建筑钢材--.pptx
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1、1 主要内容:主要内容:q钢材是重要的工程材料本幸主要讲述建筑工程中常用的两奥钢材,普通碳素结构钢和低合金高强度岵构钢概迷钢的冶炼、加工及分类方法重点掌握建筑钢材的力学性能、工艺性能及现行国家标准或规范对钢材的性舱及技术要求。阐迷钢的化学成分,所合合金元素等对钢材的性能、质量的影响。介绍钢蛄构及钢筋混凝土蛄构采用的主要钢材品种及特点,如何正确地选材,合理地用材,以及钢材的好蚀成固与防护方法q 第第8章章建筑钢材建筑钢材2第第8章章建筑钢材建筑钢材q建筑钢材是重要的建筑材料。它主要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、钢丝等。由于钢材
2、在工厂生产中有较严格的工艺控制,因此质量通常能够得到保证。q 建筑钢材具有一系列优良的性能它有较高的强度,有良好的塑性和韧性,能承受冲击和振动荷载;可以焊接或铆接,易于加工和装配,所以被广泛地应用于建筑工程中。但钢材也存在易锈蚀及耐火性差的缺点3第第8章章建筑钢材建筑钢材8.1 8.1 钢材的分类钢材的分类 钢材的化学成分钢材的化学成分 生产钢不可避免元素:生产钢不可避免元素:Si、Mn、P、S、N专门加入的合金元素:专门加入的合金元素:Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素及稀土元素铁:主要元素铁:主要元素碳:碳:0.02%0.02%2.06%2.06%其他元素其他元素4第第8章章建筑钢
3、材建筑钢材8.1.1 8.1.1 分类分类1.1.按化学成分分类按化学成分分类低碳钢:含碳量低碳钢:含碳量0.6%(1)碳素钢)碳素钢(碳钢)(碳钢)(2)合成钢)合成钢专门加入合金元素专门加入合金元素按合金元素含量分按合金元素含量分低合金钢:合金元素总含量低合金钢:合金元素总含量10%5第第8章章建筑钢材建筑钢材2按杂质含量(品质)分类按杂质含量(品质)分类普通钢:含硫量普通钢:含硫量0.050%,含磷量,含磷量0.045%优质钢:含硫量优质钢:含硫量0.035%,含磷量,含磷量0.035%高级优质钢:含硫量高级优质钢:含硫量0.025%,含磷量,含磷量0.025%,牌号后加牌号后加“高高”
4、或或“A”特级优质钢:含硫量特级优质钢:含硫量0.015%,含磷量,含磷量0.015%,后后加加“E”6第第8章章建筑钢材建筑钢材3.3.按冶炼时脱氧程度分按冶炼时脱氧程度分 沸腾钢:脱氧不充分,代号沸腾钢:脱氧不充分,代号“F”镇静钢:脱氧充分,代号镇静钢:脱氧充分,代号“2”半半镇镇静静钢钢:脱脱氧氧程程度度介介于于“F”与与“2”之之间间,代代号号“b”特殊镇静钢:脱氧彻底,代号特殊镇静钢:脱氧彻底,代号“TZ”4按用途分类按用途分类结构钢:建筑结构、机械制造(低、中碳钢)结构钢:建筑结构、机械制造(低、中碳钢)工具钢:各种工具(高碳钢)工具钢:各种工具(高碳钢)特殊钢:不锈钢(具有各种
5、特殊的物理化学性质)特殊钢:不锈钢(具有各种特殊的物理化学性质)7第第8章章建筑钢材建筑钢材8 8.1.2.1.2 钢材中的常存杂质钢材中的常存杂质 硫硫:来自矿石燃料,生成来自矿石燃料,生成FeS,钢材加工时易裂缝,热脆性。,钢材加工时易裂缝,热脆性。磷磷:来自矿石燃料,生成来自矿石燃料,生成Fe3P,脆性很大。,脆性很大。碳碳:炼钢氧化过程中存于缸中,害处大于一处,故归于有害元素。炼钢氧化过程中存于缸中,害处大于一处,故归于有害元素。锰锰:炼钢时脱氧、硫残留钢中,具有很强的脱氧、硫能力,大大改善炼钢时脱氧、硫残留钢中,具有很强的脱氧、硫能力,大大改善钢材加工性能。钢材加工性能。硅硅:脱氧剂
6、,较锰强。脱氧剂,较锰强。两面性:硅很低时,强度增加;硅很高时,其他性能降低。两面性:硅很低时,强度增加;硅很高时,其他性能降低。氧氧:与碳、磷相似。与碳、磷相似。有有害害元元素素8第第8章章建筑钢材建筑钢材8.2 8.2 建筑材料的主要技术性能建筑材料的主要技术性能力学性质:强度、弹性、塑性、耐磨性力学性质:强度、弹性、塑性、耐磨性工艺性质(可加工性):冷弯、可焊性工艺性质(可加工性):冷弯、可焊性9第第8章章建筑钢材建筑钢材8.2.1 8.2.1 力学性能力学性能 1.1.抗拉性能抗拉性能是建筑是建筑钢材钢材最最重要重要的力学的力学性能。性能。拉伸过程分四个阶段:拉伸过程分四个阶段:OAO
7、A:弹性阶段:弹性阶段 ABAB:屈服阶段:屈服阶段 BCBC:强化阶段:强化阶段 CDCD:颈缩阶段:颈缩阶段10第第8章章建筑钢材建筑钢材拉伸性能指标:主要有拉伸性能指标:主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。屈服点、抗拉强度和伸长率等。(1)屈服强度(屈服点)屈服强度(屈服点)上屈服强度:试样首次屈服前的最大应力;上屈服强度:试样首次屈服前的最大应力;下屈服强度下屈服强度:不计初始瞬时效应时的最小强度,即:不计初始瞬时效应时的最小强度,即屈服点屈服点FsFs 屈屈服服阶阶段段最最小小应应力力(首首次次回回针针所所对对应应的的力力),N),N;AoAo 钢材的截面积,钢材的截面积,mmmm2
8、2。注意:注意:有些钢材无明显屈服点(合金钢、高碳钢等硬钢),有些钢材无明显屈服点(合金钢、高碳钢等硬钢),应采用产生残余变形为应采用产生残余变形为0.2%0.2%原标距长度时的应力原标距长度时的应力 作为屈服点(称条件屈服点)作为屈服点(称条件屈服点),记为记为0.20.2或者或者P0.2P0.2。11第第8章章建筑钢材建筑钢材(2 2)抗拉强度:)抗拉强度:钢材所能承受的最大强度。钢材所能承受的最大强度。F Fb b为最大应力,为最大应力,N N。相反,值越小,可靠性越低,安全性越低。相反,值越小,可靠性越低,安全性越低。因此,因此,强屈比一般不低于强屈比一般不低于1.21.2,抗震结构一
9、般不低于,抗震结构一般不低于1.251.25。可靠性参数可靠性参数 值得注意:值得注意:强屈比的概念强屈比的概念值值越大可靠性越高,安全性越高,越大可靠性越高,安全性越高,但利用率降低,浪费增大。但利用率降低,浪费增大。12第第8章章建筑钢材建筑钢材(3 3)伸长率:)伸长率:塑性指标塑性指标 。意义:意义:值值越大,塑性增强,可避免结构过早破坏;加工性越大,塑性增强,可避免结构过早破坏;加工性 增强,增强,安全性增强。安全性增强。值有两种:值有两种:5 5表示表示l l0 0=5d=5d0 0,d d0 0钢材直径;钢材直径;1010l l0 0=10d=10d0 0。l lo o试件原始标
10、距长度,试件原始标距长度,mm mm;l l1 1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度,试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度,mmmm。13第第8章章建筑钢材建筑钢材 (4 4)断面收缩率:)断面收缩率:塑性指标。塑性指标。A AO O试样拉断后颈缩处的截面积,试样拉断后颈缩处的截面积,mm2;A A1 1表示钢材的原始截面积,表示钢材的原始截面积,mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。14第第8章章建筑钢材建筑钢材2.2.冲击韧性冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。指钢材抵抗冲击荷载的能力。试验方法:试验方法:标准
11、试件的弯曲冲击韧性试验。标准试件的弯曲冲击韧性试验。指标:指标:试件缺口处单位截面积上所消耗的功试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作计作a ak,k,J/cmJ/cm2 2。a ak k值愈大,钢材的冲击韧性愈好。值愈大,钢材的冲击韧性愈好。3.3.耐疲劳性耐疲劳性疲劳破坏疲劳破坏:交变荷载反复作用,:交变荷载反复作用,钢材在应力低于屈服强度时钢材在应力低于屈服强度时,突突然发出脆性断裂的现象。然发出脆性断裂的现象。危害极大危害极大冲击韧性试验原理图冲击韧性试验原理图15第第8章章建筑钢材建筑钢材8 8.2.2.2.2 工艺性能工艺性能 冷弯性能:常温下钢材承受弯曲变形的能力。冷弯性能:常温
12、下钢材承受弯曲变形的能力。焊接性能:钢结构中焊接性能:钢结构中90%90%以上为焊接结构以上为焊接结构,焊接性非常重要。焊接性非常重要。16第第8章章建筑钢材建筑钢材 (1 1)冷弯性能)冷弯性能冷弯性能试验:冷弯性能试验:试件被弯曲的角度(试件被弯曲的角度(9090、180180)。)。冷弯试验意义:冷弯试验意义:能反映试件弯曲处的塑性变形,能揭示钢材是否存在能反映试件弯曲处的塑性变形,能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验,能揭示焊件受弯表冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验,能揭示焊件
13、受弯表面是否存在未熔合,裂缝及夹杂物等缺陷。面是否存在未熔合,裂缝及夹杂物等缺陷。判定标准:判定标准:若试件弯曲处的若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层,外表面无裂断、裂缝或起层,认为冷弯性能合格。认为冷弯性能合格。17第第8章章建筑钢材建筑钢材(2 2)焊接性能)焊接性能q焊接方式:搭接、对接焊接方式:搭接、对接q焊接要求:焊接要求:焊接处(焊缝及其附近过热区)不产生焊接处(焊缝及其附近过热区)不产生q裂缝及硬脆倾向。裂缝及硬脆倾向。q焊接处与母材一致,即拉伸试验,强度焊接处与母材一致,即拉伸试验,强度q不低于原钢材强度。不低于原钢材强度。q 影响因素:影响因素:碳、合金元素等杂质元素越多
14、,可焊性越小。碳、合金元素等杂质元素越多,可焊性越小。18第第8章章建筑钢材建筑钢材8.3 8.3 钢材的强化与加工钢材的强化与加工 8.3.1 8.3.1 冷加工冷加工 指钢材在常温下进行的加工。指钢材在常温下进行的加工。常见的冷加工方式:常见的冷加工方式:冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。特点:特点:钢材经冷加工产生塑性变形,从而提高其屈服强度,钢材经冷加工产生塑性变形,从而提高其屈服强度,这一过程称为这一过程称为冷加工强化处理冷加工强化处理。19第第8章章建筑钢材建筑钢材 8.3.2 8.3.2 时效处理时效处理 将经过冷拉的钢筋于将经过冷拉的钢筋于常温下存
15、放常温下存放151520d20d,或,或 加热到加热到100100200200并保持一段时间并保持一段时间,这个过程称为时效处理。这个过程称为时效处理。自然时效自然时效作用作用:钢筋冷拉以后再经过钢筋冷拉以后再经过 时效处理,其屈服点时效处理,其屈服点 进一步提高,塑性继进一步提高,塑性继 续有所降低。续有所降低。时效过程中应力的消减,时效过程中应力的消减,弹性模量可基本恢复。弹性模量可基本恢复。人工时效人工时效20第第8章章建筑钢材建筑钢材8.4 8.4 钢材的锈蚀与防护钢材的锈蚀与防护 8.4.1 8.4.1 钢材的锈蚀钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏,钢材表面与其
16、周围介质发生化学反应而遭到的破坏,称为钢材的锈蚀。称为钢材的锈蚀。化学锈蚀化学锈蚀电化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀,多数是钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀,多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢,但温度和湿度较高,锈蚀则发展迅速。应缓慢,但温度和湿度较高,锈蚀则发展迅速。钢材本身组成上的原因和杂质的存在,在表面介质钢材本身组成上的原因和杂质的存在,在表面介质的作用下,各成分电极电位的不同,形成微电池,铁元的作用下,各成分电极电位的不同,形成微电池,铁元素失去了电子成为素失去了电子成为FeF
17、e2+2+进入介质溶液,与溶液中的进入介质溶液,与溶液中的OHOH-离离子结合生成子结合生成FeFe(OHOH)2 2。锈蚀的结果:锈蚀的结果:在钢材表面形成疏松的氧化物,使钢结构断面减小,在钢材表面形成疏松的氧化物,使钢结构断面减小,降低钢材的性能,因而承载力降低。降低钢材的性能,因而承载力降低。21第第8章章建筑钢材建筑钢材 8.4.2 8.4.2 钢材的防护钢材的防护 三三个个方方面面:从从改改变变钢钢材材本本身身的的易易腐腐蚀蚀性性、隔隔离离环环境境中中的的侵侵蚀蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程。性介质或改变钢材表面的电化学过程。(1 1)采用耐候钢(耐大气腐蚀钢)采用耐候钢(耐大气
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