第7章 钢材的检测与应用2（课件）- 《建筑材料》同步教学（中国水利水电出版社）

第7章 钢材的检测与应用 §7－3 钢材的冷加工及时效处理 上海宝钢 2 一、钢材的冷加工强化 1.冷加工强化或冷加工硬化处理 冷加工强化是钢材在常温下，进行冷拉、冷拔或冷扎,使之产生塑性变形,从而提高其机械强度,相应降底塑性和韧性的过程。 冷加工强化的根本原因是钢材经冷加工变形后,钢材内部晶粒沿某些滑移面产生滑移,晶格扭曲,晶粒的形状也相应改变(晶粒被拉长或被压扁),滑移面上晶粒甚至破碎;当继续加大荷载或重新加载时,已经变形的晶粒对继续进行的滑移将产生巨大阻力,使已滑移过区域增加了对塑性变形的抗力,因而强度与硬度提高钢的塑、韧性则因为塑性变形后滑移减少而降低,脆性增大。因为塑性变形中产生内应力，故钢材弹性模量降低。 二、钢材的冷加工强化和时效 2.时效 钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。 时效分为自然时效和人工时效两种。 自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d； 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持20min ~ 2h。 二、钢材的冷加工强化和时效 钢材产生时效的原因是由于其晶体组织中的碳原子，氮原子有向缺陷处移动、集中的倾向，甚至呈碳化物或氮化物微粒析出。钢材受冷加工变形以后或在使用时受到反复振动，则碳原子、氮原子的移动，集中会大大加快。这使缺陷处碳、氮原子富集，阻碍晶粒发生滑移，增加了对塑性变形的抗力，其屈服强度、抗拉强度及硬度都将提高，而塑性和韧性降低。 §7－4 建筑用钢材的标准和选用 6 一、建筑工程常用钢种 1.碳素结构钢 (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表示为屈服点为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、冶炼方法、交货状态及表面质量、冷弯性能应符合GB/T700-1998规定。 一、建筑工程常用钢种 (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。 一、建筑工程常用钢种 2.低合金结构钢 (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/T1591-1994 的规定 一、建筑工程常用钢种 (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。 二、建筑工程常用钢材 1.钢筋与钢丝 A.热扎钢筋 (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、R、B分别为热轧 （Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars） 三个词英文首位字母。 推荐公称尺寸： 光圆：8、10、12、16、20 ； 带肋：6、8、10、12、16、 20、25、32、40和50mm 二、建筑工程常用钢材 (4)热轧钢筋的力学性能、工艺性能 应符合下表的规定。 表面形状 强度等 级代号 公称 直径 屈服点 σsMPa 抗拉强度σbMPa 伸长率δ5，% 冷弯 d弯心直径 a钢筋公称直径 不小于 光圆 HPB235 8～20 235 370 25 180°d=a 月牙肋 HRB335 6～25 28～50 335 490 16 180°d=3a 180°d=4a HRB400 6～25 28～50 400 570 14 180°d=4a 180°d=5a HRB500 6～25 28～50 500 630 12 180°d=6a 180°d=7a 二、建筑工程常用钢材 B.低碳热轧圆盘条 (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、建筑工程常用钢材 (4)力学性能和工艺性能 (5)应用 大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。 牌 号 力学性能 冷弯试验180° d=弯心直径 a=试样直径 屈服点σs，MPa 抗拉强度σb，MPa 伸长率δ5，% 不小于 Q215 215 375 27 d=0 Q235 235 410 23 d=0.5a 低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 二、建筑工程常用钢材 C.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 二、建筑工程常用钢材 (4)力学性能和工艺性能 应符合GB13788-2000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。 二、建筑工程常用钢材 D.热处理钢筋 (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 17 二、建筑工程常用钢材 (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 牌 号 σ0.2 σb δ10，% 不小于 MPa，不小于 6 8.2 10 40Si2Mn 48Si2Mn 45Si2Cr 1325 1470 6 二、建筑工程常用钢材 (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 。 热处理钢筋的设计强度取标准强度的0.8，先张法和后张法预应力的张拉控制应力分别为标准强度的0.7和0.8。 二、建筑工程常用钢材 E.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(代号为RCD)和消除应力钢丝(代号为S)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(GB50204-1992)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 。 二、建筑工程常用钢材 F.钢绞线 (1)生产 由两根、三根或七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。 二、建筑工程常用钢材 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。 G.型钢 (1)钢结构构件一般应直接选用各种型钢。 (2)型钢之间可直接连接或附加连接钢板进行连接。 (3)连接方式可铆接、螺栓连接或焊接。 (4)纲结构所用钢主要是型钢和钢板。 (5)型钢有热扎及冷成两种，钢板也有热扎和冷扎两种。 §7－5 钢材的腐蚀与防止 23 一、钢材的腐蚀 钢材的腐蚀是指钢的表面与周围介质发生化学作用或电化学作用而遭到破坏。 化学腐蚀：是钢与干燥气体及非电解质液体的反应而产生的腐蚀。这种腐蚀通常为氧化作用，使钢被氧化形成疏松的氧化物(如氧化铁等)。 电化学腐蚀：钢材与电解质溶液接触而产生电流，形成微电池从而引起腐蚀。其主要是形成铁离子与氢氧根离子结合成Fe(OH)2，并进一步被氧化成疏松红色铁锈Fe(OH)3，使钢材腐蚀。它是钢材发生腐蚀的主要形式。 二、腐蚀的防止 涂敷保护层——采用电镀或其它方式在钢材表面镀Zn、Cr等或涂敷搪瓷、塑料层等，将钢材与周围介质隔开，起保护作用； 设置阳极或阴极保护 (1)阳极保护又称外加电流保护法，是在钢结构的附近埋设一些废钢铁，外加直流电源将阴极接在被保护的钢结构上，阳极接在废钢上。 (2)阴极保护是被保护的钢结构上连接一块比铁更为活泼的金属，如Zn、Mg，使Zn、Mg成为阳极被腐蚀，钢结构成为阴极而被破坏。 掺入阻锈剂——在土木工程中大量应用的钢筋混凝土中，掺入常用的阻锈剂如亚硝酸盐、磷酸盐、铬盐、氧化锌、间苯二酚等以提高钢筋阻锈能力。 $$