1、第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料土木工程材料土木工程材料基础知识基础知识2.3 2.3 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 2.3.1 2.3.1 钢材的晶体结构钢材的晶体结构 2.3.2 2.3.2 钢材的基本晶体组织钢材的基本晶体组织2.3.3 2.3.3 钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响 第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料2.3.1 2.3.1 钢材的晶体结构钢材的晶体结构 钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁-碳碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立方晶
2、格体心立方晶格和和面心立面心立方晶格方晶格。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响体心立方晶格体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子；顶点而构成的空间格子；面心立方体晶格面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。和六个面的中心而构成的空间格子。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响u其晶体结构中，各个
3、原子以其晶体结构中，各个原子以金属键金属键相互结合在一起，这种相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性很高的强度和良好的塑性。u钢材的晶格并不都是完好无缺地规则排列，而是存在许多钢材的晶格并不都是完好无缺地规则排列，而是存在许多缺陷缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是，它们将显著地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度钢材的实际强度远比理论强度小远比理论强度小的根本原因。的根本原因。u其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。液态铁液态铁 Fe Fe Fe Fe FeFe 体心立方体心立方 面心立方面
4、心立方 体心立方体心立方13901390以上以上910910 13901390910910以下以下碳素钢从碳素钢从液态液态变成变成固态固态晶体结构时，随着温度的降晶体结构时，随着温度的降低，其晶格要发生两次转变。低，其晶格要发生两次转变。2.3.2 2.3.2 钢材的基本晶体组织钢材的基本晶体组织 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合金于一合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为，称为钢的组钢的组织织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像(见下见下图图)，故也称
5、显微组织。主要有，故也称显微组织。主要有铁素体铁素体、渗碳体渗碳体、珠珠光体光体和和奥氏体奥氏体。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）第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响铁素体的晶体组织钢材的晶体组织钢材的晶体组织珠光体的晶体组织铁素体和珠光体珠光体与渗碳体球状珠光体钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响名称名称含碳量含碳量/%/%结构
6、特征结构特征性能性能铁素体铁素体0.020.02碳在碳在 Fe Fe 中的固溶体中的固溶体塑性、韧性好；但塑性、韧性好；但强度、硬度低强度、硬度低奥氏体奥氏体0.80.8碳在碳在 Fe Fe 中的固溶体中的固溶体强度、硬度不高，强度、硬度不高，但塑性好但塑性好渗碳体渗碳体6.676.67铁和碳的化合物铁和碳的化合物FeFe3 3C C抗拉强度低，塑性抗拉强度低，塑性差，性硬脆，耐磨差，性硬脆，耐磨珠光体珠光体0.80.8铁素体和渗碳体的机械铁素体和渗碳体的机械混合物混合物塑性较好，强度和塑性较好，强度和硬度较高硬度较高2.3.3 2.3.3 钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响 除铁、
7、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些其他元素。钢材的成分对性能有重要料中引入一些其他元素。钢材的成分对性能有重要影响。这些成分可分为两类：影响。这些成分可分为两类：第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响u一类能一类能改善优化改善优化钢材的性能称为钢材的性能称为合金元素合金元素，主要，主要有有SiSi、MnMn、TiTi、V V、NbNb等；等；u另一类能另一类能劣化劣化钢材的性能，属钢材的钢材的性能，属钢材的杂质杂质，主要，主要有氧、硫、氮、磷等。有氧、硫、氮、磷等
8、。观察与讨论观察与讨论(1)(1)碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 (2)(2)钢材的晶体结构与性能钢材的晶体结构与性能第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响(1)(1)碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 下图是碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系下图是碳素钢基本组织相对含量与含碳量的关系。请分析。请分析低碳钢、中碳钢和高碳钢随着含碳量的增加，其基本组织及性低碳钢、中碳钢和高碳钢随着含碳量的增加，其基本组织及性能如何变化。能如何变化。铁碳合金的含
9、碳量与晶体组织及性能之间的关系铁碳合金的含碳量与晶体组织及性能之间的关系 第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响讨论讨论(1)(1)碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响碳素钢中含碳量对其组织和性能的影响 建筑钢材的含碳量不大于建筑钢材的含碳量不大于0.80.8，即基本组织为即基本组织为铁素体和珠光体。从图可见，随含碳量增加，珠光体铁素体和珠光体。从图可见，随含碳量增加，珠光体含量增加，而铁素体则相应减少。故高碳钢的强度较含量增加，而铁素体则相应减少。故高碳钢的强度较高，而塑性、韧性相应较低。高，而塑性、韧性相应较低。
10、第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响(2)(2)钢材的晶体结构与性能钢材的晶体结构与性能 请观察下图，讨论钢材的实际强度与理论强度的请观察下图，讨论钢材的实际强度与理论强度的关系。关系。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响讨论讨论(2)(2)钢材的晶体结构与性能钢材的晶体结构与性能 钢材晶格中，有些平面上的原子较密集，结合钢材晶格中，有些平面上的原子较密集，结合力较强。而面与面之间，则由于原子间距离较大，结力较强。而面与面之间，则由
11、于原子间距离较大，结合力较弱。在外力作用下，晶格容易沿原子密集面产合力较弱。在外力作用下，晶格容易沿原子密集面产生相对滑移，故建筑钢材塑性变形较大。生相对滑移，故建筑钢材塑性变形较大。从上面的动画可见，钢材的晶格存在许多缺陷，从上面的动画可见，钢材的晶格存在许多缺陷，如点缺陷、线缺陷及面缺陷，由于这些缺陷的存在，如点缺陷、线缺陷及面缺陷，由于这些缺陷的存在，使晶格受力滑移时，不是理论上的整个滑移面上全部使晶格受力滑移时，不是理论上的整个滑移面上全部原子一起移动，只是缺陷处局部移动，故实际强度低原子一起移动，只是缺陷处局部移动，故实际强度低于理论强度。于理论强度。第第2 2章章 建筑金属材料建筑
12、金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响工程实例分析工程实例分析钢结构倒塌钢结构倒塌 现象现象 苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒苏联某钢铁厂仓库运输廊道为钢结构，于某日倒塌。经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处塌。经检查可知：杆件发生断裂的位置在应力集中处节点附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头节点附近的整块母材上，桁架腹板和弦杆的焊接接头均未破坏；全部断口和拉断处都很新鲜均未破坏；全部断口和拉断处都很新鲜,未发黑、无未发黑、无锈迹。所用钢材为苏联国家标准锈迹。所用钢材为苏联国家标准CTCT3 3号沸腾钢。号沸腾钢。第第2 2
13、章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响原因分析原因分析 切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超过苏联切取母材作化学成分分析可知：其碳、硫含量均超过苏联国家标准焊接结构所用国家标准焊接结构所用CTCT3 3号沸腾钢的碳硫含量规定。其中号沸腾钢的碳硫含量规定。其中5555的沸腾钢中碳平均含量超过的沸腾钢中碳平均含量超过0.220.22的标准规定，破坏发生部的标准规定，破坏发生部位附近含量达位附近含量达0.380.38；3232的试样硫含量超过的试样硫含量超过0.055 0.055 的标准的标准规定，在折断部位达规定，在折断
14、部位达0.10.1。碳对钢的性能有重要的影响。碳含量增加，钢强度、硬度碳对钢的性能有重要的影响。碳含量增加，钢强度、硬度增高，而塑性和韧性降低，且增大钢的冷脆性，降低可焊性。增高，而塑性和韧性降低，且增大钢的冷脆性，降低可焊性。而硫多数以而硫多数以FeSFeS形成存在，是强度较低、较脆的夹杂物，受力形成存在，是强度较低、较脆的夹杂物，受力易引起应力集中，降低钢的强度及疲劳强度，且对热加工和焊易引起应力集中，降低钢的强度及疲劳强度，且对热加工和焊接不利，偏析亦严重。由于此钢材不宜焊接，且使用的环境温接不利，偏析亦严重。由于此钢材不宜焊接，且使用的环境温度较低，这是导致工程质量事故的主要原因。度较
15、低，这是导致工程质量事故的主要原因。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.3 2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响钢材的组成结构及其对性能的影响基础知识基础知识2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工 2.4.1 2.4.1 冷加工强化冷加工强化2.4.2 2.4.2 时效处理时效处理2.4.3 2.4.3 热处理热处理第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料2.4.1 2.4.1 冷加工强化冷加工强化 将钢材于常温下进行将钢材于常温下进行冷拉冷拉、冷拔冷拔或或冷轧冷轧使其产使其产生塑性变形，从而提高生塑性变形，从而提高屈服强度屈服强度，降低塑性韧性，降低塑性韧性，这个过程称
16、为冷加工强化处理。这个过程称为冷加工强化处理。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产生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之为冷拉。一定的塑性变形称之为冷拉。钢材用拉伸设备拉伸后能提高强度钢材用拉伸设备拉伸后能提高强度,屈服点可提屈服点可提高高20%-25%20%-25%。冷拉冷拉第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工 将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，使之将钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，使之不仅受拉、而且受挤压以提高强度。
17、每次冷拔不仅受拉、而且受挤压以提高强度。每次冷拔断面缩小应为断面缩小应为10%10%以下，可多次冷拔以下，可多次冷拔,在这个过在这个过程中，屈服强度可提高程中，屈服强度可提高40-60%40-60%，效果好于冷拉。，效果好于冷拉。冷拔冷拔F冷拉示意图冷拉示意图 第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工 将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋，将圆钢在冷轧机上轧成断面形状规则的钢筋，可提高其强度与混凝土的粘结力。可提高其强度与混凝土的粘结力。冷轧冷轧冷加工强化冷加工强化在土木工程中的应用在土木工程中的应用:土木工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具
18、有土木工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。明显的经济效益。减小钢筋混凝土结构设计截面减小钢筋混凝土结构设计截面减小混凝土中配筋数量减小混凝土中配筋数量节约建筑材料节约建筑材料2.4.2 2.4.2 时效处理时效处理 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放151520 20 d d，或加热至，或加热至100100200200后保持一定时间（后保持一定时间（2 23h3h），），其其屈服强度屈服强度进一步提高，且进一步提高，且抗拉强度抗拉强度也提高，同时也提高，同时塑性和韧性塑性和韧性也进一步降低，也进一步降低，弹性模量弹性模量则基本恢复。则基本恢复
19、。这个过程称为这个过程称为时效处理时效处理。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工时效处理方法有两种：时效处理方法有两种：1 1、自然时效自然时效：在常温下存放：在常温下存放151520d20d，适合用于低强度钢筋；，适合用于低强度钢筋；2 2、人工时效人工时效：加热至：加热至100100200200后保持一定时间（后保持一定时间（2 23h3h），适合），适合于高强钢筋。于高强钢筋。观察与讨论观察与讨论冷加工强化与时效处理的意义冷加工强化与时效处理的意义 请观察下图钢筋的应力请观察下图钢筋的应力-应变曲线，并讨论应变曲线，并讨论冷加工强化与
20、时效处理的意义。冷加工强化与时效处理的意义。钢筋冷拉时效后应力钢筋冷拉时效后应力-应变图的变化应变图的变化 第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工讨论讨论 从上图可见从上图可见，将钢筋冷拉至强化阶段的，将钢筋冷拉至强化阶段的K K点，然点，然后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力-应变曲线将沿应变曲线将沿OKCDOKCD发展至破坏。这时，钢筋在原发展至破坏。这时，钢筋在原来屈服阶段不再出现屈服现象，屈服点由来屈服阶段不再出现屈服现象，屈服点由B B点提高到点提高到K K点，但抗拉强度基本不
21、变，塑性和韧性降低，弹性模点，但抗拉强度基本不变，塑性和韧性降低，弹性模量降低。冷加工强化的原因是冷拉至量降低。冷加工强化的原因是冷拉至K K点时，塑性变点时，塑性变形造成滑移面内晶格歪扭，畸变加剧，阻碍了进一步形造成滑移面内晶格歪扭，畸变加剧，阻碍了进一步滑移，提高了抵抗变形的能力。同时，由于塑性变形滑移，提高了抵抗变形的能力。同时，由于塑性变形中产生的内应力，使钢材弹性模量降低。中产生的内应力，使钢材弹性模量降低。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工2.4.3 2.4.3 热处理热处理 热处理是将钢材按规定的温度，进行热处理是将钢材按规
22、定的温度，进行加热加热、保保温温和和冷却冷却处理，以改变其晶格组织，得到所需要的处理，以改变其晶格组织，得到所需要的性能的一种工艺。性能的一种工艺。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工热处理包括热处理包括淬火淬火、回火回火、退火退火和和正火正火。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工淬火淬火将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使其基本将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温使其基本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，晶粒细化
23、，强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。回火回火将比较硬脆，存在内应力的钢，再加热至基本组织改将比较硬脆，存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下（变温度以下（150650150650），保温后按一定制度冷却），保温后按一定制度冷却至室温的热处理方法。回火后的钢材，至室温的热处理方法。回火后的钢材，内应力消除内应力消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善硬度降低，塑性和韧性得到改善。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工退火退火将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退
24、火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却，以以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却，以消除内消除内应力应力，减少缺陷和晶格畸变减少缺陷和晶格畸变，使钢的，使钢的塑性和韧性得到塑性和韧性得到改善改善。正火正火将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中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，钢的冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有所降低强度提高而塑性有所降低。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工退火、正火、淬火和回火有何差别？退火、正火、淬火和回火有何差别？温度温度727 C保温处理保温处理回火回火淬火淬火正火正火
25、退火退火时间时间钢材的热处理工艺钢材的热处理工艺保温处理保温处理工程实例分析工程实例分析钢结构吊车梁发现裂纹钢结构吊车梁发现裂纹 现象现象 某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板查发现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板处较少；裂纹深度经铲后，用深度计复测，大多数处较少；裂纹深度经铲后，用深度计复测，大多数的深度为的深度为1 12 mm2 mm，少量纹深达，少量纹深达3 mm3 mm。此批构件钢材。此批构件钢材杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工程尚未使用
26、；构件运输安装过程未被撞击；裂纹部程尚未使用；构件运输安装过程未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区。位远离焊接影响区。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工原因分析原因分析 经研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速经研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速度，铸钢时刚浇好的钢锭仅冷却至度，铸钢时刚浇好的钢锭仅冷却至400400500500就就拆模，未检查与清理即送至升温轧钢，轧制时钢板拆模，未检查与清理即送至升温轧钢，轧制时钢板温度还在温度还在300300以上，就送去结构加工厂下料制作，以上，就送去结构加工厂下料制作，钢板冷却至钢板冷却至5050左
27、右时，已有裂纹。即钢锭温差过左右时，已有裂纹。即钢锭温差过大，导致钢材表面存在大量微裂纹，经加热轧压，大，导致钢材表面存在大量微裂纹，经加热轧压，裂纹不能闭合消失；由于钢锭是多边形，故所轧制裂纹不能闭合消失；由于钢锭是多边形，故所轧制的钢板上下两面有裂纹。而加劲板为另外采购的钢的钢板上下两面有裂纹。而加劲板为另外采购的钢板，故未发现裂纹。板，故未发现裂纹。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工基础知识基础知识2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用 2.5.1 2.5.1 建筑常用钢种建筑常用钢种2.5
28、.2 2.5.2 钢结构用钢钢结构用钢 2.5.3 2.5.3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 2.5.4 2.5.4 铝合金铝合金 第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料2.5.1 2.5.1 建筑常用钢种建筑常用钢种第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用1.1.碳素结构钢碳素结构钢2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 3.3.低合金高强度低合金高强度结构钢结构钢 1.1.碳素结构钢碳素结构钢第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及
29、应用u碳素结构钢按照屈服强度分为碳素结构钢按照屈服强度分为Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235和和Q275Q275四个四个牌号；牌号；u每个牌号又根据硫、磷等杂质含量由多到少分为每个牌号又根据硫、磷等杂质含量由多到少分为A A、B B、C C、D D四个质量等级。四个质量等级。（1）牌号及其表示方法：）牌号及其表示方法：例如：例如：Q235-AF，表示屈服强度为，表示屈服强度为235MPa，A级沸级沸腾（腾（F）碳素结构钢。）碳素结构钢。牌号的顺序：牌号的顺序：屈服强度字母屈服强度字母Q 屈服强度数值屈服强度数值 质量等级质量等级（A、B、C、D）、）、脱氧程度符号脱氧程度符号
30、（F、b、Z、TZ）。）。碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能见碳素结构钢的化学成分、力学性能、冷弯性能见表表2-32-52-32-5。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用（2 2）碳素结构钢技术性能与应用）碳素结构钢技术性能与应用钢牌号与性能的关系：钢牌号与性能的关系：钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。塑性和韧性降低，可焊性变差。应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温
31、度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用（3 3）选用原则）选用原则l Q195Q195和和Q215Q215号钢强度较低，塑性和韧性较大，易号钢强度较低，塑性和韧性较大，易弯加工，可用于钢钉、螺栓等。弯加工，可用于钢钉、螺栓等。l Q235Q235A A使用于承受静载作用的钢结构；使用于承受静载作用的钢结构；l Q235Q235B B可用于承受动载焊接的普通钢结构；可用于承受动载焊接的普通钢结构；l Q235Q235C C可用于承受动载焊接
32、的重要钢结构；可用于承受动载焊接的重要钢结构；l Q235Q235D D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。l Q275Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等零件等2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为优质碳素结构钢根据锰含量的不同可分为普通锰含普通锰含量钢量钢和和较高锰含量钢较高锰含量钢两组。两组。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用(1)(1)钢的牌号钢的牌号表示方法：表示方法：以平均含
33、碳量（代表平均含碳量的万分数）、脱氧以平均含碳量（代表平均含碳量的万分数）、脱氧程度代号组合而成。如含锰量较高时，在牌号后加注（程度代号组合而成。如含锰量较高时，在牌号后加注（MnMn）。）。如：牌号为如：牌号为“10F”“10F”的优质碳素结构钢的优质碳素结构钢表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.10%0.10%的沸腾钢。的沸腾钢。“45Mn”“45Mn”号钢：号钢：表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.45%0.45%，较高含锰量的镇静钢。，较高含锰量的镇静钢。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用建筑工程中
34、：建筑工程中：30453045号钢号钢，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓；，用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓；65806580号钢号钢，用于制作钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。，用于制作钢丝、刻痕钢丝和钢绞线等。(2)(2)优质碳素结构钢的优质碳素结构钢的选用：选用：3.3.低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量总量小于小于5 5的合金元素的钢材。的合金元素的钢材。特点特点：强度高：强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀。，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5
35、土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用(1)(1)牌号：牌号：用用Q+Q+屈服强度值屈服强度值+质量等级表示。质量等级表示。屈服点等级：屈服点等级：Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460；质量等级：质量等级：A、B、C、D、E(2)(2)应用：应用：低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋；板、钢管及钢筋；广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中；广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中；特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥
36、梁工程等。构及桥梁工程等。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用2.5.2 2.5.2 钢结构用钢钢结构用钢 u钢结构用钢主要是热轧成形的钢结构用钢主要是热轧成形的钢板钢板和和型钢型钢等；等；u薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；小角钢；u钢材所用的母材主要是钢材所用的母材主要是普通碳素结构钢普通碳素结构钢及及低合低合金高强度结构钢金高强度结构钢。u钢结构用钢有钢结构用钢有热轧型钢热轧型钢、冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢、棒材棒材、钢管钢管和和板材板材。第第2 2章
37、章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用1.1.热轧型钢热轧型钢 u钢结构常用的型钢有：工字钢、钢结构常用的型钢有：工字钢、H H型钢、槽钢、型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。等边角钢、不等边型钢等。u型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，所以它是钢结构中采用的主要钢材。力最为有利，所以它是钢结构中采用的主要钢材。第第2 2章章 建筑金属材料建筑
38、金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用t2t1HBt1ht2H H型钢的规格标记采用：型钢的规格标记采用：高度高度H H宽度宽度B B腹板宽度腹板宽度t t1 1翼缘厚度翼缘厚度t t2 2例如：例如：H340H340250 9 14T T型钢的规格标记采用：型钢的规格标记采用：高度高度H H宽度宽度B B腹板宽度腹板宽度t t1 1翼缘厚度翼缘厚度t t2 2例如：例如：T T248199 9 14第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用2.2.冷弯薄壁型钢冷
39、弯薄壁型钢 （1 1）结构用冷弯空心型钢）结构用冷弯空心型钢 方形方形空心型钢（代号空心型钢（代号F)F)矩形矩形空心型钢空心型钢（代号（代号J)（2 2）通用冷弯开口型钢）通用冷弯开口型钢 按形状分为按形状分为8 8种：种：冷弯等边角钢、冷弯不等边角钢、冷弯等边槽钢、冷弯冷弯等边角钢、冷弯不等边角钢、冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢、冷弯Z Z形钢、冷弯卷边形钢、冷弯卷边Z Z形钢。形钢。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用3.3.
40、棒材、钢管和板材棒材、钢管和板材 （1 1）棒材）棒材常用的棒材有六角钢、八角钢、扁钢、圆钢和方钢。常用的棒材有六角钢、八角钢、扁钢、圆钢和方钢。六角钢、八角钢：六角钢、八角钢：规格以规格以“对边距离对边距离”表示。表示。建筑钢结构的螺栓用此种钢作为坯材。建筑钢结构的螺栓用此种钢作为坯材。热轧扁钢：热轧扁钢：规格以规格以“厚度厚度宽度宽度”表示。表示。建筑上，扁钢常用于房架构件、扶梯、桥梁、栅栏建筑上，扁钢常用于房架构件、扶梯、桥梁、栅栏第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用3.3.棒材、钢管和板材棒材、钢管和
41、板材 （2 2）钢管）钢管钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管。钢结构中常用热轧无缝钢管和焊接钢管。钢管在相同截面积下钢管在相同截面积下刚度较大刚度较大，是中心受压杆件，是中心受压杆件的理想截面；的理想截面；流线型的表面使其承受风压小，因此用于高耸结流线型的表面使其承受风压小，因此用于高耸结构十分有利。构十分有利。建筑结构上钢管多用作桁架、塔桅等构件，也可用作建筑结构上钢管多用作桁架、塔桅等构件，也可用作钢管混凝土。钢管混凝土。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用3.3.棒材、钢管和板材棒材、钢管和板材 （3
42、3）板材）板材钢板材包括钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和钢板材包括钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板和彩色涂层钢板等。彩色涂层钢板等。压型钢板2.5.3 2.5.3 混凝土结构用钢混凝土结构用钢 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，用钢筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。而混凝土又对钢筋起保护作用。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用钢筋混凝土结构的钢筋，主要由钢筋混凝土结构的钢筋，主要
43、由碳素结构钢碳素结构钢和和优质优质碳素钢制成碳素钢制成，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带，包括热轧钢筋、冷轧扭钢筋和冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用1 1、热轧钢筋、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，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主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的的配筋配筋。热轧钢筋热轧钢筋光圆钢筋光圆钢筋带肋钢筋带肋钢筋月牙肋钢筋月牙肋钢筋
44、等高肋钢筋等高肋钢筋第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋牌号用牌号用HPB235HPB235及及HPB300HPB300表示，是用表示，是用Q235Q235及及Q300Q300碳素结构钢轧制而成的光圆钢筋。碳素结构钢轧制而成的光圆钢筋。特点特点：强度较低，塑性好，伸长率高，便于弯折成：强度较低，塑性好，伸长率高，便于弯折成型，容易焊接。型，容易焊接。普通热轧带肋钢筋普通热轧带肋钢筋牌号用牌号用HRBHRB牌号的屈服强度特征牌号的屈服强度特征值构成，有值构成，有HRB335HRB335、
45、HRB400HRB400、HRB500HRB500三个牌号。三个牌号。特点特点：带肋钢筋加强了钢筋与混凝土之间的粘结力，：带肋钢筋加强了钢筋与混凝土之间的粘结力，可有效防止混凝土与配筋之间发生相对位移。可有效防止混凝土与配筋之间发生相对位移。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用HRB335HRB335、HRB400HRB400钢筋强度较高，塑性和可焊性较好。钢筋强度较高，塑性和可焊性较好。广泛应用于大中型钢筋混凝土结构的主筋，经冷拉广泛应用于大中型钢筋混凝土结构的主筋，经冷拉处理后也可作为预应力筋。处理后也可
46、作为预应力筋。HRB500HRB500钢筋由于加入了钒、钛等合金元素，在保证钢筋由于加入了钒、钛等合金元素，在保证塑性韧性的同时，强度大大提高。塑性韧性的同时，强度大大提高。主要用做工程中的预应力钢筋。主要用做工程中的预应力钢筋。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用2 2、冷轧扭钢筋、冷轧扭钢筋螺旋状外型大大提高了与混凝土的握裹力，无需螺旋状外型大大提高了与混凝土的握裹力，无需加工（预应力或弯钩）可直接用于混凝土工程。加工（预应力或弯钩）可直接用于混凝土工程。改善了构件受力性能，使混凝土构件具有承载力改善了构
47、件受力性能，使混凝土构件具有承载力高、刚度好、破坏前有明显预兆等特点。高、刚度好、破坏前有明显预兆等特点。冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用3 3、冷轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋分为冷轧带肋钢筋分为CRB550CRB550、CRB650CRB650、CRB800CRB800、CRB970CRB970、CRB1170CRB1170五个牌号。五个牌号。牌号牌号由由CRBCRB和和钢筋的抗拉强度最小值钢筋的抗拉强度最小值构成。构成。应用：应用：CRB550CRB550为普通钢筋混凝土用
48、钢筋，其他牌为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力钢筋混凝土钢筋。号为预应力钢筋混凝土钢筋。直径：直径：CRB550CRB550的公称直径范围为的公称直径范围为412mm412mm。CRB650CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为及以上牌号钢筋的公称直径为4mm4mm、5mm5mm、6mm6mm。冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用4 4、预应力混凝土用钢丝、预应力混凝土用钢丝钢丝的抗拉强度比钢筋混凝土用热轧光圆钢筋、钢丝的抗拉强度比钢筋混凝土用热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋高许多，在
49、构件中采用预应力钢丝热轧带肋钢筋高许多，在构件中采用预应力钢丝可收到节省钢材、减少构件截面和节省混凝土的可收到节省钢材、减少构件截面和节省混凝土的效果。效果。应用：应用：主要用作桥梁、吊车梁、大跨度屋架等预主要用作桥梁、吊车梁、大跨度屋架等预应力钢筋混凝土构件中。应力钢筋混凝土构件中。钢丝按照钢丝按照外形外形分为：分为：光圆钢丝（光圆钢丝（P P）、螺旋肋钢丝（）、螺旋肋钢丝（H H）、刻痕钢丝（）、刻痕钢丝（I I）第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料 2.5 2.5 土木工程常用金属材料的性质及应用土木工程常用金属材料的性质及应用5 5、钢绞线、钢绞线根据钢丝的股数可分为根据钢丝的股数
50、可分为1 12 2、1 13 3、1 17 7三种类三种类型。其中型。其中1 1表示以一根钢丝为芯，表示以一根钢丝为芯，2 2、3 3、7 7分别表分别表示其周围围绕的钢丝数量为示其周围围绕的钢丝数量为2 2、3 3、7 7根。根。应用：应用：预应力钢绞线主要用于预应力混凝土配筋。预应力钢绞线主要用于预应力混凝土配筋。2.5.4 2.5.4 铝合金铝合金 纯铝在建筑上的应用较少，可加工成铝粉，用纯铝在建筑上的应用较少，可加工成铝粉，用于加气混凝土的发气。也可作为防腐涂料用于铸铁、于加气混凝土的发气。也可作为防腐涂料用于铸铁、钢材等的防腐。钢材等的防腐。第第2 2章章 建筑金属材料建筑金属材料
