1、第三章第三章 建筑金属材料建筑金属材料金属材料主要有：金属材料主要有： 金属金属钢材优点：钢材优点：q轻质高强：轻质高强： 艾菲尔铁塔艾菲尔铁塔 321M 7200T321M 7200T（18891889） 东京塔东京塔 333M 4000T333M 4000T（19581958）q韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能q外表轻巧、华美，具有光泽等外表轻巧、华美，具有光泽等钢材缺点：钢材缺点：易锈蚀、维护费用高、耐火性差等易锈蚀、维护费用高、耐火性差等黑色金属黑色金属：钢、铁以及钢铁合金：钢、铁以及钢铁合金有色金属有色金属：除黑色金属以外的金属：除黑色金属
2、以外的金属 铝、铜等铝、铜等本章的教学目标是：本章的教学目标是： 了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系 熟练掌握熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素，掌握钢材工艺性能影响因素，掌握钢材工艺性能 熟悉熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法建筑钢材的强化机理及强化方法 掌握掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则用原则 第三章第三章 建筑建筑金属材料金属材料 3.13.1钢材的冶炼和分类钢材的冶炼
3、和分类 3.23.2建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能 3.33.3钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响（自学为主）（自学为主） 3.43.4钢材的冷加工与热处理钢材的冷加工与热处理 3.53.5钢材的应用钢材的应用q建筑用钢建筑用钢q钢结构用钢钢结构用钢q钢筋混凝土用钢钢筋混凝土用钢3.63.6钢材的防护钢材的防护 3.13.1钢材的冶炼和分类钢材的冶炼和分类一、钢的冶炼一、钢的冶炼原料：铁矿石原料：铁矿石（1 1）炼铁：炼铁：铁矿石铁矿石 铁水铁水+ +矿渣矿渣方法：高炉炼铁方法：高炉炼铁生铁：含碳量生铁：含碳量2.11-6.67%2.11-6.67%，脆硬，
4、脆硬（2 2）炼钢：炼钢：铁水、铁块或废钢铁水、铁块或废钢 钢水钢水+ +钢渣钢渣钢钢: : 含碳量含碳量0.06%-2.0%0.06%-2.0%钢与生铁的钢与生铁的主要区别：主要区别：含碳量不同含碳量不同冶炼冶炼冶炼冶炼炼钢的原理就是把熔融的生铁进行加工，使其中碳的含量炼钢的原理就是把熔融的生铁进行加工，使其中碳的含量降到降到2.0%2.0%以下，其它杂质含量也控制在相应规定范围之内。以下，其它杂质含量也控制在相应规定范围之内。目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的主要方法，而平炉目前，氧气转炉炼钢法已成为现在炼钢的主要方法，而平炉法则已基本淘汰。法则已基本淘汰。二、钢的分类二、钢的分类1 1
5、 按化学成分分按化学成分分：钢的主要成分：钢的主要成分： 铁、碳铁、碳其他一些杂质：其他一些杂质： 硅、锰、钛、钒硅、锰、钛、钒 磷、硫、氧、氮磷、硫、氧、氮 （1 1）碳素钢）碳素钢- - 低碳钢（含碳量低碳钢（含碳量0.25%0.6%0.6%）（2 2）合金钢）合金钢- - 低合金钢（合金元素含量低合金钢（合金元素含量5%5%） 中合金钢（合金元素含量中合金钢（合金元素含量5-10%10%10%）有害有害可以调整可以调整钢材性能钢材性能专门加入专门加入合金元素合金元素二、钢的分类二、钢的分类2 2 按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分：（1 1）镇静钢）镇静钢：用硅脱氧，钢质均匀：用硅脱氧
6、，钢质均匀密实，品质好，成本高，可用于承受密实，品质好，成本高，可用于承受冲击荷载的重要结构。冲击荷载的重要结构。（2 2）沸腾钢）沸腾钢：用锰铁脱氧，内部杂：用锰铁脱氧，内部杂质多，化学成分和力学性能不均匀，质多，化学成分和力学性能不均匀，强度低、冲击韧性差、可焊性差、生强度低、冲击韧性差、可焊性差、生产成本低，可用于一般建筑结构。产成本低，可用于一般建筑结构。（3 3）半镇静钢）半镇静钢：用少量硅脱氧，性：用少量硅脱氧，性能介于镇静钢和沸腾钢之间能介于镇静钢和沸腾钢之间（4 4）特殊镇静钢）特殊镇静钢(A)(A)沸腾钢沸腾钢 (B)(B)镇静钢镇静钢两钢锭的纵剖面图两钢锭的纵剖面图代号代号
7、“F”代号代号“TZ”代号代号“Z”代号代号“b”A AB B问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？ 答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeOFeO，在钢材铸锭时，在钢材铸锭时，碳与碳与FeOFeO反应生成反应生成COCO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。冷脆性和时效敏感性增大等。 脱氧程度排序：脱氧程度排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢 钢材性
8、能与质量排序：钢材性能与质量排序： 特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢特殊镇静钢镇静钢半镇静钢沸腾钢二、钢的分类二、钢的分类3 3 按杂质含量分按杂质含量分： 普通钢：含硫量普通钢：含硫量0.0450.045-0.050-0.050；含磷量；含磷量0.0450.045。 优质钢优质钢: :含硫量含硫量0.0350.035；含磷量；含磷量0.0350.035。 高级优质钢高级优质钢: :含硫量含硫量0.0250.025，含磷量，含磷量0.0250.025。 特级优质钢特级优质钢: :含硫量含硫量0.0150.015，含磷量，含磷量0.0250.025。 牌号后加牌号后加“高高”或或“A”后后加加“E
9、”4 4、按照用途、按照用途：（1 1）结构钢：主要用于工程构件和机械零件）结构钢：主要用于工程构件和机械零件, ,一般为中一般为中、低碳钢低碳钢（2 2）工具钢：主要用于各种刀具，量具和磨具）工具钢：主要用于各种刀具，量具和磨具, ,一般为高碳钢一般为高碳钢（3 3）特殊钢：用于特殊场合，如不锈钢，耐热钢，磁性钢，耐）特殊钢：用于特殊场合，如不锈钢，耐热钢，磁性钢，耐酸钢等，一般为合金钢酸钢等，一般为合金钢 建筑上常用的是结构钢。建筑上常用的是结构钢。5 5、按照产品型式、按照产品型式：（1 1）型材：钢结构用角钢，工字钢，方钢，槽钢等）型材：钢结构用角钢，工字钢，方钢，槽钢等（2 2）板材
10、：各种厚度钢板）板材：各种厚度钢板（3 3）线材：钢筋，钢丝，钢绞线）线材：钢筋，钢丝，钢绞线（4 4）管材：钢管，自来水管，钢管桩）管材：钢管，自来水管，钢管桩3.2 3.2 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能一、力学性能一、力学性能静荷载：一定的力学强度和不致过大的变形静荷载：一定的力学强度和不致过大的变形动荷载：较高的韧性动荷载：较高的韧性q1 1、强度（抗拉性能）、强度（抗拉性能）q2 2、塑性、塑性q3 3、韧性、韧性q4 4、硬度、硬度q5 5、疲劳强度、疲劳强度力学性能力学性能工艺性能工艺性能技术性能技术性能强度、弹性、塑性、耐磨性强度、弹性、塑性、耐磨性 （可加工性）
11、：冷弯、可焊性（可加工性）：冷弯、可焊性一、力学性能一、力学性能1 1、强度、强度：在外力作用下，材料抵抗：在外力作用下，材料抵抗变形和破坏变形和破坏能力能力钢材受力产生应力、应变，反映钢材的主要力学特征钢材受力产生应力、应变，反映钢材的主要力学特征低碳钢的应力低碳钢的应力- -应应变关系曲线变关系曲线OAOA：弹性阶段：弹性阶段ABAB：屈服阶段：屈服阶段BCBC：强化阶段：强化阶段CDCD：颈缩阶段。：颈缩阶段。弹性阶段弹性阶段(OA(OA段段) )：在：在OAOA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与形，与A A点相对应的应力为
12、弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位点相对应的应力为弹性极限。此阶段应力与应变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。弹性应变时所需的应力大小。（弹性模量和弹性极限）（弹性模量和弹性极限）屈服阶段屈服阶段(AB(AB段段) )：图中：图中B B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B B下点下点称为屈服下限。由于称为屈服下限。由于B B下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服点或屈服强度屈服强度，用，用s s表示。钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽表示。钢材受力达屈服点
13、后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。强化阶段强化阶段(BC(BC段段) )：对应于最高点：对应于最高点C C的应力，称为的应力，称为强度极限或抗拉强度强度极限或抗拉强度。工程上。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。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
14、利用率太低，造成浪费。比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。颈缩阶段颈缩阶段(CD(CD段段) ): :由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距。下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起，测得其断后标距。标距的伸长值与原始标距的百分比称为伸长率。标距的伸长值与原始标距的百分比称为伸长率。(1)(1) 弹性模量：弹性模量：钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与应变之比为常数，称为弹性模量，应变之比为常数
15、，称为弹性模量，即即E E = =/ /。这个阶段的最大应。这个阶段的最大应力（力（P P点对应值）称为点对应值）称为比例极限比例极限p p。弹性模量反映了材料受力时抵。弹性模量反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载静荷载作用下计算作用下计算结构变形的一个重要指标。结构变形的一个重要指标。拉伸性能拉伸性能是建筑钢材最重要的性能。通过对钢材进行抗拉试验所测是建筑钢材最重要的性能。通过对钢材进行抗拉试验所测的的屈服强度、抗拉强度屈服强度、抗拉强度( (极限强度）和伸长率极限强度）和伸长率是钢材的重要技术性是钢材的重要技术性质指标
16、。质指标。(2)(2)弹性极限：弹性极限：应力超过比例极限后，应力应力超过比例极限后，应力- -应变曲线略有弯曲，应应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，力与应变不再成正比例关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（e e点对应值）称为点对应值）称为弹性极限弹性极限e e。事实上，。事实上，p p与与e e相当接近。相当接近。注意注意(3) (3) 屈服强度和条件屈服强度屈服强度和条件屈服强度 当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生
17、弹性当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B B点后，塑性应变急点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标材料抗力的指标，称为屈服，称为屈服点或屈服强度，用点或屈服强度，用s s表示，表示，设计中一般以其为强度取值依据。设计中一般以其
18、为强度取值依据。 有些钢材有些钢材( (如高碳钢如高碳钢) )无明显的屈服现象，通常以发生微量的无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形塑性变形(0.2(0.2) )时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度服强度( (0.2)0.2)。高碳钢拉伸时的应力。高碳钢拉伸时的应力- -应变曲线如图所示。应变曲线如图所示。 注意注意硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢（高碳钢）的拉伸性能硬钢强度高，塑性差，拉伸过硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强测定屈服强度。用条件屈服强度度0.2来代替屈服强
19、度。来代替屈服强度。条件屈服点条件屈服点0.2 ：使硬钢产生：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左塑性变形时的应力。见左图。图。0A0.2%aboa总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。(4)(4)极限强度极限强度当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变
20、形，此处试件能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值（钢材受拉断裂前的最大应力值（b b点对应值）称为强度极限或点对应值）称为强度极限或抗拉强度抗拉强度bb，不直接利用。，不直接利用。 屈强比（屈强比（ s/ s/ bb）：反映材料的安全可靠程度和利用率。）：反映材料的安全可靠程度和利用率。%100001LLL （1 1）伸长率）伸长率：伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距颈缩处的伸
21、长较大，故当原始标距L L0 0与试件的直径与试件的直径d d0 0之比之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。所以规定小些。所以规定L L0 0=5d=5d0 0或或L L0 0=10d=10d0 0。2 2 塑性：塑性：塑性是钢材的一个重要性能指标。塑性是钢材的一个重要性能指标。 在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力用拉伸试验时的伸长率、断面收缩率表示用拉伸试验时的伸长率、断面收缩率表示伸长率伸长率是衡量是衡量钢材塑性钢材塑性的指标，的指标，它的数值越大，表示它的数值越大，表示钢材
22、塑性越好钢材塑性越好。 良好的塑性，可将结构上的应力良好的塑性，可将结构上的应力( (超过屈服点的应超过屈服点的应力力) )重分布，从而避免结构过早破坏。重分布，从而避免结构过早破坏。5 5 ：表示：表示L L0 0 =5d =5d0 0的伸长率的伸长率10 10 ：表示：表示L L0 0 =10d =10d0 0时的伸长率时的伸长率 d d0 0钢材直径钢材直径(2) (2) 断面收缩率（断面收缩率（）010AAA 伸长率和断面收缩率伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面收缩率越大，说明钢材塑性越大。长率越大或断面收缩率越大，
23、说明钢材塑性越大。 钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构破坏；于平缓，以免引起建筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于钢材在塑性破坏前，有很明显的变形和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。人们发现和补救。0 0试件原始截面积试件原始截面积1 1试件拉断后颈缩处的截面积试件拉断后颈缩处的截面积
24、3 3 冲击韧性冲击韧性|冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标。冲击韧性指标。冲击韧性值（冲击韧性值（ k k ）：以摆锤冲击）：以摆锤冲击V V形缺口试件时单位面形缺口试件时单位面积所消耗的功积所消耗的功钢材的冲击韧性越大钢材的冲击韧性越大, ,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。钢材抵抗冲击荷载的能力越强。
25、k k值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，k k突然大幅度突然大幅度下降。下降。钢材的冷脆性：材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称钢材的冷脆性：材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性为钢材的冷脆性 脆性转变温度脆性转变温度AhHPk)(一、力学性能一、力学性能4 4、硬度：、硬度：钢材表面局部体积内抵抗变形的能力钢材表面局部体积内抵抗变形的能力测定方法：以硬物压入钢材表面，根据压力大小和压痕面积或压入深度评定
26、。测定方法：以硬物压入钢材表面，根据压力大小和压痕面积或压入深度评定。常用指标：布氏硬度（常用指标：布氏硬度（HBHB）、洛氏硬度）、洛氏硬度（HRA或HRC）布氏法布氏法压痕直径压痕直径：用一定的压力把淬火的钢球压入钢材表面，将压力除以压：用一定的压力把淬火的钢球压入钢材表面，将压力除以压痕面积，得布氏硬度（痕面积，得布氏硬度（HBHB）。压痕较大，实验数据准确、稳定。）。压痕较大，实验数据准确、稳定。洛氏法洛氏法压痕深度压痕深度：在洛氏硬度机上根据测量的压痕深度计算：在洛氏硬度机上根据测量的压痕深度计算（HRAHRA或或HRCHRC） 操作简单迅速，但压痕小，试验精度差。操作简单迅速，但压
27、痕小，试验精度差。 5 5、疲劳强度疲劳强度 受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象裂破坏的现象, ,称为疲劳破坏。称为疲劳破坏。 钢材的钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事疲劳破坏是在低应力状态下突
28、然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。故。 钢材在无穷次交变荷载作用下而钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称不至引起断裂的最大循环应力值，称为为疲劳强度极限疲劳强度极限，实际测量时常以，实际测量时常以2 210106 6次应力循环为基准。钢材的疲次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如本身强度、劳强度与很多因素有关，如本身强度、组织结构、表面状态、合金成分、夹组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中情况等。杂物和应力集中情况等。二、工艺性能二、工艺性能冷弯性能冷弯性能焊接性能焊接性能钢材在各种加工过钢材在各种加工过程中的行为程中的行为冷弯性能冷弯
29、性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能是以试验是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度时的弯曲角度(a)和弯心直径和弯心直径(d)为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。 钢材的冷弯性能也是表明钢材在静荷下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否钢材的冷弯性能也是表明钢材在静荷下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质
30、量进行严格检验的一种手段。焊接质量进行严格检验的一种手段。 1 1 冷弯性能冷弯性能二、工艺性能二、工艺性能2 2 焊接性能焊接性能: :焊接：焊接：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，而牢固的连接起来。状态，而牢固的连接起来。钢材的焊接性能钢材的焊接性能是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。不低于原有钢材的强度。 钢材的化学成分对钢材
31、的可焊性有很大的影响。随钢材的钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳含碳量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低量、合金元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的。钢材的含碳量超过含碳量超过0.250.25时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。 问题：问题： 什么是屈强比，对选用钢材有何意义？什么是屈强比，对选用钢材有何意义？ 答：屈服强度与极限强度是衡量钢材强度的两个重要指标，二者之比称为屈强比s
32、/b。 在应用中，s /b愈小，则反映钢材的可靠性愈大，结构的安全性愈高。 但这个比值过小，则钢材的利用率低，不够经济；若屈强比较大，虽然钢材的利用率较大，但强度的储备过小，脆断倾向较大，不够安全。因此，屈强比最好在0.600.75，既安全又经济。3.3 3.3 钢材的组成结构及对性能的影响钢材的组成结构及对性能的影响一、钢材的晶体结构一、钢材的晶体结构铁铁- -碳合金晶体，钢的晶格有两种构架：碳合金晶体，钢的晶格有两种构架：钢材晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结合方钢材晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。式就决定了钢
33、材具有很高的强度和良好的塑性。钢材的晶格并不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：其主要的缺陷有三种：体心立方晶格体心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷钢晶格的两种构架钢晶格的两种构架钢材的晶格并不都是完好无缺钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存在许多缺的规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的陷，它们将显著地影响钢材的性能
34、，这是钢材的实际强度远性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：主要的缺陷有三种：点缺陷点缺陷、线缺陷线缺陷和和面缺陷面缺陷。晶格滑移面示意图 晶格缺陷示意图 二、钢材的基本晶体组织二、钢材的基本晶体组织v纯铁在不同温度下有不同的晶体结构纯铁在不同温度下有不同的晶体结构液态铁液态铁-Fe-Fe 体心立方晶体体心立方晶体-Fe -Fe 面心立方晶体面心立方晶体-Fe -Fe 体心立方晶体体心立方晶体1535153513941394912912v钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式：钢中碳原子与铁原子的三种基本结合形式：q固溶体固溶体q化合物化
35、合物q机械混合物机械混合物v钢是以铁（钢是以铁（FeFe）为主的）为主的Fe-CFe-C合金合金Fe-CFe-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，显微镜下能观察到它们的微观形貌图象组织，显微镜下能观察到它们的微观形貌图象( (见下图见下图) )，故也称，故也称显微组织。显微组织。 片状珠光体（片状珠光体（10001000倍）倍） 针状和块状铁素体（针状和块状铁素体（100100倍）倍）铁素体铁素体渗碳体渗碳体珠光体珠光体奥氏体奥氏体二、钢材的基本晶体组织二、钢材的基本晶体组织铁素体铁素体: :钢材中的铁素体系碳在钢材中
36、的铁素体系碳在-Fe-Fe中的中的固溶体固溶体，由于，由于-Fe-Fe体心立方晶体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.020.02），），由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。由此决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。渗碳体渗碳体: :渗碳体为铁和碳的渗碳体为铁和碳的化合物化合物FeFe3 3C C ，其含碳量高达，其含碳量高达6.676.67，晶体结构，晶体结构复杂，复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体珠光体: :珠光体为铁素体和渗碳体的珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物机
37、械混合物，含碳量较低，含碳量较低(0.8(0.8) )，层状结构，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。塑性较好，强度和硬度较高。奥氏体奥氏体：钢材在温度高于钢材在温度高于723 723 时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在-Fe-Fe中的中的固溶体固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.062.06，低温下降，低温下降至至0.80.8。其强度、硬度不高，但塑性好其强度、硬度不高，但塑性好。碳钢处于红热状态时即。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。存在这种组织，这时钢易于轧制成型。钢材在常温下主要显微组织：钢材在常温下主
38、要显微组织： 化学元素化学元素强度强度硬度硬度塑性塑性韧性韧性可焊可焊性性其他其他硅（硅（SiSi）1%1%1% 冷脆性冷脆性锰（锰（MnMn）1%1%溶入铁素体，形成固熔体溶入铁素体，形成固熔体脱氧脱硫脱氧脱硫锰（锰（MnMn）1%405033545517180d=3ad=4ad=5aHRB4006252840405040054016180d=4ad=5ad=6aHRB5006252840405050063015180d=6ad=7ad=8a低碳钢热轧盘条低碳钢热轧盘条拉丝用盘条（拉丝用盘条（ L L类）：类）：Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235建筑用盘条（建筑用盘条（J
39、J类）：类）：HRB235HRB235标记方式：标记方式：盘条盘条 原材牌号原材牌号- -分类代号分类代号 公称直径公称直径-GB701-97-GB701-97盘条盘条 HRB235A.F-J6.5- GB701-97HRB235A.F-J6.5- GB701-97 直径直径6-8mm6-8mm的的HRB235HRB235或或Q215Q215的热轧盘条经冷拔而成的热轧盘条经冷拔而成屈服点提高屈服点提高40%-60%40%-60%，塑性降低，硬脆，塑性降低，硬脆冷拔低合金钢丝抗拉强度标准值为冷拔低合金钢丝抗拉强度标准值为800MPa,800MPa,可用于中小混凝土构可用于中小混凝土构件中的预应力
40、筋件中的预应力筋二、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋二、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋级别直径（mm）抗拉强度，MPa伸长率，%（标距100mm）反复弯曲次数（180度）应用I组II组不小于甲级56506003.04中小混凝土构件的预应力筋47006502.5乙级355502.0焊接网、焊接骨架、箍筋、构造钢筋冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺要求冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺要求GB 13788-2008牌号反复弯曲次数抗拉强度b/Mpa伸长率(%) 冷弯180D弯心直径d钢筋公称直径初始应力松弛con=0.70b 11.31001000h(%) CRB500CRB650CRB800CRB970-3335506508
41、009708.0-4.04.04.0D=3d-888v冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋v根据国家标准根据国家标准GB 13788GB 1378820082008冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋的规定，冷轧带的规定，冷轧带肋钢筋的牌号由肋钢筋的牌号由CRBCRB和钢筋的抗拉强度最小值构成和钢筋的抗拉强度最小值构成vC C、R R、B B分别为冷轧（分别为冷轧（cold rolledcold rolled）、带肋（）、带肋（RibbedRibbed）、钢筋）、钢筋
42、（BarBar）三个词的英文首位字母）三个词的英文首位字母v冷轧带肋钢筋分为冷轧带肋钢筋分为CRB550CRB550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970四个牌号。四个牌号。CRB550CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土钢筋vCRB550CRB550钢筋的公称直径范围为钢筋的公称直径范围为4-12mm4-12mm。CRB650CRB650及以上牌号钢筋的及以上牌号钢筋的公称直径为公称直径为4 4、5 5、6mm6mm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GB/T5
43、223.3-2005v用热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理而成。用热轧带肋钢筋经淬火和回火调质处理而成。v分有、无纵肋两种（都有横肋）分有、无纵肋两种（都有横肋）v规格：规格：6 6、8.28.2、10mm10mmv条件屈服强度条件屈服强度1325MPa1325MPav抗拉强度抗拉强度1470MPa1470MPav伸长率伸长率10 6%6%v1000h1000h应力损失应力损失3.5%3.5%v用途：预应力混凝土梁板和轨枕用途：预应力混凝土梁板和轨枕四、预应力混凝土用钢丝和钢绞线四、预应力混凝土用钢丝和钢绞线1 1、钢丝、钢丝母材：优质碳素结构钢母材：优质碳素结构钢抗拉强度抗拉强度1470-17
44、70MPa1470-1770MPa按加工状态分：按加工状态分：冷拉钢丝冷拉钢丝(WCD)(WCD)及消除应力钢丝两类及消除应力钢丝两类按外形可分为：按外形可分为：光面钢丝光面钢丝(P)(P)，螺旋肋钢丝，螺旋肋钢丝(H)(H)和刻痕钢丝和刻痕钢丝(I)(I)三种三种消除应力钢丝按松弛性能不同：消除应力钢丝按松弛性能不同：低松弛级钢丝低松弛级钢丝(WLR)(WLR)和普通级松弛钢丝和普通级松弛钢丝(WNR)(WNR)标记方式：标记方式：w预应力钢丝预应力钢丝 直径直径- -抗拉强度抗拉强度-松弛等级松弛等级- -外形代号外形代号- -标准号标准号w预应力钢丝预应力钢丝4.00-1670-WCD-
45、P-GB/T5223-20024.00-1670-WCD-P-GB/T5223-2002w直径为直径为4.00mm4.00mm，抗拉强度为，抗拉强度为1679MPa1679MPa的冷拉光圆钢丝的冷拉光圆钢丝2 2、钢绞、钢绞线线钢绞线钢绞线: :以数根优质碳素结构钢丝绞捻和消除内应力的热处理以数根优质碳素结构钢丝绞捻和消除内应力的热处理而制成而制成q类型：类型：1 12 2、1 13 3、1 13I 3I 、1 17 7 、（、（1 17 7）C 5C 5类类q标记方法：标记方法：预应力钢绞线预应力钢绞线 结构代号结构代号- -公称直径公称直径- -强度级别强度级别-GB/T5224-2003
46、-GB/T5224-2003预应力钢绞线预应力钢绞线1 17-15.2-1860- 7-15.2-1860- GB/T5224-2003GB/T5224-2003q特点：强度高，柔韧性好，无接头特点：强度高，柔韧性好，无接头q用途：大荷载、大跨度、曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构用途：大荷载、大跨度、曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构 图例：板内预应力钢筋图例：板内预应力钢筋五、钢筋的选用五、钢筋的选用普通受力钢筋：普通受力钢筋：n热轧钢筋热轧钢筋(HRB400 HRB335)(HRB400 HRB335)n冷轧带肋钢筋（冷轧带肋钢筋（CRB550CRB550常用）常用）预应力钢筋：预应力钢筋：n预
47、应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋n冷拉冷拉HRB400 HRB335HPB235HRB400 HRB335HPB235级热轧带肋钢筋级热轧带肋钢筋中小型预应力构件的受力主筋：中小型预应力构件的受力主筋：nCRB650CRB650、CRB800CRB800级冷轧带肋钢筋、甲级冷拔低碳钢丝、冷拔低合级冷轧带肋钢筋、甲级冷拔低碳钢丝、冷拔低合金钢丝金钢丝3.63.6钢材的防护钢材的防护一、一、腐蚀腐蚀：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）蚀（锈蚀） 危害：危害：均匀锈蚀使钢材有效截面积减
48、小，局部锈蚀不仅使钢材均匀锈蚀使钢材有效截面积减小，局部锈蚀不仅使钢材有效截面积减小，且引起应力集中，另外钢的强度、有效截面积减小，且引起应力集中，另外钢的强度、塑性、韧性降低塑性、韧性降低（2 2）电化学腐蚀：）电化学腐蚀：钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液( (如水如水) )存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。 （1 1）化学腐蚀：）化学腐蚀：钢材与周围介质直接发生化学作用，生成疏松的钢材与周围介质直接发生
49、化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀氧化物而引起的腐蚀（2 2）电化学腐蚀整个过程如下：）电化学腐蚀整个过程如下：阳极区：阳极区：Fe = Fe2+ + 2e阴极区：阴极区：2H2O + 4e + O2 = 4OH- 钢铁表面吸附水膜酸性较弱或中性时钢铁表面吸附水膜酸性较弱或中性时 2H+2e=H2 钢铁表面吸附水膜酸性强时钢铁表面吸附水膜酸性强时溶液区：溶液区：Fe2+ 2OH- = Fe(OH)2Fe(OH)2 + O2 + 2H2O= 4 Fe(OH)3 水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀
50、共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。阳 极 区阳 极 区阴 极 区空 气水 膜铁二、防腐二、防腐1 1、采用耐腐蚀钢（耐大气腐蚀钢）、采用耐腐蚀钢（耐大气腐蚀钢）q在碳素钢和低合金钢中加入少量的铜、铬等合金元素制成，在碳素钢和低合金钢中加入少量的铜、铬等合金元素制成，在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层在大气作用下，能在表面形成一种致密的防腐保护层2 2、阻锈剂、阻锈剂3 3、阴极保护（采用电位比钢材高的金属覆盖）、阴极保护（采用电位比钢材高的金属覆盖）4 4、阳极保护（牺牲阳极、外加电流）、阳极保护（牺牲阳极、外加电流）5 5、非金属覆盖（涂漆）、非金属覆盖（涂漆）6 6、混凝土表面
