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第八章.建筑钢材本讲稿第一页，共十二页三.钢的分类 碳素钢 低碳钢、中碳钢、高碳钢 按化学成分 合金钢 低合金钢、中合金钢、高合金钢 沸腾钢 F 分类 按脱氧程度 半镇静钢 b 镇静钢Z 按有害杂质 普通钢、优质钢、高级优质钢等 按用途 结构钢、工具钢、特殊钢等 定义脱氧不彻底(充分)，钢水浇入锭模时,会有大量的CO气 沸腾钢 F 体从钢水中溢出,引起钢水呈沸腾状,故名沸腾钢.特性组织不够致密，成分不太均匀，S、P等杂质偏析较严 重，冲击韧性和可焊性差。但成本低、产量高。镇静钢Z 定义脱氧彻底(充分)，钢水浇入锭模时,平静的冷却凝固 特性钢质均匀密实，品质好，可用于冲击荷载的重要 结构但成本高。半镇静钢 b 介于二者之间本讲稿第二页，共十二页第二节.钢材的技术性能 强度 一.力学性能 塑性 (机械性能)冲击韧性 钢材性能 硬度 冷弯性能 二.工艺性能 焊接性能（可焊性）冷加工及热处理 b b 0.2 s 软钢 硬钢 -曲线 -曲线 0 0 本讲稿第三页，共十二页一.力学性能(一).强度 屈服强度(屈服点)s 结构设计中,钢材强度取值依据1.软钢 抗拉强度 b 钢材强度极限值 屈强比 s/b 能反映钢材安全可靠程度及利用率 s/小钢材利用率低，但钢材安全可靠程度高；s/大，则相反。2.硬钢 条件(名义)屈服点0.2 产生0.2%残余(永久、塑性)变形时应力 抗拉强度 b(二).塑性 d 1.指标 伸长率 =(l1 1-l0 0)/l0 0 100%标距长度l0 0 2.5、10表示 l0 0=5d、10d 时的伸长率 5 与 10之间的关系为5(、=)10(三).冲击韧性 钢材抵抗冲击荷载的能力 l1 1 指标冲击韧性 ak(四).硬度钢材表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力 指标布氏硬度 HB本讲稿第四页，共十二页 二.工艺性能(一).冷弯性能 1.定义钢材在常温下承受弯曲变形的能力 2.指标弯曲角度()，弯心直径(d=na)a 3.合格标志弯曲处无裂纹、断裂及起层现象 4.冷弯性能与伸长率一样，也是反映钢材在 静荷载作用下的塑性性能 但但：伸长率反映钢材在均匀变形下的塑性性能 冷弯性能反映钢材在不利变形条件下的塑性性能 5.冷弯性能的作用揭露钢材内在缺陷，评定塑性好坏，评定焊接接头质量(二).焊接性能(可焊性）1.定义钢材在一定焊接工艺条件下，在焊接及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬 倾向，焊接后焊缝处性质应尽可能与母材相同。2.焊接方法钢结构焊接用的电弧焊；钢筋连接用的电渣压力焊 3.焊接质量的检验方法取样试件试验、原位非破损检验两类d本讲稿第五页，共十二页(三).冷加工处理1.冷加工强化 定义定义钢材在常温下进行冷拉、冷 拔和冷轧，使其产生塑性变形，从而提高屈服强度的过程。作用作用s明显提高，b不变；而塑 性、韧性及弹性模量明显降低。2.(冷加工)时效处理(强化)定义定义 将经过冷加工的钢筋，于常 温下存放1520d(自然时效)；或加热到100200并保持一定时间(人工时 效)，此过程称为时效处理(强化)。作用作用s进一步提高,b略有提高；而塑性、韧性进一步降低；弹性模量得以恢复3.冷加工与时效处理的目的 提高钢筋的屈服强度，节约钢材(四).热处理1.定义将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和显微结 构组织，获得需要性能的一种综合工艺。2.方法退火、正火、淬火及回火等0s1b10s2s3b2本讲稿第六页，共十二页第三节.钢的组织与化学成分一.钢的晶体组织 1.钢是以铁为主的Fe C合金，其中Fe和C有以下三种结合形式 固溶体铁(Fe)中固溶着微量的碳(C)；化合物铁和碳结合成化合物Fe3C；机械混合物固溶体和化合物的混合物。2.钢的组织 以上三种形式的Fe C合金于一定条件下形成具有一定形态的聚合体 钢的基本组织及性能二.钢的化学成分 钢的化学成分对钢材性能的影响组织名称 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体含碳量(%)0.02 0.8 6.67 0.8结构特征 固溶体 固溶体 化合物 机械混合物 性能强度、硬度很低，塑性、韧性很好强度、硬度不高，塑性大抗拉强度很低，硬脆，耐磨，塑性几乎为零强度较高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体化学成分 C Si Mn S P O N H 影 响随C,强度硬度,塑性韧性 强度强度热脆性冷脆性强度 塑性韧性 备 注 有益元素 有害元素本讲稿第七页，共十二页第四节.建筑用钢材的品种一.碳素结构钢 1.牌号 依据屈服强度划分为五牌号，即Q Q195、Q Q215、Q Q235、Q Q255、Q Q275 2.质量等级 依据冲击韧性（即S、P含量）划分四级，即A、B、C、D 3.脱氧程度 F F、b、Z、TZ(特殊镇静钢)，注：Z、TZ通常省略 4.牌号表示方法：例如：Q235-BF表示屈服强度为 235 MPa 的 B 级沸腾钢 5.特性：碳素结构钢（尤其是Q Q235）既有较高的强度，又有较好的塑性和 韧性，可焊性也好，适宜于各种加工，广泛用于制作钢结构用钢、钢筋和钢板等二.优质碳素结构钢 1.牌号 共31个牌号 2.特性：对S、P含量控制更严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。屈服点代号Q Q屈服点数值/MPa质量等级脱氧程度本讲稿第八页，共十二页三.低合金高强度结构钢 1.定义 是一种在碳素结构钢基础上添加了不小于5%合金元素的钢材。2.牌号 依据屈服强度划分为五牌号，即Q Q295、Q Q345、Q Q390、Q Q420、Q Q460 3.质量等级 依据冲击韧性（即S、P含量）划分五级，即A、B、C、D、E 4.牌号表示方法：例如：Q345 D 表示屈服强度为 345 MPa 的 D 级低合金结构钢 5.特性：与碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢具有较高的强度，又有 良好的塑性、低温冲击韧性、可焊性、耐腐蚀性及冷加工性，是 一种综合性能较为理想的建筑钢材。广泛应用于钢结构和钢筋混 凝土结构中，尤其是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建 筑、桥梁工程、承受动荷载和冲击荷载的结构。四.钢材的选用原则 荷载类型 静荷载、动荷载 依据 连接方式 焊接、铆接、螺栓连接 环境温度 常温、低温（尤其是负温下：如-20、-30）屈服点代号Q Q屈服点数值/MPa质量等级本讲稿第九页，共十二页第五节.钢结构用钢材 钢结构用钢材主要是热轧成型的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢等；钢材所用母材主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢一.热轧型钢 主要有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等类型。二.冷弯薄壁型钢 主要有：结构用空心冷弯型钢、通用冷弯开口型钢等两大类。三.棒材 主要有：热轧六角钢和八角钢、热轧扁钢、热轧圆钢和方钢等三大类。四.钢管 主要有：结构用无缝管、焊接钢管等两大类。五.板材 主要有：（厚、薄）钢板、花纹钢板、建筑用压型钢板、彩色涂层钢板等 四大类。本讲稿第十页，共十二页第六节.钢筋混凝土用钢材 砼抗压强度高，但抗拉强度很低；而钢筋抗拉和抗压强度均很高；将二者复合成钢筋砼，可以充分发挥各自的特长。此外砼的碱性环境保护钢筋不锈蚀。一.热轧钢筋 热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，其外形分光圆和带肋两种。热轧钢筋等级、性能和用途 注：H(热轧)、P(光圆)、R(带肋)、B(钢筋)二.冷轧带肋钢筋 定义定义采用普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条，经冷轧或冷拔减径后在其表 面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。牌号牌号按抗拉强度最小值分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170 五个牌号。C、R、B分别代表冷轧、带肋、钢筋。钢筋级别强度等级代号 外 形钢 种分级依据 用 途 HPB235 光 圆低碳钢 s b 冷弯非预应力筋 HRB335带肋月牙肋低碳低合金钢非预应力筋 预应力筋 HRB400 HRB500等高肋中碳低合金钢 预应力筋本讲稿第十一页，共十二页三.预应力砼用热处理钢筋四.预应力砼用钢丝和钢绞线五.钢筋的选用 普通受力钢筋宜采用HB235、HRB335、HRB400级热轧钢筋和CRB550级冷轧带肋钢筋。预应力钢筋宜采用预应力混凝土用钢丝、钢绞线和热处理钢筋。六.例题 直径为16mm的热轧钢筋，取样作拉伸实验，达到屈服点的荷载为72.2KN，拉断时的荷载为104.5KN，试件标距长度为80mm，拉断后的标距长度为94.4mm。问：该钢筋属哪级？该钢筋的屈强比是多少？解：由题知，A=82 s=F/A=72.2103/82=359.1 Mpa b=F/A=104.5103/82=519.74 Mpa =(l1 1-l0 0)/l0 0 100%=(94.4-80)/80 100%=18%查表知该钢筋属热轧级钢筋（即HRB335）屈强比s/b=359.1/519.74=0.69 本讲稿第十二页，共十二页