建筑材料课件：复件 第八章 建筑钢材.ppt

1、按化学成分可分为按化学成分可分为: : 黑色金属和有色金属黑色金属和有色金属 什么是建筑钢材？什么是建筑钢材？钢材钢材是钢经过冷、热加工而得到的各种定型产是钢经过冷、热加工而得到的各种定型产品。品。建筑钢材建筑钢材是指用于钢结构的各种型材（如圆是指用于钢结构的各种型材（如圆钢、角钢、工字钢等）、钢管、钢板和用于钢钢、角钢、工字钢等）、钢管、钢板和用于钢筋混凝土的各种钢筋、钢丝等。筋混凝土的各种钢筋、钢丝等。钢钢 筋筋工字钢工字钢圆钢、角钢圆钢、角钢钢丝绳钢丝绳 指用于工程建设的各种钢材，包括：指用于工程建设的各种钢材，包括：型钢型钢钢板钢板钢丝钢丝钢筋钢筋 概概 述述优点优点 比强度高比强度高

2、 塑性好、韧性好塑性好、韧性好 能承受冲击和振动荷载能承受冲击和振动荷载 加工性好加工性好 建筑钢材可用于建筑钢材可用于:大跨度结构大跨度结构多层及高层结构多层及高层结构受动荷载作用的工业厂房受动荷载作用的工业厂房建筑钢材是建筑中建筑钢材是建筑中常用的材常用的材料料钢材的品种多，性质差别大，钢材的品种多，性质差别大，为了掌握钢材的合理使用，为了掌握钢材的合理使用，应对钢材的生产、组成、性应对钢材的生产、组成、性质和用途等知识有一定的了质和用途等知识有一定的了解。解。 本章的重点是钢材的本章的重点是钢材的技术性技术性质质（主要是抗拉性能）、（主要是抗拉性能）、技技术标准术标准和和选用选用。钢材的

3、冶炼过程及其对钢材质量的影响钢材的冶炼过程及其对钢材质量的影响冶炼原理冶炼原理炉种的影响炉种的影响分类分类按化学成份分按化学成份分按质量分按质量分按结构用途分按结构用途分概概 述述 将熔融的生铁水或焦炭及铁矿石加入炼钢将熔融的生铁水或焦炭及铁矿石加入炼钢炉中精炼，使炭及其它杂质氧化而挥发或炉中精炼，使炭及其它杂质氧化而挥发或变成氧化物进入渣内，降低炭及其它杂质变成氧化物进入渣内，降低炭及其它杂质的含量。的含量。高炉熔融精炼 炉种的影响及氧化程度见表炉种的影响及氧化程度见表1 和表和表.2。炉型炉型原料原料吹入吹入气体气体冶炼冶炼时间时间钢材钢材质量质量成本成本应用应用氧气氧气转炉转炉熔融铁水熔

4、融铁水氧气氧气15-30分钟分钟好好低低优质碳素钢及优质碳素钢及合金钢合金钢平炉平炉生铁、铁生铁、铁矿石等矿石等空气空气5-12小小时时好好高高同上及特殊用同上及特殊用途的钢途的钢 电炉电炉废钢、废钢、生铁生铁空气空气短短 最好最好高高同上同上 冶炼中为除去杂质而进行的氧化冶炼中为除去杂质而进行的氧化 部分铁不可避免的被氧化部分铁不可避免的被氧化 使钢锭内生成许多气泡使钢锭内生成许多气泡降低了钢的质量降低了钢的质量 为了使为了使 FeO 和和 Fe2O3 还原为还原为Fe, 在炼钢的在炼钢的后阶段必须脱氧。后阶段必须脱氧。 表表2 2 脱氧程度及钢材质量脱氧程度及钢材质量钢种钢种脱氧程度脱氧程

5、度冷却情况冷却情况钢材质量钢材质量沸腾钢沸腾钢不充分不充分浇筑时有大量浇筑时有大量 CO 逸出逸出 差差半镇静钢半镇静钢介于二者之间介于二者之间 好好镇静钢镇静钢充分充分平静冷却，无平静冷却，无CO 逸出逸出 组织致密、成分均组织致密、成分均匀、机械性能好匀、机械性能好特殊镇静钢特殊镇静钢最充分最充分最好最好1. 碳素钢碳素钢低碳钢低碳钢 C0.6% 2. 合金钢合金钢低合金钢低合金钢 10% 分分 类类 普通钢普通钢 P0.045%,S0.055% 优质钢优质钢 P0.035-0.04%, S0.04% 高级优质钢高级优质钢 P0.025%,S0.025% 分分 类类 结构钢结构钢 各种工程

6、构件及机械零件各种工程构件及机械零件,属低碳钢或中碳钢属低碳钢或中碳钢 工具钢工具钢 刀具、模具刀具、模具 特殊钢特殊钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢工程中的钢结构和钢筋混凝土结构中的工程中的钢结构和钢筋混凝土结构中的钢材的基本性能有：钢材的基本性能有： 机械性能机械性能拉伸性能拉伸性能 冲击韧性冲击韧性 疲劳强度疲劳强度 工艺性能工艺性能冷弯性能冷弯性能 焊接性能焊接性能拉伸性能录像拉伸性能录像 拉伸性能是建筑钢材的主要性能拉伸性能是建筑钢材的主要性能 钢材受拉后的钢材受拉后的技术性能指标技术性能指标可以用低碳钢可以用低碳钢的应力的应力应变图来反映。应变图来反映。 屈服强度屈

7、服强度抗拉强度抗拉强度伸长率伸长率拉伸性能拉伸性能BCDAbSUPSL0 定义定义 屈服强度屈服强度是指钢材开始丧失随变形的抵抗是指钢材开始丧失随变形的抵抗能力能力, ,并开始产生大量变形的能力。并开始产生大量变形的能力。 意义意义是弹性变形转变为塑性的转折点是弹性变形转变为塑性的转折点当外力超过屈服点时，产生不可恢复的变当外力超过屈服点时，产生不可恢复的变形，钢材内部的应力自动分配至低应力部形，钢材内部的应力自动分配至低应力部位位所以说，屈服点是确定钢结构容许应力值所以说，屈服点是确定钢结构容许应力值的依据的依据公式公式0AFsss屈服强度Fs屈服应力 Ao试件截面积 对屈服不明显的钢对屈服

8、不明显的钢, ,规定以产生规定以产生0.2%0.2%残残余变形时的应力余变形时的应力f f0202作为屈服强度作为屈服强度02020.2%O 定义定义 b b 是指是指钢材能承受的最大拉应力钢材能承受的最大拉应力. .意义意义当外力大于抗拉强度时，钢材完全丧失对当外力大于抗拉强度时，钢材完全丧失对变形的抵抗能力而断裂变形的抵抗能力而断裂因此，在结构设计中不能应用因此，在结构设计中不能应用 定义定义s s/ /b b反映了钢材的可利用率和安全性的反映了钢材的可利用率和安全性的大小大小意义意义屈强比对钢材的可利用率和安全性来说是屈强比对钢材的可利用率和安全性来说是重要的。重要的。合理屈强比：合理屈

9、强比：碳素钢碳素钢 0.580.63低碳合金结构钢低碳合金结构钢 0.650.75s s/ /b b低低s s/ /b b高高可利用率可利用率小大安全性安全性大小 指钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏指钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。的能力。塑塑 性性伸长率伸长率101LLLnn伸长率L0the 原标点间距L1 拉断后标点间距n=5d or 10d d钢筋直径 d0L0L1伸长率的测定伸长率的测定断面收缩率断面收缩率010AAA 断面收缩率A0原断面面积 A1拉断后断面面积说明说明 伸长率是表示钢材塑性变形能力的重要指标伸长率是表示钢材塑性变形能力的重要指标 钢结构一般在弹性范围

10、内工作钢结构一般在弹性范围内工作 但在应力集中处，应力可能超过屈服点但在应力集中处，应力可能超过屈服点, ,有有一定的塑性变形一定的塑性变形 因此因此可以保持应力重新分布，从而避免结构可以保持应力重新分布，从而避免结构破坏破坏 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力 冲击韧性冲击韧性Ak试件破坏时的冲试件破坏时的冲击功击功A试件槽口处截面试件槽口处截面积积 AAkk/冲击韧性冲击韧性 k 与温度有关与温度有关 温度较低时，发生脆性断温度较低时，发生脆性断裂的现象裂的现象 发生脆性断裂时的温度为发生脆性断裂时的温度为脆性断裂温度脆性断裂温度 温度较低时，冷脆性好温度

11、较低时，冷脆性好冲击韧性冲击韧性脆性断裂脆性断裂T Tepep：TAk脆性断裂、韧性断裂及脆性临脆性断裂、韧性断裂及脆性临界温度范围界温度范围指钢材在常温下承受弯曲变形的能力指钢材在常温下承受弯曲变形的能力如果钢材承受弯曲变形的程度大，那么钢如果钢材承受弯曲变形的程度大，那么钢材的冷弯性好材的冷弯性好冷弯是通过弯曲处的塑性变形来实现的，冷弯是通过弯曲处的塑性变形来实现的，因此它也是反映钢材在静荷载下塑性的一因此它也是反映钢材在静荷载下塑性的一个指标。个指标。在拉伸试验中，钢材试件的塑性变形则是在拉伸试验中，钢材试件的塑性变形则是局部不均匀变形局部不均匀变形.冷弯试验常常能反映钢材冷弯试验常常能

12、反映钢材内部组织的均匀程度，存在内应力和夹杂内部组织的均匀程度，存在内应力和夹杂物等缺陷物等缺陷 因此可以用冷弯性来检查钢材的质量，如因此可以用冷弯性来检查钢材的质量，如焊接质量焊接质量 钢材在一定焊接工艺条件下，在焊接及其附近过热区是否钢材在一定焊接工艺条件下，在焊接及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向，焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相产生裂缝及脆硬倾向，焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相同。同。 影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如，含碳量超过热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如，含碳量超

13、过0.30.3，可焊性显著下降等。，可焊性显著下降等。合格不合格钢材的可焊性试验焊接点断裂点断裂点一一. .钢的晶体组织钢的晶体组织 1.1.钢是以铁为主的钢是以铁为主的Fe C合金，其中合金，其中Fe和和C有以下三种结合形式有以下三种结合形式 固溶体固溶体铁铁( (Fe) )中固溶着微量的碳中固溶着微量的碳( (C) )化合物化合物铁和铁和碳结合成化合物碳结合成化合物Fe3C 机械机械混合物混合物固溶体固溶体和和化合物的混合物。化合物的混合物。 2.2.钢钢的组织的组织 以上以上三种形式的三种形式的Fe C合金于一定条件下形成具有一定形态的聚合体合金于一定条件下形成具有一定形态的聚合体 钢的

14、基本组织及性能二.钢的化学成分 钢的化学成分对钢材性能的影响组织名称 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体含碳量(%) 0.02 0.8 6.67 0.8结构特征 固溶体 固溶体 化合物 机械混合物 性能强度、硬度低，塑性、韧性很好强度、硬度不高，塑性大抗拉强度低，硬脆，耐磨，塑性几乎为零强度高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体化学成分 C Si Mn S P O N H 影 响随C,强度硬度,塑性韧性 强度强度热脆性冷脆性强度 塑性韧性 备 注 有益元素 有害元素 钢材的化学成分及对性能的影响钢材的化学成分及对性能的影响 钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情钢材的化学成分主要是指碳、硅

15、、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。况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。 （1 1）碳：）碳：土木工程用钢材含碳量不大于土木工程用钢材含碳量不大于0.80.8。在此范围内，。在此范围内，随着钢中碳含量的提高，随着钢中碳含量的提高，强度和硬度强度和硬度相应提相应提高高，而，而塑性和韧塑性和韧性性则相应降低，碳还可显著降低钢材的则相应降低，碳还可显著降低钢材的可焊性可焊性，增加钢的冷，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。脆性和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。（2 2）硅：）硅：当硅在钢中的含量较低（小于当硅在钢中的含量较低（小于1%1%）时，可提高钢材的）时，可

16、提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。强度，而对塑性和韧性影响不明显。（）锰：（）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在1%1%范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减范围内，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。硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。（）硫：（）硫：硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，硫是很有害元素。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

17、生热裂纹，显著降低可焊性。熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性。 （）磷：（）磷：为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧为有害元素，含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大，磷在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材在钢中的偏析作用强烈，使钢材冷脆性增大，并显著降低钢材的可焊性。的可焊性。 磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。素作为合金元素使用。 （）氧：（）氧：为有害元素。

18、主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物的机械性能，特别是韧性，氧有促进时效倾向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。 （）氮：（）氮：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和高，塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。冷脆性，降低可焊性。 在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使在有铝、妮、钒等的配合下，氮可作为

19、低合金钢的合金元素使用。用。 （）钛：（）钛：钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊钛是强脱氧剂。它能显著提高强度，改善韧性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。性，减少时效倾向，是常用的合金元素。 （）钒：（）钒：钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度，并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向。并能减少时效倾向，但增加焊接时的淬硬倾向。 冷加工与时效的定义冷加工与时效的定义 冷加工与时效强化原理冷加工与时效强化原理 冷加工与时效强化的意义冷加工与时效强化的意义冷加工冷加工指在常温下对钢材进行冷拉、冷拔和冷指在常温下对钢材进行

20、冷拉、冷拔和冷轧处理轧处理冷加工强化冷加工强化 钢材经冷加工后强度和硬度提高，塑性和韧性钢材经冷加工后强度和硬度提高，塑性和韧性降低的现象降低的现象时效时效 经冷拉钢材随时间延长强度提高经冷拉钢材随时间延长强度提高, ,塑性、韧性塑性、韧性下降的现象叫做时效下降的现象叫做时效可分为两类：可分为两类：分为自然时效和人工时效分为自然时效和人工时效时效时效1.1. 自然时效处理自然时效处理 经冷拉的钢材在常温下存放经冷拉的钢材在常温下存放15-2015-20天天 其强度和硬度提高，塑性和韧性降低的现其强度和硬度提高，塑性和韧性降低的现象象2. 人工时效处理人工时效处理 经冷拉的钢材在加热至经冷拉的钢

21、材在加热至100-200，并保，并保持一段时间持一段时间 这将使时效加速这将使时效加速时效敏感性时效敏感性因时效而导致性能改变的程度大，导致塑性、因时效而导致性能改变的程度大，导致塑性、韧性降低。韧性降低。故动荷载重要结构，敏感性好。故动荷载重要结构，敏感性好。 说明说明有些钢材即使没有经过冷加工处理，长时间有些钢材即使没有经过冷加工处理，长时间过后也会出现时效，但不如冷加工后表现明过后也会出现时效，但不如冷加工后表现明显。显。 冷加工时效强化的原理冷加工时效强化的原理由于钢材在加工时产生塑性变形所至，当晶体在外由于钢材在加工时产生塑性变形所至，当晶体在外力作用下，在弹性阶段金属原子偏离平衡位

22、置产生力作用下，在弹性阶段金属原子偏离平衡位置产生的变形，在外力去除后可以恢复的变形，在外力去除后可以恢复-弹性变形；弹性变形；当外力继续增大，使晶格的歪曲程度超过弹性变形当外力继续增大，使晶格的歪曲程度超过弹性变形之后，晶格产生滑移，造成永久性变形。由于晶粒之后，晶格产生滑移，造成永久性变形。由于晶粒表面的畸变及滑动平面的细小碎屑，使晶体在该平表面的畸变及滑动平面的细小碎屑，使晶体在该平面上继续滑动产生困难，抵抗变形的能力增大，因面上继续滑动产生困难，抵抗变形的能力增大，因而屈服极限及硬度提高。而屈服极限及硬度提高。由于塑性变形后钢材可能产生滑移的区域几乎均已由于塑性变形后钢材可能产生滑移的

23、区域几乎均已滑动，因此塑性降低。滑动，因此塑性降低。时效强化的原理时效强化的原理 在高温下固溶在晶体组织中的氮和氧的在高温下固溶在晶体组织中的氮和氧的原子，在温度降低后溶解度下降，但未完全原子，在温度降低后溶解度下降，但未完全析出，在存放过程中逐渐析出并扩散到晶粒析出，在存放过程中逐渐析出并扩散到晶粒缺陷处，形成固体微粒，阻碍晶粒发生滑移，缺陷处，形成固体微粒，阻碍晶粒发生滑移，而 提 高 了 对 塑 性 变 形 的 抵 抗 能 力 。而 提 高 了 对 塑 性 变 形 的 抵 抗 能 力 。OO1BD1CDC1K1K屈服点屈服点 B Bs s, , 变大变大 塑性和韧性降低塑性和韧性降低冷加

24、工和时效强化示意图冷加工和时效强化示意图 可提高强度，冷拉后屈服强度可提高可提高强度，冷拉后屈服强度可提高20-20-30%30%，时效处理后还可使抗拉强度提高。，时效处理后还可使抗拉强度提高。 可节约钢材可节约钢材20-30%20-30%。 对于受动荷载或经常处于中温条件工作的对于受动荷载或经常处于中温条件工作的钢结构，如桥梁、钢轨、锅炉等，为避免钢结构，如桥梁、钢轨、锅炉等，为避免过大脆性，出现突然断裂，要求采用时效过大脆性，出现突然断裂，要求采用时效敏感小的钢材。敏感小的钢材。钢结构用钢材钢结构用钢材碳素结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢钢筋混凝土结构用钢材钢筋混凝土结

25、构用钢材热轧钢筋热轧钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝建筑钢材包括：建筑钢材包括： 型钢型钢钢管钢管钢板钢板钢丝钢丝钢筋钢筋常用的钢材品种为：常用的钢材品种为：碳素钢与低合金钢二大类。碳素钢与低合金钢二大类。 钢结构用钢材钢结构用钢材我国钢结构用的钢材主要有我国钢结构用的钢材主要有碳素结构钢碳素结构钢低合金钢低合金钢一一. .碳素结构钢碳素结构钢 1.1.牌号牌号 依据屈服强度划分为五牌号，即依据屈服强度划分为五牌号，即Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275 2. 2.质量等级质量等级 依据冲击韧性（即依据冲击韧性（即S S、

26、P P含量）划分四级，即含量）划分四级，即A A、B B、C C、D D 3. 3.脱氧程度脱氧程度 F F、b b、Z Z、TZ(TZ(特殊镇静钢特殊镇静钢) )， 注：注：Z Z、TZTZ通常省略通常省略 4. 4.牌号表示方法：牌号表示方法： 例如：例如：Q235 - BQ235 - BF F表示表示屈服强度为屈服强度为 235 MPa 235 MPa 的的 B B 级沸腾钢级沸腾钢 5.5.特性：特性：碳素结构钢（尤其是碳素结构钢（尤其是Q235Q235）既有）既有较高较高的强度，又有的强度，又有良好良好的塑性和的塑性和 韧性，可焊性也好，适宜于各种加工，广泛用于制作钢结构用韧性，可焊

27、性也好，适宜于各种加工，广泛用于制作钢结构用 钢、钢筋和钢板等。钢、钢筋和钢板等。二二. .优质碳素结构钢优质碳素结构钢 1.1.牌号牌号 共共3131个牌号个牌号 2.2.特性：特性：对对S S、P P含量控制更严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。含量控制更严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。屈服点代号Q Q屈服点数值/MPa质量等级脱氧程度牌号与性能的关系牌号与性能的关系根据国家标准根据国家标准GB700-88GB700-88的规定，碳素结构的规定，碳素结构钢按屈服点分为五个牌号钢按屈服点分为五个牌号当牌号增大时，钢材的含碳量提高，伸长当牌号增大时，钢材的含碳量提高，伸长率降低，冷

28、弯性能也降低。率降低，冷弯性能也降低。质量等级：取决于钢材内有害杂质质量等级：取决于钢材内有害杂质S S、P P的的含量，钢材的质量与好，其焊接性能和低含量，钢材的质量与好，其焊接性能和低温抗冲击性能也提高。温抗冲击性能也提高。碳素结构钢的选用碳素结构钢的选用建筑钢结构中最常用的牌号为建筑钢结构中最常用的牌号为Q235(Q235(综合性能符综合性能符合建筑工程的要求合建筑工程的要求) )。因为因为Q235Q235钢既有较高的强度，又有良好的塑性钢既有较高的强度，又有良好的塑性和韧型，如：和韧型，如：B B、C C、D D等，可焊接性也很好，能等，可焊接性也很好，能满足一般钢结构用钢的要求。满足

29、一般钢结构用钢的要求。Q235Q235的的C C级和级和D D级钢，其级钢，其S S和和P P的含量低，所以主的含量低，所以主要作重要的焊接结构。要作重要的焊接结构。尤其适用于低温条件下，受冲击荷载作用的焊尤其适用于低温条件下，受冲击荷载作用的焊接钢结构。接钢结构。碳素结构钢的选用碳素结构钢的选用Q195及及Q215：强度低，但塑性和韧性好，易：强度低，但塑性和韧性好，易冷加工，在轧制、焊接加工成受冲击、偶然荷冷加工，在轧制、焊接加工成受冲击、偶然荷载等情况下，能保证安全使用。载等情况下，能保证安全使用。Q255及及Q275：强度高，但塑性和韧性差，可：强度高，但塑性和韧性差，可焊接差，不易冷

30、加工；可用作砼配筋和钢结构焊接差，不易冷加工；可用作砼配筋和钢结构中的构件及螺栓（在机械零件及工具中常用中的构件及螺栓（在机械零件及工具中常用之）。之）。选用钢材，主要根据工程结构的重要性、荷载类选用钢材，主要根据工程结构的重要性、荷载类型、焊接要求及使用环境温度等条件选择。型、焊接要求及使用环境温度等条件选择。1. 定义定义在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或在碳素结构钢的基础上，添加少量的一种或几种合金元素，合金元素的总含量小于几种合金元素，合金元素的总含量小于5%5%的的结构钢。结构钢。常用的合金元素有：常用的合金元素有：SiSi、MnMn、TiTi、NbNb、V V和和C C等。等。

31、2. 牌号及其表示方法牌号及其表示方法现行国家标准现行国家标准低合金结构钢低合金结构钢（GB1591-GB1591-9494）共有）共有5 5个牌号：个牌号：Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460。牌号由以下四部分组牌号由以下四部分组成成(如如 flash 所示所示)请点击右键选择请点击右键选择“播放播放”观看观看FlashFlash动画动画低合金钢的强度大大高于碳素结构钢，并低合金钢的强度大大高于碳素结构钢，并且具有良好的塑性和韧性、耐磨性、耐蚀且具有良好的塑性和韧性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性也好于碳素钢，其生产工艺性及耐低温性也好于碳素钢，

32、其生产工艺和成本都与碳素钢相近。和成本都与碳素钢相近。比采用碳素结构钢节省钢材，而且可以减比采用碳素结构钢节省钢材，而且可以减轻自重，延长使用寿命，轻自重，延长使用寿命，尤其适用于大跨度结构和桥梁工程等。尤其适用于大跨度结构和桥梁工程等。 砼抗压强度高，但抗拉强度很低；而钢筋抗拉和抗压强度均很高；将二者砼抗压强度高，但抗拉强度很低；而钢筋抗拉和抗压强度均很高；将二者复合成钢复合成钢筋砼，可以充分发挥各自的特长。此外砼的碱性环境保护钢筋不锈蚀。筋砼，可以充分发挥各自的特长。此外砼的碱性环境保护钢筋不锈蚀。一一. .热轧钢筋热轧钢筋 热轧钢筋是经热轧热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品成型并自然冷

33、却的成品钢筋，其外形分光圆和带肋两种。钢筋，其外形分光圆和带肋两种。 热轧钢筋等级、性能和用途热轧钢筋等级、性能和用途 注：注：H(H(热轧热轧) )、P(P(光圆光圆) )、R(R(带肋带肋) )、B(B(钢筋钢筋) Hot Rolled Plain Steel Bar ) Hot Rolled Plain Steel Bar Hot Rolled Ribbed Steel Bar Hot Rolled Ribbed Steel Bar 钢筋级别强度等级代号 外 形钢 种分级依据 用 途 HPB235 光 圆低碳钢 s b 冷弯非预应力筋 HRB335带肋月牙肋低碳低合金钢非预应力筋 预应力

34、筋 HRB400 HRB500等高肋中碳低合金钢 预应力筋二.冷轧带肋钢筋 定义定义采用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条，经冷轧或冷拔减径后在其表 面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。 牌号牌号按抗拉强度最小值分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 五个牌号。C、R、B分别代表冷轧、带肋、钢筋。三、预应力混凝土用热处理钢筋三、预应力混凝土用热处理钢筋 预应力混凝土用热处理钢筋是用预应力混凝土用热处理钢筋是用6、8.2、1010的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成。的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成。 预应力混凝土用热处理钢筋的优点是：强度高，可预应力混凝

35、土用热处理钢筋的优点是：强度高，可代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材；锚固代替高强钢丝使用；配筋根数少，节约钢材；锚固性好，不易打滑，预应力值稳定；施工简便，开盘性好，不易打滑，预应力值稳定；施工简便，开盘后钢筋自然伸直，不需调直及焊接。主要用于预应后钢筋自然伸直，不需调直及焊接。主要用于预应力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊力钢筋混凝土轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。车梁等。四、预应力混凝土用钢丝及钢绞线四、预应力混凝土用钢丝及钢绞线 大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢大型预应力混凝土构件，由于受力很大，常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高

36、强度钢丝是用优质丝或钢绞线作为主要受力钢筋。预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉或再经回火处理等工艺制成，钢铰线是由根直径为钢铰线是由根直径为2.52.55.05.0的高强度钢丝，铰捻后经的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理清除内应力而制成。铰捻方向一般为左捻。一定热处理清除内应力而制成。铰捻方向一般为左捻。 预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝（代号）、矫直回火钢预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝（代号）、矫直回火钢丝（代号）和矫直回火刻痕钢丝（代号丝（代号）和矫直回火刻痕钢丝（代号JKJK）三种。前二种）三种。前二种其公称直径有其公称

37、直径有 、三种，它们的抗拉强度、三种，它们的抗拉强度bb达达1500MPa1500MPa以上，屈服强度以上，屈服强度0.20.2可达可达1100MPa1100MPa以上。以上。 预应力混凝土用钢绞线直径有预应力混凝土用钢绞线直径有9.09.0、12.012.0和和15.015.0三种，三种，整根破坏负荷可达整根破坏负荷可达220kN220kN，屈服负荷可达，屈服负荷可达187kN187kN。钢绞线主要。钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。结构的预应力筋。五.钢筋的选用 普通受力钢筋宜采用HPB235、

38、HRB335、HRB400级热轧钢筋和CRB550级冷轧带肋钢筋。 预应力钢筋宜采用预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋。 六.例题 直径为16mm的热轧钢筋，取样作拉伸实验，达到屈服点的荷载为72.2KN，极限时的荷载为104.5KN，试件标距长度为80mm，拉断后的长度为94.4mm。 问：该钢筋属哪级？ 该钢筋的屈强比是多少？ 解：由题知，A = 82 s = F/A = 72.2103/ 82 = 359.1 Mpa b = F/A = 104.5103/ 82 = 519.74 Mpa = (l l1 1-l l0 0)/l l0 0 100% = (94.4-80)/80 100

39、% = 18% 查表知该钢筋属热轧级钢筋（即HRB335） 屈强比s/b = 359.1/519.74 = 0.69 一、腐蚀的原因一、腐蚀的原因 （）化学锈蚀（）化学锈蚀 钢材与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀。如在高温中钢材与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀。如在高温中与干燥的与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及与非电解质的液等气体以及与非电解质的液体发生化学反应，在钢材的表面生成氧化铁、硫化铁等。腐体发生化学反应，在钢材的表面生成氧化铁、硫化铁等。腐蚀的程度随时间和温度的增加而增加。蚀的程度随时间和温度的增加而增加。 （）电化学锈蚀（）电化学锈蚀 钢材与介质之间发生氧化还原

40、反应而产生的腐蚀。其特点是钢材与介质之间发生氧化还原反应而产生的腐蚀。其特点是有电流产生。如钢材在潮湿空气中、水中或酸、碱、盐溶液有电流产生。如钢材在潮湿空气中、水中或酸、碱、盐溶液中产生的腐蚀；中产生的腐蚀； （一）均匀腐蚀（一）均匀腐蚀（二）晶间腐蚀和孔蚀（二）晶间腐蚀和孔蚀（三）应力腐蚀（三）应力腐蚀（四）疲劳腐蚀（四）疲劳腐蚀（五）冲刷腐蚀（五）冲刷腐蚀 （一）均匀腐蚀（一）均匀腐蚀 腐蚀均匀地分布在材料表面。 （二）晶间腐蚀和孔蚀（二）晶间腐蚀和孔蚀 沿晶界面进行的腐蚀， 在钢材表面因热处理、焊接及机械加工等所遗留下的破损处，及因化学腐蚀而覆盖有锈皮的地方，均易发生腐蚀，称为孔蚀。

41、（三）应力腐蚀（三）应力腐蚀 钢材经冷加工后具有残余应力；钢结构在受荷时，也会有应力集中或应力不均匀现象。当有腐蚀性介质存在时，晶格发生变形的部位构成原电池的阳极，其余部位为阴极。 （四）疲劳腐蚀（四）疲劳腐蚀 在腐蚀介质和重复应力的共同作用下，具有孔蚀和应力腐蚀的联合作用。这种情况下钢材更易于发生破坏。（五）冲刷腐蚀（五）冲刷腐蚀 在腐蚀介质和机械磨损的共同作用下所产生的。机械冲刷磨损作用破坏了钢材表面的钝化膜，可加速腐蚀介质的作用，钢材的腐蚀产物又使其表面抗冲刷能力下降，从而加速钢材的破坏。 （一）保护膜法（一）保护膜法 保护膜法是在钢材表面涂布一层保护层，以隔离空气或其它介质。常用的保护

42、层有搪瓷、涂料、耐腐蚀金属（铅、锡等）、塑料等，或经化学处理使钢材表面形成氧化膜(发蓝处理)或磷酸盐膜。（二）阴极保护法（二）阴极保护法 （1）牺牲阳极保护法。即在需要保护的钢结构上，特别是位于水下的钢结构上，焊接较钢材更为活泼的金属，如锌、镁等。 （2）外加电流保护法。此法是在钢结构的附近，安放一些废钢铁或其它难熔金属，如高硅铁、铅银合金等。将外加直流电源的负极接在被保护的钢结构上，正极接在废钢铁或难熔金属上。通电后阳极被腐蚀，钢结构成为阴极而得到保护。（二）阴极保护法（二）阴极保护法 （1）牺牲阳极保护法。）牺牲阳极保护法。即在需要保护的钢结构上，特别是位于水下的钢结构上，焊接较钢材更为活

43、泼的金属，如锌、镁等。 （2）外加电流保护法。）外加电流保护法。此法是在钢结构的附近，安放一些废钢铁或其它难熔金属，如高硅铁、铅银合金等。将外加直流电源的负极接在被保护的钢结构上，正极接在废钢铁或难熔金属上。通电后阳极被腐蚀，钢结构成为阴极而得到保护。 港口建筑物的钢筋混凝土中钢筋的防腐蚀措施，除应增大混凝土保护层厚度外，还可在结构表面用聚氯乙烯或人造橡胶敷设覆盖层，以避免海水的渗入，亦可用环氧漆作保护膜。在混凝土中掺人阻锈剂亚硝酸钠，亦可延缓钢筋的锈蚀。对于重要的钢筋混凝土结构，可将其钢筋用导线引出结构物，并采用阴极保护法。例碳素结构钢是如何划分牌号的？说明例碳素结构钢是如何划分牌号的？说明

44、Q235Q235A AF F和和Q235Q235号钢在性能上有何区别？号钢在性能上有何区别？解解碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q Q）、）、屈服点数值（屈服点数值（/mm/mm2 2）、质量等级符号）、质量等级符号(A(A、B B、C C、D)D)、脱氧程度符号脱氧程度符号(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等四部分组成。等四部分组成。Q235Q235A AF F和和Q235Q235D D均为均为235235碳素结构钢，是建筑中应碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质

45、量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235Q235D D磷、磷、硫含量均少于硫含量均少于Q235Q235A AF, F, 质量较好，按脱氧程度衡量质量较好，按脱氧程度衡量Q235Q235D D为震静钢，质量最好，为震静钢，质量最好，Q235Q235A AF F 为沸腾钢。为沸腾钢。Q235Q235A AF F钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而而Q235Q235D D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。作条件。例例. . 何谓钢的冷加工强化及时效处理？

46、冷拉并时效处理何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？后的钢筋性能有何变化？解解在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放15152020天，或者加热到天，或者加热到100100200200，并保持，并保持2 2小时以内，这个小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。称为人工时效。冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高20202525，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。本恢复。 The end