土木工程材料-第八章-金屬材料

土木工程材料--第八章-金屬材料第一頁，共125頁。22010第八章金屬材料主要內容

概述基本概念鋼材的特點

第一節(jié)鋼材的生產、組成與結構第二節(jié)建筑鋼材的性質第三節(jié)建筑鋼材的主要品種第四節(jié)建筑鋼材的應用

鋼結構用鋼混凝土結構用鋼碳素結構鋼低合金結構鋼第二頁，共125頁。32010第八章金屬材料熟練掌握建筑鋼材的基本性質掌握土木工程中常用建筑鋼材及其選用了解鋼材的生產、組成和結構本章要求第三頁，共125頁。42010第八章金屬材料概述——基本概念生鐵：鐵礦石冶煉而成，用來煉鋼和制造鑄件鋼：生鐵在煉鋼爐中冶煉——雜質氧化、含碳量降到2.06%以下、其它元素調整到規(guī)范范圍，即得到鋼（包括鋼錠、鋼坯、鋼鑄件等）

鋼與生鐵的區(qū)別——含碳量生鐵：含碳量大于2.06％的鐵碳合金鋼：

含碳量小于2.06％的鐵碳合金第四頁，共125頁。52010第八章金屬材料鋼材——鋼錠、鋼坯等通過壓力加工制成所需要的各種形狀、尺寸和性能的材料。建筑鋼材——建筑工程中使用的各種鋼材，包括用于鋼結構的各種型鋼、鋼板、鋼管；用于鋼筋混凝土結構的各種鋼筋、鋼絲；建筑裝飾用鋼材。概述——基本概念第五頁，共125頁。62010第八章金屬材料優(yōu)點：材質均勻，性能可靠，強度高，具有一定的塑性和韌性，具有承受沖擊和振動荷載的能力，可焊接、鉚接或螺栓連接，便于裝配，加工性強缺點：耐久性差，易銹蝕，維修費用大，耐火性差概述——鋼材的特點第六頁，共125頁。72010第八章金屬材料第一節(jié)鋼材的生產、組成與結構一、鋼材的生產二、鋼材的分類三、鋼材的組成

四、鋼材的結構第七頁，共125頁。82010第八章金屬材料一、鋼材的生產冶煉鑄錠壓力加工

降C到預定范圍除雜質到允許范圍廢鋼、生鐵鋼錠/坯各種鋼材氣泡閉合缺陷消除

氧化鐵殘留在鋼水中，降低鋼材質量脫氧處理

氧化過程電爐鋼平爐鋼轉爐鋼半鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度

化學偏析熱加工

冷加工偏析、縮孔、氣泡組織不致密等缺陷第八頁，共125頁。轉爐鋼以熔融的鐵水為原料，不需燃料。吹入空氣或純氧，通過氧化作用除去鐵水中的雜質?；瘜W成分難以精確控制，雜質含量較高，質量差；但成本低。第九頁，共125頁。

以固體或液體生鐵、鐵礦或廢鋼為原料，用煤油或重油作燃料，雜質靠鐵礦石、廢鋼中的氧或吹入的氧起氧化作用而除去。治煉時間長(4-12h)，清除雜質較徹底，化學成分可以精確控制，故含雜質少，鋼材質量好，成本較轉爐鋼高。平爐鋼第十頁，共125頁。

熱源是高壓電弧，熔煉溫度高，且溫度可自由調節(jié)，清除雜質容易，因此，電爐鋼的質量最好。

電爐鋼第十一頁，共125頁。122010第八章金屬材料化學偏析鑄錠冷卻過程中，由于鋼內某些元素在鐵的液相中溶解度高于固相，使這些元素向凝固較遲的鋼錠中心集中，導致化學成分在鋼錠截面上分布不均勻的現(xiàn)象稱為化學偏析（以硫、磷偏析最為嚴重）。

對鋼的質量有很大的影響第十二頁，共125頁。沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼脫氧劑弱脫氧劑錳鐵必要數(shù)量的硅、錳和鋁脫氧程度不充分充分注錠效果FeO+C=CO狀似水沸鋼水平靜地凝固品質組織不夠致密氣泡含量較多化學偏析較大質量較差組織致密化學成分均勻性能穩(wěn)定質量較好產率/成本高/低低/高適用范圍一般建筑結構承受振動沖擊荷載重要的焊接鋼結構第十三頁，共125頁。142010第八章金屬材料壓力加工熱加工：將鋼錠加熱至一定溫度使其呈塑性狀態(tài)，施加壓力改變鋼錠的形狀——不僅獲得了要求的形狀，同時克服了許多缺陷，提高了鋼的強度和質量，一般加工次數(shù)越多，強度提高越大。冷加工：在常溫下進行的壓力加工。例如冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等。一定范圍內，冷加工變形程度越大，屈服強度提高越多，塑性和韌性降低越多。第十四頁，共125頁。問題：鋼材的脫氧程度對鋼材質量的影響？

答：脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的FeO，在鋼材鑄錠時，碳與FeO反應生成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、強度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和時效敏感性增大等。

脫氧程度排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼

鋼材性能與質量排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼第十五頁，共125頁。162010第八章金屬材料二、鋼材的分類化學成分生產方法用途質量等級第十六頁，共125頁。172010第八章金屬材料GB/T13304.1-2008鋼分類第1部分按化學成分分類

碳素鋼

合金鋼低碳鋼（C%<0.25%）中碳鋼（C%=0.25%～0.60%）高碳鋼（C%>0.6%）按化學成分分類——占鋼總產量的70%

元素種類：錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、硅錳鋼等低合金鋼（合金元素總量<5%）中合金鋼（合金元素總量=5～10%）高合金鋼（合金元素總量>10%）第十七頁，共125頁。182010第八章金屬材料鋼結構用鋼型鋼鋼板鋼管按用途分類——鋼筋鋼絲鋼絞線

鋼砼結構用鋼建筑裝飾用鋼不銹鋼及其制品彩色涂層/壓型鋼板輕鋼龍骨

第十八頁，共125頁。192010第八章金屬材料按質量等級分類——GB/T13304.2-2008鋼分類第2部分

按主要質量等級和主要性能或使用特性的分類

合金鋼優(yōu)質合金鋼特殊質量合金鋼低合金鋼普通質量非/低合金鋼優(yōu)質非/低合金鋼特殊質量非/低合金鋼非合金鋼第十九頁，共125頁。202010第八章金屬材料三、鋼材的組成910℃以下，體心立方結構，α鐵910~1400℃，面心立方結構，γ鐵1400~1534℃，體心立方結構，δ鐵第二十頁，共125頁。2元素

3結合方式4基本組織固溶體化合物機械混合物Fe+C鐵素體

C+αFe奧氏體

C+γFe滲碳體

Fe3C

珠光體

第二十一頁，共125頁。名稱組織成分含碳量%性質鐵素體α-鐵固溶少量的碳＜0.04接近于純鐵，質軟，延展性好，塑性、韌性大強度、硬度低（HB=80）奧氏體γ-鐵固溶碳＜2.06強度和硬度低，塑性大高溫延性好，適于加工滲碳體化合物Fe3C6.67硬而脆（HB=600）無延性，抗拉強度低碳鋼中的主要強化組分珠光體鐵素體和滲碳體的機械混合物層狀結構＜0.8亞共析鋼硬度較高（HB=200）塑性較好抗拉強度高0.8共析鋼＞0.8過共析鋼亞共析鋼

鐵為溶劑碳為溶質珠光體+鐵素體珠光體珠光體+滲碳體第二十二頁，共125頁。αk—沖擊韌性σb—抗拉強度HB—硬度δ—伸長率ψ—斷面收縮率第二十三頁，共125頁。242010第八章金屬材料化學元素對鋼材性能的影響合金元素：改善性能

硅Si錳Mn鈦Ti釩V鈮Nb雜質元素：劣化性能

OSPN第二十四頁，共125頁?；瘜W元素強度硬度塑性韌性可焊性其他碳C<1%↑↑↑↓↓↓冷脆性↑硅Si>1%↑Si<1%↑↑↓↓↓↓↓冷脆性↑錳Mn↑↑↑↑脫氧、硫劑鈦Ti↑↑↑↓↑強脫氧劑釩V↑↑時效↓鈮Nb↑↑↑↑時效↓磷P↑↑↓↓↓↓↓↓偏析冷脆↑↑氮N↑↑↓↓↓↓冷脆性↑硫S↑↓↓偏析↑氧O↑↓↓時效↑主加合金元素低合金鋼中常用合金元素第二十五頁，共125頁。262010第八章金屬材料四、鋼材的結構

晶體結構3個特征——晶體結合——金屬鍵晶體構造——多晶體晶體缺陷——點

線面

體強度高、塑性好各向同性σ實＜＜σ理

第二十六頁，共125頁。272010第八章金屬材料第二節(jié)建筑鋼材的性質力學性質工藝性質冷彎、可焊性熱處理冷加工、時效拉伸性質彈性、塑性、硬度沖擊韌性、冷脆性耐久性銹蝕耐熱、耐酸、耐堿第二十七頁，共125頁。282010第八章金屬材料鋼筋自受力直至拉斷過程分為4個階段——

力學性質1——拉伸性質彈性階段屈服階段強化階段頸縮階段第二十八頁，共125頁。292010第八章金屬材料屈強比屈服強度抗拉強度疲勞強度鋼筋拉伸性能的主要檢驗指標——承受反復荷載的結構鋼材要考慮結構設計時強度取值的依據(jù)

鋼材承受最大拉應力結構可靠性/鋼材強度的有效利用率合理值=0.6～0.75第二十九頁，共125頁。上屈服強度ReH：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應力。下屈服強度ReL：在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最低應力。屈服強度：當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點，應區(qū)分上屈服強度和下屈服強度。第三十頁，共125頁?？估瓘姸萊m：與強化階段最高點C相對應的應力是鋼筋的極限強度，稱為（極限）抗拉強度。第三十一頁，共125頁。

——在一定條件下，鋼材疲勞破壞的應力值隨應力循環(huán)次數(shù)的增加而降低。疲勞破壞：受交變荷載反復作用，鋼材在應力低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象。典型的低碳鋼疲勞曲線

第三十二頁，共125頁。332010第八章金屬材料鋼材疲勞破壞的原因：一般由拉應力引起，首先在局部開始形成細小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應力集中而使其逐漸擴大，直至突然發(fā)生瞬時疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災難性的事故。疲勞強度：試件在交變應力作用下，不發(fā)生疲勞破壞的最大主應力值，一般把鋼材承受交變荷載200～400萬次時不發(fā)生破壞的最大應力作為疲勞強度（疲勞極限）。

疲勞破壞第三十三頁，共125頁。疲勞斷裂的宏觀斷口

疲勞源區(qū)：白亮圓斑所包圍的眼狀小塊擴展區(qū)：白色、平滑斷口，有貝殼花樣弧線，放射狀終斷區(qū)：與一般快速斷裂一樣第三十四頁，共125頁。352010第八章金屬材料鋼材的疲勞強度與很多因素有關，如鋼材的內部組織結構、荷載的性質、構件的形狀和表面狀態(tài)、成分偏析和內部的各種缺陷等。一般來說，鋼材抗拉強度高，其疲勞強度也高。而鋼材表面的加工印痕、焊接接頭的卷邊和表面微小腐蝕缺陷，都可使疲勞極限顯著降低。由于疲勞設計中存在著大量不確定因素，因而選用材料的安全系數(shù)K較高（鋼材的K≥2）。

疲勞破壞第三十五頁，共125頁。36第八章金屬材料韓國漢城大橋倒塌

連接漢江南北兩岸的圣水大橋由韓國最大建筑公司之一東亞建設產業(yè)公司于1979建成。1994年10月21日早晨7點40分左右，圣水大橋已是一片車水馬龍。因天氣陰沉，大多數(shù)車輛正開著車燈，以時速40公里的速度行駛。突然，一聲巨響，一塊長達48米的橋板從大橋中段塌入江中，正在橋上行駛的汽車隨之墜入20多米高的橋下。造成死亡32人、重傷17人。第三十六頁，共125頁。東亞建筑公司在施工中偷工減料，利用疲勞性能很差的劣質鋼材。漢城市政當局在交通管理上疏漏也是大橋倒塌的主要原因。設計負載限制為32t，建成后交通流量逐年增加，倒塌時負載為43.2t，超常負荷，鋼梁螺栓及桿件疲勞破壞所致。

經五個多月的各種試驗和研究，總結事故原因如下：第三十七頁，共125頁。382010第八章金屬材料北海油田平臺傾覆1980年3月27日，北海Ekofisk油田的AlexanderLKielland號平臺突然從水下深部傳來一次震動，緊接著一聲巨響，平臺立即傾斜，短時間內翻于海中，致使122人喪生，造成巨大的經濟損失。事故原因：撐竿支座疲勞裂紋萌生、擴展，導致?lián)胃脱杆贁嗔?。由于撐竿斷裂，使相?個支桿過載而破壞，接著所支撐的承重腳柱破壞，使平臺20分鐘內全部傾覆。第三十八頁，共125頁。392010第八章金屬材料力學性質2——彈性、塑性、硬度彈性：鋼材在彈性階段，應力和應變成正比，具有彈性。彈性模量：彈性階段應力和應變的比值稱為，即E=σ/ε=tgα（MPa）。一定應力下，E越大，材料產生的彈性變形越小。因此，彈性模量反映了鋼材構件的剛度，是鋼材在受力條件下計算結構變形的重要指標。第三十九頁，共125頁。塑性：伸長率δ或斷面收縮率指標ψ來表示。伸長率是指試件拉斷后，標距長度的增量與原始標距長度之比（%）斷面收縮率：是指試件拉斷后，頸縮處橫截面積的減縮量占原橫截面積的百分率（%）因測量方便，一般常用伸長率表征鋼材的塑性：δ越大，說明鋼材的塑性越好。伸長率與原始標距有關，對于同種鋼材δ5>δ10。

第四十頁，共125頁。硬度：是指在表面局部體積內，抵抗其他較硬物體壓入產生塑性變形的能力。硬度通常與抗拉強度有一定關系。根據(jù)測定方法不同，常用的鋼材硬度有：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

布氏硬度是用一定直徑D的硬質鋼球，在規(guī)定荷載F作用下壓入試件表面，并持續(xù)一定時間后卸載，量出壓痕直徑d，然后計算每單位壓痕球面積所受的荷載值，即布氏硬度值（HB）。第四十一頁，共125頁。422010第八章金屬材料力學性質3——沖擊韌性、冷脆性沖擊韌性：鋼材抵抗沖擊荷載而不破壞的能力。

規(guī)范規(guī)定：有刻槽的標準試件，在沖擊試驗的擺錘沖擊下，以破壞后缺口處單位面積上所消耗的功來表示沖擊韌性，符號ak，單位J/cm2。重擺所作功缺口處最小橫截面積第四十二頁，共125頁。432010第八章金屬材料化學成分、組織結構、生產質量：鋼中P、S含量較高，存在偏析，非金屬夾雜物和焊接中的微裂紋，都會使沖擊韌性顯著降低。溫度：冷脆性時間：時效性質（工藝性質）影響沖擊韌性的因素——第四十三頁，共125頁。脆性斷裂韌性斷裂akJ/cm2

T，℃冷脆性：常溫下，隨溫度的下降，沖擊韌性降低很小，此時破壞的鋼件斷口呈韌性斷裂狀。當溫度降至某一溫度范圍時，ak突然發(fā)生明顯下降，鋼材開始呈脆性斷裂。發(fā)生冷脆性時的溫度稱為脆性臨界溫度（范圍）第四十四頁，共125頁。問題：

鋼材的伸長率與鋼材中的含碳量有何關系？

答：伸長率反映鋼材的塑性，伸長率越大，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。第四十五頁，共125頁。問題：

什么是屈強比，對選用鋼材有何意義？

答：屈服強度與極限強度是衡量鋼材強度的兩個重要指標，二者之比稱為屈強比s/b。

在應用中，s/b愈小，則反映鋼材的可靠性愈大，結構的安全性愈高。但這個比值過小，則鋼材的利用率低，不夠經濟；若屈強比較大，雖然鋼材的利用率較大，但強度的儲備過小，脆斷傾向較大，不夠安全。因此，屈強比最好在0.60~0.75，既安全又經濟。第四十六頁，共125頁。472010第八章金屬材料冷彎性質：常溫條件下，鋼材承受彎曲變形的能力檢驗：試件經規(guī)定的彎曲程度后，檢查彎曲處外面及側面有無裂紋、起層、鱗落和斷裂等情況，進行評定。工藝性質1——冷彎第四十七頁，共125頁。482010第八章金屬材料一般用彎曲角度α以及彎心直徑d和對應鋼材的厚度或直徑a的比值來表示。彎曲角度越大，d和a的比值越小，表明冷彎性能越好。工藝性質1——冷彎第四十八頁，共125頁。492010第八章金屬材料檢驗鋼材塑性的方法：冷彎、伸長率伸長率大的鋼材，其冷彎性能必然好冷彎試驗對鋼材塑性的評定比拉伸試驗更嚴格、更敏感冷彎有助于暴露鋼材的某些缺陷，如鋼材內部的氣孔、雜質、裂紋和嚴重偏析等。冷彎是評定焊接質量的重要指標之一，可以發(fā)現(xiàn)焊接時的局部脆性及焊接接頭質量缺陷。工藝性質1——冷彎第四十九頁，共125頁。502010第八章金屬材料焊接是鋼結構的主要連接形式之一?？珊感裕涸谝欢ê附庸に嚄l件下，在焊縫及附近過熱區(qū)不產生裂紋及硬脆傾向，焊接后的力學性能，特別是強度不得低于原鋼材的性質。主要受化學元素及其含量的影響——

工藝性質2——可焊性含碳量高將增加焊接的硬脆性，含碳量小于0.25%的碳素鋼具有良好的可焊性。加入合金元素如硅、錳、釩、鈦等，也將增大焊接的硬脆性，降低可焊性。硫能使焊接產生熱裂紋及硬脆性。第五十頁，共125頁。512010第八章金屬材料冷加工：鋼材在常溫下進行的機械加工叫冷加工（或冷加工強化、冷作強化）。冷加工強化：鋼材冷加工產生塑性變形時，強度和硬度提高，但塑性、韌性及彈性模量降低的現(xiàn)象即冷加工強化。一定范圍內，冷加工變形程度越大，屈服強度↑、塑性↓、韌性↓、彈性模量↓就越多。工藝性質3——冷加工（強化）第五十一頁，共125頁。522010第八章金屬材料冷拉：在常溫下將鋼材拉至應力超過屈服點，但遠小于抗拉強度時即卸荷。冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、刻痕等當試件冷拉至超過屈服強度的任意一個K點時卸荷載，此時由于試件已產生塑性變形，曲線沿KO'下降，KO'大致與BO平行。如果立即重新拉伸，則新的屈服點將提高至K點，以后的曲線將與原來曲線KCD相似。

鋼筋冷拉強化

冷拉后，鋼筋屈服強度提高20%～30%，同時增加鋼筋長度（4%～10%）。因此，冷拉也是節(jié)約鋼材的一種措施（一般10%～20%）。第五十二頁，共125頁。532010第八章金屬材料冷拔作用比純拉伸的作用強烈，鋼筋不僅受拉，而且同時受到擠壓作用。冷拔鋼絲的屈服點可提高40％～60％。冷拔：將6～8mm的光圓鋼筋，通過一鎢合金拔絲?？锥粡娏?，使其徑向擠壓縮小而縱向伸長。第五十三頁，共125頁。542010第八章金屬材料金屬材料的強化途徑——一是提高金屬的原子間結合力，提高其理論強度，并制得無缺陷的完整晶體。另一強化途徑是向晶體內引入大量晶體缺陷，如位錯、點缺陷、異類原子、晶界、高度彌散的質點或不均勻性（如偏聚）等，這些缺陷阻礙位錯運動，也會明顯地提高金屬強度。事實證明，這是提高金屬強度最有效的途徑。

第五十四頁，共125頁。552010第八章金屬材料鋼材冷加工至塑性變形后，由于塑性變形區(qū)域內的晶粒產生相對滑移，致使滑移面處的晶粒破碎，晶格歪扭，畸變加劇，從而對繼續(xù)滑移造成阻力，要使它重新產生滑移就必須增加外力，即屈服強度有所提高。冷加工硬化（強化）機理——第五十五頁，共125頁。562010第八章金屬材料由于減少了可以利用的滑移面，故塑性降低。塑性變形時，外力所作的功除了轉化為熱量之外，還有一小部分被保留在金屬內部，表現(xiàn)為殘余應力。這種內應力使鋼材彈性模量降低。冷加工硬化（強化）機理——第五十六頁，共125頁。572010第八章金屬材料時效：鋼材隨時間的延長，強度、硬度提高，而塑性、沖擊韌性下降的現(xiàn)象叫時效。自然時效——鋼材在自然條件下時效的過程，非常緩慢。人工時效——鋼材經冷加工后，在常溫下擱置15～20天或加熱至100～200℃保持2h以內，鋼的屈服強度、抗拉強度及硬度都進一步提高，而塑性、韌性繼續(xù)降低。一般強度較低的鋼材采用自然時效，而強度較高的鋼材采用人工時效。工藝性質4——時效（強化）第五十七頁，共125頁。582010第八章金屬材料第五十八頁，共125頁。592010第八章金屬材料溶于α-Fe晶格中的氮和氧等原子，以Fe4N與FeO的形式析出并向缺陷處移動和聚集。隨時間的增長，向晶格缺陷處移動和集中的速度加快，從而造成晶格缺陷處氮、氮原子富集，晶格畸變加劇，可進一步阻礙晶粒滑移，使強度進一步提高，塑性和韌性繼續(xù)下降。但由于時效過程中內應力消減，故彈性模量可基本恢復。

鋼材產生時效強化的原因——第五十九頁，共125頁。602010第八章金屬材料時效敏感性

——因時效而導致鋼材性能改變的程度。時效敏感性大的鋼材，經時效后，其沖擊韌性、塑性改變較大。承受振動、沖擊荷載作用的重要性結構（如吊車梁、橋梁等），應選用時效敏感性小的鋼材。

工藝性質4——時效（強化）第六十頁，共125頁。612010第八章金屬材料耐久性——銹蝕

銹蝕：鋼材表面與周圍介質發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）。化學銹蝕電化學銹蝕應力銹蝕第六十一頁，共125頁。622010第八章金屬材料化學銹蝕：指鋼材與周圍的介質（如氧氣、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接發(fā)生化學作用，生成疏松的氧化物而引起的銹蝕。電化學銹蝕：鋼材由不同的晶體組織構成，并含有雜質，由于這些成分的電極電位不同，當有電解質溶液（如水）存在時，就會在鋼材表面形成許多微小的局部原電池。引起的銹蝕稱為電化學銹蝕。鋼材在大氣中的銹蝕，實際上是化學銹蝕和電化學銹蝕共同作用所致，但以電化學銹蝕為主。耐久性——銹蝕

第六十二頁，共125頁。632010第八章金屬材料原則——改變鋼材本身的易腐蝕性隔離環(huán)境中的侵蝕性介質改變鋼材表面的電化學過程如何防止鋼材銹蝕？

第六十三頁，共125頁。642010第八章金屬材料鋼結構防銹——采用耐候鋼耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護層，起到耐腐蝕作用，同時保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強度級別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術指標也相近，但其耐腐蝕能力卻高出數(shù)倍。耐候鋼的牌號、化學成分、力學性能和工藝性能參見GB4172《焊接結構用耐候鋼》和GB4171《高耐候性結構鋼》。第六十四頁，共125頁。652010第八章金屬材料鋼結構防銹——金屬/非金屬覆蓋在鋼材表面用非金屬材料作為保護膜，與環(huán)境介質隔離。如噴涂涂料、鍍金屬、搪瓷和塑料等。涂層的作用主要是物理阻隔作用。但是有兩種原因會導致金屬腐蝕。一是涂層本身存在缺陷，有針孔的存在；二是在施工和運行過程中不可避免涂層會破壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷的存在導致大陰極小陽極的現(xiàn)象，使得涂層破損處腐蝕加速。

第六十五頁，共125頁。662010第八章金屬材料鋼結構防銹——電化防腐陽極保護在某些電解質溶液中，將可鈍化的被保護金屬作為陽極，施加外部電流進行陽極極化到某一電位范圍，使之生成鈍化膜以減少或防止金屬腐蝕。陽極保護是施加陽極極化電流使金屬致鈍，適用于在介質中有自鈍化傾向的金屬保護。陰極保護通過降低腐蝕電位獲得防蝕效果的電化學保護方法。包括犧牲陽極陰極保護和強制電流（外加電流）陰極保護。第六十六頁，共125頁。672010第八章金屬材料鋼結構防銹——電化防腐犧牲陽極陰極保護：將還原性較強的、比鐵活潑的金屬（如鋅、鎂）作為保護極，與被保護金屬相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為陽極發(fā)生氧化反應而消耗，被保護的金屬作為陰極就可以避免腐蝕。強制電流陰極保護：把要保護的鋼鐵作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽極，外加直流電源。通電后，大量電子被強制流向被保護的鋼鐵，使鋼鐵表面產生負電荷（電子）的積累，只要外加足夠強的電壓，金屬腐蝕而產生的原電池電流就不能被輸送，防止鋼鐵腐蝕。第六十七頁，共125頁。682010第八章金屬材料保證砼密實度以及鋼筋外側砼保護層厚度在CO2濃度高的工業(yè)區(qū)采用PⅠ、PⅡ或P.O限制含氯鹽外加劑摻量并使用砼用鋼筋防銹劑預應力砼應禁止使用含氯鹽的骨料和外加劑鋼筋涂覆環(huán)氧樹脂或鍍鋅嚴格控制鋼材質量混凝土結構中鋼筋的防銹碳化氯離子侵蝕第六十八頁，共125頁。692010第八章金屬材料俄羅斯游泳館頂棚坍塌事件

2005.12.4俄羅斯“海豚”游泳館頂棚坍塌，造成包括10名兒童在內的14人遇難，另有11人受傷。第六十九頁，共125頁。702010第八章金屬材料俄羅斯游泳館頂棚坍塌事件

頂棚金屬框架因銹蝕嚴重而斷裂是導致事故發(fā)生的最主要原因。

游泳館內90％的相對濕度和40攝氏度的高溫環(huán)境容易導致金屬建材被銹蝕，鋼筋混凝土墻體也易遭到破壞。第七十頁，共125頁。712010第八章金屬材料第三節(jié)建筑鋼材的主要品種碳素結構鋼（屬非合金鋼）低合金結構鋼第七十一頁，共125頁。722010第八章金屬材料一、碳素結構鋼碳素結構鋼的牌號及其表示方法：由代表屈服強度的字母“Q”、屈服強度數(shù)值、質量等級符號、脫氧方法四部分按順序組成。屈服強度數(shù)值：195、215、235、275MPa質量等級：A、B、C、D（由低到高）脫氧方法：以F表示沸騰鋼、Z和TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號中予以省略。

Q235AF表示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼《碳素結構鋼》GB/T700--2006第七十二頁，共125頁。不同等級鋼的化學成分第七十三頁，共125頁。碳素結構鋼的力學性能第七十四頁，共125頁。碳素結構鋼的冷彎性能B：試樣寬度a：試樣厚度或直徑第七十五頁，共125頁。762010第八章金屬材料Q195—強度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好，主要用于軋制薄板和盤條等。Q215—與Q195鋼基本相同，其強度稍高，大量用做管坯、螺栓等。Q235—強度適中，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，是應用最廣泛的鋼種

，大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板等。Q275—強度、硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差，不宜在建筑結構中使用，主要用于制造軸類、農具、耐磨零件和墊板等。

碳素結構鋼的選用

第七十六頁，共125頁。772010第八章金屬材料

沸騰鋼質量較差、時效敏感性大、鋼材性能不夠穩(wěn)定，僅用于一般結構工程使用。在動荷載、焊接結構或嚴寒低溫條件下工作時，往往限制沸騰鋼的使用——直接承受動荷載的焊接結構非焊接結構而計算溫度≤-20℃時受靜荷載及間接動荷載作用，而計算溫度≤

-30℃時的焊接結構

碳素結構鋼的選用

第七十七頁，共125頁。782010第八章金屬材料在普通碳素結構鋼基礎上加入總量小于5%合金元素的鋼材。低合金高強度結構鋼的牌號表示方法——

字母“Q”+屈服強度+質量等級根據(jù)屈服強度劃分成八個等級：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690質量分為五個等級：A、B、C、D、E，依次提高例如：Q345D二、低合金結構鋼《低合金高強度結構鋼》GB/T1591--2008第七十八頁，共125頁。792010第八章金屬材料合金元素加入鋼以后，與鐵和碳共同作用，改變了鋼材的組織、性能。在含碳量相近的情況下，提高了鋼材的屈服強度，同時使鋼材具有良好的塑性、沖擊韌性、可焊性及耐低溫、耐蝕性等，延長了使用壽命。在相同使用條件下，采用低合金高強度結構鋼可比碳素結構鋼節(jié)省用鋼量約20%～30%，減輕了結構自重。

低合金高強度結構鋼的性能第七十九頁，共125頁。802010第八章金屬材料低合金高強度結構鋼廣泛應用于鋼結構和鋼筋混凝土結構。尤其是大型結構、重型結構、大跨度結構、高層建筑、橋梁工程、承受動力荷載和沖擊荷載的結構，采用高強度的低合金結構鋼，技術經濟效果更顯著。

低合金高強度結構鋼的應用第八十頁，共125頁。812010第八章金屬材料

主要性能指標——力學性能拉伸試驗（屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率）沖擊試驗（沖擊吸收能量）工藝性能（彎曲試驗）

低合金高強度結構鋼的性能第八十一頁，共125頁。低合金高強度結構鋼的化學成分第八十二頁，共125頁。低合金高強度結構鋼的力學性能第八十三頁，共125頁。842010第八章金屬材料低合金高強度結構鋼的工藝性能第八十四頁，共125頁。852010第八章金屬材料一、鋼結構用鋼

二、混凝土結構用鋼第四節(jié)建筑鋼材的主要應用第八十五頁，共125頁。862010第八章金屬材料一、鋼結構用鋼型鋼（熱軋或冷成型）鋼板（熱軋或冷軋）鋼管第八十六頁，共125頁。第八十七頁，共125頁。第八十八頁，共125頁。892010第八章金屬材料（一）型鋼鋼結構常用的型鋼有：工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、等邊角鋼、不等邊角鋼等。型鋼由于截面形式合理，材料在截面上分布對受力最為有利，且構件間連接方便，所以它是鋼結構中采用的主要品種。型鋼的規(guī)格通常以反映其斷面形狀的主要輪廓尺寸來表示。第八十九頁，共125頁。902010第八章金屬材料熱軋L型鋼（GB9946）——不等邊不等厚角鋼

第九十頁，共125頁。912010第八章金屬材料熱軋普通工字鋼工字鋼是截面為工字型、腿部內側有1:6斜度的長條鋼材。工字鋼截面尺寸均相對較高、較窄，故對截面兩個主袖的慣性矩相差較大，因此，主要用于承受橫向彎曲（腹板平面內受彎）的桿件，而不宜單獨用作軸心受壓構件或雙向彎曲的構件，應用范圍上有著很大的局限。第九十一頁，共125頁。922010第八章金屬材料H型鋼由工字鋼發(fā)展而來，與工字鋼相比，H型鋼的各個部位均以直角排布，因此在各個方向上都具有很好的抗彎能力，而且重量輕、節(jié)省鋼材，施工簡單、節(jié)約成本。常用于要求承載力大、截面穩(wěn)定性好的大型建筑（如廠房、高層建筑等）。熱軋H型鋼第九十二頁，共125頁。932010第八章金屬材料HW：高度和翼緣寬度基本相等。鋼結構中主要用于柱，在鋼砼框架結構中作為鋼芯柱（勁性鋼柱）HM：高度和翼緣寬度比例大致為1.33~1.75。主要在鋼結構中用做鋼框架柱，在承受動力荷載的框架結構中用做框架梁。HN：高度和翼緣寬度比例大于等于2。主要用于梁。工字鋼的用途相當于HN型鋼——梁

熱軋H型鋼第九十三頁，共125頁。942010第八章金屬材料槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材。使用時翼板受力，立向放置。主要用于建筑鋼結構、車輛制造和其它工業(yè)結構，常和工字鋼配合使用。

熱軋普通槽鋼第九十四頁，共125頁。952010第八章金屬材料用鋼板或帶鋼在冷狀態(tài)下彎曲成的各種斷面形狀的成品鋼材，是制作輕型鋼結構的主要材料。與熱軋型鋼相比較，冷彎型鋼具有熱軋所不能生產的各種特薄、形狀合理而復雜的截面，較合理地利用材料強度；與普通鋼結構（即由傳統(tǒng)的工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼板制作的鋼結構）相比較，可節(jié)約鋼材30～50％左右。冷彎型鋼第九十五頁，共125頁。用冷彎薄壁型鋼做的中式別墅

第九十六頁，共125頁。972010第八章金屬材料（二）鋼板鋼板是用鋼水澆注，冷卻后壓制而成的平板狀鋼材。根據(jù)軋制溫度不同，又可分為熱軋和冷軋兩種。建筑用鋼板主要是碳素結構鋼；重型結構、大跨度橋梁、高壓容器等由采用低合金鋼鋼板。按厚度來分，鋼板分為厚板（厚度大于3mm）和薄板（厚度≤3mm）兩種。厚板可用于焊接結構；薄板可用作圍護結構，或制作壓型鋼板等。第九十七頁，共125頁。982010第八章金屬材料薄鋼板經冷壓或冷軋成波形、雙曲形、V形等形狀，稱為壓型鋼板。壓型鋼板具有單位質量輕、強度高、抗震性能好、施工快、外形美觀等特點，主要用于圍護結構、樓板、屋面等。壓型鋼板第九十八頁，共125頁。第九十九頁，共125頁。第一百頁，共125頁。1012010第八章金屬材料二、混凝土結構用鋼熱軋鋼筋冷加工鋼筋熱處理鋼筋預應力混凝土用鋼絲及鋼絞線第一百零一頁，共125頁。熱軋鋼筋是由低碳鋼和普通合金鋼在高溫狀態(tài)下壓制成型并自然冷卻的成品鋼筋。主要用于鋼筋混凝土和預應力混凝土結構的配筋，是土木建筑工程中使用量最大的鋼材品種之一。直徑6.5～9毫米的鋼筋，大多數(shù)卷成盤條；直徑10～40毫米的一般是6～12米長的直條。熱軋帶肋鋼筋、熱軋光圓鋼筋、低碳鋼熱軋圓盤條（一）熱軋鋼筋第一百零二頁，共125頁。普通熱軋帶肋鋼筋三個牌號：

HRB335HRB400HRB500（一）熱軋鋼筋1.熱軋帶肋鋼筋（GB1499.2-2007）

熱軋Hotrolled

帶肋Ribbed

鋼筋Bars屈服強度特征值

第一百零三頁，共125頁。細晶粒熱軋帶肋鋼筋三個牌號：

HRBF335HRBF400HRBF500細晶粒

Fine在熱軋過程中，通過控軋和控冷工藝形成的細晶粒鋼筋

第一百零四頁，共125頁。力學性能指標

牌號公稱直徑/mm屈服強度ReL/MPa抗拉強度Rm/MPa斷后伸長率A/%最大力總伸長率Agt/%不小于HRB335HRBF3356-2528-50335455177.5HRB400HRBF4006-2528-5040054016HRB500HRBF5006-2528-5050063015第一百零五頁，共125頁。彎曲/反向彎曲性能

彎曲180°后，鋼筋受彎曲部位表面不得產生裂紋。牌號公稱直徑d/mm彎芯直徑HRB335HRBF3356-2528-50>40-503d4d5dHRB400HRBF4006-2528-50>40-504d5d6dHRB500HRBF5006-2528-50>40-506d7d8d根據(jù)需方要求，鋼筋可進行反向彎曲性能試驗。第一百零六頁，共125頁。兩個牌號：HPB235

HPB3002.熱軋光圓鋼筋（GB1499.1-2008）熱軋、光圓、鋼筋英語首位字母

屈服強度特征值

（一）熱軋鋼筋第一百零七頁，共125頁。牌號公稱直徑6-22mm屈服強度ReL/MPa抗拉強度Rm/MPa斷后伸長率A/%最大力總伸長率Agt/%冷彎試驗180od—彎芯直徑a—鋼筋公稱直徑不小于HPB23523537025.010.0d=aHPB300300420技術要求——力學/工藝性能

第一百零八頁，共125頁。低碳鋼熱軋圓盤條是由屈服強度較低的碳素結構鋼軋制的盤條，是目前用量最大、使用最廣的線材。除大量用作建筑鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其他用途。四個牌號：Q195、Q215Q235、Q2753.低碳鋼熱軋圓盤條（GB/T701-2008）（一）熱軋鋼筋第一百零九頁，共125頁。牌號力學性能冷彎試驗180°d=彎心直徑a=試樣直徑抗拉強度RmN/mm2斷后伸長率A11.3%不小于Q19541030d=0Q21543528d=0Q23550023d=0.5aQ27554021d=1.5a技術要求——力學/工藝性能

第一百一十頁，共125頁。（二）冷加工鋼筋冷拉熱軋鋼筋冷拔低碳鋼絲冷軋帶肋鋼筋冷軋扭鋼筋第一百一十一頁，共125頁。（二）冷加工鋼筋冷拉熱軋鋼筋：屈服點提高17%～27%，材料變脆，屈服階段縮短，伸長率降低，冷拉時效后，強度略有提高。冷拔低碳鋼絲：直徑為6.6～8mm的Q235（或Q215）盤圓鋼筋冷拔制成。屈服強度可提高40%～60%，且已失去了低碳鋼的性質，變得硬脆，屬硬鋼類鋼絲。GB50204規(guī)定，冷拔鋼絲按強度分為兩級：甲級為預應力鋼絲；乙級為非預應力鋼絲，適用于作焊接網(wǎng)、焊接骨架、箍筋和構造鋼筋。第一百一十二頁，共125頁。冷軋帶肋鋼筋：熱軋盤條經多道冷軋減徑，一道壓肋，并經消除內應力后形成的一種帶有二面或三面月牙形的鋼筋。冷軋帶肋鋼筋在預應力混凝土構件中，是冷拔低碳鋼絲的更新?lián)Q代產品，在現(xiàn)澆混凝土結構中，則可代換Ⅰ級鋼筋，以節(jié)約鋼材，是同類冷加工鋼材中較好的一種。

（二）冷加工鋼筋第一百一十三頁，共125頁。

四個牌號：