第二章 鋼材與鋁合金-n

1、第 二 章建筑鋼材三問？v金屬材料的基本概念(What) ?v金屬材料具備哪些基本性質(zhì)(Which) ?v如何根據(jù)土木工程應(yīng)用選擇金屬材料(How)?本 章 內(nèi) 容 1、鋼材的基本知識(shí)：鐵和鋼的概念。鋼的分類。鋼的冶煉和脫氧及其對(duì)鋼質(zhì)量的影響。 2、鋼材的主要技術(shù)性質(zhì)：力學(xué)性質(zhì)工藝性能。 3、鋼材的晶體組織與化學(xué)成分及其對(duì)鋼性能的影響： 4、鋼材的冷加工和熱處理：鋼材的加工強(qiáng)化和時(shí)效處理鋼材的熱處理。 5、建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及選用：碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋和鋼絲。 6、建筑鋼材的防銹：鋼的銹蝕、鋼材防銹的要點(diǎn) 第第 一一 節(jié)節(jié)鋼的生產(chǎn)、分類與晶體組織一、鋼的生產(chǎn)v 鋼：鐵碳合

2、金，鐵Fe為主要元素：碳C含量2.11，雜質(zhì)元素：Mn、Si、S、P、H、O、N等，含量少。v生鐵：鐵碳合金，C含量高，約為2.116.69，并含較多雜質(zhì)的。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（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，成分穩(wěn)定 碳素鋼 質(zhì)量較好、成本較高 低合金鋼（二）脫氧與鑄錠 v沸

3、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)v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)v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)v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) 問題：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。 脫氧程度排序： 特殊鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜

4、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（三） 熱加工v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、扎制等多種方式。v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。v熱加工效果：提高鋼材的強(qiáng)度、塑性和質(zhì)量。二、鋼材的分類三、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。 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)晶粒的細(xì)化晶粒愈細(xì)

5、，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。 金屬晶體結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系v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；v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；v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。 （二）鋼中的晶體組織與性能v同素異晶間的轉(zhuǎn)變：液態(tài)鐵 Fe Fe Fe 體心立方 面心立方 體心立方v合金的基本概念v固溶體：一種金屬溶于另一種金屬中形成固體溶液v化合物：二種以上元素形成新的化合物（二）鋼中的晶體組織與性能v鐵素體 碳溶于Fe中的固溶體。 Fe為

6、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。v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。v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。v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。鐵素體的晶體組織鋼材的晶體組織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（三）鋼的含碳量與性能關(guān)系v亞共析鋼：碳含量位于0.020.77之間晶體組織為鐵素體和珠光體v共析鋼：碳含量在0.77晶體

7、組織全部為珠光體v過共析鋼：碳含量在0.772.11之間晶體組織為珠光體和滲碳體v含碳量的增加珠光體逐漸減少，滲碳體逐漸增多強(qiáng)度與硬度逐漸提高，塑性與韌性逐漸降低晶體組織含量（）性能變化0.02分類項(xiàng)目工業(yè)純鐵亞共析鋼鐵素體珠光體滲碳體過共析鋼含碳量0.772.110塑性、韌性硬度強(qiáng)度鐵碳合金的含碳量、晶體組織與性能的關(guān)系 第二節(jié)第二節(jié) 建筑鋼材的技術(shù)性能建筑鋼材的技術(shù)性能 v鋼材的力學(xué)性質(zhì)v鋼材的工藝性能一、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（一） 鋼材力學(xué)性能特點(diǎn)塑 性 鋼材

8、在荷載作用下斷裂前產(chǎn)生永久變形的能力稱為鋼材的塑性, 用伸長率和斷面收縮率來表示。 v伸長率（） 在拉伸試驗(yàn)中, 試樣拉斷后, 標(biāo)距的伸長與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長率。 = （L1L0）/ L0 100% v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。 = （F0F1）/ F0 100% v伸長率和斷面收縮率的值越大，鋼材的塑性越大L1 L0 伸長L0L1F0F1F1 F0 頸縮n=(L1-L0)/L0100%=(F0-F1)/F0100%拉伸試驗(yàn)機(jī)與樣品的安裝 問題：鋼材的伸長率與鋼材中的含碳量有何關(guān)系？ 答： 伸長率反映鋼材的塑性，伸長率越大，

9、塑性越好。 鋼材的塑性隨著含碳量增加而變差，因此，鋼材的伸長率隨著含碳量增加而減小。（二） 強(qiáng) 度 鋼材抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為其強(qiáng)度，鋼材的強(qiáng)度用拉伸試驗(yàn)測定。強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)其變形特點(diǎn)分下列幾個(gè)： v彈性極限（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)。v屈服強(qiáng)度（ 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)。v條件屈服強(qiáng)度0.2 對(duì)于屈服現(xiàn)象不明顯的硬鋼，則規(guī)定以產(chǎn)生殘余變形為0.2%時(shí)的應(yīng)力。 v強(qiáng)度極限(抗拉強(qiáng)度b ) 表示金屬受拉時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。 低碳鋼拉伸試驗(yàn) -重要的材料性能: 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度: 250 Mpa 屈服

10、應(yīng)變屈服應(yīng)變: 0.0013 彈性模量彈性模量: 150 MPa/0.00075=20 x 104 Mpa 極限強(qiáng)度極限強(qiáng)度: 500 Mpa 斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度: 400 MPa 韌性韌性: 0.28/0.0013=215 斷裂延伸率斷裂延伸率: 25%重點(diǎn)內(nèi)容鋼材的拉伸試驗(yàn)曲線esb0 p e 屈服現(xiàn)象問題：屈服現(xiàn)象的特征是什么？ 答： 其特征是：鋼材拉伸試驗(yàn)過程中，應(yīng)力不增加而塑性變形不斷增加。問題： 鋼材拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線中p和e的意義？它們與鋼材中含碳量的關(guān)系？答： p和e分別表示鋼材拉伸過程中的塑性變形和彈性變形，當(dāng)p較小時(shí)，鋼材呈脆性斷裂；當(dāng)p較大時(shí)，鋼材呈韌性斷裂。 因此，鋼材的含

11、碳量越大， p越小，鋼材脆性越大；反之亦然。問題： 什么是屈強(qiáng)比，對(duì)選用鋼材有何意義？ 答：屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度是衡量鋼材強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)，二者之比稱為屈強(qiáng)比s /b。 在應(yīng)用中，s /b愈小，則反映鋼材的可靠性愈大，結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但這個(gè)比值過小，則鋼材的利用率低，不夠經(jīng)濟(jì)；若屈強(qiáng)比較大，雖然鋼材的利用率較大，但強(qiáng)度的儲(chǔ)備過小，脆斷傾向較大，不夠安全。因此，屈強(qiáng)比最好在0.600.75，既安全又經(jīng)濟(jì)。（三） 沖擊韌性 v 鋼材抵抗沖擊（動(dòng)）荷載作用的能力，稱為沖擊韌性，采用夏比V形缺口試件，用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)來測定。v 測得試樣沖擊吸收功,用符號(hào) Ak（J) 表示。用沖擊吸收功除以試樣

12、缺口處截面積 S0, 即得到材料的沖擊韌度 ak。v ak （J/m2)值越大,表示沖斷時(shí)吸收的功越多，鋼材的沖擊韌性越好。v 隨溫度降低，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，與之對(duì)應(yīng)的溫度稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。沖擊試驗(yàn)： 測量擺錘沖擊前后的能量差擺錘的高度差擺錘的質(zhì)量。 再測量試件斷裂面積。擺錘試件H0H1問題： 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：1.鋼中的S、P等有害雜質(zhì)含量；2.成分偏析程度；3.軋制與焊接質(zhì)量；4.鋼的加工硬化與時(shí)效；5.環(huán)境溫度等。（四） 硬度 鋼材抵抗另一硬物體

13、壓入其內(nèi)的能力叫硬度，即受壓時(shí)抵抗局部塑性變形的能力。有布氏法和洛氏法兩種方法測定。 洛氏硬度測量原理圖 布氏硬度測量原理圖 （五）疲勞強(qiáng)度 v 在交變應(yīng)力（動(dòng)荷載）作用下，雖然鋼構(gòu)件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程，稱為疲勞破壞。v 材料承受的交變應(yīng)力( )與材料斷裂前承受交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)(N)之間的關(guān)系可用疲勞曲線來表示。v鋼材承受的交變應(yīng)力越大, 則斷裂時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N越少。當(dāng)應(yīng)力低于一定值時(shí), 試樣可以經(jīng)受無限次周期循環(huán)而不破壞, 此應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限(亦叫疲勞強(qiáng)度)，用-1 表示。 圖2-9 鋼材疲勞曲線0NNNNN(次)3

14、1max2n321n問題：鋼材的疲勞破壞過程怎樣？其疲勞強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)？答：疲勞破壞過程包括再交變應(yīng)力作用下，疲勞裂縫的產(chǎn)生擴(kuò)展突然斷裂。 其主要影響因素有：1.內(nèi)部缺陷（晶界、微孔、夾雜物等）；2.成分偏析；3.過大的內(nèi)應(yīng)力，截面沿縱向的突變；4.表面狀態(tài)；5.受力的種類、應(yīng)力循環(huán)特征值、循環(huán)次數(shù)等。二、鋼材的工藝性能 v冷彎性能 v可焊性 v切削切工性能v鍛造性能 v熱處理工藝性能 （一） 冷彎性能1、定義：常溫下鋼材能承受較大的彎曲變形而不破壞的能力，衡量鋼材的冷塑性變形能力；2、評(píng)價(jià)指標(biāo)：用不同彎曲角度和不同彎心半徑d相對(duì)于鋼材厚度a的比值（d/a）表示；3、試驗(yàn)方法：按一定的角與

15、d/a值進(jìn)行冷彎，試件彎曲處的外拱面及兩個(gè)側(cè)面不出現(xiàn)裂縫和起層現(xiàn)象為合格。 P鋼材的冷彎試驗(yàn)ad外拱面（二） 可焊性 1、定義：鋼材在焊接后，焊頭聯(lián)結(jié)的牢固程度和硬脆傾向大小的性能；2、測量：將焊接的鋼材試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，要求斷裂處不在焊接點(diǎn)上。3、影響因素： 化學(xué)成分（含碳量、S、P和氣體雜質(zhì)）； 冶煉質(zhì)量（鎮(zhèn)靜鋼） 冷加工等。 合格不合格鋼材的可焊性試驗(yàn)焊接點(diǎn)斷裂點(diǎn)斷裂點(diǎn)第第 三三 節(jié)節(jié)化學(xué)成分、熱處理、加工硬化化學(xué)成分、熱處理、加工硬化與時(shí)效對(duì)鋼性質(zhì)的影響與時(shí)效對(duì)鋼性質(zhì)的影響 一、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 C增加增加降降 低

16、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SiSi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MnMn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 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，提高耐磨和耐蝕增大冷脆性，顯著降低焊接性，提高耐磨和耐蝕性性S S降低降低降降 低低增大熱脆性，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 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，增加熱降低機(jī)

17、械性能，使焊接和冷彎性能變壞，增加熱脆性脆性N 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)降低焊接性、使冷彎性能變壞、加劇冷脆性與時(shí)效敏感性效敏感性TiTi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 V提高提高改善改善減少冷脆性、降低焊接性減少冷脆性、降低焊接性二、熱處理對(duì)鋼材性質(zhì)的影響 v 熱處理是將鋼材在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。v熱處理可大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能，絕大多數(shù)機(jī)械零件必須經(jīng)過熱處理。v熱處理形式：退火、正火、淬火、回火等。 溫度727C等溫處理回火淬火正火退火時(shí)間鋼材

18、的熱處理工藝熱處理對(duì)鋼材組織、結(jié)構(gòu)的影響v熱處理工藝都要將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織，即進(jìn)行奧氏體化：奧氏體晶核的形成奧氏體晶核的長大剩余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化v奧氏體晶粒度粒度的改變；v鋼奧氏體化后，冷卻中的轉(zhuǎn)變，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為過冷奧氏體。過冷A是不穩(wěn)定的，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌w組織（主要是由鐵素體和滲碳體混合構(gòu)成的珠光體）。鋼晶體粒度的細(xì)化滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上，轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。 熱處理對(duì)鋼材性質(zhì)的影響 v退火可降低鋼的硬度，提高塑性和韌性，消除加工處理中形成的缺陷和內(nèi)應(yīng)力；v正火提高塑性和韌性，強(qiáng)度降低較小，使三者之間良好配

19、合；v淬火提高鋼材的硬度和耐磨性，但降低了塑性和韌性；v回火消除淬火后鋼材的內(nèi)應(yīng)力和脆性；v淬火和高溫回火的聯(lián)合處理稱為調(diào)值，可使鋼材既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性。 三、加工硬化與時(shí)效對(duì)鋼材性質(zhì)的影響 1、冷加工處理 2、時(shí)效處理 1、冷加工處理v將鋼材在其結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工，如在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔、冷軋等冷加工處理。v由于冷塑性變形引起強(qiáng)度增高而塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化，或形變硬化。v冷加工硬化原理： 鋼材加工至塑性變形后，由于塑性變形區(qū)域內(nèi)的晶粒產(chǎn)生相對(duì)滑移，使滑移面下的晶粒破碎，經(jīng)格歪扭，構(gòu)成滑移面的凹凸不平，從而給使用中的變形造成附加阻力，提高了鋼材

20、對(duì)外力作用下重新滑移產(chǎn)生的抵抗力。v加工硬化的效果：屈服強(qiáng)度提高塑性和韌性降低可焊形變壞硬脆傾向增加等。 鋼材的重復(fù)拉伸0 p e 0問題：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。2、時(shí)效處理 v將經(jīng)過冷加工的鋼筋，在常溫下存放1520天，或在100120C保持一定時(shí)間，其強(qiáng)度進(jìn)一步提高，彈性模量基本恢復(fù)，這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。v時(shí)效硬化原理： 由于溶于鐵素體中的過飽和的氮和氧原子，隨著時(shí)間的增長慢慢地以Fe4N和FeO從鐵素體中析出

21、，形成滲碳體分布于晶體的滑移面或晶界面上，阻礙晶粒的滑移，增加抵抗塑性變形的能力，從而使鋼材的強(qiáng)度和硬度增加、塑性和沖擊韌性降低。 時(shí)效處理v鋼材產(chǎn)生實(shí)效的難易程度稱為時(shí)效敏感性，用時(shí)效敏感系數(shù)時(shí)效敏感系數(shù)表示： C值越大，時(shí)效敏感性越大。v為了盡快取得強(qiáng)化效果，可將冷拉過的鋼筋加熱到100200C保持2小時(shí)，以加速時(shí)效的發(fā)展，這種方法稱為人工實(shí)效人工實(shí)效。v實(shí)際意義：承受動(dòng)載或處于中溫的鋼結(jié)構(gòu)，要求鋼材具有較小的時(shí)效敏感性。但對(duì)于建筑上用的鋼筋來說，可提高其屈服強(qiáng)度。 問題：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

22、：鋼結(jié)構(gòu)用型鋼 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋與鋼絲。第四節(jié)建筑鋼材的標(biāo)準(zhǔn)與選用 建筑鋼材主要有三大類： 鋼結(jié)構(gòu)用鋼； 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼； 其它用途用鋼。一、鋼結(jié)構(gòu)用鋼 鋼結(jié)構(gòu)用鋼有： 碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼（一） 碳素結(jié)構(gòu)鋼 1、鋼的牌號(hào)： 根據(jù)國標(biāo)GB700-1988，碳素結(jié)構(gòu)鋼按照屈服強(qiáng)度分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個(gè)牌號(hào)，每個(gè)牌號(hào)又根據(jù)硫、磷等雜質(zhì)含量分為A、B、C、D四個(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、b、Z、TZ）。例如：Q235AF，表示屈服強(qiáng)度為235MPa，A級(jí)沸騰（F）碳

23、素結(jié)構(gòu)鋼。 2、鋼牌號(hào)與性能的關(guān)系 鋼牌號(hào)越大，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。 碳素結(jié)構(gòu)鋼3、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、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素選用。例如： Q195和Q215號(hào)鋼強(qiáng)度較低，塑性和韌性較大，易彎加工，可用于鋼釘、螺栓等。Q235A使用于承受靜載作用的鋼結(jié)構(gòu)；Q235B可用于承受動(dòng)載焊接的普通鋼結(jié)構(gòu)；Q235C可用于承受動(dòng)載焊接的重要鋼結(jié)構(gòu)；Q235D可用于低溫承受動(dòng)荷載焊接的鋼結(jié)構(gòu)。Q255和Q275強(qiáng)度較高，塑性和韌性較差，主要用于機(jī)械零件等思考題：1、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)如何組成？2、鋼牌號(hào)如何反映鋼材的性能和

24、質(zhì)量？3、如何根據(jù)使用要求選用鋼材牌號(hào)？（二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 1、鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，代表平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，如含錳量較高時(shí)，在牌號(hào)后加注（Mn）。 如：45號(hào)鋼，表示氣焊碳量為0.45%。2、選用：3045號(hào)鋼，用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強(qiáng)度螺栓；6580號(hào)鋼，常用于制作碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線等。 （三）低合金結(jié)構(gòu)鋼 1、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、合金元素的作用：細(xì)化結(jié)晶，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，不僅可提高強(qiáng)度和硬度，還可一定程度上增加塑性和韌性。彌散強(qiáng)化作用，較硬微粒均勻分散在晶粒內(nèi)部，阻礙晶粒滑移變形，大大提高鋼的強(qiáng)度和

25、硬度。3、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：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：適合于大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑和橋梁。低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能要求(1) 高強(qiáng)度：一般其屈服強(qiáng)度在300MPa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。低合金結(jié)構(gòu)鋼的組成特點(diǎn)(1)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0.20%

26、。(2)加入以錳為主的合金元素。(3)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強(qiáng)度和韌性。(4)加入少量銅（0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。(5)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。 問題：與碳素鋼相比，低合金結(jié)構(gòu)鋼有何特點(diǎn)？ 答：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)： 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)效敏感性也較小。二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

27、用鋼 主要品種有： 熱軋鋼筋； 冷拉鋼筋； 熱處理鋼筋； 冷軋帶肋鋼筋； 冷拔地毯鋼絲； 預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼絞線等。 （一）熱軋鋼筋 1、牌號(hào)：有、四個(gè)級(jí)別，其中、為帶了鋼筋，牌號(hào)為：HRB+屈服強(qiáng)度的最小值構(gòu)成，級(jí)為光圓鋼筋，牌號(hào)為Q235； 、級(jí)為熱軋帶肋鋼筋有HRB335、 HRB400、 HRB500 三個(gè)牌號(hào)。 2、性能與用途：級(jí)鋼筋的強(qiáng)度不高，彈塑性和可焊性好，用作預(yù)應(yīng)力混凝土的受力筋或構(gòu)造筋；、級(jí)強(qiáng)度高，塑性和可焊性也好，用于大中型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力筋。級(jí)鋼筋強(qiáng)度高，彈塑性和可焊性較差，可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。 （二）冷拉鋼筋 有、四個(gè)級(jí)別，他們由熱軋鋼筋經(jīng)現(xiàn)場冷拉和人工時(shí)效處理得到。經(jīng)

28、冷拉后鋼筋的力學(xué)性能應(yīng)符合GB50204-92的規(guī)定。 其中：級(jí)適用于普通混凝土結(jié)構(gòu)中的受力筋；可用作預(yù)應(yīng)力鋼筋。 （三）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用熱處理鋼筋 v 有熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和高溫回火調(diào)質(zhì)處理得到，代號(hào)RB150。v牌號(hào)：有40Si2Mn、48Si2Mn和45SI2Cr三種。不能冷拉和焊接。v性能：屈服強(qiáng)度不小于1325MPa，極限強(qiáng)度不小于1470MPa，伸長率不小于6。應(yīng)符合GB4463-84的規(guī)定。v用途：主要用于預(yù)應(yīng)力混凝土梁、預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕和其他預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。 （四）冷軋帶肋鋼筋 1、以普通低碳鋼或低合金鋼熱軋圓條為母材，經(jīng)多到冷軋（拔）減徑和一道壓痕而成的三面帶肋鋼筋。 2

29、、牌號(hào)：用LL+鋼筋的抗拉強(qiáng)度等數(shù)值表示。有LL550、LL650、LL800三個(gè)級(jí)別。 3、特性：具有較高的強(qiáng)度和較大的伸長率，且錨固性好。 4、用途：可用于沒有振動(dòng)荷載和重復(fù)荷載的工業(yè)與民用建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 LL550宜作受力主筋、架立筋、箍筋和構(gòu)造鋼筋； LL650和LL800宜作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力主筋。這些鋼筋不宜在30C以下的環(huán)境使用。 （五）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲與鋼絞線 1、預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絲使用牌號(hào)為6080的優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)酸洗、冷拉或冷拉再回火等工藝制成，分冷拉鋼絲（L）和矯直回火鋼絲（J）兩種。為了增加握裹力，進(jìn)行表面壓痕，形成刻痕鋼絲（JK）。2、特性：強(qiáng)度

30、高、柔性好、無接頭，質(zhì)量穩(wěn)定，不需焊接。3、用途：大跨度橋梁、屋架、吊車梁、電桿、軌枕等預(yù)應(yīng)力鋼筋。 三、橋梁結(jié)構(gòu)鋼 1、性能要求： 較高的強(qiáng)度、良好的素性、韌性、可焊性和較高的疲勞強(qiáng)度；較小的冷脆性和時(shí)效敏感性；良好的耐大氣腐蝕性等。 2、組成要求： 氣體雜質(zhì)少，S、P的含量應(yīng)小于0.0450.040%，晶粒細(xì)化，脫氧完全。 3、品種： 主要有：16q、16Mnq、15MnVq、等。后一種根據(jù)硫、磷雜質(zhì)含量不同，又分為A、B、C三個(gè)級(jí)別。橋梁結(jié)構(gòu)鋼4、用途：16q是專用焊接橋梁鋼，具有優(yōu)良的可焊性；6Mnq和15MnVq具有良好的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度較高，塑性和韌性、可焊性度較好，是建造橋梁的

31、主體結(jié)構(gòu)的基本鋼材。15MnVNq-A用于非焊接件； u15MnVNq-B用于受壓和次要焊接件；u15MnVNq-C用于受拉、受彎和受疲勞控制的焊接桿件。橋梁用鋼的發(fā)展 鋼橋的發(fā)展離不開橋梁用鋼的不斷開發(fā)，16Mn 、16Mnq鋼在鐵路、公路鋼橋的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，并占據(jù)了相當(dāng)長的時(shí)間。16Mnq鋼的板厚效應(yīng)明顯，限制了鐵路鋼橋一般橋式跨度的進(jìn)一步發(fā)展。 在鐵路研制并應(yīng)用了15MnNbq、14MnNbq鋼種，其中典型的是14MnNbq，以16Mnq為基礎(chǔ)，適當(dāng)降低碳當(dāng)量并加入Nb等微量元素，采用先進(jìn)的控溫控軋和鋼液爐外精煉技術(shù)，進(jìn)行正火處理，細(xì)化晶粒并降低有害元素和氣體的含量，大大降低板厚效應(yīng)，在

32、鋼板使用厚度上達(dá)到50mm， 武漢長江大橋 鋼材全部進(jìn)口南京長江大橋 鋼材部分進(jìn)口南京長江大橋九江長江大橋鋼梁用國產(chǎn)15MnVNq鋼 蕪湖長江大橋大橋采用低塔斜拉橋橋型，主跨米，采用低碳中強(qiáng)鋼 14MnNbq鋼 沖擊韌性為-40C的V型缺口沖擊韌性值的平均值達(dá)234J。 全焊接鋼結(jié)構(gòu)橋焊縫總長度達(dá)萬多米 上海盧浦大橋四、鋼軌鋼 1、性能要求：具有較高的強(qiáng)度，較高的耐磨性、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，良好的可焊性和耐腐蝕性。 2、組成要求：C含量小于0.82%，質(zhì)地均勻純凈，內(nèi)部不含白點(diǎn)、殘余縮孔、非金屬雜質(zhì)等。 3、品種：由碳素鋼鋼軌（U71、U74），合金鋼鋼軌（U71Cu、U71Mn、U70MnS

33、i、U71MnSiCu）。 五、其他用途鋼及制品 （一）不銹鋼裝飾制品 用作建筑物的柱、屋面、內(nèi)外墻面、門窗、欄桿等的表面裝飾。 （二）彩色涂層鋼板 用作建筑外墻板，屋面板，護(hù)壁板等。 （三）輕鋼龍骨 主要用作墻體和天花吊頂?shù)凝埞侵Ъ堋?輕鋼龍骨及其應(yīng)用彩鋼板的表面涂層軋制的彩鋼板鋼結(jié)構(gòu)廠房鋼結(jié)構(gòu)用鋼第五節(jié) 鋼的腐蝕與防銹 一、鋼材的腐蝕 v鋼材受到周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。1、化學(xué)腐蝕 由非電解質(zhì)溶液或各種干燥氣體（O2、CO2、SO3、Cl2、H2S）等所引起的純化學(xué)腐蝕，多數(shù)是氧化作用，在鋼材表面產(chǎn)生疏松的氧化物膜層。2、電化學(xué)腐蝕 鋼材與電解質(zhì)溶液接觸后，由于

34、發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕。3、腐蝕的影響因素：鋼材的成分、環(huán)境條件、周圍介質(zhì)的性質(zhì)等。 電化學(xué)腐蝕過程v陽極反應(yīng): Fe Fe2 + 2e (1)v陰極反應(yīng): O2+ 2H2O+ 4e- 4OH(吸氧) (2) 2H + 2e H2 (放氫) (3)v在介質(zhì)水中：Fe2 + 2OH- Fe(OH)2 (4)v進(jìn)一步氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 (5)v氫氧化鐵部分脫水成為鐵銹: 2Fe(OH)3H2OFe2O3H2O (6) 或 Fe(OH)3H2OFeOOH (7)銹蝕產(chǎn)生的原因v如果兩種金屬以化學(xué)方式接觸, 那么,電化學(xué)就會(huì)因各個(gè)金屬的電位上差值而建立、組成一個(gè)化學(xué)原電池。陽極金屬就出現(xiàn)銹蝕。v錨桿表面存在不均勻性的地方, 例如局部損傷, 就產(chǎn)生不同的電位差, 于是形成微型原電池。v在錨桿防護(hù)層間斷處, 一般可能產(chǎn)