土木工程材料第11章建筑钢材.pptx

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1、1教学目标教学目标 通过本章的学习，（1）了解铁和钢的概念、钢的分类、钢的冶炼加工及其对钢质量的影响；（2）掌握建筑钢材的主要技术性质（力学性质、工艺性能）及其对钢材性能的影响；（3）掌握主要建筑钢材的性质及应用；（4）了解钢的锈蚀、钢材防锈的要点。本章内容本章内容11.111.1 建筑钢材基本知识建筑钢材基本知识11.1.1 建筑钢材概述11.1.2 钢的冶炼加工及其对钢 材质量的影响11.1.3 钢的分类11.1.4 钢材的加工11.211.2建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能11.2.1 力学性能11.2.2 工艺性能11.311.3 建筑钢材的技术标准及应用建筑钢材的技术标准

2、及应用 11.3.1 碳素结构钢11.3.2 优质碳素结构钢11.3.3 低合金高强度结构钢11.4 常用建筑钢材课堂练习复习思考题第1页/共91页211.1.1 概述l定义定义：建筑钢材主要是指用于钢结构中各种型材（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。l性能及应用性能及应用：建筑钢材有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载，易于加工和装配，可以焊接或者铆接，便于装配广泛应用于建筑工程中。l缺点缺点：易锈蚀，耐火性差。11.1 11.1 建筑钢材基本知识建筑钢材基本知识第2页/共91页3第3页/共91页4第4页/共91页5第

3、5页/共91页611.1.2 钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响l冶炼原理冶炼原理：将生铁生铁在1700左右熔融，进行氧化，使碳的含量降低到一定的限度，同时把其他杂质含量降低到允许范围内。l碳素钢含碳量在0.02%2.06%，含有害杂质较少的铁碳合金。生铁硬而脆，无塑性和韧性，不能进行焊接、锻造、轧制等加工，在建筑中很少应用。炼钢方法炼钢方法：大规模的炼钢方法主要有转炉法、平炉炼钢法和电弧炼钢法三种。钢材交货时，必须对所用炉种以规定的代号做出标志，脱氧状态也是钢质标志的内容之一。第6页/共91页7第7页/共91页8第8页/共91页9顶吹氧气转炉第9页/共91页1011.1.3 钢的分类l按化学成

4、分分类按化学成分分类碳素钢：低碳钢：含碳量 0.60合金钢：低合金钢：合金元素总含量 10l按质量（杂质含量）分类按质量（杂质含量）分类 普通钢：含硫量0.0550.065；含磷量0.045 优质钢：含硫量0.03 0.045；含磷量0.035 高级优质钢：含硫量0.02 0.03；含磷量0.027l按用途分类按用途分类 结构钢：建筑工程用结构钢、机械制造用结构钢 工具钢：用于制作道具、量具、模具等 特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等l建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢普通碳素结构钢和普通低合金普通低合金结构钢结构钢。第10页/共91页11l根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为:沸

5、腾钢、镇静钢和半镇静钢。名称脱氧程度质量沸腾钢（F）不完全组织不够致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，硫、磷杂质较多质量较差，成本较低。广泛用于一般建筑工程。镇静钢（Z）充分组织致密，成分均匀，机械性能好，质量较好，成本较高。适用于预应力混凝土等重要结构工程。半镇静钢（b）均介于上二者之间脱氧程度不同的三种钢锭的比较第11页/共91页12 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、线材和管材等几类。型材包括钢结构用的角钢、工字钢、槽钢、方钢、轨道钢等。线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于水利水电工程金属结构、房屋、桥梁及建筑机械的中厚钢板；用于屋面、墙面、楼板等的薄

6、钢板。管材主要用于钢桁架和供水、供气（汽）管线等。第12页/共91页1311.1.4 钢材的加工冶炼生产的钢，除极少量直接用作铸件外，绝大部分都是先浇铸成钢锭，然后再加工制成各种钢材。将钢锭加热到11501300后进行热轧，所得的产品为热轧钢材。将钢锭先热轧，经冷却至室温后再进行冷轧的产品为冷轧钢材。一般建筑钢材以热轧为主。钢管是用钢板加工焊制而成的。无缝钢管是对实心钢坯进行穿孔，经热轧、挤压、冷轧、冷拔等工艺而制得。第13页/共91页14钢材热轧具有良好的塑性，容易成型。成型后钢材没有内应力，便于工序加工。如建筑用的钢筋，用来进行冲压的钢板，要进行机械加工和热处理的钢材。钢材冷轧具有冷加工硬

7、化的特性，由于冷轧具有较好的机械性能，很多直接使用的钢材都使用冷轧钢材。如冷轧钢丝，冷轧钢板，冷轧扭钢筋。第14页/共91页15第15页/共91页16第16页/共91页17第17页/共91页18第18页/共91页19第19页/共91页20第20页/共91页21以下为沸腾钢（A）与镇静钢（B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。观察与讨论讨论(B)镇静钢(A)沸腾钢(A)沸腾钢(B)镇静钢(A)沸腾钢第21页/共91页23某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。案例分析分析答案钢结构屋架坍塌钢结构屋架坍塌 钢结构屋架第23页/共91页2511.2

8、 建筑钢材的主要技术性能l11.2.1.1 抗拉性能抗拉性能l拉伸性能是建筑钢材最重要最重要的性能。从低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。l通过对钢材进行抗拉试验所测得的弹性模量、屈服强度、抗弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率拉强度和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。11.2.1 建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能式中 材料的应变;材料的应力;E材料的弹性模量应力与应变应力与应变第25页/共91页261.1.应力应力 2.2.应变应变FFALL0L1建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能第26页/共91页27建筑钢材的

9、抗拉性能建筑钢材的抗拉性能一、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。A点对应点对应的应力。的应力。OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图 E1 E2l图形的特点：l 试件的特点：l计算的指标：ABCD弹性极限第27页/共91页28建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能二、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点）点对应的应力

10、。l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上上B下下屈服。第28页/共91页29三、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高抗拉强度 l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图ACDBB上上B下下C点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能强化。第29页/共91页30四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率：l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OA ACDBB上上B下下L1L0建筑钢材的抗拉性能建筑

11、钢材的抗拉性能l计算的指标：颈缩第30页/共91页31三个重要的指标1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率，安全可靠程度3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 OA ACDBB上上B下下第31页/共91页32钢材的钢材的e和和s越高，表示钢材对小量塑性变形越高，表示钢材对小量塑性变形的抵抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条的抵抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，所能承受的应力就越大。件下，所能承受的应力就越大。e与与b差值越差值越大的钢，说明超过屈服点后的强度储备能力越大，大的钢，说明超过屈服点后的强

12、度储备能力越大，结构的安全性高。结构的安全性高。屈强比（屈强比（s/b）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。它也代表了钢材强度储备的比值，称为屈强比。它也代表了钢材强度储备的大小，屈强比越大，结构零件的可靠性越低；屈大小，屈强比越大，结构零件的可靠性越低；屈强比越小，强度储备大，可靠性高，但屈强比太强比越小，强度储备大，可靠性高，但屈强比太小则钢筋强度的有效利用率低。一般碳素钢屈强小则钢筋强度的有效利用率低。一般碳素钢屈强比为比为0.6-0.65，低合金结构钢为，低合金结构钢为0.65-0.75,合合金结构钢为金结构钢为0.84-0.86。

13、第32页/共91页33伸长率伸长率指金属材料受外力（拉力）作用断裂时，试棒伸长的长度与原来长度的百分比，伸长率按试棒长度的不同分为：试棒的标距等于5倍直径，短试棒求得的伸长率，代号为5；试棒的标距等于10倍直径，长试棒求得的伸长率，代号为10，。伸长率是钢材发生断裂时伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能所能承受的永久变形的能力力式中 试件的伸长率，%；拉伸前的标距长度，mm；拉断后的标距长度，mm。第33页/共91页34断面收缩率断面收缩率塑性是指钢材在受力破坏之前可以经受永久变形的能力。以塑性是指钢材在受力破坏之前可以经受永久变形的能力。以表示表示。断面收缩率是试件断裂后，缩颈处横断

14、面面积的最大缩减量占横截面的百分率。断面收缩率是试件断裂后，缩颈处横断面面积的最大缩减量占横截面的百分率。在工程中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示在工程中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示。第34页/共91页35l11.2.2.2 冲击韧性l钢材的冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。l冲击韧性实验当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。冲击韧性的大小用缺口处单位面积上所消耗的功k k 来表示。钢材的冲击韧性试验lk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低。但当试验温度低于某值时，k突然大幅度下降，材

15、料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。第35页/共91页36钢的化学成分;例：S、P冲击韧性冶炼及轧制质量质量冲击韧性温度温度，冲击韧性 ak影响冲击韧性的因素 第36页/共91页37l11.2.2.3 疲劳强度l受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏疲劳破坏。l钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。钢材疲劳曲线示意图第37页/共91页38硬度是指钢

16、材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法11.2.2.4 钢材的硬度钢材的硬度第38页/共91页39讨论与分析l材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。第39页/共91页40l冷弯性能冷弯性能l定义：定义：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度和 弯心直径d为指标表示。l检验检验：按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、断裂或漆层，即认为冷弯性能合格。11.2.2 建筑钢材的工艺性能钢材的冷弯 第40页/共91页41l焊接性能 l焊接焊接：把两块金

17、属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。l焊接性能：焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。l影响因素影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。l选择选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。第41页/共91页4211.2.3 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素11.2.3.1 化学成分（1）有益元素1）碳（C）。碳是形成钢材强度的主要成分，是钢材中除铁以外最主

18、要的元素。含碳量高，则钢材强度高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。因此，建筑钢材对含碳量要加以限制，一般不应超过0.22，在焊接结构中还应低于0.20。2）硅（Si）。硅是强脱氧剂强脱氧剂，是制作镇静钢的必要元素。硅适量时可提高钢材的强度而不显著影响其塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。在碳素镇静钢中硅的含量为0.120.3，在低合金钢中为0.20.55。过量时会恶化钢材的可焊性及抗锈蚀性。3）锰（Mn）。锰是有益元素，它能显著提高钢材的强度而不过多降低塑性和冲击韧性。锰有脱氧作用，是弱脱氧剂。同时还可以消消除硫引起的钢材热脆现象及改善冷脆倾向除硫引起的钢材热脆现象及改善冷

19、脆倾向。锰是低合金钢中的主要合金元素，含量一般为1.21.6，过量时会降低钢材的可焊性。4）钒（V）。钒是钢中合金元素，能提高钢材的强度和抗锈蚀性，又不显著降低塑性。第42页/共91页43含碳量对热轧碳素钢性质的影响 b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度；伸长率；面积缩减率 第43页/共91页44（2）有害元素1）硫（S）是有害元素，属杂质。硫在钢材温度达到8001000时生成硫化铁而熔化，使钢材变脆，易出现裂缝，称为热脆热脆。硫还会降低钢材的冲击韧性、可焊性、疲劳强度及抗锈蚀能力。因此，对硫的含量必须严加控制，一般不超过0.0450.05，Q235的C级与D级钢要求更严。2）磷（P）可以提高钢材

20、的强度和抗锈蚀能力，但却严重降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时使钢材变脆（冷脆冷脆），既在低温条件下使钢材的塑性和韧性显著降低，钢材容易脆裂。因而应严格控制其含量，一般不超过0.045。但采取适当的冶金工艺处理，磷也可作为合金元素，含量在0.050.12之间。3）氧（O）和氮（N）是有害元素，氧能使钢材热脆，其作用比硫剧烈；氮能使钢材冷脆，与磷类似，故其含量应严格控制。由于氧和氮在冶炼过程中容易逸出，一般不会超过极限含量，故不作含量要求。第44页/共91页45l冷加工性能及时效l冷加工强化处理：将钢材在常温下进行冷加工（如冷拉、冷拔或冷轧），使之产生塑性变形，从而提高屈服强度。经

21、强化处理过的钢材塑性和韧性降低，弹性模量降低。l时效：钢材在冷加工后长时间的搁置中，会自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。人工时效：加热到100C 200C并保持一定时间，适合于高强钢筋；自然时效：常温下存放15 20天，适合用于低强度钢筋。第45页/共91页46钢筋冷拉后屈服强度可提高钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔，冷拔后屈服强度可提高后屈服强度可提高40%-60%。低碳钢受冷拉力应变低碳钢受冷拉力应变第46页/共91页47注注：（：（1）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强 度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强

22、度和抗压强度；度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度；（2）钢筋经冷加工后，力学性能发生显著变化；强度）钢筋经冷加工后，力学性能发生显著变化；强度提高，塑性降低，由软钢变成硬钢。提高，塑性降低，由软钢变成硬钢。低碳钢受冷拔力应变低碳钢受冷拔力应变第47页/共91页48正正 火火钢材经过加热至相变温度以上，组织变为奥氏体之后，至于空气中冷却，可使钢材晶粒细化，调整碳化物大小和分布，再结晶可除掉内部应力。正火是重要的热处理工艺，正火处理后，钢材的强度提高，塑性降低，碳的质量分数低的钢材常用正火的方法提高其强度。第48页/共91页49 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即将金属工件加

23、热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械

24、性能）以劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。淬淬 火火 第49页/共91页50 又称配火。金属热处理工艺的一种。将经过淬火又称配火。金属热处理工艺的一种。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却

25、的金属热处一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。根据不同的要求可采用低温回火、中其延性或韧性。根据不同的要求可采用低温回火、中温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。和强度降低，延性或韧性逐渐增高。回回 火火 第50页

26、/共91页51 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的的一种金属热处理工艺。一种金属热处理工艺。退火的目的在于：退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。软化工件以便进行切削加工。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。

27、为最为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。终热处理（淬火、回火）作好组织准备。退退 火火 第51页/共91页52某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫0.06，焊接质量差。请分析事故原因。案例分析分析答案第52页/共91页53分析：原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不超过0.055。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此桁架的断裂破

28、坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。第53页/共91页54l11.3.1 碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢的牌号由4个要素组成：脱氧程度代号，F代表沸腾钢；b代表半镇静钢Z；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略)。钢材屈服点数值质量等级代号分A、B、C、D四级钢材屈服点代号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”表示Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。例如例如11.311.3建筑钢材的技术标准及应用建筑钢材的技术标准及应用 第54页/共91页55牌号牌号统一数学统一数学代号代号等级等级厚度（或厚度（或直径）直径）mm脱氧方脱氧方法法化学成份

29、（质量分数）化学成份（质量分数）%，不大于，不大于CSiMnPSQ195U11952F、Z0.120.300.500.0350.040Q215U12152AF、Z0.150.351.200.0450.050U12155B0.045Q235U12352AF、Z0.220.0351.400.0450.050U12355B0.200.045U12358CZ0.170.400.040U12359DTZ0.035Q275U12752AF、Z0.240.0351.500.0450.050U12755B40Z0.210.0450.045400.22U12758CZ0.200.0400.040U12759DT

30、Z0.035（1）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：Q195FU11950；Q215AFU12150，Q215BFU12153；Q235AFU12350，Q235BFU12353；Q275AFU12750。（2）经需方同意，）经需方同意，Q235B的碳含量可不大于的碳含量可不大于0.22%。表表11.1 碳素结构钢的化学成分（碳素结构钢的化学成分（GB/T700-2006）第55页/共91页56碳素结构钢的特性与选用碳素结构钢的特性与选用 工程中应用最广泛的碳素结构钢牌号为Q235，其含

31、碳量为0.14%0.22%，属低碳钢，由于该牌号钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也好，故能较好的满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。Q275号钢强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，不易焊接和冷加工，可用于轧制钢筋、制作螺栓配件等。第56页/共91页57l11.3.2 优质碳素结构钢l分类分类：根据锰含量的不同分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。l应用应用：成本较高，仅用于重要结构的钢铸件及高强度螺栓等。l牌号牌号：优质碳素结构钢的钢号用

32、两位数字表示，它表示平均含碳量的万分数。较高含锰量时，在钢号后加注“Mn”。l优质碳素结构钢分为优质钢、高级优质钢(钢号后加A)和特级优质钢(钢号后加E)。根据国家标准GB2212000钢铁产品牌号表示方法规定，优质碳素结构钢的牌号采用阿拉伯数字或阿拉伯数字和规定的符号表示，以二位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分数计），如：平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表示为“08F”；平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其牌号表示为“10b”；较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号，如：平均含碳量为0.50%，含锰量为0.70%1.0%的钢，其牌号表示为“50Mn”。优

33、质碳素结构钢中的硫、磷等有害杂质含量更低，且脱氧充分，质量稳定，在建筑工程中常用做重要结构的钢铸件、高强螺栓及预应力锚具。第57页/共91页5811.3.3 低合金高强度结构钢l特点特点：在碳素钢的基础上添加总量小于5合金元素，强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀。l应用应用：广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。l牌号牌号：质量等级符合，分A、B、C、D、E五级屈服点数值代表屈服点的汉语拼音字母Q第58页/共91页59牌号牌号质质量量等等级级屈服点屈服点s(MPa)抗拉强度抗拉强度b（MPa）伸长伸长率率5

34、（%）冲击功（冲击功（A k v)(纵向）纵向）（J）180弯曲试验弯曲试验d为为弯芯直径；弯芯直径；a为试为试件厚度（直径）件厚度（直径）厚度（直径、边长）（厚度（直径、边长）（mm)+200-20-40151635355050100不小于不小于钢材厚度（直径）钢材厚度（直径）（mm）不小于不小于1616100Q295AB295295275275255255235235390570390570232334d=2ad=2ad=3ad=3aQ345ABCDE3453453453453453253253253253252952952952952952752752752752754706304706

35、30470630470630470630212122222234343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ390ABCDE390390390390390370370370370370350350350350350330330330330330490650490650490650490650490650191920202034343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ420ABCDE42042042042042040040040040040038038038038038036036036036

36、0360520680520680520680520680520680181819191934343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ460CDE460460460440440440420420420400400400550720550720550720171717343427d=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3a低合金高强度结构钢的力学性能低合金高强度结构钢的力学性能（GB1591-1994）第59页/共91页60低合金高强度结构钢的特点与应用低合金高强度结构钢的特点与应用 由于低合金高强度结构钢中的合金元素的结晶强化和固熔强由于

37、低合金高强度结构钢中的合金元素的结晶强化和固熔强化等作用，该钢材不但具有较高的强度，而且也具有较好的塑性、化等作用，该钢材不但具有较高的强度，而且也具有较好的塑性、韧性和可焊性。因此，在钢结构和钢筋混凝土结构中常采用低合韧性和可焊性。因此，在钢结构和钢筋混凝土结构中常采用低合金高强度结构钢轧制型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管金高强度结构钢轧制型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管及钢筋，来建筑桥梁、高层及大跨度建筑，尤其在承受动荷载和及钢筋，来建筑桥梁、高层及大跨度建筑，尤其在承受动荷载和冲击荷载的结构中更为适用。另外，与使用碳素钢相比，可节约冲击荷载的结构中更为适用。另外，与使用碳素钢

38、相比，可节约钢材钢材20%30%，而成本并不很高。，而成本并不很高。目前我国生产的低合金结构钢有17种，分别是：09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn、18Nb、12MnV、09MnCuPTi、10MnSiCu、14MnNb、16Mn、16MnRE、10MnPNbRE、15MnV、15MnTi、16MnNb、14MnVTiRE、15MnVN。钢号中前面两个数字代表钢的平均含碳量的万分数，合金元素后无数字者，表示该元素的平均含量少于1.5%，标有“2”、“3”则指其含量为“1.52.49”及“2.53.49”，余类推。第60页/共91页61 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢

39、筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。11.4 常用建筑钢材11.4.1 11.4.1 热轧钢筋热轧钢筋混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。第61页/共91页6211.4.1.1 热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋 经热轧成型，横截面通常为圆形，表面光滑的成品钢筋，称为热轧光圆钢筋（HPBHotrolled Plain

40、 Bars）。钢筋按屈服强度特征值分为235、300级。热轧光圆钢筋牌号由HPB和屈服强度特征值构成，分为为HPB235、HPB300两个牌号。热轧光圆钢筋的公称直径范围为622mm，热轧光圆钢筋（GB 1499.1-2008）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16和20mm。可按直条或盘卷交货，按定尺长度交货的直条钢筋其长度允许偏差范围为0+50mm；按盘卷交货的钢筋，每根盘条重量应不小于1000kg。热轧光圆钢筋钢筋的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大拉力总伸长率Agt等力学性能特征值应符合规定。各力学性能特征值，可作为交货检验的最小保证值。按规定的弯芯直径弯曲180后

41、，钢筋受弯部位表面不得产生裂纹。第62页/共91页63第63页/共91页64牌号ReL（Mpa）Rm（Mpa）A（%）Agt（%）冷弯试验180d弯芯直径a钢筋公称直径不小于HPB23523537025.010.0d=aHPB300300420热轧光圆钢筋的力学性能热轧光圆钢筋的力学性能和工艺性能（和工艺性能（GB 1499.1-2008）第64页/共91页65带肋钢筋(a)月牙肋钢筋(b)等高肋钢筋 11.4.1.2 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 (HRBHotrolled Ribbed Bars)经热轧成型并自然冷却的横截面为圆形的，且表面通常带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的钢筋，称为

42、热轧带肋钢筋。包括普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋两种。热轧带肋钢筋按屈服强度特征值分为335、400、500级。普通热轧钢筋的牌号由HRB和屈服强度特征值构成，分为HRB335（20Mnsi）、HRB400(20MnSiV、20MnSiNb或20MnsiTi)、HRB500三个牌号，。第65页/共91页66第66页/共91页67 热轧带肋钢筋的公称直径范围为热轧带肋钢筋的公称直径范围为650mm，热轧带肋钢热轧带肋钢筋筋（GB 1499.2-2007）推荐的钢筋公称直径为）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和和50mm。热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长

43、度应在合热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明，按定尺长度交货时的长度允许偏差为同中注明，按定尺长度交货时的长度允许偏差为25mm，当，当要求最小长度时，其偏差为要求最小长度时，其偏差为+50mm，当要求最大长度时，其，当要求最大长度时，其偏差为偏差为50mm。热轧带肋钢筋也可以盘卷交货，每盘应是一。热轧带肋钢筋也可以盘卷交货，每盘应是一条钢筋，允许每批有条钢筋，允许每批有5%的盘数由两条钢筋组成。的盘数由两条钢筋组成。第67页/共91页68三面月牙形冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋 第68页/共91页69冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋第69页/共91页70 预应力混凝钢绞线预应力混凝

44、钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝在绞线机上以绞捻,再经低温回火和消除应力等热处理工序制成。预应力钢绞线是用两（或三、或七、19）根钢丝捻制后，钢绞线与混凝土的粘结力较好。钢铰线的捻向一般为左（S）捻。按照表面形态可以分为光面钢绞线、刻痕钢绞线、模拔钢绞线(compact)、镀锌钢绞线、涂环氧树脂钢绞线等。在多数后张预应力及先张预应力工程中，光面钢绞线是最广泛采用的预应力钢材。模拔钢绞线主要用于提升工程，也用于核电之类的工程。镀锌钢绞线常用于桥梁的系杆、拉索及体外预应力工程。涂环氧树脂的钢绞线用途和镀锌预应力钢绞线类似。预应力钢绞线以盘或卷状态交货,每盘钢铰线应由一整根组成，如无特殊要求，每盘钢铰

45、线的长度不小于200m。成品钢铰线的表面不得有润滑剂、油渍等降低钢铰线与混凝土粘接力的物质。钢铰线表面允许有轻微的浮锈，但不得锈蚀成目视可见的麻坑。预应力混凝钢绞线预应力混凝钢绞线第70页/共91页7111.4.5 型钢l常用品种常用品种：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。l特点特点：截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，所以是钢结构中采用的主要钢材。l规格规格：通常以反映其断面形状的主要轮廓尺寸来表示。l热轧型钢热轧型钢工字钢第71页/共91页72第72页/共91页73第73页/共91页74第74页/共91页75第75页/共91页76（1）无缝钢

46、管 无缝钢管是经热轧、挤压、热扩或冷拔、冷轧而制成的周边无缝的管材。分为一般用途和专门用途两类。一般结构用的无缝钢管，以外径壁厚表示规格,详见GB8162-1987规定。专用无缝钢管一般用于锅炉和耐热工程中。（2）焊接钢管 在工程中用量最大的是焊接钢管。供低压流体输送用的直缝钢管，分焊接钢管和镀锌焊接钢管两大类；按壁厚分为普通焊管和加厚焊管；按管端形式分螺纹钢管和无螺纹钢管。11.4.6 钢管第76页/共91页77第77页/共91页78第78页/共91页79华北某厂需焊接一座露天需承受动荷载的钢支架，该厂已有三种碳素结构钢，厚度均为80 mm，Q235抗拉强度已可满足设计要求。三种钢材的价格是

47、。请选用。案例分析材料的综合选用Q235AFQ235AbQ235C第79页/共91页8311.4.1 钢材的锈蚀l定义定义：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作锈蚀锈蚀。l发生发生：钢材锈蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。l后果后果：不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。l分类分类：根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。11.4 11.4 钢材的锈蚀及防止钢材的锈蚀及防止第83页/共91页84l化学锈蚀化学锈蚀化学锈蚀指钢材与周围的介

48、质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学锈蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时锈蚀速度大大加快。l电化学锈蚀电化学锈蚀 钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池，造成锈蚀。水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学锈蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。第84页/共91页85l保护层法保护层法 在钢材表面施加保护层，使钢与周围截至隔离，从而防止锈蚀。保护层可

49、分为金属（耐蚀性强）保护层和非金属（有机或无机物质）保护层两类。l制成合金钢制成合金钢 在钢中加入合金元素铬、镍、钛、铜等，制成不锈钢，提高耐锈蚀能力。11.4.2 锈蚀的防止第85页/共91页86钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出的一点是防火问题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。请提出你的意见。实事链接911911事件事件世贸大厦倒塌 第86页/共91页871.钢材冷弯试验时采用的

50、弯曲角越大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值越小，表示对冷弯性能要求越高。课堂练习2.钢材伸长率是衡量其塑性的指标，其数值越小表示钢材塑性越好。3.中碳钢的焊接性能优于低碳钢。4.钢材与电解质溶液相接触产生电流，形成化学锈蚀。5.碳素结构钢性能Q235-AF优于Q235-C。是否是否是否是否是否第87页/共91页886.Q235-Ab钢材的抗冲击性能（）Q235-D钢材。优于差于相同于7.甲乙两钢筋直径相同，所作冷弯试验的弯曲角相同，甲的弯心直径较小，则两钢筋的冷弯性能（）相同甲较好乙较好8.严冬地区受动荷载作用的焊接结构钢选用（）牌。Q235-BQ235-AFQ2759.钢筋混凝土中的钢筋