第五章 建筑鋼材課件

1、1第第 二二 章章建建 筑筑 鋼鋼 材材2三問(wèn)？n金屬材料的基本概念(What) ?n金屬材料具備哪些基本性質(zhì)(Which) ?n如何根據(jù)土木工程應(yīng)用選擇金屬材料(How)?32-1 概概 述述4一、鋼及其特性一、鋼及其特性鋼鋼理論上，凡是把含碳量小于理論上，凡是把含碳量小于2%，含雜，含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。含碳量超過(guò)含碳量超過(guò)2%，稱為生鐵；含碳量小，稱為生鐵；含碳量小于于0.08%，稱為工業(yè)純鐵。，稱為工業(yè)純鐵。5二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種1.型鋼型鋼 簡(jiǎn)單截面型鋼：圓鋼、方鋼、簡(jiǎn)單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角鋼等；六角鋼、八角鋼等

2、； 復(fù)雜截面型鋼：工字鋼、角復(fù)雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。鋼、槽鋼、鋼軌等。6二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種2.線材線材如鋼筋、鋼絲等。如鋼筋、鋼絲等。7二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種3.管材管材 無(wú)縫鋼管、焊接無(wú)縫鋼管、焊接鋼管等。鋼管等。8二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種4.板材板材光面鋼板、花紋鋼板、光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等。彩色涂層鋼板等。壓型彩鋼板壓型彩鋼板9n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)n比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高n塑性好、韌性好塑性好、韌性好n能承受沖擊和振動(dòng)荷載能承受沖擊和振動(dòng)荷載n加工性好加工性好三、建筑鋼材的特性三、建筑鋼材的特性10 建筑鋼

3、材可用于建筑鋼材可用于:大跨度結(jié)構(gòu)大跨度結(jié)構(gòu)多層及高層結(jié)構(gòu)多層及高層結(jié)構(gòu)受動(dòng)荷載作用的工業(yè)廠房受動(dòng)荷載作用的工業(yè)廠房11建筑鋼材是建筑中建筑鋼材是建筑中常用的材料常用的材料鋼材的品種多，性質(zhì)差別大，為鋼材的品種多，性質(zhì)差別大，為了掌握鋼材的合理使用，應(yīng)對(duì)鋼了掌握鋼材的合理使用，應(yīng)對(duì)鋼材的生產(chǎn)、組成、性質(zhì)和用途等材的生產(chǎn)、組成、性質(zhì)和用途等知識(shí)有一定的了解。知識(shí)有一定的了解。 本章的重點(diǎn)是鋼材的本章的重點(diǎn)是鋼材的技術(shù)性質(zhì)技術(shù)性質(zhì)（主要是抗拉性能）、（主要是抗拉性能）、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和和選用選用。12 2.1 2.1 鋼的生產(chǎn)與分類鋼的生產(chǎn)與分類 n鋼材的生產(chǎn)n鋼材的分類13一、鋼的生產(chǎn)n 鋼：

4、鐵碳合金，鐵Fe為主要元素：碳C含量2.06，雜質(zhì)元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。n生鐵：鐵碳合金，C含量高，約為2.066.67，并含較多雜質(zhì)。冶 煉生 鐵鋼 生鐵中的碳氧化，降低含C量，除去雜質(zhì)元素，降低其含量14高爐熔融精煉15（一）冶煉 根據(jù)煉鋼設(shè)備的不同，煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐、平爐和電爐三種方法：三種主要煉鋼方法的特點(diǎn)爐種 原料 特 點(diǎn) 生產(chǎn)鋼種氧氣轉(zhuǎn)爐 鐵水，廢鋼 可有效除去磷、硫雜質(zhì)少， 碳素鋼 效率高 質(zhì)量好。 低合金鋼 電爐 生鐵、廢鋼 產(chǎn)量低、耗電大，雜質(zhì)少 合金鋼 質(zhì)量最好，成本高 優(yōu)質(zhì)碳素鋼平爐 生鐵、廢鋼 時(shí)間長(zhǎng)，成分穩(wěn)定 碳素鋼 質(zhì)量較好、成本較高 低合金

5、鋼16（二）脫氧與鑄錠 n沸騰鋼： 碳、磷、硫等成分偏析嚴(yán)重，鋼致密程度、焊接性能、低溫下的沖擊韌性較差。(F)n半鎮(zhèn)靜鋼： 脫氧程度與性能介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。(B)n鎮(zhèn)靜鋼： 脫氧充分，成分均勻純凈、雜質(zhì)少、組織致密；冷脆性和時(shí)效敏感性較低，疲勞強(qiáng)度和可焊性較好。(Z)n特殊鎮(zhèn)靜鋼： 脫氧很充分，晶粒細(xì)化，質(zhì)量與性能比鎮(zhèn)靜鋼更好。(TZ) 17問(wèn)題：鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響？ 答：脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的FeO，在鋼材鑄錠時(shí)，碳與FeO反應(yīng)生成CO氣泡，并有一部分殘留在鋼中，造成微裂縫和成分偏析，降低致密性、強(qiáng)度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和時(shí)效敏感性增大等。 脫氧程

6、度排序： 特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼 鋼材性能與質(zhì)量排序： 特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼18（三） 壓力加工n熱加工：熱加工：是在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的壓力加工，常用鍛造、熱壓、軋制等多種方式。n熱加工的作用：使內(nèi)部氣泡焊合，酥松結(jié)構(gòu)致密，晶粒細(xì)化。n熱加工效果：提高鋼材的強(qiáng)度、塑性和質(zhì)量。n冷加工：冷加工：冷拉、冷拔等19二、鋼材的分類碳素鋼碳素鋼低碳鋼低碳鋼 C0.6% 合金鋼合金鋼低合金鋼低合金鋼 10% 20n普通鋼普通鋼 P0.045%,S0.050% n優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼 P0.035%, S0.035% n高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 P0.025%,S0.025% 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 各種工程

7、構(gòu)件及機(jī)械零件各種工程構(gòu)件及機(jī)械零件,屬低碳鋼或中碳鋼屬低碳鋼或中碳鋼 工具鋼工具鋼 刀具、模具刀具、模具 特殊鋼特殊鋼 不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼21鋼鋼轉(zhuǎn)爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼沸騰鋼沸騰鋼電爐鋼電爐鋼平爐鋼平爐鋼按冶煉方法分按冶煉方法分按脫氧程度分按脫氧程度分半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分按爐襯材料分為酸性鋼和堿為酸性鋼和堿性鋼性鋼22問(wèn)題：土木工程中常用的鋼材有哪些？ 答：土木工程中，使用的 主要鋼種：碳素結(jié)構(gòu)鋼； 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼； 常用鋼材：鋼結(jié)構(gòu)用型鋼 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋與鋼絲。23 2.2 2.2 建筑鋼材的主要技術(shù)性能建筑鋼材的

8、主要技術(shù)性能 n鋼材的力學(xué)性質(zhì)n鋼材的工藝性能24一、鋼材的力學(xué)性質(zhì) 鋼材的力學(xué)性能，即是指鋼材在外力（載荷）作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性能，包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。 拉伸壓縮彎曲剪切扭轉(zhuǎn)荷載形式25（一）拉伸性能（一）拉伸性能 標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車削加工后的試件。按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車削加工后的試件。l0 A0d0l 非標(biāo)準(zhǔn)試件非標(biāo)準(zhǔn)試件不經(jīng)過(guò)加工，直接在線材上切取的試件。不經(jīng)過(guò)加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部頭部頭部工作段工作段262728n拉伸性能是建筑鋼材的主要性能拉伸性能是建筑鋼材的主要性能n鋼材受拉后的鋼材受拉后的技術(shù)性能指標(biāo)技術(shù)性能指標(biāo)

9、可以用低碳鋼的應(yīng)可以用低碳鋼的應(yīng)力力應(yīng)變圖來(lái)反映。應(yīng)變圖來(lái)反映。 n屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度n抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度n伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率（一）抗拉性能（一）抗拉性能29n定義定義 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度是指鋼材開始喪失隨變形的抵抗能力是指鋼材開始喪失隨變形的抵抗能力, ,并開始產(chǎn)生大量變形的能力。并開始產(chǎn)生大量變形的能力。n意義意義是彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)是彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)當(dāng)外力超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，鋼當(dāng)外力超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，鋼材內(nèi)部的應(yīng)力自動(dòng)分配至低應(yīng)力部位材內(nèi)部的應(yīng)力自動(dòng)分配至低應(yīng)力部位所以說(shuō)，屈服點(diǎn)是確定鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力值的依據(jù)所以說(shuō)，屈服點(diǎn)是確定鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力值的依據(jù)30

10、低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖BCDAbsupsl0AB下下B上上B31n彈性極限（彈性極限（e e） 表示鋼材保持彈性變形, 不產(chǎn)生塑性變形的最大應(yīng)力, 是彈性零件的設(shè)計(jì)依據(jù)。n屈服強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度（ s s） 表示鋼材開始發(fā)生明顯塑性變形的抗力，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。n強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限( (抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b b ) ) 表示金屬受拉時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。n 0AFss0AFbb32n伸長(zhǎng)率（伸長(zhǎng)率（） 在拉伸試驗(yàn)中, 試樣拉斷后, 標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長(zhǎng)率。n斷面收縮率（斷面收縮率（） 試樣拉斷后, 縮頸處截面積的最大縮減量與原橫斷面積的百分比稱為斷面收縮率。 n伸長(zhǎng)率和

11、斷面收縮率的值越大，鋼材的塑性越 ?%100001lll%100010AAA33n定義定義s/b反映了鋼材的可利用率和安全性的大小反映了鋼材的可利用率和安全性的大小意義意義屈強(qiáng)比對(duì)鋼材的可利用率和安全性來(lái)說(shuō)是重屈強(qiáng)比對(duì)鋼材的可利用率和安全性來(lái)說(shuō)是重要的。要的。合理屈強(qiáng)比：合理屈強(qiáng)比：碳素鋼碳素鋼 0.580.63低碳合金結(jié)構(gòu)鋼低碳合金結(jié)構(gòu)鋼 0.650.7534s 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3536硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能n硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈服階拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈服階段，無(wú)法直接測(cè)定屈

12、服段，無(wú)法直接測(cè)定屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度0.2來(lái)代替屈服強(qiáng)度。來(lái)代替屈服強(qiáng)度。n條件屈服點(diǎn)條件屈服點(diǎn)0.2 ：使硬：使硬鋼產(chǎn)生鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形塑性變形時(shí)的應(yīng)力。見左圖。時(shí)的應(yīng)力。見左圖。0A0.2%aboa總變形?？傋冃?。ba彈性變形彈性變形99.8%。ob塑性變形塑性變形0.2%。37（二） 沖擊韌性 n鋼材抵抗沖擊（動(dòng)）荷載作用的能力，稱為沖擊韌性沖擊韌性，采用夏比V形缺口試件，用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。n對(duì)于承受沖擊荷載和振動(dòng)荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。n硫、磷含量高，存在化學(xué)偏析，含非金屬夾雜物，焊接形成裂紋，溫度降低等，均會(huì)降低沖擊韌性。n隨溫度

13、降低，鋼材由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，使沖擊值降低的現(xiàn)象稱為冷脆性冷脆性，與之對(duì)應(yīng)的溫度稱為冷脆轉(zhuǎn)冷脆轉(zhuǎn)變溫度（臨界溫度）變溫度（臨界溫度）。38問(wèn)題： 鋼材的沖擊韌性的影響因素？ 答：鋼材的沖擊韌性對(duì)鋼材內(nèi)部的各種缺陷和環(huán)境溫度非常敏感，因此，沖擊韌性主要受下列因素影響：鋼中的S、P等有害雜質(zhì)含量；成分偏析程度；軋制與焊接質(zhì)量；鋼的加工硬化與時(shí)效；1.環(huán)境溫度等。39二、鋼材的工藝性能 n冷彎性能 n冷加工與時(shí)效 n焊接性能40n指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力n如果鋼材承受彎曲變形的程度大，那么鋼材的冷如果鋼材承受彎曲變形的程度大，那么鋼材的冷彎性好彎性好41

14、 冷彎試驗(yàn)的指標(biāo)：冷彎試驗(yàn)的指標(biāo)：彎心直徑彎心直徑d與試件厚與試件厚度（直徑）度（直徑）a的比值的比值d/a；彎曲角度；彎曲角度（90或或180）；）；試樣彎曲外表面無(wú)試樣彎曲外表面無(wú)肉眼可見裂紋則冷肉眼可見裂紋則冷彎合格。彎合格。42n冷彎是通過(guò)彎曲處的塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此它冷彎是通過(guò)彎曲處的塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此它也是反映鋼材在靜荷載下塑性的一個(gè)指標(biāo)。也是反映鋼材在靜荷載下塑性的一個(gè)指標(biāo)。n在冷彎試驗(yàn)中，鋼材試件的塑性變形則是局部不在冷彎試驗(yàn)中，鋼材試件的塑性變形則是局部不均勻變形。冷彎試驗(yàn)常常能反映鋼材內(nèi)部組織的均勻變形。冷彎試驗(yàn)常常能反映鋼材內(nèi)部組織的均勻程度，存在內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺

15、陷。均勻程度，存在內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。 n因此可以用冷彎性來(lái)檢查鋼材的質(zhì)量，同時(shí)也可因此可以用冷彎性來(lái)檢查鋼材的質(zhì)量，同時(shí)也可檢查焊接接頭的焊接質(zhì)量。檢查焊接接頭的焊接質(zhì)量。43（二）冷加工與時(shí)效（二）冷加工與時(shí)效n冷加工與時(shí)效的定義冷加工與時(shí)效的定義n冷加工與時(shí)效強(qiáng)化原理冷加工與時(shí)效強(qiáng)化原理n冷加工與時(shí)效強(qiáng)化的意義冷加工與時(shí)效強(qiáng)化的意義44n冷加工冷加工指在常溫下對(duì)鋼材進(jìn)行冷拉、冷拔和冷軋?zhí)幚碇冈诔叵聦?duì)鋼材進(jìn)行冷拉、冷拔和冷軋?zhí)幚韓冷加工強(qiáng)化冷加工強(qiáng)化 鋼材經(jīng)冷加工后強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降鋼材經(jīng)冷加工后強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象低的現(xiàn)象n時(shí)效時(shí)效 經(jīng)冷拉鋼材隨時(shí)間延長(zhǎng)強(qiáng)度

16、提高經(jīng)冷拉鋼材隨時(shí)間延長(zhǎng)強(qiáng)度提高, ,塑性、韌性下降塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫做時(shí)效的現(xiàn)象叫做時(shí)效可分為兩類：可分為兩類：分為自然時(shí)效和人工時(shí)效分為自然時(shí)效和人工時(shí)效45n時(shí)效時(shí)效自然時(shí)效處理自然時(shí)效處理經(jīng)冷拉的鋼材在常溫下存放經(jīng)冷拉的鋼材在常溫下存放15-2015-20天天其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象其強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象人工時(shí)效處理人工時(shí)效處理經(jīng)冷拉的鋼材在加熱至經(jīng)冷拉的鋼材在加熱至100-200，并保持一段，并保持一段時(shí)間時(shí)間這將使時(shí)效加速這將使時(shí)效加速46n時(shí)效敏感性時(shí)效敏感性n因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度大，導(dǎo)致塑性、韌因時(shí)效而導(dǎo)致性能改變的程度大，導(dǎo)致塑性、韌性

17、降低的程度大。性降低的程度大。n故動(dòng)荷載、重要結(jié)構(gòu)，采用敏感性小的鋼材。故動(dòng)荷載、重要結(jié)構(gòu)，采用敏感性小的鋼材。 n說(shuō)明說(shuō)明n有些鋼材即使沒有經(jīng)過(guò)冷加工處理，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)后有些鋼材即使沒有經(jīng)過(guò)冷加工處理，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)后也會(huì)出現(xiàn)時(shí)效，但不如冷加工后表現(xiàn)明顯。也會(huì)出現(xiàn)時(shí)效，但不如冷加工后表現(xiàn)明顯。47n將熱軋鋼筋用拉伸設(shè)備在常溫下拉長(zhǎng)，使之產(chǎn)生將熱軋鋼筋用拉伸設(shè)備在常溫下拉長(zhǎng)，使之產(chǎn)生一定的塑性變形稱之為冷拉一定的塑性變形稱之為冷拉n鋼材用拉伸設(shè)備拉伸后能提高強(qiáng)度鋼材用拉伸設(shè)備拉伸后能提高強(qiáng)度F48將鋼筋通過(guò)硬質(zhì)合金拔絲模孔強(qiáng)行拉拔，使之將鋼筋通過(guò)硬質(zhì)合金拔絲?？讖?qiáng)行拉拔，使之不僅受拉、而且受擠壓以提高強(qiáng)

18、度。每次冷拔不僅受拉、而且受擠壓以提高強(qiáng)度。每次冷拔斷面縮小應(yīng)為斷面縮小應(yīng)為10%以下，可多次冷拔以下，可多次冷拔在這個(gè)過(guò)程中，強(qiáng)度可提高在這個(gè)過(guò)程中，強(qiáng)度可提高40-60%，效果好，效果好于冷拉于冷拉49n冷加工強(qiáng)化的原理冷加工強(qiáng)化的原理由于鋼材在加工時(shí)產(chǎn)生塑性變形所至，當(dāng)晶體在外力作用下，由于鋼材在加工時(shí)產(chǎn)生塑性變形所至，當(dāng)晶體在外力作用下，在彈性階段金屬原子偏離平衡位置產(chǎn)生的變形，在外里去除在彈性階段金屬原子偏離平衡位置產(chǎn)生的變形，在外里去除后可以恢復(fù)后可以恢復(fù)-彈性變形；彈性變形；當(dāng)外力繼續(xù)增大，使晶格的歪曲程度超過(guò)彈性變形之后，晶當(dāng)外力繼續(xù)增大，使晶格的歪曲程度超過(guò)彈性變形之后，晶格

19、產(chǎn)生滑移，造成永久性變形。由于晶粒表面的畸變及滑動(dòng)格產(chǎn)生滑移，造成永久性變形。由于晶粒表面的畸變及滑動(dòng)平面的細(xì)小碎屑，使晶體在該平面上繼續(xù)滑動(dòng)產(chǎn)生困難，抵平面的細(xì)小碎屑，使晶體在該平面上繼續(xù)滑動(dòng)產(chǎn)生困難，抵抗變形的能力增大，因而屈服極限及硬度提高?？棺冃蔚哪芰υ龃?，因而屈服極限及硬度提高。由于塑性變形后鋼材可能產(chǎn)生滑移的區(qū)域幾乎均已滑動(dòng)，因由于塑性變形后鋼材可能產(chǎn)生滑移的區(qū)域幾乎均已滑動(dòng)，因此塑性降低。此塑性降低。50n時(shí)效強(qiáng)化的原理時(shí)效強(qiáng)化的原理 在高溫下固溶在-Fe中的氮和氧的原子，在溫度降低后溶解度下降，但未完全析出，在存放過(guò)程中慢慢地以Fe4N和FeO從鐵素體中析出，形成滲碳體分布于晶

20、體的滑移面或晶界面上，阻礙晶粒的滑移，而提高了對(duì)塑性變形的抵抗能力。51OO1BD1CDC1K1K屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) B B冷拉冷拉屈服點(diǎn)屈服點(diǎn): : s s塑性和韌性降低塑性和韌性降低圖圖7.4.1 冷加工和時(shí)效強(qiáng)化示意圖冷加工和時(shí)效強(qiáng)化示意圖52建筑鋼材的冷加工與時(shí)效建筑鋼材的冷加工與時(shí)效可提高強(qiáng)度，冷拉后屈服強(qiáng)度可提高可提高強(qiáng)度，冷拉后屈服強(qiáng)度可提高20-30%，時(shí)，時(shí)效處理后還可使抗拉強(qiáng)度提高。效處理后還可使抗拉強(qiáng)度提高?？晒?jié)約鋼材可節(jié)約鋼材20-30%。對(duì)于受動(dòng)荷載或經(jīng)常處于中溫條件工作的鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)于受動(dòng)荷載或經(jīng)常處于中溫條件工作的鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁、鋼軌、鍋爐等，為避免過(guò)大脆性，出現(xiàn)如橋梁、

21、鋼軌、鍋爐等，為避免過(guò)大脆性，出現(xiàn)突然斷裂，要求采用時(shí)效敏感小的鋼材。突然斷裂，要求采用時(shí)效敏感小的鋼材。53問(wèn)題：直接承受動(dòng)荷載作用的焊接鋼結(jié)構(gòu)是否能使用經(jīng)冷加工的鋼材嗎？為什么？ 答：不能。 因?yàn)槔浼庸ず箐摬牡乃苄院晚g性大大降低，可焊性變差，增加了焊接后的硬脆傾向，為了防止鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的脆性斷裂，所以不能采用。542.3 2.3 鋼的晶體組織、化學(xué)成分及鋼的晶體組織、化學(xué)成分及其對(duì)性能的影響其對(duì)性能的影響 55一、鋼的晶體組織 （一）金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1、金屬材料都是晶體結(jié)構(gòu)，金屬原子按幾何形狀排列，形成體心立方、面心立方和密排六方等三種晶格；2、晶格節(jié)點(diǎn)上的金屬原子互相以金屬鍵相結(jié)合，所

22、有的價(jià)電子為自由電子；3、鋼材內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由很多晶粒組成的多晶體，各晶粒之間存在晶界。 56金屬晶體金屬晶體體心立方結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu)密排六方結(jié)構(gòu)57晶粒的細(xì)化晶粒愈細(xì)，晶界面愈大，強(qiáng)度和硬度愈高，塑性和韌性愈好細(xì)晶強(qiáng)化。 58金屬晶體結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系n金屬晶體中所有價(jià)電子呈自由電子在各離子間穿梭運(yùn)動(dòng)，使金屬材料有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，較高的強(qiáng)度和良好的塑性；n金屬晶體的多晶體結(jié)構(gòu)的晶界能阻礙晶體的滑移，提高了抵抗塑性變形的能力；n金屬材料中晶粒愈細(xì)，晶界面愈大，強(qiáng)度和硬度愈高，塑性和韌性愈好細(xì)晶強(qiáng)化。 59（二）鋼中的晶體組織與性能n同素異晶間的轉(zhuǎn)變：液態(tài)鐵 Fe Fe Fe 體心立方 面心立方

23、體心立方n合金的基本概念n固溶體：一種金屬溶于另一種金屬中形成固體溶液n化合物：二種以上元素形成新的化合物60（二）鋼中的晶體組織與性能n鐵素體 碳溶于Fe中的固溶體。 Fe為體心結(jié)構(gòu)，孔隙較小，溶碳量較低，因而具有良好的塑性和韌性，強(qiáng)度與硬度較低。n滲碳體 鐵和碳的化合物Fe3C，含碳量高達(dá)6.69，故性質(zhì)硬脆，塑性和韌性幾乎為零，硬度高。n珠光體 鐵素體與滲碳體的混合物，兩者相間存在于同一晶體中，含碳量0.77，其性質(zhì)介于二者之間。n奧氏體 碳溶于Fe中的固溶體，在7270C以上存在，含碳量0.772.11，其強(qiáng)度與硬度不高，塑性好，故鋼材在高溫下熱加工。61鐵素體的晶體組織鋼材的晶體組織

24、珠光體的晶體組織鐵素體和珠光體珠光體與滲碳體球狀珠光體動(dòng)畫62二、化學(xué)成分對(duì)鋼材性質(zhì)的影響化學(xué)化學(xué)元素元素強(qiáng)度強(qiáng)度韌性韌性塑性塑性其其 他他 性性 能能C增加增加降降 低低降低焊接性能，增加冷脆性和時(shí)效傾向降低焊接性能，增加冷脆性和時(shí)效傾向Si增加增加影響不大影響不大可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蝕性可焊性、冷加工性有所降低，提高抗腐蝕性Mn增加增加影響不大影響不大消減硫引起的熱脆性、提高耐磨性、降低焊接性消減硫引起的熱脆性、提高耐磨性、降低焊接性P稍有稍有增加增加顯著降低顯著降低增大冷脆性，顯著降低焊接性，提高耐磨和耐蝕性增大冷脆性，顯著降低焊接性，提高耐磨和耐蝕性S降低降低降降 低低增

25、大熱脆性，降低焊接性、耐腐蝕性和機(jī)械性能增大熱脆性，降低焊接性、耐腐蝕性和機(jī)械性能O降低降低降降 低低降低機(jī)械性能，使焊接和冷彎性能變壞，增加熱脆降低機(jī)械性能，使焊接和冷彎性能變壞，增加熱脆性性N提高提高降降 低低降低焊接性、使冷彎性能變壞、加劇冷脆性與時(shí)效降低焊接性、使冷彎性能變壞、加劇冷脆性與時(shí)效敏感性敏感性Ti提高提高改善改善 降低降低提高焊接性和抗蝕性提高焊接性和抗蝕性V提高提高改善改善減少冷脆性、降低焊接性減少冷脆性、降低焊接性632.4 建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用 n鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼材n碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼n低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼n鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用

26、鋼材n熱軋鋼筋熱軋鋼筋n冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋n冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲64鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼材n我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼低合金鋼65（一） 碳素結(jié)構(gòu)鋼 1、鋼的牌號(hào)： 根據(jù)國(guó)標(biāo)GB700-2006，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照屈服強(qiáng)度分為Q195、Q215、Q235和Q275四個(gè)牌號(hào)，每個(gè)牌號(hào)又根據(jù)硫、磷等雜質(zhì)含量分為若干個(gè)質(zhì)量等級(jí)。 牌號(hào)的順序：屈服強(qiáng)度字母Q、屈服強(qiáng)度數(shù)值、 質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D）、 脫氧程度符號(hào)（F、Z、TZ）。例如：Q235BF，表示屈服強(qiáng)度為235MPa，B級(jí)沸騰（F）碳素結(jié)構(gòu)鋼。 2、鋼牌號(hào)與性能的關(guān)系 鋼牌號(hào)越大，

27、鋼的含碳量增加，強(qiáng)度與硬度增高，塑性和韌性降低，可焊性變差。 66n牌號(hào)及其表示方法如牌號(hào)及其表示方法如flash中所示中所示請(qǐng)點(diǎn)擊右鍵選擇請(qǐng)點(diǎn)擊右鍵選擇“播放播放”觀看觀看FlashFlash動(dòng)畫動(dòng)畫673、選用原則：應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的工作條件、荷載類型、連接方式、工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素選用。例如：例如： nQ195、Q215，含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加工性，含碳量低，強(qiáng)度低，塑性、韌性、加工性能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、能和可焊性好，主要用于軋制薄板和盤條、制造鉚釘、地腳螺栓等。地腳螺栓等。nQ235，

28、含碳適中，綜合性能好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性，含碳適中，綜合性能好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，能得到很好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或鋼筋，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，以及圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼等型鋼，廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。廣泛地應(yīng)用于建筑工程中。nQ275，強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能，強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械有所降低。主要用作鉚接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)及加工機(jī)械零件。零件。68思考題：1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)如何組成？2、鋼牌號(hào)如何反映鋼材的性

29、能和質(zhì)量？3、如何根據(jù)使用要求選用鋼材牌號(hào)？69（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 1、組成：組成：含有5%以下的合金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等）。含碳量0.2%。2、等級(jí)：等級(jí)：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690八個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。3、牌號(hào)：牌號(hào)：與碳素結(jié)構(gòu)鋼一樣，用Q+屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D、E）表示。4、特性：特性：強(qiáng)度和硬度高，有害雜質(zhì)少，質(zhì)量高且穩(wěn)定，良好的塑性和韌性，適當(dāng)?shù)目珊感浴?、應(yīng)用：應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土中，尤其尤其適合于重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑和承受沖擊、振動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)。GB/T1591-20

30、0870牌號(hào)由以下四部分組成牌號(hào)由以下四部分組成(如如 flash 所示所示)71低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能特點(diǎn)(1) 高強(qiáng)度：一般其屈服強(qiáng)度在345MPa以上。(2) 高韌性：要求延伸率為15%20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m2800kJ/m2。對(duì)于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。(3) 良好的焊接性能和冷成型性能。(4) 低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。(5) 良好的耐蝕性。72低合金結(jié)構(gòu)鋼的組成特點(diǎn)低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超過(guò)0.20%。加入以錳為主的合金元素。加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細(xì)碳化物或碳氮化物，有利于獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和提高鋼的

31、強(qiáng)度和韌性。加入少量銅（0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。 73與碳素鋼相比，低合金結(jié)構(gòu)鋼有何特點(diǎn)？ 由于低合金結(jié)構(gòu)鋼中的合金元素的細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用，以及含碳量低，有害雜質(zhì)少，質(zhì)量較高且穩(wěn)定，使得低合金結(jié)構(gòu)鋼有以下特點(diǎn)：n 不但具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，而且具有較好的塑不但具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，而且具有較好的塑性、韌性和適當(dāng)?shù)暮附有?，耐低溫性較好，時(shí)效敏感性也較性、韌性和適當(dāng)?shù)暮附有?，耐低溫性較好，時(shí)效敏感性也較小。小。74鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼材n可以分為：可以分為：n鋼筋鋼

32、筋n盤條盤條n冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲n鋼絞線鋼絞線75一、熱軋鋼筋一、熱軋鋼筋1.生產(chǎn)生產(chǎn)n采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自然冷卻而成。然冷卻而成。2.分類分類n鋼筋混凝土用熱軋鋼筋鋼筋混凝土用熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。筋兩種。 3.牌號(hào)牌號(hào)n熱軋光圓鋼筋熱軋光圓鋼筋 ：HPB235、HPB300n熱軋帶肋鋼筋：熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500、HRBF335、 HRBF400、HRBF500H、R、P、B、F分別為熱軋分別為熱軋(Hotrolled)、帶肋（帶肋（Ribbed）、光圓（）、光圓（Plain）、鋼筋）、鋼筋（Bars

33、）、細(xì)晶粒（）、細(xì)晶粒（Fine）英文首位字）英文首位字母。母。 推薦公稱尺寸：推薦公稱尺寸：光圓：光圓：6、8、10、12、16、20 、22；帶肋：帶肋：6、8、10、12、16、20、22、25、32、36、40和和50mm 764.熱軋鋼筋的力學(xué)性能、工藝性能熱軋鋼筋的力學(xué)性能、工藝性能 表面形表面形狀狀強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)代號(hào)公稱公稱直徑直徑屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s，MPa抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b，MPa伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率5，%冷彎冷彎d彎心直徑彎心直徑a鋼筋公稱鋼筋公稱直徑直徑不小于不小于光圓光圓HPB23562223537025180d=aHPB300300420月牙肋月牙肋HRB335 HRBF33

34、5625285033545517180d=3a180d=4aHRB400 HRBF400625285040054016180d=4a180d=5aHRB500 HRBF500625285050063015180d=6a180d=7a77二、低碳熱軋圓盤條二、低碳熱軋圓盤條1.概述概述n低碳熱軋圓盤條的公稱直徑為低碳熱軋圓盤條的公稱直徑為5.560mm，大多，大多通過(guò)卷線機(jī)成盤卷供應(yīng)，因此稱為盤條、盤圓或通過(guò)卷線機(jī)成盤卷供應(yīng)，因此稱為盤條、盤圓或線材。線材。2.適用范圍適用范圍n供拉絲等深加工及其他一般用途用盤條供拉絲等深加工及其他一般用途用盤條3.牌號(hào)牌號(hào)n低碳熱軋圓盤條的牌號(hào)表示方法由屈服點(diǎn)

35、符號(hào)、低碳熱軋圓盤條的牌號(hào)表示方法由屈服點(diǎn)符號(hào)、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)、用屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)、用途類別符號(hào)等五個(gè)內(nèi)容表示。途類別符號(hào)等五個(gè)內(nèi)容表示。 GB/T 701-2008GB/T14981-200978二、低碳熱軋圓盤條二、低碳熱軋圓盤條4.力學(xué)性能和工藝性能力學(xué)性能和工藝性能 5.應(yīng)用應(yīng)用n大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其它用途。用于供拉絲、包裝及其它用途。 牌牌 號(hào)號(hào)力學(xué)性能力學(xué)性能冷彎試驗(yàn)冷彎試驗(yàn)180d=彎心直徑彎心直徑a=試樣直徑試樣直徑屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s，MPa抗拉強(qiáng)度抗拉

36、強(qiáng)度b，MPa伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率5，%不小于不小于Q21521537527d=0Q23523541023d=0.5a低碳熱軋圓盤條的力學(xué)性能和工藝性能低碳熱軋圓盤條的力學(xué)性能和工藝性能 79三、冷軋帶肋鋼筋三、冷軋帶肋鋼筋 1.生產(chǎn)生產(chǎn)冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，冷軋帶肋鋼筋由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋或冷拔減徑后，在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后在表面冷軋成兩面或三面有肋的鋼筋。鋼筋冷軋后允許進(jìn)行低溫回火處理。允許進(jìn)行低溫回火處理。2.牌號(hào)牌號(hào)按抗拉強(qiáng)度分為按抗拉強(qiáng)度分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970共四個(gè)牌號(hào)。共四個(gè)牌號(hào)。 3.規(guī)格規(guī)格直徑范圍為直徑范圍

37、為412mm，推薦的公稱直徑為，推薦的公稱直徑為5、6、7、8、9、10mm GB/T13788-200880三、冷軋帶肋鋼筋三、冷軋帶肋鋼筋4.力學(xué)性能和工藝性能力學(xué)性能和工藝性能應(yīng)符合應(yīng)符合GB13788的相關(guān)規(guī)定的相關(guān)規(guī)定 。5.應(yīng)用應(yīng)用冷軋帶肋鋼筋用于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與熱軋圓盤條相冷軋帶肋鋼筋用于非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與熱軋圓盤條相比，強(qiáng)度提高比，強(qiáng)度提高17%左右，可節(jié)約鋼材左右，可節(jié)約鋼材30%左右；左右；用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與低碳冷拔絲比，伸長(zhǎng)率高，鋼用于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，與低碳冷拔絲比，伸長(zhǎng)率高，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力較大，適用于中、小預(yù)應(yīng)筋與混凝土之間的粘結(jié)力較大，適用于中、小預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

38、構(gòu)件，也適用于焊接鋼筋網(wǎng)。力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也適用于焊接鋼筋網(wǎng)。 81四、熱處理鋼筋四、熱處理鋼筋 1.概述概述 熱處理鋼筋是經(jīng)過(guò)淬火和熱處理鋼筋是經(jīng)過(guò)淬火和回火調(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋?；鼗鹫{(diào)質(zhì)處理的螺紋鋼筋。分有縱肋和無(wú)縱肋兩種，分有縱肋和無(wú)縱肋兩種，其外形分別見右圖。代號(hào)其外形分別見右圖。代號(hào)為為RB150。2.規(guī)格規(guī)格 公稱直徑公稱直徑6、8.2、10mm。3.牌號(hào)牌號(hào) 有有40Si2Mn、48Si2Mn和和45Si2Cr三個(gè)三個(gè) 。有縱肋有縱肋無(wú)縱肋無(wú)縱肋82四、熱處理鋼筋四、熱處理鋼筋4.力學(xué)性能力學(xué)性能5.特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)及應(yīng)用 熱處理鋼筋具有很高的強(qiáng)度外，還具有較好的塑性和韌性，特?zé)崽幚礓摻罹哂泻芨叩膹?qiáng)度外，還具有較好的塑性和韌性，特別適合于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。別適合于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。 但其對(duì)應(yīng)力腐蝕及缺陷敏感性強(qiáng)，應(yīng)防止產(chǎn)生銹蝕及刻痕等現(xiàn)但其對(duì)應(yīng)