钢 材,钢结构厂房,2,钢结构桥梁,3,教学要求：,了解钢材的分类；,认识建筑钢材的力学性质：拉伸性能，冷弯性能、冲击韧性和硬度；,了解建筑钢材的化学成分对钢材性能的影响；,了解钢材的冷加工、热处理和焊接；,教学重点、难点：,建筑钢材的的标准及选用；,6.1,概 述,一、钢材,1,、定义：,钢材是一种以,铁,为主要元素、,含碳量一般在,2%,以下，,并含有其他元素,（磷,P,、硫,S,、氧,O,、氮,N,、硅,Si,和锰,Mn),的材料；,钢的化学成分：,主要：,Fe,合金元素：,C,、,Si,、,Mn,、,Ti,、,V,、,Nb,杂质：,P,、,S,、,O,、,H,铁：,含碳量大于,2%,（,3.0%3.5%,）,碳铁合金。,白口铁：,质硬脆，难加工,不直接使用，为炼钢原料,灰口铁：,质软且强度低,适于直接铸造、切削加工,3,、建筑钢材：,建筑钢材,是指建筑工程中用的各种钢材。,建筑钢材主要包括：,钢结构用各种型材,（如工字钢、角钢、方钢、圆钢、扁钢等）；,板材,（如钢板等）；,混凝土用各种,钢筋、钢丝和钢绞线,等；,钢结构用各种型材示意图,6.1,钢的冶炼加工与分类,钢一般是由生铁在炼钢炉中熔炼而成的；,生铁中含有较多的,碳（通常为,2%4.5%,）,和,其他的杂质,；,炼钢的实质：,把熔融的生铁进行氧化，使含碳量降低到,2%,以下，并且使其他杂质降低到容许的范围,；,二、钢的分类,1,、,国标,钢分类,（,GB/T1330491,）,规定,-,按合金元素含量分为：,非合金钢,（低碳钢、中碳钢、高碳钢）,低合金钢,合金钢,2.,按质量等级分为三大类,普通质量钢 优质钢 高级优质钢,3.,钢材按用途分为三大类：,（,1,）结构钢：,最常用的钢种（碳素结构钢和低合金高强度结构钢）；,（,2,）工具钢：,用于各种切削工具的钢；,（,3,）特种钢：,具有特殊性能的钢，如耐酸钢、,耐热钢、不锈钢等；,二、,钢的冶炼和脱氧及其对钢材 质量的影响,1,、大规模炼钢的方法主要有：,（,1,）转炉钢,（,2,）平炉钢,（,3,）电弧炼钢,2,、钢的脱氧,（,1,）沸腾钢：,仅用,弱脱氧剂锰铁,进行脱氧，脱氧很不完全的钢；,（,2,）镇静钢：,用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行,彻底脱氧,而得到的钢；,（,3,）半镇静钢：,脱氧程度以及钢的质量介于沸腾钢和半镇静钢之间；,总结：,建筑结构工程中最常用的,钢种是,碳素结构钢,和,低合,金高强度结构钢,；,6.2,建筑钢材的主要技术性能,一、力学性能,1,、抗拉性能,2,、冲击韧性,3,、硬度,二、工艺性能,1,、可焊性,2,、冷弯性能,一、力学性能,1,、抗拉性能,一、力学性能,弹性阶段（,I,）,：,OA,段是一条直线，应力与应变成正比，,A,为弹性极限强度；,屈服阶段（,II,）,：,AB,段，钢材失去了弹性变形的能力，应力增加不大，但应变迅速增加，发生了屈服现象。,强化阶段（,III,）,：,BC,段，钢材内部组织发生了变化，提高了抵抗外力的能力。,颈缩阶段（,IV,）,：,CD,段，变形迅速发展，应力下降，到,D,点发生试件的破坏。,低碳钢受拉到拉断，共经历了四个阶段：,钢筋的拉伸实验,钢筋塑性的表示指标,:,伸长率,：,试件拉段后，标距长度的增量与原标距长度之比,断面收缩率：,是指断面口处的面积收缩量与原面积之比,一、力学性能,2,、冲击韧性,冲击韧性试验图,一、力学性能,3,、硬度,二、工艺性能,1,、可焊性,二、工艺性能,2,、冷弯性能,冷弯性能：,指钢材在常温下承受弯曲的能力。,冷弯曲实验一般是把钢材按规定的角度（,90,或,180,）与,n,（,n=,弯心直径,d/,钢材的厚度或直径,a,）,进行弯曲。,钢材冷弯,(a),试样安装；,(b),弯曲,90,；,(c),弯曲,180,；,(d),弯曲至两面重合；,(e),规定弯心,6.3,钢的冷加工和热处理,一、冷加工强化和时效处理,1,、冷加工,：,指的是钢材在常温下进行的加工，常见的有,冷拔、冷拉、冷轧、冷扭、刻痕,等；,强化效果：,屈服点和硬度提高,塑性降低,冷 拔,钢筋经冷拉时效后应力,-,应变图的变化,一、冷加工强化和时效处理,2,、时效,：,钢材随着时间的延长，强度和硬度提高，而塑性、韧性下降的现象；,在冷加工状态下，时效性特别明显。,一般建筑用钢筋常利用,冷加工、时效,作用来提高钢筋的强度。,自然时效,:,将经过冷拉的钢筋于常温下存放,15,20,；,人工时效,:,将经过冷拉的钢筋加热到,100,200,并保持一段时间；,以上两个过程都称为,时效处理,。,工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工，,意义在于：,（,1,）,对比使用要求的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,（,2,）,调直、除锈的作用,（,3,）,加工所用机械简单，容易操作，效果明,显,二、钢材的热处理,热处理：将钢材按规定的温度，进行加热、,保温和冷却处理，改变钢材组织，得到所需,性能的一种工艺。,基本的热处理工艺有：,（,1,）淬火：,加热急冷,钢材强度提高，硬脆性增加,（,2,）回火：,加热冷却,内应力消除，硬脆性降低，,韧性改善,（,3,）退火：,加热，缓慢冷却,塑性、韧性改善,（,4,）正火：,加热冷却,强度提高，塑性降低，内应,力消除。,淬火 回火,三、,钢的化学成分对钢材性质的影 响,一般钢,：,碳、磷、硫、氧、氮等,合金钢,：,为改善钢材的某些性质，特意加入的元素，如锰、硅、钒、钛等,1,、碳,2,、锰、硅,为脱氧而有意加入的元素，能显著提高钢材的强度，对塑性与韧性的影响不是很大。,3,、磷,使钢材的拉伸强度提高，塑性和韧性下降，能显著增加钢材的冷脆性，降低钢材的可焊性；,4,、硫,能使钢材产生热脆性，降低钢材的热加工与可焊性；,5,、氧、氮,降低钢材的力学性质，严重影响了钢材的韧性，并能促进时效，降低钢材的可焊性；,6.4,建筑钢材的标准与选用,建筑钢材一般分两种,：,1,、,钢结构用钢材,:,2,、,钢筋混凝土结构用钢,：,其中低合金结构钢包括：角钢、工字钢、,槽钢和钢管、钢板等；,主要有钢筋、钢丝和钢绞线等,一、钢结构用钢材,1,、碳素结构钢,牌号的表示方法,：,（如,Q235,A.F,）,（,1,）按,屈服点值,分为五种：,195,、,215,、,235,、,355,、,275MPa,；,（,2,）按,磷、硫杂质的含量,由多到少分为,A,、,B,、,C,、,D,四个质量等级；,（,3,）按,脱氧方式,分为,F,、,b,、,Z,、,TZ,四种。,碳素结构钢的选用,从,表,6-1,、,6-2,可见，随着钢材牌号的增加，含碳量是增加的，钢材的,屈服点与抗拉强度增加,，但是,塑性与韧性有所下降。,对碳素结构钢而言，一般选择,Q235,牌号,的钢作为钢结构用钢。,例：碳素结构钢是如何划分牌号的？,说明,Q235,A,F,和,Q235,号钢在性能上有何区别？,解：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（,/mm,2,）、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,A,F,和,Q235,D,均为,235,碳素结构钢，是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。,1,）按硫、磷含量多少来衡量，,Q235D,磷、硫含量均少于,Q235AF,质量较好；,2,）按脱氧程度衡量,Q235D,为镇静钢，质量最好，,Q235AF,为沸腾钢。,3,）,Q235AF,钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而,Q235D,可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。,2,、低合金高强度结构钢,牌号的表示方法,：,如,Q295,A,。,其中,Q,表示屈服点，,295MPa,表示屈服点值，,A,表示质量等级；,分五个牌号：,Q295,、,Q345,、,Q390,、,Q420,、,Q460,；,应用：,一般用于大跨度、大型结构,3,、钢结构用钢材,1,）热轧型钢：,角钢、工字钢、槽钢、,T,型钢、,H,型钢、,Z,型钢,2,）冷弯薄壁型钢：,角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢,3,）钢板、压型钢板,二、钢筋混凝土用钢,（包括钢筋、钢丝和钢绞线）,钢筋有以下三种：,热轧钢筋：用加热钢坯轧成的条形成品钢筋。,是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，,主要用于普通钢筋混凝土的配筋；,冷轧带肋钢筋：,热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的横肋。,冷拉钢筋：,将热轧钢筋用冷拉设备加力进行张拉，使之伸长。,(a),等高肋钢筋；,(b),月牙肋钢筋,（,1,）热轧钢筋,根据表面特征不同，热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。,根据强度的高低，热轧钢筋又分为不同的强度等级，各强度等级热轧钢筋的技术标准见表,6-7,。,按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为,I,IV,级，四个强度等级的钢筋中，除,I,级钢筋为低碳钢外，其余三级热轧带肋钢筋均为低合金钢。其牌号由,HRB,和规定屈服强度最小值构成。,、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。,（,2,）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；,是热轧圆盘钢筋的深加工产品，是一种新型高效建筑钢材。,冷轧带肋钢筋性质见表,6-8,。,（,3,）冷拉钢筋,优点：,可使屈服强度提高,2030%,，,节约钢材,1020%,。,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。在普通、中小型预应力混凝土构件中应用广泛。,（,4,）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。,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，钢铰线是由根直径为,2.5,5.0,的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。,三、钢材的选用原则,（,1,）荷载性质,（,2,）使用温度,（,3,）连接方式,（,4,）钢材厚度,（,5,）结构重要性,一、钢材的锈蚀,钢材的锈蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏。,1.,化学锈蚀,化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀。,这种锈蚀多数是,氧化作用,，使钢材表面形成疏松的氧化物。,6.5,钢材的腐蚀和防止,（）电化学锈蚀,电化学锈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锈蚀。,在阳极，铁失去电子成为,Fe,2+,进入水膜；在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成,OH,-,二、锈蚀的防止,钢结构防止锈蚀,的方法通常是表面刷漆。,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。,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，可制得不锈钢。,本 章 结 束,按压力加工方式分为两大类,（,1,）热加工钢材：,将钢锭加热到一定温度，使得钢锭成呈塑性状态进行的压力加工，如热轧、热锻；,（,2,）冷加工钢材：,指在常温下进行加工的钢材,压力加工的目的：,去除冶炼、铸锭过程中钢材结构的不均匀、气泡等缺点；,