建筑金屬材料

建筑金屬材料第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1）了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的關(guān)系2）熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（強(qiáng)度，彈塑性變形，耐疲勞性）的意義，測定方法及影響因素。3）熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法。4）掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則。第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一建筑是人類文明進(jìn)程的縮影。它濃縮了人類的駕馭能力，沉淀著世界文化的根基，更凝結(jié)著藝術(shù)家智慧的結(jié)晶。鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑史上具有特殊的優(yōu)勢，在歐美已經(jīng)有幾十年的歷史，憑借其良好的抗震性、靈活的空間劃分、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)在建筑業(yè)迅速壯大。在此，我們來了解世界各地的著名鋼結(jié)構(gòu)建筑，來感受人類建筑史探索與進(jìn)步的節(jié)奏，感悟鋼結(jié)構(gòu)建筑史的豐富內(nèi)涵。第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一巴黎艾菲爾鐵塔建于1889年,高度320米，原為舉辦萬國博覽會而建，是較早應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的建筑物。艾菲爾鐵塔得名于它的設(shè)計(jì)師：居斯塔夫·艾菲爾。鐵塔設(shè)計(jì)造型獨(dú)特，是世界建筑史上的技術(shù)杰作，成為世界藝術(shù)之都巴黎乃至法國的標(biāo)志性建筑。第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一紐約帝國大廈建于1931年，高度381米,由ｓｈｒｅｖｅ，ｌａｍｂ，ｈａｒｍａｎ建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)，總建筑面積為20萬平方米。它和自由女神像同為美國財(cái)富之都—紐約的標(biāo)志性建筑，保持世界最高建筑稱號達(dá)40年之久，每年吸引世界各地500萬游客造訪。第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一舊金山金門大橋建于193７年，由斯特勞斯工程師設(shè)計(jì)，兩橋塔之間的主跨度為1280米，是世界著名懸索橋之一，動(dòng)用了10多萬噸鋼材建成，每年通車量達(dá)10萬之多。橋塔高227米，是世界上最高的橋塔。第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一悉尼歌劇院建于1957年，由丹麥建筑師約農(nóng)設(shè)計(jì)，耗時(shí)１６年才興建完成的音樂圣地是悉尼人的驕傲，橢圓形鋼結(jié)構(gòu)的正門大廳給人以強(qiáng)烈的現(xiàn)代氣息，正面看臺的主門可同時(shí)并排著陸４架波音747飛機(jī)。獨(dú)特的設(shè)計(jì)造就了世界建筑史上的經(jīng)典之作。第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一香港中銀大廈建于1990年，高度368米，由著名華裔建筑師貝聿銘先生設(shè)計(jì)，是中國銀行(香港)的總部，貝聿銘先生設(shè)計(jì)的中銀大廈就像一根竹子，寓意高峻挺拔、節(jié)節(jié)上升，外立面三角幾何形狀，好像一個(gè)個(gè)藍(lán)色的水晶疊放在一起，成為香港的標(biāo)志性建筑。第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一上海金茂大廈建于1998年，高度420米，總建筑面積為29萬平方米，是目前世界第三、中國第一高樓，由美國芝加哥ｓｏｍ建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)，薈萃國際領(lǐng)先建筑科技元素而建，代表了上海國際化大都市開放的胸襟和氣度，成為中國改革開放、經(jīng)濟(jì)騰飛的象征之一。第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)鋼材的分類1.按化學(xué)成分分類（１）碳素鋼。碳素鋼的化學(xué)成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵一碳合金。其含碳量為0.02％～2.06％。此外尚含有極少量的硅、錳和微量的硫、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％）第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（２）合金鋼。是指在煉鋼過程中，有意識地加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。常用合金元素有：硅、錳、鈦、釩、鈮、鉻等。按合金元素總含量的不同，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％）。第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.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)，會有大量的ＣＯ氣體從鋼水中外逸，引起鋼水呈沸騰狀，故稱沸騰鋼，代號為“Ｆ“。沸騰鋼組織不夠致密，成分不太均勻，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，故被廣泛用于一般建筑工程。第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（２）鎮(zhèn)靜鋼。煉鋼時(shí)采用錳鐵、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，代號為“Ｚ”。鎮(zhèn)靜鋼雖成本較高，但其組織致密，成分均勻，性能穩(wěn)定，故質(zhì)量好。適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要的結(jié)構(gòu)工程。（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)量較好的鋼，其代號為“ｂ”。（４）特殊鎮(zhèn)靜鋼。比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底的鋼，故其質(zhì)量最好，適用于特別重要的結(jié)構(gòu)工程，代號為“TZ”第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一3.按有害雜質(zhì)含量分類

按鋼中有害雜質(zhì)磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：

（１）普通鋼。磷含量不大于0.045％；硫含量不大于0.050%。

（２）優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.035%；硫含量不大于0.035%。

（３）高級優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。

（４）特級優(yōu)質(zhì)鋼。磷含量不大于0.025%；硫含量不大于0.015%。第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)鋼材的技術(shù)性質(zhì)1.抗拉性能抗拉性能是建筑鋼材最重要的技術(shù)性質(zhì)。其技術(shù)指標(biāo)為由拉力試驗(yàn)測定的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度和伸長率。低碳鋼（軟鋼）受拉的應(yīng)力一應(yīng)變圖能夠較好地解釋這些重要的技術(shù)指標(biāo)，見圖2－１.低碳鋼受拉時(shí)的應(yīng)力一應(yīng)變圖低碳鋼從受拉到拉斷，經(jīng)歷了四個(gè)階段：彈性階段（OA）、屈服階段（AB）、強(qiáng)化階段（BC）和頸縮階段（CD）。第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一彈性模量：在彈性階段，應(yīng)力和應(yīng)變的比值為常數(shù)稱為彈性模量。E=σ/ε。A點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力稱為彈性極限（σp）。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)變的比值為常數(shù)，因此，該階段被稱為彈性階段。當(dāng)對試件的拉伸進(jìn)入塑性變形的屈服階段ＢＣ時(shí)，稱屈服下限Ｃ下所對應(yīng)的應(yīng)力為屈服強(qiáng)度或屈服點(diǎn)，記做σs。設(shè)計(jì)時(shí)一般以σs作為強(qiáng)度取值的依據(jù)。在屈服階段，外力不增大，而變形繼續(xù)增加，這時(shí)相應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服極限或屈服強(qiáng)度（σs）。對屈服現(xiàn)象不明顯的鋼材，規(guī)定以0.2％殘余變形時(shí)的應(yīng)力σ0.2作為屈服強(qiáng)度。第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（２）抗拉強(qiáng)度：從圖2－１中ＣＤ曲線逐步上升可以看出：試件在屈服階段以后，其抵抗塑性變形的能力又重新提高，稱為強(qiáng)化階段。對應(yīng)于最高點(diǎn)Ｄ的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用σb表示。設(shè)計(jì)中抗拉強(qiáng)度雖然不能利用，但屈強(qiáng)比σs／σb有一定意義。屈強(qiáng)比愈小，反映鋼材受力超過屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性愈大，因而結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但屈強(qiáng)比太小，則反映鋼材不能有效地被利用。屈強(qiáng)比越小，鋼材受力超過屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，安全性越高；但是，屈強(qiáng)比太小，鋼材強(qiáng)度的利用率偏低，浪費(fèi)材料。鋼材的屈強(qiáng)比一般不大于1/1.2，而用于抗震結(jié)構(gòu)的普通實(shí)測的屈強(qiáng)比不應(yīng)高于0.8。第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一(3)伸長率：圖2－１中當(dāng)曲線到達(dá)Ｄ點(diǎn)后，試件薄弱處急劇縮小，塑性變形迅速增加，產(chǎn)生“頸縮現(xiàn)象”而斷裂。量出拉斷后標(biāo)距部分的長度Ll，標(biāo)距的伸長值與原始標(biāo)距L0的百分率稱為伸長率。即(3)斷面收縮率：第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一伸長率表征了鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形時(shí)頸縮處的伸長較大，故當(dāng)原始標(biāo)距與試件的直徑之比愈大，則頸縮處伸長中的比重愈小，因而計(jì)算的伸長率會小些。通常以δ5和δ10分別表示L0=5d0和L0=10d0（ｄ0為試件直徑）時(shí)的伸長率。對同一種鋼材，δ5應(yīng)大于δ10。第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材的重要工藝性能。冷彎性能指標(biāo)是通過試件被彎曲的角度（90°、180°）及彎心直徑ｄ對試件厚度（或直徑）a的比值（ｄ/a）區(qū)分的，試件按規(guī)定的彎曲角和彎心直徑進(jìn)行試驗(yàn)，試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，即認(rèn)為冷彎性能合格。伸長率反映的是鋼材在均勻變形下的塑性，而冷彎性能是鋼材處于不利條件下的塑性，可以揭示鋼材內(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。

第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一3.沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)是通過標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。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的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)，用沖擊韌性ak（Ｊ/cm2）表示。ak值愈大，沖擊韌性愈好。鋼材的化學(xué)成分、組織狀態(tài)、內(nèi)在缺陷及環(huán)境溫度都會影響鋼材的沖擊韌性。試驗(yàn)表明，沖擊韌性隨溫度的降低而下降，其規(guī)律是開始下降緩和，當(dāng)達(dá)到一定溫度范圍時(shí)，突然下降很多而呈脆性，這種脆性稱為鋼材的冷脆性。第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

發(fā)生冷脆時(shí)的溫度稱為臨界溫度，其數(shù)值愈低，說明鋼材的低溫沖擊性能愈好。所以在負(fù)溫下使用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)選用脆性臨界溫度較工作溫度為低的鋼材。第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一沖擊試驗(yàn)機(jī)第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一4.硬度鋼材的硬度是指其表面局部體積內(nèi)抵抗外物壓入產(chǎn)生塑性變形的能力。常用的測定硬度的方法有布氏法和洛氏法。布氏法的測定原理是利用直徑為Ｄ（ｍｍ）的淬火鋼球，以P（Ｎ）的荷載將其壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的持續(xù)時(shí)間后卸除荷載，即得到直徑為ｄ（ｍｍ）的壓痕，以壓痕表面積Ｆ（ｍｍ）除荷載Ｐ，所得的應(yīng)力值即為試件的布氏硬度值ＨＢ，以數(shù)字表示，不帶單位。洛氏法測定的原理與布氏法相似，但系根據(jù)壓頭壓入試件的深度來表示硬度值，洛氏法壓痕很小，常用于判定工件的熱處理效果。第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一5.耐疲勞性在反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，鋼材往往在應(yīng)力遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度時(shí)發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞破壞。疲勞破壞的危險(xiǎn)應(yīng)力用疲勞極限來表示，它是指疲勞試驗(yàn)中，試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。一般認(rèn)為，鋼材的疲勞破壞是由拉應(yīng)力引起的，因此，鋼材的疲勞極限與其抗拉強(qiáng)度有關(guān)，一般抗拉強(qiáng)度高，其疲勞極限也較高。由于疲勞裂紋是在應(yīng)力集中處形成和發(fā)展的，故鋼材的疲勞極限不僅與其內(nèi)部組織有關(guān)，也和表面質(zhì)量有關(guān)。第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一6.焊接性能鋼材的可焊性是指焊接后在焊縫處的性質(zhì)與母材性質(zhì)的一致程度。影響鋼材可焊性的主要因素是化學(xué)成分及含量。如硫產(chǎn)生熱脆性，使焊縫處產(chǎn)生硬脆及熱裂紋。又如，含碳量超過0.3％，可焊性顯著下降等。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)鋼材的化學(xué)成分及晶體組織1.鋼材的化學(xué)成分及對性能的影響鋼材的化學(xué)成分主要是指碳、硅、錳、硫、磷等，在不同情況下往往還需考慮氧、氮及各種合金元素。（1）碳：土木工程用鋼材含碳量不大于0.8％。在此范圍內(nèi)，隨著鋼中碳含量的提高，強(qiáng)度和硬度相應(yīng)提高，而塑性和韌性則相應(yīng)降低，碳還可顯著降低鋼材的可焊性，增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性，降低抗大氣銹蝕性。

第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（2）硅：當(dāng)硅在鋼中的含量較低（小于1%）時(shí)，可提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性和韌性影響不明顯。（３）錳：錳是我國低合金鋼的主加合金元素，錳含量一般在1%～２％范圍內(nèi)，它的作用主要是使強(qiáng)度提高，錳還能消減硫和氧引起的熱脆性，使鋼材的熱加工性質(zhì)改善。第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（４）硫：硫是很有害元素。呈非金屬硫化物夾雜物存在于鋼中，具有強(qiáng)烈的偏析作用，降低各種機(jī)械性能。硫化物造成的低熔點(diǎn)使鋼在焊接時(shí)易于產(chǎn)生熱裂紋，顯著降低可焊性。（５）磷：為有害元素，含量提高，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性和韌性顯著下降，特別是溫度愈低，對韌性和塑性的影響愈大，磷在鋼中的偏析作用強(qiáng)烈，使鋼材冷脆性增大，并顯著降低鋼材的可焊性。磷可提高鋼的耐磨性和耐腐蝕性，在低合金鋼中可配合其他元素作為合金元素使用。第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（６）氧：為有害元素。主要存在于非金屬夾雜物內(nèi)，可降低鋼的機(jī)械性能，特別是韌性，氧有促進(jìn)時(shí)效傾向的作用，氧化物造成的低熔點(diǎn)亦使鋼的可焊形變差。（７）氮：氮對鋼材性質(zhì)的影響與碳、磷相似，使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。氮可加劇鋼材的時(shí)效敏感性和冷脆性，降低可焊性。在有鋁、妮、釩等的配合下，氮可作為低合金鋼的合金元素使用。

（８）鈦：鈦是強(qiáng)脫氧劑。它能顯著提高強(qiáng)度，改善韌性和可焊性，減少時(shí)效傾向，是常用的合金元素。（９）釩：釩是強(qiáng)的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高強(qiáng)度，并能減少時(shí)效傾向，但增加焊接時(shí)的淬硬傾向。第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.鋼材的晶體組織鋼是鐵碳合金晶體。晶體結(jié)構(gòu)中各個(gè)原子是以金屬鍵相結(jié)合的，這是鋼材具有較高強(qiáng)度和良好塑性的基礎(chǔ)。原子在晶粒中排列的規(guī)律不同可以形成不同的晶格，如體心立方晶格是原子排列在一個(gè)正六面體的中心和各個(gè)頂點(diǎn)而構(gòu)成的空間格子；面心立方體晶格是原子排列在一個(gè)正六面體的各個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)面的中心而構(gòu)成的空間格子。鐵和碳兩種元素可以不同的形態(tài)存在，這種形態(tài)稱為晶體組織。第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.2鋼的基本晶體組織碳素鋼冶煉時(shí)在鋼水冷卻過程中，其Fe和Ｃ有以下三種結(jié)合形式：固溶體——鐵（Fe）中固溶著微量的碳(C)；化合物——鐵和碳結(jié)合成化合物Fe3Ｃ；機(jī)械混合物——固溶體和化合物的混合物。以上三種形式的Fe—Ｃ合金，于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織，在顯微鏡下能觀察到它們的微觀形貌圖像，故也稱顯微組織。第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一鋼的基本組織主要有以下幾種：（１）鐵素體鋼材中的鐵素體為Ｃ在α一Fe中的固溶體，由于α一Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含Ｃ量很少（小于0.02％），由此決定其塑性、韌性很好，但強(qiáng)度、硬度很低。（２）奧氏體奧氏體為Ｃ在γ一Fe中的固溶體，溶碳能力較強(qiáng)，高溫時(shí)含碳量可達(dá)2.06％，低溫時(shí)下降至0.8％。其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性好，在高溫下易于軋制成型。

第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（３）滲碳體：滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含Ｃ量高（達(dá)6.67％），晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。（４）珠光體：珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含Ｃ量較低（0.8％），層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第4節(jié).鋼材的冷加工和熱處理1.鋼材的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，從而提高屈服強(qiáng)度，這個(gè)過程稱為鋼材的冷加工強(qiáng)化。冷加工強(qiáng)化的原理是：鋼材在塑性變形中晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格嚴(yán)重畸變，對晶格的進(jìn)一步滑移將起到阻礙作用，故鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低。

工地或預(yù)制廠鋼筋混凝土施工中常利用這一原理，對鋼筋或低碳鋼盤條按一定制度進(jìn)行冷拉或冷拔加工，以提高屈服強(qiáng)度。第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.4.2時(shí)效處理冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15-20d，或加熱至100-200℃后保持一定時(shí)間（2-3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)，這個(gè)過程稱為時(shí)效處理。時(shí)效處理有兩種方法：（1）自然時(shí)效：在常溫下存放15-20d。適宜于低強(qiáng)度鋼筋。（2）人工時(shí)效：加熱至100-200℃后保持一定時(shí)間（2-3h）。適宜于高強(qiáng)度鋼筋。第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一冷拉以后再經(jīng)過時(shí)效處理的鋼筋，其屈服點(diǎn)進(jìn)一步提高，抗拉強(qiáng)度稍見增長，塑性繼續(xù)有所降低。由于時(shí)效過程中應(yīng)力的消減，故彈性模量可基本恢復(fù)。鋼材產(chǎn)生時(shí)效的主要原因是，溶于α一Fe中的碳、氮原子，向晶格缺陷處移動(dòng)和集中的速度大為加快，這將使滑移面缺陷處碳、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)度進(jìn)一步提高，塑性和韌性則進(jìn)一步降低，而彈性模量則基本恢復(fù)。第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.鋼材的熱處理按照一定的制度，將鋼材加熱到一定的溫度，在此溫度下保持一定的時(shí)間，再以一定的速度和方式進(jìn)行冷卻，以使鋼材內(nèi)部晶體組織和顯微結(jié)構(gòu)按要求進(jìn)行改變，或者消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，從而獲得人們所需求的機(jī)械力學(xué)性能，這一過程就稱為鋼材的熱處理。鋼材的熱處理通常有以下幾種基本方法：

(１)淬火。將鋼材加熱至723℃（相變溫度）以上某一溫度，并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻，這個(gè)過程稱鋼材的淬火處理。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低。第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一(２)回火。將淬火后的或比較熱脆,存在內(nèi)應(yīng)力的鋼材重新加熱到723℃以下某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后再緩慢地或較快地冷卻至室溫，這一過程稱為回火處理?；鼗鹂上摬拇慊饡r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性?；鼗饻囟扔撸摬挠捕认陆涤?，塑性和韌性等性能均得以改善。若鋼材淬火后隨即進(jìn)行高溫回火處理，則稱調(diào)質(zhì)處理，其目的是使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能均得以改善。第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（３）退火。退火是指將鋼材加熱至723℃以上某一溫度(完全退火)或以下(低溫退火)，保持相當(dāng)時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻。退火能消除鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織，使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高。（４）正火。是將鋼材加熱到723℃以上某一溫度，并保持相當(dāng)長時(shí)間，然后在空氣中緩慢冷卻，則可得到均勻細(xì)小的顯微組織。鋼材正火后強(qiáng)度和硬度提高，塑性較退火為小第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)建筑鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.建筑鋼材的主要鋼種（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼按國家標(biāo)準(zhǔn)GB700-88規(guī)定，我國碳素結(jié)構(gòu)鋼分五個(gè)牌號，即Ｑ195、Q215、Q235、Q255和Q275。各牌號鋼又按其硫、磷含量由多至少分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四個(gè)質(zhì)量等級。第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示按順序由代表屈服點(diǎn)的字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值（Ｎ/mm2）、質(zhì)量等級符號(A、B、C、D)、脫氧程度符號(F、B、Z、TZ)等四部分組成。例如Q235-A.F.，它表示：屈服點(diǎn)為235N／ｍｍ2的平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉的Ａ級沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。當(dāng)為鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，則牌號表示“Ｚ”與“ＴZ”符號可予以省略。表2-3化學(xué)成分表2-4力學(xué)性能表2-5工藝性能第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一Q195-強(qiáng)度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于扎制薄板和盤條。Q215-基本與Q195相同，強(qiáng)度稍高，大量用作管坯、螺栓。Q235-強(qiáng)度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊性和可加工性也較好，大量用于制作鋼筋、型鋼和鋼板。Q255-強(qiáng)度高、塑性和韌性稍差，不易冷彎加工，可焊性差，主要用作鉚接或拴接結(jié)構(gòu)，以及鋼筋混凝土的配筋。第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼大部分為鎮(zhèn)靜鋼，對有害雜質(zhì)含量控制嚴(yán)格，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合性能好，但成本較高。分為普通含錳量(0.35_0.8%)與較高含錳量(0.7_1.2%)兩大組.31個(gè)牌號，如“10F”“45Mn”“30”。性能主要取決于含碳量。含碳量越高，強(qiáng)度高，但塑性和韌性降低。30—45號主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強(qiáng)度螺栓等，45用作預(yù)應(yīng)力混凝土錨具。65—80號用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一按照《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB／T1591—1994）規(guī)定共分20個(gè)鋼號。牌號由代表鋼材屈服強(qiáng)度的字母“Ｑ”、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級符號（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）三個(gè)部分按順序組成。例如：Q295A，表示屈服強(qiáng)度為不小于295MPa，質(zhì)量等級為Ａ級的低合金結(jié)構(gòu)鋼第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼

(1)熱軋鋼筋根據(jù)表面特征不同，熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋。根據(jù)強(qiáng)度的高低，熱軋鋼筋又分為不同的強(qiáng)度等級，各強(qiáng)度等級熱軋鋼筋的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2-8。我國熱軋鋼筋標(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，四個(gè)強(qiáng)度等級的鋼筋中，除I級鋼筋為低碳鋼外，其余三級熱軋帶肋鋼筋均為低合金鋼。其牌號由HRB和規(guī)定屈服強(qiáng)度最小值構(gòu)成。Ｈ、Ｒ、Ｂ分別為熱軋、肋、鋼筋的英文名稱的第一個(gè)字母。第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（2）鋼筋混凝土用冷拉鋼筋為了提高鋼筋的強(qiáng)度及節(jié)約鋼筋，工地上常按施工規(guī)程，控制一定的冷拉應(yīng)力或冷拉率，對熱軋鋼筋進(jìn)行冷拉。冷拉鋼筋的力學(xué)性能應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定的要求。冷拉后不得有裂紋、起層等現(xiàn)象。（3）預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋是用Φ8、Φ10（㎜）的熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火等調(diào)質(zhì)處理而成，代號為ＲＢ１５０。

第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度高，可代替高強(qiáng)鋼絲使用；配筋根數(shù)少，節(jié)約鋼材；錨固性好，不易打滑，預(yù)應(yīng)力值穩(wěn)定；施工簡便，開盤后鋼筋自然伸直，不需調(diào)直及焊接。主要用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，也用于預(yù)應(yīng)力梁、板結(jié)構(gòu)及吊車梁等。第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（4）冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋是采用由普通低碳鋼或低合金鋼熱軋的圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面有肋的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋是熱軋圓盤鋼筋的深加工產(chǎn)品，是一種新型高效建筑鋼材。冷軋帶肋鋼筋按抗拉強(qiáng)度分為5級，其代號為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、和CRB1170，（CRB為Coldrollingribbedsteelbar)，后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強(qiáng)度等級數(shù)值。第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一冷軋帶肋鋼筋的公稱直徑范圍為４-～12㎜。冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝性能應(yīng)符合表2-7（P40)的要求。（5）冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是將直徑為6.5～8㎜的Q235熱軋盤條鋼筋經(jīng)冷拔加工而成。冷拔低碳鋼絲分為甲、乙兩級，甲級絲適用于作預(yù)應(yīng)力筋，乙級絲適用于作焊接網(wǎng)、焊接骨架、箍筋和構(gòu)造鋼筋。其力學(xué)性能應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（6）預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲及鋼絞線大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由于受力很大，常采用高強(qiáng)度鋼絲或鋼絞線作為主要受力鋼筋。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絲是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條，經(jīng)酸洗、冷拉或再經(jīng)回火處理等工藝制成，鋼鉸線是由７根直徑為2.5～5.0㎜的高強(qiáng)度鋼絲，鉸捻后經(jīng)一定熱處理清除內(nèi)應(yīng)力而制成。鉸捻方向一般為左捻。第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲分為冷拉鋼絲（代號Ｌ）、矯直回火鋼絲（代號Ｊ）和矯直回火刻痕鋼絲（代號JK）三種。前二種其公稱直徑有３、４㎜、５㎜三種，它們的抗拉強(qiáng)度σb達(dá)1500MPa以上，屈服強(qiáng)度σ0.2可達(dá)1100MPa以上。預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線直徑有9.0㎜、12.0㎜和15.0㎜三種，整根破壞負(fù)荷可達(dá)220kN，屈服負(fù)荷可達(dá)187kN。鋼絞線主要用于大跨度、大負(fù)荷的后張法預(yù)應(yīng)力屋架、橋梁和薄腹梁等結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

第六節(jié)建筑鋼材的銹蝕與防止1鋼材的銹蝕鋼材的銹蝕是指其表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞。根據(jù)銹蝕作用的機(jī)理，鋼材的銹蝕可分為化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種：（１）化學(xué)銹蝕化學(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的銹蝕。這種銹蝕多數(shù)是氧化作用，使鋼材表面形成疏松的氧化物。第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（２）電化學(xué)銹蝕電化學(xué)銹蝕是指鋼材與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生電流，形成微電池而引起的銹蝕。潮濕環(huán)境中的鋼材表面會被一層電解質(zhì)水膜所覆蓋，而鋼材是由鐵素體、滲碳體及游離石墨等多種成分組成，由于這些成分的電極電位不同，首先，鋼的表面層在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成以鐵素體為陽極，以滲碳體為陰極的微電池。在陽極，鐵失去電子成為Fe2+進(jìn)入水膜；在陰極，溶于水膜中的氧被還原生成ＯＨ－。隨后兩者結(jié)合生成不溶于水的Fe（OH）2，并進(jìn)一步氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹Fe（OH）3。由于鐵素體基體的逐漸銹蝕，鋼組織中的滲碳體等暴露出來的越來越多，形成的微電池?cái)?shù)目也越來越多，鋼材的銹蝕速度愈益加速。第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2防止鋼材銹蝕的措施鋼結(jié)構(gòu)防止銹蝕的方法通常是采用表面刷漆。常用底漆有紅丹、環(huán)氧富鋅漆、鐵紅環(huán)氧底漆等。面漆有調(diào)和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁鋼材可采用熱浸鍍鋅等措施?；炷僚浣畹姆冷P措施，根據(jù)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和所處環(huán)境條件等，主要是保證混凝土的密實(shí)、保證足夠的保護(hù)層厚度、限制氯鹽外加劑的摻加量和保證混凝土一定的堿度等，還可摻用阻銹劑。鋼材的組織及化學(xué)成分是引起鋼材銹蝕的內(nèi)因。通過調(diào)整鋼的基本組織或加入某些合金元素，可有效地提高鋼材的抗腐蝕能力。例如，煉鋼時(shí)在鋼中加入鉻、鎳等合金元素，可制得不銹鋼。第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一例2-1從一批鋼筋中抽樣，并截取兩根鋼筋做拉伸試驗(yàn)，測得如下結(jié)果：屈服下限荷載分別為42.4、42.8kN;抗拉極限荷載分別為62.0kN、63.4kN，鋼筋公稱直徑為12ｍｍ，標(biāo)距為60ｍｍ，拉斷時(shí)長度分別為70.6和71.4mm,評定其級別？說明其利用率及使用中安全可靠程度如何？解：1. 鋼筋試樣屈服點(diǎn)為：鋼筋試樣抗拉強(qiáng)度為：σb=(548+561)÷2=555N/mm2第60頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一鋼筋試樣伸長率為：δ=(17.7+19.0)÷2=18.4%查表2-2知σs1、σs2均大于335N/mm2, σb1、σb2均大于490N/mm2, 鋼筋試樣伸長率均大于16%故該鋼筋為II級鋼。2.該鋼筋的屈強(qiáng)比為： σs/σb=385/555=0.69該II級鋼筋的屈強(qiáng)比在0.65~0.75范圍內(nèi)，表明其利用率較高，使用中安全可靠度較好。第61頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一例2-2