第7章 建筑钢材（课件）- 《建筑材料（第4版） 》同步教学（机械工业版）

第七章 建筑钢材 建筑钢材的应用 大跨度结构 多层及高层结构 受动荷载作用的工业厂房 钢材 建筑钢材：主要指用用钢结构中 各种型材（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等） 钢板 用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。 建筑钢材的特点 优点： 能承受冲击和振动荷载 抗拉强度高、塑性和韧性好 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能 缺点： 易锈蚀、维护费用高 耐火性差 生产能耗大 一、钢材的冶炼 钢材的冶炼 转炉炼钢法 平炉炼钢法 电炉炼钢法 二、建筑钢材的分类 二、建筑钢材的分类 二、建筑钢材的分类 目前，建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢和普通低合金结构钢。 1.钢材的组织 三、钢材的组织及其化学成分对钢材性能的影响 铁素体：钢的晶体中有少量碳。 珠光体：由一定比例铁素体和渗碳体组成 渗碳体：碳化铁晶粒 共析钢 亚共析钢 过共析钢 有益元素 碳：当含碳量超过1%时，钢材的极限强度开始下降。 硅、锰：显著提高钢材强度。 有害元素 磷、硫：塑性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性。 氧、氮：严重降低钢的韧性和可焊性。 2.钢材化学成分对性能的影响 三、钢材的组织及其化学成分对钢材性能的影响 四、钢材的技术性质 钢材的性能主要包括力学性能、工艺性能和化学性能等，建筑工程中主要考虑钢材的前两种性能。 1、力学性能 （1）抗拉性能：抗拉性能是建筑钢材的主要力学性能。 由拉伸过程中4个 阶段：弹性阶段、屈 服阶段、强化阶段和 颈缩阶段。 （2）伸长率：塑性指标 。 意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性 增强， 安全性增强。 lo——试件原始标距长度，mm ； lu——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。 四、钢材的技术性质 （4）断面收缩率：塑性指标。 Su——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； S0——表示钢材的原始截面积，mm2。 伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。 四、钢材的技术性质 2.冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载的能力。 ——冲击韧性，J/cm2 ——摆锤冲击前后高度，m ——试件槽口处最小横截面积，cm2 ——摆锤的力，N 四、钢材的技术性质 3.硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。 四、钢材的技术性质 布氏硬度（HBW） 洛氏硬度（HR） 1、疲劳 17 什么是疲劳 结构在变动载荷和应变长期作用下，因累积损伤而引起的断裂现象，称为疲劳。 四、钢材的技术性质 疲劳破坏的应力水平低于静荷载时的强度极限。 如：一根能够承受300kN拉力的杆，在100kN的循环载荷下，经历100万次循环后可能出现破坏。 疲劳破坏属于脆性破坏，没有明显的塑性变形。 17 循环特征r 18 对称循环 t σ t σ 脉冲循环 非对称循环 静荷应力 t σ t σ 四、钢材的技术性质 18 循环特征r 19 （1）应力比（） 循环应力中绝对值最小的峰值应力smin与绝对值最大的峰值应力smax之比。r= smin /smax(拉应力取正号而压应力取负号) （2）应力幅（Ds） Ds=smax-smin，此处smax为最大拉应力，取正值，smin为最小拉应力或压应力。（拉应力取正号而压应力取负号） （3）平均应力 四、钢材的技术性质 19 （二）工艺性能 1.冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 冷弯性能和伸长率，表示钢材在静荷载条件下的塑性。 2.焊接性能：钢筋混凝土结构的钢筋骨架、接头、预埋件等，绝大多数采用焊接方式连接。可焊性优劣，主要取决于钢材中的碳及合金元素的含量。 四、钢材的技术性质 1 .冷加工 ——指钢材在常温下进行的加工。 常见的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。 特点：钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度， 长度增加，节约钢材。冷拔后钢材表面光洁。 这一过程称为冷加工强化处理。 现场加工方法 五、钢材的冷加工强化和时效强化 2. 时效处理 ——将经过冷拉的钢筋于常温下存放15～20d，或 加热到100～200℃并保持一段时间,这个过程称为时效处理。 自然时效 作用: 钢筋冷拉以后再经过 时效处理，其屈服点 进一步提高，塑性继 续有所降低。 人工时效 五、钢材的冷加工强化和时效强化 （1）退火 （2）正火 （3）淬火 （4）回火 六、钢材的热处理 热处理是将刚材料在固态范围内加热、保温和冷却，从而改变金相组织和显微结构组织，获取性能的工艺 1、按化学成份分类 　　 2、按脱氧程度分类 低碳钢（含碳量≤0.25%） 中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.60%） 碳素钢 高碳钢（含碳量≥0.60%） 低合金钢（合金元素总含量≤5%） 合金钢 中合金钢（5%＜合金元素总含量＜10%） 高合金钢（合金元素总含量≥10%） 沸腾钢：脱氧不充分，残留FeO与C结合，生成气体冒出。 镇静钢：脱氧充分，在钢模内平静凝固 半镇静钢：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 3、按品质分类 　　 4、按钢材用途分类 普通碳素钢 （含硫量≤0.050%，含磷量≤0.045%） 优质碳素钢 （含硫量≤0.035%，含磷量≤0.035%） 高级优质碳素钢 （含硫量≤0.025%，含磷量≤0.025%） 特级优质碳素钢 （含硫量≤0.015%，含磷量≤0.025%） 结构钢：用于工程结构和机械零件，低、中碳钢。 工具钢：用于刀具、量具、磨具，高碳钢。 特殊钢：用于特殊物理，化学性能的钢。 5、按生产工艺分类：热轧带肋钢筋工、热轧光圆钢筋、冷轧带肋钢筋、余热处理钢筋、钢丝。 $$