建筑鋼材市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第七節(jié)金屬材料

主講人：魯薇薇

西南交大宏圖培訓(xùn)中心建筑鋼材第1頁建筑鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)各種型鋼（如角鋼、工字鋼、槽鋼等）、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中各種鋼筋、鋼絲等。鋼材品質(zhì)均勻、性能可靠、強(qiáng)度高、塑性和韌性好，能夠承受沖擊和振動(dòng)荷載，能夠切割、焊接、鉚接，便于裝配等優(yōu)點(diǎn)。鋼材缺點(diǎn)是易銹蝕，需經(jīng)常維護(hù)，且耐火性差。交大宏圖培訓(xùn)中心第7節(jié)建筑鋼材建筑鋼材第2頁一.鋼材分類1.按化學(xué)成份分類（１）碳素鋼。碳素鋼化學(xué)成份主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.02％～2.06％。另外尚含有極少許硅、錳和微量硫、磷等元素。碳素鋼按含碳量又可分為：低碳鋼（含碳量小于0.25％）、中碳鋼（含碳量為0.25％～0.60％）高碳鋼（含碳量大于0.60％）建筑鋼材第3頁（２）合金鋼。是指在煉鋼過程中，有意識(shí)地加入一個(gè)或各種能改進(jìn)鋼材性能合金元素而制得鋼種。慣用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量不一樣，合金鋼可分為低合金鋼（合金元素總含量小于５％）中合金鋼（合金元素總含量為５％～10％）高合金鋼（合金元素總含量大于10％）。建筑鋼材第4頁2.按冶煉時(shí)脫氧程度分類（１）沸騰鋼。煉鋼時(shí)僅加入錳鐵進(jìn)行脫氧，則脫氧不完全。這種鋼水澆入錠模時(shí)，會(huì)有大量ＣＯ氣體從鋼水中外逸，引發(fā)鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號(hào)為“Ｆ“。沸騰鋼組織不夠致密，成份不太均勻，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，故質(zhì)量較差。但因其成本低、產(chǎn)量高，故被廣泛用于普通建筑工程。建筑鋼材第5頁（２）鎮(zhèn)靜鋼。煉鋼時(shí)采取錳鐵、硅鐵和鋁錠等作脫氧劑，脫氧完全，且同時(shí)能起去硫作用。這種鋼水鑄錠時(shí)能平靜地充滿錠模并冷卻凝固，故稱鎮(zhèn)靜鋼，代號(hào)為“Ｚ”。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成份均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適合用于預(yù)應(yīng)力混凝土等主要結(jié)構(gòu)工程。建筑鋼材第6頁（３）半鎮(zhèn)靜鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，為質(zhì)量很好鋼，其代號(hào)為“ｂ”。（４）特殊鎮(zhèn)靜鋼。比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底鋼，故其質(zhì)量最好，適合用于尤其主要結(jié)構(gòu)工程，代號(hào)為“TZ”。建筑鋼材第7頁3.按有害雜質(zhì)含量分類

接鋼中有害雜質(zhì)磷（Ｐ）和硫（S）含量多少，鋼材可分為以下四類：

（１）普通鋼。磷含量小于0.045％；硫含量小于0.050%。

（２）優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量小于0.035%；硫含量小于0.035%。

（３）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量小于0.025%；硫含量小于0.015%。

（４）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量小于0.025%；硫含量小于0.015%。建筑鋼材第8頁二.鋼材技術(shù)性質(zhì)1.抗拉性能抗拉性能是建筑鋼材最主要技術(shù)性質(zhì)。其技術(shù)指標(biāo)為由拉力試驗(yàn)測(cè)定屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。低碳鋼（軟鋼）受拉應(yīng)力一應(yīng)變圖能夠很好地解釋這些主要技術(shù)指標(biāo)，見圖2－１.低碳鋼受拉時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變圖建筑鋼材第9頁建筑鋼材第10頁（１）屈服點(diǎn)：當(dāng)試件拉力在ＯＢ范圍內(nèi)時(shí)，如卸去拉力，試件能恢復(fù)原狀，應(yīng)力與應(yīng)變比值為常數(shù)，所以，該階段被稱為彈性階段。當(dāng)對(duì)試件拉伸進(jìn)入塑性變形屈服階段ＢＣ時(shí)，稱屈服下限Ｃ下所對(duì)應(yīng)應(yīng)力為屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)，記做σs。設(shè)計(jì)時(shí)普通以σs作為強(qiáng)度取值依據(jù)。對(duì)屈服現(xiàn)象不顯著鋼材，要求以0.2％殘余變形時(shí)應(yīng)力σ0.2作為屈服強(qiáng)度。建筑鋼材第11頁（２）抗拉強(qiáng)度：從圖2－１中ＣＤ曲線逐步上升能夠看出：試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形能力又重新提升，稱為強(qiáng)化階段。對(duì)應(yīng)于最高點(diǎn)Ｄ應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。設(shè)計(jì)中抗拉強(qiáng)度即使不能利用，但屈強(qiáng)比σs／σb有一定意義。屈強(qiáng)比愈小，反應(yīng)鋼材受力超出屈服點(diǎn)工作時(shí)可靠性愈大，因而結(jié)構(gòu)安全性愈高。但屈強(qiáng)比太小，則反應(yīng)鋼材不能有效地被利用。建筑鋼材第12頁(3)伸長(zhǎng)率：圖2－１中當(dāng)曲線抵達(dá)Ｄ點(diǎn)后，試件微弱處急劇縮小，塑性變形快速增加，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。量出拉斷后標(biāo)距部分長(zhǎng)度Ll，標(biāo)距伸長(zhǎng)值與原始標(biāo)距L0百分率稱為伸長(zhǎng)率。即建筑鋼材第13頁伸長(zhǎng)率表征了鋼材塑性變形能力。因?yàn)樵谒苄宰冃螘r(shí)頸縮處伸長(zhǎng)較大，故當(dāng)原始標(biāo)距與試件直徑之比愈大，則頸縮處伸長(zhǎng)中比重愈小，因而計(jì)算伸長(zhǎng)率會(huì)小些。通常以δ5和δ10分別表示L0=5d0和L0=10d0（ｄ0為試件直徑）時(shí)伸長(zhǎng)率。對(duì)同一個(gè)鋼材，δ5應(yīng)大于δ10。建筑鋼材第14頁2.冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形能力，是鋼材主要工藝性能。冷彎性能指標(biāo)是經(jīng)過試件被彎曲角度（90°、180°）及彎心直徑ｄ對(duì)試件厚度（或直徑）a比值（ｄ/a）區(qū)分，試件按要求彎曲角和彎心直徑進(jìn)行試驗(yàn)，試件彎曲處外表面無裂斷、裂縫或起層，即認(rèn)為冷彎性能合格。建筑鋼材第15頁3.沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載能力。沖擊韌性指標(biāo)是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)試件彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗功，即為鋼材沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊韌性ak（Ｊ/cm2）表示。ak值愈大，沖擊韌性愈好。建筑鋼材第16頁三.鋼材冷加工和熱處理1.鋼材冷加工將鋼材在常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋，使產(chǎn)生塑性變形，從而提升屈服強(qiáng)度，這個(gè)過程稱為鋼材冷加工強(qiáng)化。冷加工強(qiáng)化原理是：鋼材在塑性變形中晶格缺點(diǎn)增多，而缺點(diǎn)晶格嚴(yán)重畸變，對(duì)晶格深入滑移將起到妨礙作用，故鋼材屈服點(diǎn)提升，塑性和韌性降低。因?yàn)樗苄宰冃沃挟a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，故鋼材彈性模量Ｅ降低。建筑鋼材第17頁

工地或預(yù)制廠鋼筋混凝土施工中常利用這一原理，對(duì)鋼筋或低碳鋼盤條按一定制度進(jìn)行冷拉或冷拔加工，以提升屈服強(qiáng)度。鋼筋屈服強(qiáng)度可提升20%-25%，冷拔鋼絲屈服強(qiáng)度可提升40%-70%。將經(jīng)過冷拉鋼筋于常溫下存放15～20ｄ，或加熱到100～200°Ｃ并保持一段時(shí)間，這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。前者稱為自然時(shí)效，后者稱為人工時(shí)效。

建筑鋼材第18頁冷拉以后再經(jīng)過時(shí)效處理鋼筋，其屈服點(diǎn)深入提升，抗拉強(qiáng)度稍見增加，塑性繼續(xù)有所降低。因?yàn)闀r(shí)效過程中應(yīng)力消減，故彈性模量可基本恢復(fù)。鋼材產(chǎn)生時(shí)效主要原因是，溶于α一Fe中碳、氮原子，向晶格缺點(diǎn)處移動(dòng)和集中速度大為加緊，這將使滑移面缺點(diǎn)處碳、氮原子富集，使晶格畸變加劇，造成其滑移、變形更為困難，因而強(qiáng)度深入提升，塑性和韌性則深入降低，而彈性模量則基本恢復(fù)。建筑鋼材第19頁四.建筑鋼材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.建筑鋼材主要鋼種（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88要求，我國(guó)碳素結(jié)構(gòu)鋼分五個(gè)牌號(hào)，即Ｑ195、Q215、Q235、Q255和Q275。各牌號(hào)鋼又按其硫、磷含量由多最少分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四個(gè)質(zhì)量等級(jí)。建筑鋼材第20頁碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示按次序由代表屈服點(diǎn)字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（Ｎ/mm2）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)、脫氧程度符號(hào)(F、B、Z、TZ)等四部分組成。比如Q235-A.F.，它表示：屈服點(diǎn)為235N／ｍｍ2平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉Ａ級(jí)沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。當(dāng)為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，則牌號(hào)表示“Ｚ”與“ＴZ”符號(hào)可給予省略。碳素結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能指標(biāo)要求見表2-1(“土木工程材料”P36表2-2)所表示。建筑鋼材第21頁國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成份，包含C、Si、Mn、S、P五大元素，按質(zhì)量等級(jí)及脫氧方法也分別提出了要求。（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼在碳素鋼基礎(chǔ)上，加入總量小于５％合金元素?zé)挸射?，稱為低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，簡(jiǎn)稱低合金結(jié)構(gòu)鋼。慣用合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳、銅等。

建筑鋼材第22頁按照《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T1591—1994）要求共分20個(gè)鋼號(hào)。牌號(hào)由代表鋼材屈服強(qiáng)度字母“Ｑ”、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）三個(gè)部分按次序組成。比如：Q295A，表示屈服強(qiáng)度為大于295MPa，質(zhì)量等級(jí)為Ａ級(jí)低合金結(jié)構(gòu)鋼。建筑鋼材第23頁2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼(1)熱軋鋼筋依據(jù)表面特征不一樣，熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。依據(jù)強(qiáng)度高低，熱軋鋼筋又分為不一樣強(qiáng)度等級(jí)，各強(qiáng)度等級(jí)熱軋鋼筋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2-2(“土木工程材料”P39表2-6)。我國(guó)熱軋鋼筋標(biāo)準(zhǔn)，按屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能分為I～I(xiàn)V級(jí)，四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)鋼筋中，除I級(jí)鋼筋為低碳鋼外，其余三級(jí)熱軋帶肋鋼筋均為低合金鋼。其牌號(hào)由HRB和要求屈服強(qiáng)度最小值組成。Ｈ、Ｒ、Ｂ分別為熱軋、肋、鋼筋英文名稱第一個(gè)字母。比如：HRB500為熱軋帶肋鋼筋，其屈服強(qiáng)度為500MPa。

建筑鋼材第24頁（2）鋼筋混凝土用冷拉鋼筋為了提升鋼筋強(qiáng)度及節(jié)約鋼筋，工地上常按施工規(guī)程，控制一定冷拉應(yīng)力或冷拉率，對(duì)熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉鋼筋力學(xué)性能應(yīng)符合規(guī)范要求要求。冷拉后不得有裂紋、起層等現(xiàn)象。（3）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理