5 建筑钢材（课件）- 《建筑材料（第2版）》同步教学（清华大学版）

5 建筑钢材 5.1 钢材的分类 5.2 钢材的主要技术性能 5.3 钢材的技术标准与应用 5.4 钢材的质量控制 5.1 钢材的分类 按脱氧程度分为镇静钢 、特殊镇静钢 、沸腾钢和半镇静钢 按化学成分 碳素钢 合金钢 其他分类 按品质 按用途 结构钢 、工具钢 、轴承钢 类型 低碳钢 中碳钢 高碳钢 含碳量/% <0.25 0.25~0.60 >0.60 类型 低合金钢 中合金钢 高合金钢 合金元素总含量/% <5.0 5.0~10 >10 类型 普通钢 优质钢 高级优质钢 特级优质钢 含硫量/% ≤0.045~0.050 ≤0.035 ≤0.035 ≤0.015 含磷量/% ≤0.045 ≤0.025 ≤0.025 ≤0.025 5.2.1 钢材的力学性能 1. 强度 强度是钢材的重要技术指标，是指钢材在外力作用下，抵抗变形和断裂的能力 。测定钢材强度的主要方法是拉伸试验 。 OA—弹性阶段 AB—屈服阶段 BC—强化阶段 CD—颈缩阶段 低碳钢受拉的应力-应变图 5.2.1 钢材的力学性能 弹性极限与弹性模量 反映钢材抵抗变形的能力 ，即材料的刚度。E 值越大 ,钢材抵抗弹性变形的能力越大，在一定的荷载作用下，钢材发生的弹性变形量越小。 常用低碳钢的弹性模量E=(2.0~2.1) ×105 MPa 屈服强度 钢材暂时失去了抵抗塑性变形的能力 上屈服点、下屈服点 σs（确定钢材容许应力的依据） 常用低碳钢的 σs =195~235MPa 钢材的条件屈服点（残余变形为 0.2%时所对应的应力） 5.2.1 钢材的力学性能 极限强度 钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度 σb。 强屈比(σb/σs) ，强屈比越大，安全性越高 ，利用率越低。一般大于1.2。 疲劳强度 钢材在交变应力的反复作用下 ,往往在应力远小于其抗拉强度时就发生破坏 ,这种现象 称为疲劳破坏 。 疲劳强度是指疲劳试验时试件在交变应力作用下 ,于规定周期基数内（107）不发生断裂所能承受的最大应力。 5.2.1 钢材的力学性能 2. 塑性 钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。 钢材塑性用伸长率 δ表示 。钢材塑性的指标 , 它的数值越大，表示钢材塑性越好 。 5.2.2 钢材的力学性能 3. 冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载作用的能力 αk 越大，钢材的冲击韧性越好 冷脆性，脆性转变温度，北方寒冷地区选用脆性转变温度低于使用温度的钢材 4. 硬度 钢材表面局部体积内抵抗硬物压入的能力，HB值越大 ,钢材越硬 HB<175 ,σb ≈ 3. 6HB；当 HB>175时 ,σb ≈ 3.5HB 5.2.2 钢材的工艺性能 1. 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。弯曲角度和弯心直径与试件厚度(或直径) 的比值来衡量 (a) 试样安装 ; (b) 弯曲 90°; (c) 弯曲 180° 反映钢材在静荷载作用下的塑性 ,比伸长率更能反映出钢材的内应力 、微裂纹 、表面状况及夹杂物等缺陷 2. 焊接性能 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脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近。 低碳钢具有优良的可焊性 ,高碳钢的焊接性能较差。 5.2.2 钢材的工艺性能 3. 冷加工强化及时效强化 指钢材在常温下进行的机械加工，冷拉、冷轧、冷拔等。钢材经冷加工后 , 产生塑性变形 ，屈服强度提高 ，塑性 、韧性降低，弹性模量下降； 钢材随着时间的延长，屈服强度、抗拉强度提高， 塑性、韧性降低，弹性模量则基本恢复。 5.2.2 钢材的工艺性能 4. 钢材的热处理 热处理是将钢材按一定的温度进行加热 、保温和冷却， 以改变其金相组织和纤维结构组织，从而获得所需性能的一种综合工艺。 5.3 钢材的技术标准与应用 5.3.1 常用建筑钢种 5.3.2 钢结构用钢 5.3.3 钢筋混凝土用钢 5.3.1 常用建筑钢种 1. 碳素结构钢 牌号：代表屈服强度的字母+屈 服 强 度 数 值 +质量等级符号 +脱氧程度符号 Q195、Q215、Q235、Q275 例：Q235AF，表示这种碳素结构钢的屈服强度为 235 MPa,质量等级为 A，脱氧程度为沸腾钢 。 技术要求： 化学成分、力学性能及冷弯性能 （表 5.4、表 5.5和表 5.6） 5.3.1 常用建筑钢种 2. 优质碳素结构钢 分为普通含锰量(0.35%~0.80%) 和较高含锰量(0.70%~1.20%) 两大组 牌号：两位数字表示平均含碳量 ( 以 0.01%为单位) +含锰量标注 +脱氧程度符号 共有 31个牌号，其中有 3个牌号是沸腾钢，其他均为镇静钢 。 例：15F表示平均含碳量为 0.15% ,普通含锰量的沸腾钢 ; 45 Mn表示平均含碳量为 0.45% ,较高含锰量的镇静钢 。 常用30~45钢 。45钢也用作预应力混凝土锚具 , 65~80钢主要用于生产预应力钢筋混凝土用钢丝、刻痕钢丝和钢绞线 5.3.1 常用建筑钢种 3. 低合金高强度结构钢 牌号：屈服点符号 +屈服点数值+交货状态代号+质量等级 Q355、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690。 交货状态代号 : 热轧 AR或 WAR(可省略) 、N(正火 、正火轧制) 、M(热机械轧制) 。 质量等级 : B、C、D、E、F五个等级 技术要求： 化学成分、力学性能及冷弯性能 （表 5.7、表 5.8） 低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构 5.3.2 钢结构用钢 钢结构用钢有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、棒材、钢管和板材 常用的型钢有工字钢、H 型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。 5.3.3 钢筋混凝土用钢 1. 热轧钢筋 分类：光圆钢筋和带肋钢筋 牌号： 热轧直条光圆钢筋 ：HPB300 热轧带肋钢筋：HRB400（E）、HRB500（E）、HRB600 HRBF400、HRBF500、HRBF600 H、R、B、E、F分别为热轧、带肋、钢筋、地震、细晶粒，数值为屈服强度的最低值。 技术要求：力学与弯曲性能见表5.9 5.3.3 钢筋混凝土用钢 2. 冷轧带肋钢筋 采用热轧圆盘条经冷轧而成，表面带有沿长度方向的两面或三面月牙肋 牌号：CRB550、CRB650、CRB800、CRB600H、CRB680H、CRB800H ，中C、R、B、H 分别表示冷轧、带肋、钢筋、高延性，数值为抗拉强度的最低值。 技术要求：力学与弯曲性能见表5.10 3. 预应力混凝土用钢棒 4. 预应力混凝土钢丝和钢绞线 5.4 钢材的质量控制 5.4.1 钢材化学成分对钢性能的影响 C （＜0.8%） , 碳含量提高 ,强度和硬度提高 ,塑性和韧性则降低 ,显著降低钢材的可焊性 ,增加冷脆性和时效敏感性, 降低抗大气锈蚀性 Si（＜1%） 提高强度 Mn （1%~2%）主合金元素 提高强度，降低热脆性 S、O 易偏析 降低机械性能，易产生热裂纹（热脆），降低可焊性 P、N 提高强度，但显著降低塑性和韧性。增大冷脆，降低可焊性。耐磨耐腐蚀，可配合使用 其他 氮、钛、钒 5.4 钢材的质量控制 5.4.2 钢材的锈蚀与防护 危害：产生锈坑，减小有效截面积，容易引起应力集中。 种类：化学腐蚀 、电化学腐蚀 钢材的防护 1）表面刷漆：常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。 面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌等 2）混凝土用钢筋：提高混凝土密实度、厚度；限制 Cl-掺量 3）耐候钢（铜、镍等合金元素） $$