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第二章第四节钢材冷加工

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第二章 钢结构的材料

第二章 钢结构的材料
3.人工时效 使钢材产生10%的塑性变形，再加热到 200～300 oC，然后冷却到室温进行试验。这样可使时 效在几小时内完成。
五、复杂应力状态的影响
在复杂应力如平面或立体 应力作用下，钢材的屈服并 不只取决于某一方向的应力， 而是由反映各方向应力综合 影响的 屈服条件来确定。
eq ( x y y z z x ) 3( )
第二节
钢材的主要机械性能
• 钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生 产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击 等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由 相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验 方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能 标准试件在室温（100C～350C) 、以满足静 力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力 ζ ～ ε 应变曲线显示的钢材机械性能如下:：
二、疲劳计算
• 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。 Δ ζ =ζ max-ζ min称为应力幅，表示应力变化的幅 度。 • 试验表明，焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最 大应力ζ max作用的结果，而是焊缝部位足够大小 的应力幅反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳 寿命不仅与应力幅有关，还与 其他因素有关。 规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力 幅，以反映其实际工作情况。 • 疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅和 变幅疲劳两种情况进行计算。
（2）槽钢
有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽 钢规格用槽钢符号 [ 或Q[表示。 例如，普通槽钢[10、[20a，轻型槽钢Q[20a。 （3）工字钢 有普通工字钢和轻型工字钢两种。 例如，普通工字钢I18、I50a，轻型工字钢QI50。 （4）H型钢 H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等 厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它 构件连接。热轧H型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢， 它们的代号分别为HW、HM和HN。例如HW260a、 HM360、HN300b。

钢筋冷加工与热处理

钢筋冷加工与热处理

钢筋冷加工与热处理冷拉应力应超过屈服强度。

1卸载后停一段时间（或高温作用），经过时效，屈服点可提高到k1点（高于钢筋受拉曲线上点），称为时效强化。

2卸载后立即重新加载到k点，未经时效，冷拉硬化。

钢筋受拉拉到曲线强化段上一点开始卸载，它除了有弹性变形以外，还有塑性变形，如果现在要卸载，所有的弹性变形都能恢复，塑性变形是不恢复的。

如果弹性变形是恢复的话，可以不断去加载卸载，就可以把所有塑性变形保留下来。

如果卸载过程当中，这个钢筋只有弹性变形，没有出现塑性变形。

它最后沿着这条曲线下来，那保留的就是钢筋的塑性应变，这个曲线跟一开始的那条线平行，因为钢筋卸载下来只有弹性，并且没有塑性变形，因此应力和应变关系是一个线性的关系，这样就把屈服平台段没有了。

如果仍然把k点作为屈服强度的话,那么这时候就没有屈服平台了，就变成有点像硬钢一样的东西。

如果现在卸载却不马上加载，再过一段时间加载，就不是这个原来那条虚线了。

强度提高变形能力降低，但是软钢的特性仍然保留着，软钢的特征是有一段屈服平台。

现在土木工程里面不需要有很大变形的钢筋。

钢筋一开始的变形太大,可以把它拉一拉,就是拉大到强化段以后，然后再把荷载卸下来，过一段时间以后再去用这个钢筋，这个钢筋的屈服强度就比没拉以前的那个屈服强度提高很多，但是变形能力会降低，这是以牺牲变形能力来换取高的强度，这样的一个过程就是冷拉的原理。

冷拉例：HPB300钢在常温下硬化需20天；100度下仅需2小时；450度时，强度反而降低，塑性性能有所增加；700度时，钢材恢复到冷拉前的性能，这种现象称为软化。

因此，对焊接的冷拉钢筋应先焊接再冷拉。

冷拉只能提高钢筋的抗拉强度，塑性下降；应先焊接后冷拉；冷拉钢筋不宜用作为受压钢筋和承受冲击力或重复荷载及负温下的结构中。

双控：张拉时对冷拉应力和冷拉率都进行控制。

单控：张拉时仅控制冷拉率。

冷拔将直径6-10mm的HPB300级钢筋，用强力从直径较小硬质合金拔丝模拔过，使它产生塑性变形，拔成较细直径的钢丝，以提高其强度的冷加工方法。

冷加工对钢材性能的影响

冷加工对钢材性能的影响

冷加工对钢材性能的影响
在常温下加工叫冷加工，冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑性变形，产生很大塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点，同时降低塑性和韧性。

例如图2-7最下面一条线是一次拉伸试验时的应力一应变曲线，若到达图中的B点卸荷后，曲线将循B 下降到C点，重新加荷，曲线将循CBD进行，这相当于将原点0移至C点，结果是减小了钢的变形能力，亦即降低了钢的塑性性能，这个过程称为冷加工硬化或应变硬化。

在钢结构中由于对钢材的塑性和韧性要求较高，因此一般不利用这现象以提高钢材的属服点。

把微弯的杆调直，如应变不超出屈服平台，则不提高属服强度，材料的延性也下降不多。

但剪切和冲孔使钢材产生严重的塑性变形，以致剪断的边缘和冲成的孔壁严重硬化，甚至出现裂纹。

对比较重要的结构，剪断处需要刨边，如重级工作制吊车梁截面的剪切边，冲孔则用较小的冲头，冲完再行扩钻。

把钢板或其局部弯成圆柱面，在提高强度的同时也使塑性下降，常需用热处理方法来消除冷加工硬化的不利影响。

但在冷弯薄壁型钢结构中，允许利用钢板冷弯成型时转角处钢材届服点的提高。

如加荷到应变硬化阶段卸载后隔一定时间，再重新加载，钢材的强度将继续有所提高，如图2-7所示。

土木工程材料(第3章 金属材料)

土木工程材料(第3章 金属材料)

B上 B
A B下
σS
）强化阶段（Ⅳ） 颈缩阶段。每个阶 段都各有其特点。
δ
ε=ΔL/ L
图2.1 低碳钢受拉时应力应变曲线图
– 图2.1中的 B上点是这一阶段的最高点，称为 屈服上限（σ s上）； B下点相应的应力称为 屈服下限（σs下），又称屈服点或屈服强度 ，用σs表示。
– 伸长率δ
l1 l0 100%
d
d。
d+2.1d。
α
（a）
（a）试件安装
P
d
(b)
（b）弯曲90°
P
(c)
（c）弯曲180°
(d)
（d）弯曲至两面重合
钢材冷弯试验
第三节 钢的化学成分对钢材性能的影响
①碳（C）：
– 当含碳量小于 0.8% 的碳素钢，随着含碳量的 增加，钢的抗拉强度（σb）和硬度（HB）增加 ，而塑性和韧性则相应降低。
l0
– 伸长率δ是衡量钢材塑性的一个指标，它 的数值愈大，表示钢材塑性愈好。
– 伸长率与标距有关。通常钢材拉伸试验 标距取l0= 10d0和 l0= 5 d0，伸长率分别 以δ10和δ5表示。对同一钢材δ5大于δ10。
2．冲击韧性
– 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破 坏的能力。是以试样缺口处单位横截面 所吸收的功（J/cm2）来表示，即冲击韧 性值，其符号为αk。
有色金属是除黑色金属以外的其他 金属，如铝、铅、锌、铜、锡等金属及
建筑工程上用的钢材包括各类钢结 构用的型钢（如圆钢、角钢、槽钢和工 字钢等）、钢板和钢筋混凝土用钢筋、 钢丝等。
钢材强度高、品质均匀，具有一定 的弹性和塑性变形能力，能够承受冲击 、振动等荷载作用；钢材的加工性能良 好，可以进行各种机械加工，可以通过 切割、铆接或焊接等方式的连接，进行 现场装配。

冷加工基础知识

冷加工基础知识

冷加工基础知识冷加工是一种从常温开始加工，以低于材料临界温度进行加工的方法。

冷加工包括锻造、轧制、拉拔、冷镦、冲压等。

与热加工相比，冷加工具有表面光洁度高、尺寸精度高、机械性能优良等优点。

本文将详细介绍冷加工的基础知识。

一、冷加工原理1.1 金属塑性变形原理金属在受力下发生剪切强度的变化，即可发生变形，又称为金属的塑性变形。

金属塑性变形主要是通过在晶界滑动和原子之间的滑动实现的。

1.2 金属塑性变形条件金属的塑性变形是在一定的条件下发生的：（1）各向同性：金属的塑性变形没有方向性。

（2）材料粘塑性：金属内部有较强的原子结构，可以有一定程度的形变。

（3）材料强度：在塑性变形时，材料内部的强度需要得到适度的保持。

（4）变形温度：金属在一定温度范围内可以发生塑性变形。

1.3 冷加工变形方式冷加工有以下几种基本变形方式：（1）负向变形：在材料表面形成压力，被挤压，使其负向变形。

（2）正向变形：在材料表面形成拉力，被拉伸，使其正向变形。

（3）剪切：通过微小的剪切力来引起金属的塑性变形。

二、冷加工工艺2.1 冷锻冷锻是指在室温下进行的锻造操作，通常需要使用机械力或冲压力来实现。

冷锻是一种高精度锻造工艺，并且可以用于不同的应用领域，如汽车、电器等。

2.2 冷轧冷轧是指在室温下进行的钢板或钢带的轧制操作。

与热轧相比，冷轧具有表面光洁、尺寸稳定、机械性能好等优点。

2.3 拔制拔制是用金属棒材加工成小直径的金属杆，是对铜、铝、钢等材料的常用加工方式。

拔制需要通过高压力的拉伸来使原材料变形成小直径的材料，同时还需要在表面添加适量的油脂来减少摩擦力。

2.4 冷镦冷镦是通过在室温下精密成形金属，通常用于制造螺钉和其他紧固件。

冷镦需要确定好金属材料的尺寸、切削角度等参数，然后将材料送入特制设备中进行塑性变形。

三、冷加工设备3.1 冷模锻机冷模锻机是一种用于冷锻金属的机械设备。

该设备可以根据需要设计和制造不同规格的模具，以适应不同的冷锻加工要求。

金属冷加工基础

金属冷加工基础
应经过处 理后达标排放，避免对水体造成污染。
固体废弃物
金属加工过程中产生的固体废弃物应 分类处理，可回收利用的应进行回收， 不可回收的应妥善处理。
噪声污染
采取消音措施，降低设备噪声，减少 对周围环境的影响。
金属冷加工的未来发展趋势与展望
智能化
随着工业4.0的发展，金属冷加工 将向智能化方向发展，实现自动
化、数字化和网络化生产。
环保化
随着环保意识的提高，金属冷加工 将更加注重环保，采用更加环保的 材料和工艺，减少对环境的污染。
个性化
随着个性化消费的兴起，金属冷加 工将更加注重个性化生产，满足消 费者多样化的需求。
THANKS
感谢观看
金属冷加工设备的维护与保养
定期检查
对金属冷加工设备进行定期检 查，确保设备各部件正常运转 ，及时发现并解决潜在问题。
清洁保养
定期对设备进行清洁保养，保 持设备整洁，防止污垢和杂质 的积累。
润滑维护
定期对设备进行润滑维护，保 证设备各部件之间的润滑良好 ，降低磨损和摩擦。
安全操作
遵守设备操作规程，确保设备 安全运行，防止事故发生。
05
金属冷加工工艺流程
毛坯准备
1
毛坯准备是金属冷加工的第一步，包括选择合适 的材料、确定毛坯的形状和尺寸，以及进行必要 的加工以去除多余的材料。
2
毛坯的准备应考虑到工件的性能要求、加工工艺 和生产效率等因素，以确保后续加工的顺利进行。
3
毛坯的表面质量对工件的质量和加工精度有着重 要影响，因此需要确保毛坯表面无明显缺陷和损 伤。
切削加工
切削加工是利用切削工具将金属材料切除，从而获得所需形状和尺寸的加工方法。
切削加工可分为铣削、车削、钻削等，其中铣削是使用旋转切削刀具对金属进行切 削，车削是使用车床对金属进行切削，钻削是使用钻头对金属进行切削。

第二章钢结构材料

第二章钢结构材料

作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。

2.第二章建筑钢材全解

2.第二章建筑钢材全解

课后思考
从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做 拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为 42.4 kN，41.5 kN；抗拉极限荷载分别为62.0 kN，61.6 kN,钢筋公称直径为12 mm，标距为 60 mm，拉断时长度分别为66.0 mm，67.0 mm。计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长 率。
（三）按冶炼时脱氧程度分类
钢按冶炼时脱氧程度可分为镇静钢、特殊镇 静钢、沸腾钢和半镇静钢。
钢材的化学成分
1、碳(C) — 决定钢材性能的主要元素 含碳量的影响 随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度相应 提高，而塑性和韧性相应降低。 当含碳量超过1%时，钢材的极限强度开始 下降。 含碳量过高还会增加钢的冷脆性和时效敏感 性，降低抗大气腐蚀性和可焊性。
此外，钢材在温度高于723 ℃时，还存在奥 氏体。奥氏体为碳在γ -Fe中的固溶体，溶碳能力
较强，高温时含碳量可达2.06％，低温下降至0.8 ％。其强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热 状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。
碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响
钢材的化学成分
硅、锰大部分溶于铁素体中，当硅含量小于1％时，可提高 钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；锰一般含量在1％～2％之 间，除强化外，能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加 工性。硅、锰是我国低合金钢的主要合金元素。 钛是强脱氧剂，钒是碳化物和氮化物的形成元素，二者皆能 细化晶粒，增加强度，常用在建筑的低合金钢中。 磷主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、 耐蚀性，但塑性、韧性显著降低，当温度很低时，对后二者影响 更大。氮溶于铁素体中或呈氮化物形式存在，对钢材性质影响与 C、P相似。二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素。 硫、氧主要存在于非金属夹杂物中，降低各种力学性能，硫 化物造成的低溶点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可 焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效倾向的作用，氧化物 所造成的低溶点亦使钢的可焊性变坏。

钢管制作工艺以及检验标准钢管知识

钢管制作工艺以及检验标准钢管知识

目录第一章钢材生产及分类第一节金属的基本概念第二节炼钢的原理第三节钢的分类第四节钢的浇注方法第五节钢材的分类第二章钢管生产基本知识第一节钢管概述第二节钢管生产工艺--热轧第三节钢管生产工艺—冷加工第一章钢材生产及分类第一节金属的基本概念金属是一种不透明的结晶材料，通常具有高强度和优良的导电性、导热性、延展性和反射性。

主要包括黑色金属、钢、有色金属。

1、黑色金属是指铁和铁的合金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。

钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。

生铁是把铁矿石经高炉冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。

铁合金是由铁和硅、锰、铬等元素组成的合金，铁合金是炼钢的原料之一，在炼钢时做脱氧剂和合金元素添加剂用。

2、生铁在炼钢炉经一定工艺熔炼，即得到钢，也称为粗钢。

钢的产品有钢锭（模铸坯）、连铸坯和直接铸成的各种铸件等。

通常所讲的钢材，是指经塑性变形（轧制、锻压等）而形成的各种钢材。

钢属于黑色金属但钢不完全属于黑色金属。

3、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。

4、金属主要加工方法有：铸造，压力加工，切削，焊接。

压力加工定义：就是用不同的工具，对金属施加压力，使之产生塑性变形，制成一定形状产品加工方法的，有轧制，锻造，挤压和拉拔等。

钢材的90%左右是用轧制方法成型。

合金的定义：由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素按一定的配比构成，其改变了原来单一金属的物理及化学性质，但一般仍具有金属的一些通性，所以的合金的使用更为广泛。

第二节炼钢的原理钢是指完成了冶炼过程，未经型性加工的粗钢，也是一种铁碳合金，含量为0.0218或2.11%1、钢铁的划分，是以钢铁中的含碳量进行划分的。

①纯铁：C≤0.0218%；（或称海绵铁）②铁：C≥2.11%；（生铁或铸铁）③钢：0.0218%＜C＜2.11%；2、炼钢的主要原料：炼钢的主要原料有：生铁、铁矿石（粉）、熔剂（如碳酸钙或俗称生石灰）等。

钢结构第二章2012

钢结构第二章2012

（3）断裂时变形约
为弹性变形的200倍， fu 在破坏前产生明显 可见的塑性变形， 可及时补救，故几 乎不可能发生。
fy
fu-fy
O 0.15%
22%

钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
4.单向拉伸时钢材的机械性能指标
（1）屈服点fy--应力应变曲线开始产生塑性流动时
对应的应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材
3、钢材的浇注和脱氧 钢液按脱氧程度分：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢 和特殊镇静钢四类。 沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液 中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的时效、韧性、 可焊性较差，容易发生时效和变脆，但产量较高、 成本较低；
镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低， 成本较高。杂质少，组织致密，冶金缺陷少，冲击 韧性好，但成本较高，成品率较低。Fu基本相同， fy略高。
1、钢材的组织构造(P19) 含碳量：钢<2%, 铸铁>2% C<0.25% 低碳钢 C＝0.25%～0.6%中碳钢 C>0.6% 高碳钢 碳素结构钢：Fe～99％，C＋杂质元素～1％ 低合金结构钢：Fe95％（～97％）， C＋合金元素＋杂质5％（～3％）。
钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
2、冷加工(P22) 冷轧、冷弯、冷拔等延伸性加工 剪、冲、钻、刨等切削性加工 3、热处理 退火、正火、淬火和回火四种工艺 消除残余应力、改变钢材力学性能 冷作硬化变脆
钢结构设计原理 福州大学土木工程学院 林翔
第三节、钢材的主要性能(P23)
一、钢材的破坏形式
• 两种性质完全不同的破坏形式：
塑性破坏（延性破坏 Ductile Fracture) 脆性破坏（脆性断裂 Brittle Fracture)

冷加工对钢材性能的影响

冷加工对钢材性能的影响

冷加工对钢材性能的影响
在常温下加工叫冷加工，冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切等加工使钢材产生很大塑性变形，产生很大塑性变形后的钢材在重新加荷时将提高屈服点，同时降低塑性和韧性。

例如图2-7最下面一条线是一次拉伸试验时的应力一应变曲线，若到达图中的B点卸荷后，曲线将循B 下降到C点，重新加荷，曲线将循CBD进行，这相当于将原点0移至C点，结果是减小了钢的变形能力，亦即降低了钢的塑性性能，这个过程称为冷加工硬化或应变硬化。

在钢结构中由于对钢材的塑性和韧性要求较高，因此一般不利用这现象以提高钢材的属服点。

把微弯的杆调直，如应变不超出屈服平台，则不提高属服强度，材料的延性也下降不多。

但剪切和冲孔使钢材产生严重的塑性变形，以致剪断的边缘和冲成的孔壁严重硬化，甚至出现裂纹。

对比较重要的结构，剪断处需要刨边，如重级工作制吊车梁截面的剪切边，冲孔则用较小的冲头，冲完再行扩钻。

把钢板或其局部弯成圆柱面，在提高强度的同时也使塑性下降，常需用热处理方法来消除冷加工硬化的不利影响。

但在冷弯薄壁型钢结构中，允许利用钢板冷弯成型时转角处钢材届服点的提高。

如加荷到应变硬化阶段卸载后隔一定时间，再重新加载，钢材的强度将继续有所提高，如图2-7所示。

第二章 《钢筋混凝土结构设计原理》钢筋混凝土材料性能

第二章 《钢筋混凝土结构设计原理》钢筋混凝土材料性能

帮 助
二、工艺性能
（一）冷弯性能 定义：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形而不断裂的 能力。 试验要求：钢材试件绕着指定弯心弯曲至指定角度后，如试 件弯曲处的外拱面和两侧面不出现断裂、起层现象，即认为冷 弯合格。如图7-11和图7-12所示：
d
α
d
(a)弯曲准备b）弯曲至 (b)弯曲至a角度 (c)弯心d,弯曲180 (d)弯心0,弯曲180 a）弯曲准备 a角度 c）弯心 d，弯曲1800 d）弯心 0，弯曲1800 图7-11 钢材的冷弯试验示意图
应力σ
图7-2钢材的拉伸试件 (b)拉伸后 1.钢材应力－应变关系曲线 D
B C高 A C低 C E
a 0 应变ε
图7-3 低碳钢单轴拉伸应力-应变示意图
1）弹性阶段－OB段
如卸去荷载，试件将恢复原状，不产生残留塑性变形。与A 点相对应的应力为比例极限；与B点相对应的最大应力称为弹性 极限 。
2）屈服阶段－BC段
一、力学性能 （一）拉伸性能
实验方法：使用万能试验机在试件两端施加一对缓慢 增加的拉伸荷载，观察试件的受力与变形过程，直至 被拉断，如图7-2所示 。
d0
A0 L0 L (a)拉伸前
d1
A1 L0 +△L L1
低碳钢受拉时， 其应力－应变关系曲 线可分为四个阶段： 弹性阶段、屈服阶段、 强化阶段和颈缩阶段， 见图7-3。
弯曲 弯心 角度 直径
不小于
235 370 25
1800
d 3d 4d
6～25 Ⅱ HRB335 级 （20MnSi） 28～50 HRB400 (20MnSiV、 6～25 Ⅲ 20MnSiN 28～50 级 b、 20MnTi）
335

钢筋冷加工

钢筋冷加工

光圆钢筋 冷拔 冷拔低碳钢丝
1、钢筋冷拔工艺
轧头 剥壳 通过润滑剂进入拔丝模冷拔
2、影响钢筋冷拔质量的因素
（1）原材料质量： ）原材料质量： 普通低碳热轧光圆钢筋强度变化较大。 普通低碳热轧光圆钢筋强度变化较大。 甲级冷拔低碳钢丝采用符合HPB235级热轧钢筋标准。 圆盘条拔制。 （2）冷拔总压缩率（β）： ）冷拔总压缩率（ ）： 由盘条拔至成品钢丝的横截面缩减率。 由盘条拔至成品钢丝的横截面缩减率。
点击钢筋冷拉动画
卷扬机、滑轮组冷拉设备的拉力： 卷扬机、滑轮组冷拉设备的拉力：
Q =T/K’－F （KN） － T—卷扬机拉力（KN） 卷扬机拉力（ 卷扬机拉力 KN） F—设备阻力 （KN），取5～10KN KN）， ），取 10KN 设备阻力 K’—滑轮组的省力系数， 滑轮组的省力系数， 滑轮组的省力系数 K’=[f n-1(f－1)/(f n－1)] =[ f—单个滑轮阻力系数（青铜轴套为1.04） 单个滑轮阻力系数（ 1.04） 单个滑轮阻力系数 青铜轴套为1.04 n—滑轮组的工作线数。 滑轮组的工作线数。 滑轮组的工作线数 时应提高到实际所需拉力的1.2 1.5倍 1.2～ 选Q 时应提高到实际所需拉力的1.2～1.5倍。 钢筋的冷拉速度： 钢筋的冷拉速度：v＝π ·D ·r/n （宜≯1m/min） D—卷筒直径（m）；r—卷筒转速（转/min）
5、冷拉设备
机械式冷拉设备：采用卷扬机带动滑轮组作为动力。 机械式冷拉设备：采用卷扬机带动滑轮组作为动力。 ①拉力设备：卷扬机和滑轮组； 拉力设备：卷扬机和滑轮组； ②承力结构：地锚、钢筋混凝土拉力槽； 承力结构：地锚、钢筋混凝土拉力槽； ③回程装置：荷重架回程或卷扬机滑轮组回程； 回程装置：荷重架回程或卷扬机滑轮组回程； ④测量设备：液压千斤顶或用装传感器和示力仪的电 测量设备： 子秤； 子秤； ⑤钢筋夹具： 钢筋夹具： 液压式冷拉设备：采用专用液压千斤顶和高压油泵。 液压式冷拉设备：采用专用液压千斤顶和高压油泵。

钢材冷加工方法

钢材冷加工方法

钢材冷加工方法钢材冷加工是指在常温下对钢材进行各种加工操作的方法。

相比于热加工，冷加工具有成本低、工艺简单、加工精度高等优点，被广泛应用于钢材加工行业。

本文将介绍几种常见的钢材冷加工方法。

一、剪切剪切是一种常见的冷加工方法，适用于切割钢材。

剪切操作通常使用剪切机械，通过对钢材进行剪切力的施加，将钢材切割成所需尺寸和形状。

剪切操作可以对各种不同规格和材质的钢材进行加工，广泛应用于金属加工和制造行业。

二、冷拔冷拔是将钢材通过模具的拉拽作用，使其在常温下产生塑性变形，从而获得所需的形状和尺寸的加工方法。

冷拔操作可以改变钢材的截面形状，并提高其机械性能和表面质量。

冷拔常用于制造精密轴类零件、线材和螺纹钢等。

三、冷轧冷轧是利用轧机对钢材进行冷加工的方法。

在冷轧过程中，钢材经过多道次的轧制，使其截面尺寸变小、形状变化，同时提高钢材的密度和硬度。

冷轧可用于生产各种钢板、钢带和钢管等产品，广泛应用于建筑、汽车、家电等行业。

四、冷弯冷弯是利用弯曲机械对钢材进行弯曲加工的方法。

与热弯相比，冷弯具有工艺简单、成本低、变形小等优点。

冷弯操作可以使钢材产生弯曲、扭转等形变，从而获得所需的曲线形状，常用于制造各种构件和零件。

五、冷镦冷镦是将钢材在常温下通过模具的挤压作用，使其产生塑性变形，从而获得所需的形状和尺寸的加工方法。

冷镦操作通常用于生产各种螺栓、螺母和螺柱等紧固件。

冷镦可以提高钢材的强度和硬度，同时改善表面质量。

六、冷锻冷锻是利用冷锻机对钢材进行加工的方法。

在冷锻过程中，钢材经过多次冲击和挤压，使其产生塑性变形，从而获得所需的形状和尺寸。

冷锻操作可以提高钢材的强度和韧性，常用于制造各种工具、零件和轴类产品。

总结：钢材冷加工方法包括剪切、冷拔、冷轧、冷弯、冷镦和冷锻等。

这些方法在常温下对钢材进行加工，具有成本低、工艺简单、加工精度高等优点，广泛应用于各个领域。

钢材冷加工方法的选择应根据具体的加工要求和钢材的特性来确定，以获得最佳的加工效果。

第二章第四节钢材冷加工

第二章第四节钢材冷加工

四、钢材的焊接
焊接是各种型钢、钢板、钢筋等钢材的主要连接 方式。土木工程的钢结构中，焊接结构要占90%以上。 在钢筋混凝土结构中，大量的钢筋接头、钢筋网片、 钢筋骨架、预埋铁件及钢筋混凝土预制构件的安装等， 都要采用焊接。
（一）钢材焊接的基本方法 钢材的焊接主要采用以下两种基本方法： 1．电弧焊。电弧焊的焊接接头是由基体金属和 焊条金属通过电弧高温熔化联接成一体。 2．接触对焊。接触对焊是通过电流把被焊金属 接头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而成一 体。 焊接过程的特点是：在很短的时间内达到很高的 温度；金属熔化的体积很小；由于金属传热快，故冷 却的速度很快。因此，在焊件中常发生复杂的、不均 匀的反应和变化；存在剧烈的膨胀和收缩。因而易产 生变形、内应力和组织的变化。
OBCD：未冷拉钢筋曲线 O'KCD：冷拉钢筋曲线 O'K'C1D1：冷拉并经时效处 理钢筋曲线 B
K1 K
C1
C D1 D
O
图中OBCD为未经冷拉和时效处理试件的 曲线。当试件冷拉至超过屈服强度 的任意一个K点时卸荷载，此时由于试件已产生塑性变形，曲线沿KO'下降， KO'大致与BO平行。如果立即重新拉伸，则新的屈服点将提高至K点，以后的 曲线将与原来曲线KCD相似。如果在K点卸荷载后不立即重新拉伸，而将试件 进行自然时效或人工时效，然后再拉伸，则其屈服点又进一步提高至K1点， 继续拉伸时曲线沿K1C1D1发展。这表明钢筋经冷拉和时效处理后，屈服强度 得到进一步提高，抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则相应降低。
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三、钢材的热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保 温和冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能的一 种工艺 热处理包括淬火、回火、退火和正火 ⑴ 淬火 将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温，然后 投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加， 强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。 ⑵ 回火 将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织 改变温度以下（150～650 ℃），保温后按一定制度冷 却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力 消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。
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三、钢材的热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，进行加热、保 温和冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能的一 种工艺 热处理包括淬火、回火、退火和正火 ⑴ 淬火 将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温，然后 投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加， 强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。 ⑵ 回火 将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织 改变温度以下（150～650 ℃），保温后按一定制度冷 却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力 消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。
四、钢材的焊接
焊接是各种型钢、钢板、钢筋等钢材的主要连接 方式。土木工程的钢结构中，焊接结构要占90%以上。 在钢筋混凝土结构中，大量的钢筋接头、钢筋网片、 钢筋骨架、预埋铁件及钢筋混凝土预制构件的安装等， 都要采用焊接。
（一）钢材焊接的基本方法 钢材的焊接主要采用以下两种基本方法： 1．电弧焊。电弧焊的焊接接头是由基体金属和 焊条金属通过电弧高温熔化联接成一体。 2．接触对焊。接触对焊是通过电流把被焊金属 接头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而成一 体。 焊接过程的特点是：在很短的时间内达到很高的 温度；金属熔化的体积很小；由于金属传热快，故冷 却的速度很快。因此，在焊件中常发生复杂的、不均 匀的反应和变化；存在剧烈的膨胀和收缩。因而易产 生变形、内应力和组织的变化。
二、钢材的时效处理 将经过冷加工后的钢材，在常温下存放15～20 天，或加热至100～200℃并保持2h左右，其屈服强 度、抗拉强度及硬度进一步提高，这个过程称为时 效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。 通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度 较高的钢筋则需采用人工时效。 钢材经冷加工和时效处理后，其性能变化规律 在应力—应变图上明显地得到反映，如图所示。
第四节：钢材的冷加工、热处理和焊接
一、钢材的冷加工
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、 刻痕等，使之产生一定的塑性为钢材的冷 加工（或冷加工强化、冷作强化）。 土木工程中对大量使用的钢筋，往往是冷加工和 时效处理同时采用，常用的冷加工方法是冷拉和冷拔。
OBCD：未冷拉钢筋曲线 O'KCD：冷拉钢筋曲线 O'K'C1D1：冷拉并经时效处 理钢筋曲线 B
K1 K
C1
C D1 D
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图中OBCD为未经冷拉和时效处理试件的 曲线。当试件冷拉至超过屈服强度 的任意一个K点时卸荷载，此时由于试件已产生塑性变形，曲线沿KO'下降， KO'大致与BO平行。如果立即重新拉伸，则新的屈服点将提高至K点，以后的 曲线将与原来曲线KCD相似。如果在K点卸荷载后不立即重新拉伸，而将试件 进行自然时效或人工时效，然后再拉伸，则其屈服点又进一步提高至K1点， 继续拉伸时曲线沿K1C1D1发展。这表明钢筋经冷拉和时效处理后，屈服强度 得到进一步提高，抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则相应降低。
1．冷拉。将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产 生一定的塑性变形称为冷拉。冷拉后的钢筋不仅屈服强 度提高20%～30%，同时还增加钢筋长度（4%～10%），因 此冷拉是节约钢材（一般10%～20%）的一种措施。 钢材经冷拉后屈服阶段缩短，伸长率减小，材质变 硬。 实际冷拉时，应通过试验确定冷拉控制参数。冷拉 参数的控制，直接关系到冷拉效果和钢材质量。 钢筋的冷拉可采用控制应力或控制冷拉率的方法。 当采用控制应力方法时，在控制应力下的最大冷拉率应 满足规定要求，当最大冷拉率超过规定要求时，应进行 力学性能检验。当采用控制冷拉率方法时，冷拉率必须 由试验确定，测定冷拉率时钢筋的冷拉应力应满足规定 要求。 冷拉仅能提高钢材的抗拉强度，不能提高抗压强度。
2．冷拔。将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉 拔。钢筋在冷拔过程中，不仅受拉，同时还受到挤 压作用。经过一次或多次冷拔后，钢筋的屈服强度 可提高40%～60%，但塑性大大降低，具有硬钢的性 质。经冷拔后，钢材的抗压、抗拉强度均有一定的 提高。 3.冷轧。将光圆钢筋在常温下用轧钢机上轧成断面 按一定规律变化的钢筋，轧制时，纵向与横向同时 产生变形，因而能较好的保持其塑性和内部结构的 均匀性。目前工程中使用的有冷轧带肋钢筋和冷轧 扭钢筋。 总的来说，冷加工钢筋尽管强度有一定提高， 但塑性、韧性均有所降低，且大多为作坊式生产， 质量不宜保证，目前使用量呈下降趋势。
经常发生的焊接缺陷有以下几种。 焊缝金属缺陷：裂纹（主要是热裂纹）、气孔、 夹杂物（脱氧生成物和氮化物）。 基体金属热影响区的缺陷：裂纹（冷裂纹）、晶 粒粗大和析出脆化（碳、氮等原子在焊接过程中形成 碳化物或氮化物，于缺陷处析出，使晶格畸变加剧所 引起的脆化）。 由于焊接件在使用过程中的主要力学性能是强度、 塑性、韧性和耐疲劳性，因此，对性能影响最大的焊 接缺陷是焊件中的裂纹、缺口和由于硬化而引起的塑 性和冲击韧性的降低。
⑶ 退火 将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退 火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却， 以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性 和韧性得到改善。 ⑷ 正火 将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在 空气中冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有 所降低。 对于含碳量高的高强度钢筋和焊接时形成的硬 脆组织的焊件，适合以退火方式来消除内应力和降 低脆性，保证焊接质量。
（二）影响钢材焊接质量的主要因素 1．钢材的可焊性。可焊性好的钢材，焊接质量易 于保证。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性。 加入合金元素（如硅、锰、钒、钛等），将增大焊接 处的硬脆性，降低可焊性，特别是硫能使焊接产生热 裂纹及硬脆性。 2．焊接工艺。钢材的焊接由于局部金属在短时间 内达到高温熔融，焊接后又急速冷却，因此必将伴随 产生急剧的膨胀、收缩、内应力及组织变化，从而引 起钢材性能的改变。所以，必须正确掌握焊接方法， 选择适宜的焊接工艺及控制参数。 3．焊条材料。根据不同材质的被焊件，选用适宜 的焊条。但焊条的强度必须大于被焊件的强度。 钢材焊接后必须取样进行焊接质量检验，一般包 括拉伸试验和冷弯试验，要求试验时试件的断裂不能 发生在焊接处。