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土木工程材料第八章建筑钢材详解

土木工程材料第八章建筑钢材详解
➢ 钢主要用三种方法冶炼： ➢氧气转炉钢 用纯氧吹入铁液中是碳和杂质氧化 ➢电炉钢 主要用废钢返回熔炼活动各种特殊钢 ➢平炉钢 以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废 钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石 中的氧使碳和杂质氧化
钢的分类 低碳钢
碳素钢 中碳钢
一、按化学成
高碳钢
分
合金钢 低合金钢
中合金钢
制成型。
➢ 化学成分对钢性能的影响
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一 些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢 材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，其中硅、锰、钛、钒、铌等为 合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。
属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分 含量少，但对钢的性能影响很大。
强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件
内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高， 故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为抗拉 强度。
工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度 ，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受 力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。
但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成 浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为 0．6～0．75。
钢晶格的两种构架
钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存 在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是 钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主 要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
➢ 钢的基本晶体组织
钢是以铁（Fe）为主的 Fe-C合金。Fe-C合金于 一定条件下能形成具有 一定形态的聚合体，称 为钢的组织，在显微镜 下能观察到它们的微观 形貌图象，故也称显微 组织。

钢材的屈服强度PPT课件

钢材的屈服强度PPT课件

的屈服荷载（N）；
❖
A0——钢材试件的初始横截面
积（mm2）。
❖ 2021/3/7 屈服强度是确定CH钢ENLI 材容许应力的主要28
（2）抗拉强度（也称为强度极限）
❖ 抗拉强度按下式计算：
b
Fb A0
2021/3/7
CHENLI
29
❖ 式中：σb——钢材的抗拉强度 （MPa）；
❖
Fb——钢材的极限荷载（N）；
6
第一节 钢的冶炼和分类
❖ 一、钢的冶炼 ❖ 钢是由生铁冶炼而成。生铁中碳的含量为
2.06％～6.67％，磷、硫等杂质的含量也较 高。生铁硬而脆、无塑性和韧性、不能进行 焊接、锻造、轧制等加工。
2021/3/7
CHENLI
7
❖炼钢的原理：
❖
冶炼
❖生铁
钢材
❖
氧化，将碳和其它杂质的含
❖
量的含量降低到允许范围
CHENLI
10
❖2、如何进行？
❖在炉内或钢包中加入脱氧剂（锰铁、 硅铁、铝锭等）进行脱氧，使氧化 铁还原为金属铁。
2021/3/7
CHENLI
11
按照脱氧程度的分类
❖
脱氧程度
材质
浇注钢锭时
❖ 沸腾钢 脱氧不完全 大量的CO
❖
气泡逸出
差
❖ 镇静钢 脱氧彻底 表面平静
好 2021/3/7
CHENLI
❖
A0——钢材试件的初始横截
面积（mm2）。
❖ 抗拉强度是钢材受拉时所能承受的 最大应力值。
2021/3/7
CHENLI
30
❖屈服强度σs与抗拉强度σb的比值 σs/σb称为屈强比。

高校高等职业教育《建筑材料与检测》教学课件 单元八 建筑钢材

高校高等职业教育《建筑材料与检测》教学课件 单元八 建筑钢材

翼缘 腹板
二、钢材的冶炼和分类
钢：是含碳量为0.06%～2.0%，并含有某些其它 元素的铁碳合金。 铁：是含碳量为2.11%～6.67%，且杂质含量较多 的铁碳合金。生铁性质脆硬，建筑上难以应用。
1、钢的生产分为以下两步：
炼铁 铁矿石
铁水＋矿渣
炼钢 钢渣
铁水或铁块、废钢
钢水＋
平炉炼钢法 氧气转炉炼钢法 电弧炉炼钢法
钢筋冷拉时效后应力—应变曲线的变化
钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔 后屈服强度可提高40%-60%。
3、焊接性能
把两块金属局部加热并使其接缝部分迅速呈熔融或半 熔融状态，从而使之牢固地联结起来。
焊接方式：搭接、对接 焊接要求： ① 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生裂缝及硬脆倾向。 ② 焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度不低于原钢材强度。 影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。
当HB175， b 0.36 HB
二、工艺性能
1、冷弯性能 定义
指钢材在常温下承受弯曲变形的 能力
二、工艺性能
1、冷弯性能 定义
指钢材在常温下承受弯曲变形的 能力
指标
试件被弯曲角度α、弯心直径与 厚度的比值d/a
试验演示
冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90°、180°）。
判定标准：若试件弯曲处的 外表面无裂断、裂缝或起层， 认为冷弯性能合格。
第二节 建筑钢材的主要技术性能 抗拉性能
建 筑 钢
力学性能
冲击韧性 疲劳强度
材
的 技
工艺性能
硬度
术 性
冷弯性能
能
化学性能
焊接性能
一、 力学性能
1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。

建筑钢材8钢铁生产基本知识(共10张PPT)

建筑钢材8钢铁生产基本知识(共10张PPT)

目前，我国消费的低合金构造钢有17种，钢号如：
16 Mn 2
16---平均含碳量万分数
Mn---钢的主要合金元素
2----合金元素平均含量〔%〕
低合金高强度构造钢，综合机械性能好，运用于大跨度、动 荷载和冲击荷载的工程。
四、常用建筑钢材
1、热轧钢筋
按照力学性能划分为四个等级，Ⅰ级钢筋由碳素钢轧制、其他的有合金 钢轧制。Ⅰ级钢筋外表光圆、Ⅱ、Ⅲ级外表月牙肋，Ⅳ级等高肋。
第八章 建筑钢材 §8-1 钢铁消费根本知识性
一、钢材特点
优点：质量均匀，拉、压强度都很高，塑性、韧性 好，加工性好，便于装配。
缺陷：容易锈蚀，维修周期短，费用高，能耗大，
本钱高。
转炉
炉型：
平炉
电炉
沸腾钢 F
脱氧程度
镇静钢 Z 技术性能
一、力学性能
强度指标
b s
冲击韧性 KV
变形指标（或da )
二、工艺性能〔可焊性〕
§8-3钢材分类、牌号与运用
一、分类
结构用钢材
二、原料
钢筋混凝土用钢 钢丝 筋
碳素结构钢 低合金结构钢
三、碳素构造钢
碳素构造钢分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个牌号，每个牌号又
分为A、B、C、D四个等级。脱氧程度：F、Z、b、TZ。
蚀。 脱氧程度：F、Z、b、TZ。
二、工艺性能〔可焊性〕
2〕冷拔低碳素钢丝
腐蚀要素
外因： 水、氯及大气中、 酸盐 、离 碱子 内因：本身组织
二 防止
1、维护层法 3、牺牲阳极法
2、合金化法 4、外加电源维护法
一按、照分 力类学性化能学划分腐为四二蚀个、等原-级-料-，钢Ⅰ级直钢筋接由碳和素外钢轧部制、有其他腐的有蚀合的金钢枯轧制燥。 气体接触，发生化学反响。

建筑钢材.ppt

建筑钢材.ppt
预应力钢丝、刻痕钢丝和钢绞线适用于大荷载、大跨 度及曲线配筋的预应力混凝土结构。
（4）型钢 钢结构构件一般应直接选用各种型钢。构 件之间可直接连接或附以连接钢板进行连接。连接方 式可采用铆接、螺栓连线或焊接。钢结构所用钢材主 要是型钢和钢板，有热轧、冷轧或冷成型2种。
热轧型钢，常用的热轧型钢有角钢(等边和不等边)、 工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、z型钢等。热轧型钢 的标记方式为在一组符号中需标出型钢名称、横断面 主要尺寸、型钢标准号及钢号与钢种标准。
常用建筑钢材
（1）热轧钢筋
热轧钢筋是建筑工程中用量最大的钢材品种之一，主 要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配 筋。按力学性能热轧钢筋可分为4级，各级钢筋的主要 性能如下：
I级钢筋
是用Q235碳素结构钢轧制而成的光圆钢筋。它的强度 较低，但具有塑性好、伸长率高 、便于弯折成型
、容易焊接等优点。它的使用范围很广，可用作中、 小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋、构件的箍筋、 钢木结构的拉杆等，也可作为冷轧带肋钢筋的原材料 、盘条，还可作为冷拔低碳钢丝的原材料。
——工程量计算
钢材的概念
建筑钢材是指用于钢结构的各种型材(如圆钢、角钢、 工字钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢 筋、钢丝等。它是最重要的建筑材料之一。钢材具有 强度高、有一定塑性和韧性、有承受冲击和振动荷载 的能力、可以焊接或铆接、便于装配等特点，因此， 在建筑工程中大量使用钢材作为结构材料。用型钢制 作钢结构，安全性大，自重较轻，适用于大跨度及多 层结构；用钢筋制作的钢筋混凝土结构，虽自重较大 ，但用钢量较少，还克服了钢结构因易锈蚀而维护费 用大的缺点。因而钢筋混凝土结构在建筑工程中采用 尤为广泛。
若将预应力钢丝经辊压出规律性凹痕，以增强与混凝 土的粘结，则成刻痕钢丝。

建筑材料第八章 建筑钢材

建筑材料第八章 建筑钢材
①伸长率是指试件拉断后，标距长度的增量与原标距长度之比，符号 δ，常用％表示，如图8-3所示。
图8-3 钢材的伸长率
章目录
节目录
一、钢材的力学性能
（一）拉伸性能
伸长率的计算公式为：
l1 l0 100% l0
（8-3）
式中 δ——伸长率（%）；
l0——原标距长度10a（mm）； l1——试件拉断后直接量出或按移位法确定的标距部分长度（mm， 测量精确至0.1mm）。
图8-1 低碳钢受拉的应力—应变关系曲线
章目录
节目录
一、钢材的力学性能
（一）拉伸性能
（1）弹性阶段。从图8-1中可以看出，钢材在静荷载作用下，受拉 的OA阶段，应力和应变呈正比，这一阶段称为弹性阶段，具有这种变 形特征的性质称为弹性。在此阶段中，应力和应变的比值称为弹性模 量，即E＝σ/ε，单位是MPa。
冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能指标 是以试件弯曲的角度（d）和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值（d/α）来 表示。如图8-7所示为弯曲时不同弯心直径的钢材冷弯试验。
章目录
图8-7 钢材的冷弯试验 节目录
二、钢材的工艺性能
（二）焊接性能
在建筑工程中，各种型钢、钢板、钢筋及 预埋件等需用焊接加工，钢结构有90％以上是 焊接结构。焊接的质量取决于焊接工艺、焊接 材料及钢的焊接性能。
章目录
节目录

四、钢材化学成分对钢材性能的影响
钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需 考虑氧、氮及各种合金元素。 （1）碳。土木工程用钢材含碳量不大于0.8％。在此范围内，随着钢中碳含量 的提高，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低。碳还可显著降低钢 材的可焊性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。 （2）硅。当硅在钢中的含量较低（小于1％）时，可提高钢材的强度，而对塑 性和韧性影响不明显。 （3）锰。锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1％～2％范围内， 它的作用主要是使强度提高。锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加 工性质改善。 （4）硫。硫是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，具有强烈 的偏析作用，降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生 热裂纹，显著降低可焊性。
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2、锈蚀种类： ①化学腐蚀 ②电化学腐蚀(主要)
电化学腐蚀过程（中性和碱性）： 阳极区：Fe -2e = Fe2+ 阴极区：2H2O + 2e + ½O2 = 2OH +H2O 溶液区： Fe2+ +2OH = Fe(OH) 2 4 Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O = 4 Fe(OH) 3
按压力加工方式分类 热加工钢材、冷加工钢筋
§8-2 钢材的主要技术性质
一、力学性能
σ
上屈服点
C
OA—弹性阶段
A
B1
B B2
下屈服点
D
AB—屈服阶段
BC—强化阶段 CD—颈缩阶段
0
ε
低碳钢拉伸过程的σ -ε 图
（一）拉伸性能 ①屈服强度s ──设计依据
②极限抗拉强度b
强屈比→安全性、利用率 ③伸长率 ④断面收缩率
二、分类 —低碳钢 —碳素钢 ——中碳钢 —高碳钢 按化学成分— —低合金钢 —合金钢 ——中合金钢 —高合金钢
按杂质含量分类（P、S）： 普通、优质、高级优质、特级优质钢 按用途分类： 结构钢、工具钢、特殊钢
按脱氧程度： 沸腾钢、镇静钢、半镇静钢
按外形分类: 光面钢筋——表面光滑，与混凝土粘 结力差。 变形钢筋——表面带肋，螺旋纹、人 字纹、月牙纹，与混凝土粘结力高。
（二）时效处理
（三）热处理
1)退火（炉冷）
2)正火（空冷）
3)淬火（淬冷）
4)回火
§8-5 常用钢材的标准与选用
一、钢结构用钢材
（一）碳素结构钢 1.牌号（GB700－2006）： Q屈服点等级 质量等级 Q195 A Q215 B Q235 C Q275 D
脱氧程度 F Z TZ
2.技术指标 化学组成： 碳、锰、硅、硫、磷含量的限制 机械性能： 屈服强度、抗拉强度 伸长率、冷弯性能 冲击韧性
（一）钢材晶体结构特点 钢的晶体组织：
（二）晶体结构中的缺陷 点缺陷、线缺陷、面缺陷
（三）钢材的基本组织： ①铁素体:碳溶于铁中，延展性好但强度低。 ②渗碳体:碳与铁组成的化合物，硬度高但强 度低，塑性差。 ③珠光体:铁素体与渗碳体的混合物，强度较 高，塑性和韧性介于二者之间。
二、化学成分对钢材性能的影响 （1）碳
-
二、防止锈蚀的措施 1、电化学保护法 镀锌、镀锡、镀铬等 2、保护膜法 涂料、搪瓷、塑料 3、提高混凝土密实度 保护层厚度、硅酸盐水泥、限制氯离子 4、改善环境 减少环境中有害物质浓度
第八章
建筑钢材
彩 色 涂 层 钢 板
内置绝热层的复合钢板
§8-1 一、冶炼 炼铁 炼钢
钢材的基本知识
冶炼 铁矿石 铁水 矿渣
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根据炼钢设备：转炉炼钢法、平炉炼钢法 、电炉炼钢法
§8-4 冷加工、时效及焊接 一、钢材的冷加工与时效处理
（一）冷加工强化 冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但
不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。
常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧等 。
目的:主要是利用时效提高强度，节约钢材，同
时也达到调直和除锈的目的。
冷拔示意图
（二）时效处理 时效：冷加工后，随着时间的延长， s 、b↑，塑性和韧性继续降低。 时效处理：①自然时效 ②人工时效 冷加工强化、时效强化的应用： 钢筋冷拔→屈服强度↑→钢筋用量↓ k
3.常用牌号：Q235钢 特点： 强度适中，有良好的承载性， 具有较好的塑性和韧性， 可焊性和可加工性也好。 应用： 钢筋、型钢和钢板 →用于建造房屋和桥梁等。
（二）低合金高强度结构钢
碳素结构钢+小于5%合金元素
特点：提高强度和硬度，改善塑性和韧性 牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、 Q620、Q690 质量等级：A、B、C、D、E 应用：高层建筑、大柱网结构、大跨度结构
2.预应力混凝土钢绞线
①高强度钢丝─优质碳素结构钢经冷拔而成
②钢绞线─2、3或7根高强碳素钢丝绞捻而成 特点：抗拉强度高达1500～1900 MPa
应用：大荷载、大跨度、曲线配筋的结构
§8-5 钢材的锈蚀与防止
一、钢材的锈蚀
1、锈蚀危害： ①受力截面减少； ②产生局部锈坑，引起应力集中； ③降低冲击韧性，易脆断； ④体积膨胀，导致混凝土开裂。
二、钢筋混凝土用钢材
用途：在钢筋混凝土中承受拉应力
要求：s
b
δ
α
k
（一）热轧钢筋： 热轧光圆钢筋——HPB235、HPB300 热轧带肋钢筋——HRB335、HRBF335等
热轧型钢
工字钢、H型钢、T型钢、 L型钢、槽钢、角钢
H型钢：
窄翼缘——HN
中翼缘——HM
宽翼缘——HW
（二）冷加工钢筋 1.冷轧带肋钢筋 （1）加工： 热轧圆盘条经冷轧或冷拔而成 （2）牌号：CRB550、 CRB600H、 CRB650、 CRB650H、CRB800、CRB800H、CRB970 （3）主要用途： CRB550 →非预应力混凝土 其余 →预应力混凝土
（二）冲击韧性 k 定义：钢材抵抗冲击荷载 不破坏的能力
影响因素： ①化学成分（S、P） ②加工过程 ③温度
（三）硬度
硬度表示钢材表面局部体积内抵抗另一
更硬物体压入产生塑性变形的能力。一般硬
度高时，耐磨性能好，但脆性亦大。
建筑钢材硬度常用测定方法为布氏法。
（四）耐疲劳性
定义：钢材在交变荷载反复作用下，可在远小 于抗拉强度的情况下突然破坏，称疲劳破坏。 因素：杂质、表面光洁度、加工损伤等
C↑ →Fe3C↑→强度↓，韧性↓
（2）硅、锰 硅： 提高钢的强度、硬度、耐蚀性， 对钢的塑性和冲击韧性无明显影响。
锰： 显著提高强度、硬度， 略微降低塑性和韧性。
（3）磷、硫 磷→冷脆性↑塑性韧性↓ 硫→热脆性↑机械性能↓
（4）氧、氮
氧→强度、塑性、韧性↓ 氮→强度↑，塑性韧性↓，冷脆、时效↑
二、工艺性能 （一）冷弯性能 常温下承受一定程度弯曲而不破坏的能力 弯曲程度： 弯曲角度、弯心直径/试件直径
（二）焊接性能 定义： 常规工艺条件下获得良好焊接接头的性能 焊接要求： 焊缝及附近受热影响区性能不低于母材 不同钢材的焊接性能： 低碳钢 > 高碳钢
§8-3 钢材的组织、化学成分对钢材的影响 一、钢材的组成及其对钢材性能的影响