建筑金属材料培训资料.pptx
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1、第第2章章 建筑金属材料建筑金属材料钢铁的区别钢和铁的主要区别是钢和铁的主要区别是含碳量的多少含碳量的多少生铁的含碳量在生铁的含碳量在2.11%4.30%,含杂质较多,含杂质较多钢的含碳量在钢的含碳量在0.03%2.11%,含杂质较少,含杂质较少2.1 2.1 钢材的分类钢材的分类1.1.按化学成分分类l碳素钢碳素钢(含碳量在含碳量在0.02%2.06%0.02%2.06%)l低碳钢(C0.6%)l合金钢:碳素钢中参加一定量的合金元素。合金钢:碳素钢中参加一定量的合金元素。l低合金钢(合金10%)2.2.按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类()沸腾钢()沸腾钢 F F()镇静钢()镇静钢
2、Z Z()半镇静钢()半镇静钢 b b()特殊镇静钢()特殊镇静钢 TZTZ3.3.按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类按钢中有害杂质磷()和硫(按钢中有害杂质磷()和硫(S S)含量的多少,钢材可分为以下四类:含量的多少,钢材可分为以下四类:一般钢一般钢(S0.050%;p0.045%)(S0.050%;p0.045%)优质钢优质钢(S0.035%;p0.035%)(S0.035%;p0.035%)高级优质钢高级优质钢(S0.025%;p0.025%)(S0.025%;p0.025%)特级优质钢特级优质钢(S0.015%;p0.025%)(S0.015%;p0.025%)建筑钢材建筑钢材分为
3、钢结构用钢和钢筋混凝土建筑钢材分为钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢。前者主要是型钢和钢板,后结构用钢。前者主要是型钢和钢板,后者主要是钢筋、钢丝、钢绞线等。者主要是钢筋、钢丝、钢绞线等。建筑钢材的原料主要为碳素钢结构钢中建筑钢材的原料主要为碳素钢结构钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。的低碳钢和合金钢中的低合金钢。2.2 2.2 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能 力学性能力学性能工艺性能工艺性能抗拉性能抗拉性能拉伸试验拉伸试验冲击韧性冲击韧性冲击试验冲击试验耐疲劳性耐疲劳性疲劳试验疲劳试验主要性能主要性能冷弯性能冷弯性能冷弯试验冷弯试验焊接性能焊接性能1.抗拉性能抗拉性能拉伸试验拉伸试
4、验抗抗拉拉性性能能是是建建筑筑钢钢材材最最重重要要的的性性能能,表表征征抗抗拉拉性性能能的技术指标有屈服点、抗拉强度及伸长率。的技术指标有屈服点、抗拉强度及伸长率。(1 1)屈屈服服点点:设设计计时时,一一般般以以屈屈服服强强度度或或屈屈服服点点作为强度取值的依据。作为强度取值的依据。通常用通常用s表示表示。对对于于硬硬钢钢,取取剩剩余余变变形形为为0.2原原始始标标距距长长度度时时的的应应力作为屈服点,称为条件屈服点,用力作为屈服点,称为条件屈服点,用0.2表示。表示。表示。表示。()()抗拉强度与屈强比抗拉强度与屈强比对应于最高点对应于最高点C C的应力称为抗拉强度,用的应力称为抗拉强度,
5、用b b表示。表示。设设计计中中抗抗拉拉强强度度虽虽然然不不能能利利用用,但但屈屈强强比比s sb b有一定意义。有一定意义。屈屈强强比比愈愈小小,反反映映钢钢材材受受力力超超过过屈屈服服点点工工作作时时的的可可靠靠性性愈愈大大,因因而而结结构构的的平平安安性性愈愈高高。但但屈屈强强比比太太小小,则则反反映映钢钢材材不不能能有有效效地被利用。地被利用。(3)(3)伸长率伸长率量出拉断后标距局部的长度量出拉断后标距局部的长度L Ll l,标距的伸长值与原始标距标距的伸长值与原始标距L L0 0的百分率称为的百分率称为伸长率。即伸长率。即表征了钢材的塑性变形能力。越大越好。表征了钢材的塑性变形能力
6、。越大越好。2.2.冲击韧性冲击韧性冲冲击击韧韧性性是是指指钢钢材材抵抵抗抗冲冲击击荷荷载载的的能能力。力。对对直直接接承承受受动动荷荷载载而而且且可可能能在在负负温温下下工工作作的的重重要要结结构构,必必须须进进行行冲冲击击韧韧性性检验。检验。钢材冲击韧性与温度关系 冲击韧性随温度的降低而下冲击韧性随温度的降低而下降。当到达某一温度范围时,降。当到达某一温度范围时,冲击值突然大幅度下降,材冲击值突然大幅度下降,材料无明显塑性变形而发生脆料无明显塑性变形而发生脆性断裂,这种性质称为钢材性断裂,这种性质称为钢材的冷脆性,这时的温度称为的冷脆性,这时的温度称为脆性临界温度。脆性临界温度。在负温下使
7、用的结构,应中选用临界温度比使在负温下使用的结构,应中选用临界温度比使用温度低的钢材。用温度低的钢材。3.耐疲劳性耐疲劳性在反复荷载作用下,钢材在远低于抗拉强在反复荷载作用下,钢材在远低于抗拉强度时突然发生断裂,称为疲劳破坏。疲劳度时突然发生断裂,称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳强度极限表示,其破坏的危险应力用疲劳强度极限表示,其含义是:试件在含义是:试件在2106次应力循环作用下工次应力循环作用下工作而不至引起断裂的最大应力。作而不至引起断裂的最大应力。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的,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。所以危害极大,往往造成灾难
8、性的事故。4.4.冷弯性能冷弯性能冷冷弯弯性性能能指指钢钢材材在在常常温温下下承承受受弯弯曲曲变变形形的的能能力力。试试件件按按规规定定条条件件弯弯曲曲,假假设设弯弯曲曲处处的的外外外外表表无无裂裂断断、裂裂缝缝或或起起层层,即即认认为为冷冷弯性能合格。弯性能合格。它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性,能它表征在恶劣变形条件下钢材的塑性,能揭示内应力,杂质等缺陷,可用于焊接质揭示内应力,杂质等缺陷,可用于焊接质量的检验,能揭示焊件在受弯外表裂纹,量的检验,能揭示焊件在受弯外表裂纹,杂质等缺陷。杂质等缺陷。注意:伸长率和冷弯性能所表达钢材塑性注意:伸长率和冷弯性能所表达钢材塑性的不同的不同5.5.可
9、焊性可焊性定定义义:指指焊焊接接后后在在焊焊缝缝处处的的性性质质与与母母材材性性质的一致程度。质的一致程度。影影响响钢钢材材可可焊焊性性的的主主要要因因素素是是化化学学成成分分及及含含量量。如如硫硫产产生生热热脆脆性性,使使焊焊缝缝处处产产生生硬硬脆脆及及热热裂裂纹纹。又又如如,含含碳碳量量超超过过0.250.25,可焊性显著下降等。可焊性显著下降等。2.3 2.3 钢材的化学成分对性能的影响钢材的化学成分对性能的影响1碳碳(C);当含碳量小于;当含碳量小于0.8时,时,C含量增加将使抗拉强度含量增加将使抗拉强度及硬度提高,但塑性与韧性将降低,焊接性能、耐腐蚀性及硬度提高,但塑性与韧性将降低,
10、焊接性能、耐腐蚀性能也下降。能也下降。2硅硅(Si):当小于等于:当小于等于1时,时,Si含量的增加可显著提高强含量的增加可显著提高强度及硬度,而对塑性及韧性无显著影响。度及硬度,而对塑性及韧性无显著影响。3锰锰(Mn):在一定限度内,随:在一定限度内,随Mn含量的增加可显著提高强含量的增加可显著提高强度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。度并可消减因氧与硫引起的热脆性。改善热加工性能。4硫硫(S):为有害元素,有强烈的偏析作用,使机械性能、:为有害元素,有强烈的偏析作用,使机械性能、焊接性能下降(引起热裂纹)。焊接性能下降(引起热裂纹)。5磷磷(P);为有害元素,含量的增加可提高强
11、度,塑性及韧;为有害元素,含量的增加可提高强度,塑性及韧性显著下降。性显著下降。有强烈的偏析作用,引起冷脆性,焊接性有强烈的偏析作用,引起冷脆性,焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。下降。但可提高耐磨性及耐腐蚀性。2.4 2.4 钢材的强化与加工钢材的强化与加工1.冷加工强化冷加工强化 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形,从而提高屈服强度,使其产生塑性变形,从而提高屈服强度,降低塑性韧性,这个过程称为冷加工强化降低塑性韧性,这个过程称为冷加工强化处理。处理。2.时效处理时效处理将冷加工处理后的钢筋,在常温下存放将冷加工处理后的钢筋,在常温下存
12、放1520 d,或加热至,或加热至100200 后保持一定时间(后保持一定时间(23 h),),其屈服强度进一步提高,且抗拉强度也提高,同时其屈服强度进一步提高,且抗拉强度也提高,同时塑性和韧性也进一步降低,弹性模量则根本恢复。塑性和韧性也进一步降低,弹性模量则根本恢复。这个过程称为时效处理。这个过程称为时效处理。时效处理方法有两种:在常温下存放时效处理方法有两种:在常温下存放1520 d,称为自然时效,适合用于低强度钢筋;加热至,称为自然时效,适合用于低强度钢筋;加热至100200 后保持一定时间(后保持一定时间(23 h),称人工时效,),称人工时效,适合于高强钢筋。适合于高强钢筋。3.热
13、处理热处理 热处理是将钢材按规定的温度,进行加热、热处理是将钢材按规定的温度,进行加热、保温和冷却处理,以改变其组织,得到所需要保温和冷却处理,以改变其组织,得到所需要的性能的一种工艺。的性能的一种工艺。根本方法:退火、正火、淬火、回火根本方法:退火、正火、淬火、回火目的:通过改变钢材组织,得到满足工程建目的:通过改变钢材组织,得到满足工程建设要求的钢材。设要求的钢材。2.5 2.5 土木工程常用建筑钢材土木工程常用建筑钢材2.5.1 2.5.1 建筑钢材的主要建筑钢材的主要钢种钢种2.5.2 2.5.2 建筑工程中钢材建筑工程中钢材主要用途主要用途2.5.1 2.5.1 建筑钢材的主要钢种建
14、筑钢材的主要钢种牌号表示方法牌号表示方法应用应用优质碳素钢优质碳素钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢碳素结构钢碳素结构钢1.1.碳素结构钢碳素结构钢按按国国家家标标准准GB700-2006GB700-2006规规定定,我我国国碳碳素素结结构构钢钢分分四四个个牌牌号号,即即195195、Q215Q215、Q235Q235和和Q275Q275。各各牌牌号号钢钢又又按按其其硫硫、磷磷含含量量由由多多至至少少分分为为、四四个质量等级。个质量等级。碳素结构钢的牌号表示碳素结构钢的牌号表示:Q+Q+数字数字+质量等级符号质量等级符号+脱氧程度符号组成脱氧程度符号组成 A A、B B、C C、D FD
15、F、B B、Z Z、TZTZl例例如如Q235-A.F.Q235-A.F.,它它表表示示屈屈服服点点为为235N2的级沸腾碳素结构钢。的级沸腾碳素结构钢。l当当为为镇镇静静钢钢或或特特殊殊镇镇静静钢钢时时,则则牌牌号号表表示示“”与与“Z Z”符号可予以省略。符号可予以省略。碳素结构钢的具体牌号碳素结构钢的具体牌号Q195-Q195FQ195-Q195F、Q195bQ195b、Q195Q195Q215-Q215AFQ215-Q215AF、Q215AbQ215Ab、Q215AQ215A、Q215BFQ215BF、Q215BbQ215Bb、Q215BQ215BQ235-Q235AFQ235-Q23
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