1、主要内容：钢材的生产与分类 建筑钢材的力学与工艺性能 建筑钢材的品种与选用 钢材的防腐,第五章 建筑钢材,5.1 钢材的生产与分类,上海宝钢,一、钢及其特性,钢与铁钢：凡是含碳量小于2.06%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。铁：含碳量超过2.06%铁碳合金，称为生铁。 特性：性能较脆、强度低、韧性差。有炼钢生铁（白口铁）和铸造生铁（灰口铁）。钢的特点强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工，性能可靠；但是，钢材易锈蚀、维护费用高，耐火性差。,二、 钢的冶炼方法简介,钢的冶炼过程： 钢的冶炼：就是将熔融的生铁进行氧化，使碳含量降低 到规定范围的过程。如图所示。,二、 钢的冶炼方法简
2、介,按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：1. 空气转炉炼钢法： 如下图。 一般炼制普通碳素钢。原理：以熔融铁水为原料，由转炉顶部吹入空气除碳。特点：冶炼时间短（2040min），产量高，成本低。2 .氧气转炉炼钢法： 炼制优质碳素钢和合金钢。常用原理：以熔融铁水为原料，由转炉顶部吹入纯氧气除碳。特点：冶炼时间短，产量高，成本较高。3 .平炉炼钢法： 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。原理：以生铁和铁矿石为原料，利用铁矿石中的氧和鼓入的空气除碳。传统冶炼方法。,氧气顶吹转炉原理图,平炉炼钢,二、 钢的冶炼方法简介,特点：质量好且稳定，冶炼时间较长，产量低，成本高。4.电炉炼钢法：炼制
3、优质碳素钢和合金钢。原理：以电为热源的冶炼方法。特点：冶炼温度高且易于控制，质量最高，耗电量大，成本高，产量低。脱氧目的与脱氧剂脱氧目的：减少冶炼中生成的FeO，减少成分产生偏析，提高质量。脱氧剂：锰铁、硅铁或铝。产生MnO、SiO2、Al2O3钢渣；,三、钢的分类,1.按冶炼方法分：,转炉钢,电炉钢,钢,按冶炼方法分,按脱氧程度分,半镇静钢(B),镇静钢(Z),特殊镇静钢(TZ）,平炉钢,沸腾钢（F),脱氧不完成的钢,脱氧充分的钢,三、钢的分类,2.按质量分：按钢中S和P元素含量分硫的危害：增大钢的热脆性，产生热裂纹，降低钢材的可焊性和热加工性。磷的危害：降低钢的塑性和韧性，钢材易脆裂（冷脆
4、性）。,优质钢,特殊质量钢,普通钢,含硫量0.050%，含磷量0.045%,含硫量0.035%，含磷量0.035%,含硫量0.030%，含磷量0.035%,三、钢的分类,3.按化学成分分碳素钢：主要成分是铁与碳的钢，也称铁-碳合金。 含碳量为0.022.06，碳含量越高，钢的强度、硬度、冷脆性和时效敏感性增加，塑性、韧性、焊接性和耐锈蚀性下降。此外含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。,钢,中碳钢,高碳钢,碳素钢,合金钢,中合金钢,高合金钢,低碳钢,低合金钢,C0.25%,C=0.25%0.60,C=0.60%2.06,C0.2%，合金5%,5%10,10,三、钢的分类,合金钢：是指在炼钢过
5、程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。4.按用途分：建筑钢：是把钢通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性能的材料。 也可归类为结构钢结构钢：是指符合特定强度和可成形性等级的钢。 工具钢：用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。 特殊性能钢：如不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。,四、建筑钢材的主要品种,1.型钢简单截面型钢：圆钢、方钢、六角钢、八角钢等；复杂截面型钢：工字钢、角钢、槽钢、钢轨等。,四、建筑钢材的主要品种,2.线材如钢筋、钢丝等。,四、建筑钢材的主要品种,3.管材 无缝钢管、焊接钢管等。,四、建筑钢材的
6、主要品种,4.板材光面钢板、花纹钢板、彩色涂层钢板等。,压型彩钢板,5.2 建筑钢材的力学与工艺性能,2.2 建筑钢材的力学与工艺性能,建筑钢材的力学性能有： 拉伸性能，冲击韧性，硬度，疲劳性能；建筑钢材的工艺性能有： 冷弯性能，可焊性，热处理性能；建筑钢材的力学与工艺性能的作用： 决定钢材的选用的重要依据。一、钢材的拉伸性能： 建筑钢材重要的性能，包括钢材的屈服强度、抗拉强度和伸长率。用拉伸试验（应力与应变图）测定。,标准试件,按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。,非标准试件,不经过加工，直接在线材上切取的试件。,一、拉伸性能,1.低碳钢的拉伸性能,微机控制万能试验机,WAW系列微机
7、控制电液伺服万能试验机(双空间）,钢材拉伸过程的-图,（1）拉伸试验过程,钢材拉伸弹性阶段示意图,p比例极限，MPa。,B弹性极限，MPa。,注：由于A、B两点相距较近，一般认为p=B 。,特征：1.钢材产生弹性变形；2.应力与应变成正比；,弹性模量,E的用途：计算钢材结构变形的重要指标。低碳钢E为2105MPa,钢材拉伸屈服阶段示意图,特征：1.应力与应变不再成正比；2.钢材产生塑性变形能力；3.钢材在较小应力作用下产生较大的变形；,应用：以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度。低碳钢为195300MPa,0,钢材拉伸强化阶段示意图,b 抗拉强度或强度极限低碳钢为385520MPa,特征：钢材对
8、外力的抵抗能力重新提高直到最大,钢材拉伸颈缩阶段示意图,DE颈缩阶段,特征：应力下降，变形迅速增大。钢材某截面急剧收缩，最终从截面最细处断裂,（2）拉伸过程的参数,强度指标屈服强度： 用途:结构设计中钢材强度取值的依据。抗拉强度： 注：抗拉强度不能直接利用。 屈强比：钢材屈服强度与抗拉强度的比值。 屈强比用途:反映钢材的利用率与可靠性。塑性指标伸长率： 意义：反映钢材塑性变形能力的大小。,2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能,特征：硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度0.2来代替屈服强度。条件屈服点0.2 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。,oa
9、总变形。ba弹性变形99.8%。ob塑性变形0.2%。,二、冲击韧性,定义及指标冲击韧性：钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。 表示方法：用冲击韧性值k表示。k 越大，则冲击韧性越好，脆性破坏的危险性越小。由冲击试验机测定。k是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功（J/cm2）。影响因素钢的化学成分：硫、磷含量高，冲击韧性降低。钢的组织状态：如存在化学偏析，含非金属夹杂物，冲击韧性降低。温度：温度降低，冲击韧性下降。,全自动冲击试验机,三、工艺性能,1.冷弯性能 冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验：以规定的弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a和弯曲角度（90或180
10、）试验；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹、起层、鳞落或断裂，则冷弯合格。冷弯试验的目的：检验钢材的某些内在缺陷，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。,三、工艺性能,2.可焊性（焊接性能） 可焊性：指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。影响钢材可焊性的因素： 钢材的化学成分及含量：含碳量高、含硫量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。 提高钢材可焊性的措施：焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢。采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊
11、前预热及焊后热处理等措施。,四、钢材的冷加工强化和时效,1.冷加工强化冷加工强化：指钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工方法：有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。钢材进行冷加工的目的：1.提高钢材的强度，利用塑性节约钢材； 2.对钢材进行调直和除锈。,四、钢材的冷加工强化和时效,2.时效钢材的时效：钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。时效的方法：分为自然时效和人工时效两种。自然时效：是将其冷加工后，在常温下放置1520d；人工时效：是将冷加工后的钢材加热至100200保持2h以上。时效处理的目的：提高钢材的屈服强度
12、、抗拉强度及硬度，而塑性和韧性降低。,5.3 建筑钢材的品种与选用,常用建筑钢材的品种：碳素结构钢低合金高强度结构钢热轧钢筋低碳热轧圆盘条冷轧带肋钢筋热处理钢筋钢丝钢绞线,一、碳素结构钢（非合金钢）,1.牌号表示方法由代表屈服点的字母+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号等四个部分按顺序组成； 如：Q235AF表示为屈服点不小于235MPa的A级沸腾钢。质量等级分为ABCD四级，D级质量最好。2.牌号共有Q195、Q215、Q235、Q275四个牌号。工程常用Q235牌号。牌号越大，含碳量越大，强度硬度越高，塑性韧性越低。3.技术要求化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T700-2006
13、规定。,一、碳素结构钢（非合金钢）,4.应用Q195、Q215:含碳量低，强度低，塑性、韧性、加工性能和可焊性好，主要用于轧制薄板和盘条、制造铆钉、地脚螺栓等。Q235:含碳适中，综合性能好，强度、塑性和焊接等性能得到很好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或钢筋，以及圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢等型钢，广泛地应用于建筑工程中。Q275:强度、硬度较高，耐磨性较好，塑性和可焊性能有所降低。主要用作铆接与螺栓连接的结构及加工机械零件。,一、碳素结构钢（非合金钢）,二、低合金高强度结构钢,1.牌号表示方法由代表屈服点的拼音字母（Q+屈服点数值+质量等级符号（A、B、C、D、E）三部分按顺序组成。
14、 如Q345A表示屈服点不小于345MPa的A级钢。 2.牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。3.技术要求其化学成分、力学性能、冷弯性能应符合GB/T1591 的规定,二、低合金高强度结构钢,4.应用Q295:钢中只含有极少量合金元素，强度不高，但有良好的塑性、冷弯、焊接及耐蚀性能。主要用于建筑工程中对强度要求不高的一般工程结构。Q345、Q390:综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460:强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高
15、、荷载大的轻型结构。,二、低合金高强度结构钢,三、热轧钢筋,1.生产采用钢锭经加热轧制自然冷却而成。钢筋混凝土常用2.分类钢筋混凝土用热轧钢筋分为:光圆钢筋和带肋钢筋两种。 3.牌号 由代号和屈服强度表示。热轧直条光圆钢筋 ：HPB235和HPB300热轧带肋钢筋：HRB335、HRB400、HRB500,H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词英文首位字母。 推荐公称尺寸：光圆：8、10、12、16、20 ；带肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm,三、热轧钢筋,4.热轧钢筋的力学性能、工艺性能 应符合下表的规定。,四、
16、低碳钢热轧圆盘条,1.概述低碳热轧圆盘条的公称直径为5.530mm，大多通过卷线机成盘卷供应，因此称为盘条、盘圆或线材。2.分类按用途分为：供拉丝用盘条（代号L）、供建筑和其他一般用途用盘条（代号J）两种。 3.牌号低碳热轧圆盘条的牌号表示方法由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号、用途类别符号等五个内容表示。,四、低碳钢热轧圆盘条,4.力学性能和工艺性能 5.应用大量用作建筑工程中钢筋混凝土的配筋外，还适用于供拉丝、包装及其它用途。,低碳热轧圆盘条的力学性能和工艺性能,五、冷轧带肋钢筋,1.生产冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。钢筋冷
17、轧后允许进行低温回火处理。2.牌号按抗拉强度分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170共五个牌号。 3.规格直径范围为412mm，推荐的公称直径为5、6、7、8、9、10mm,五、冷轧带肋钢筋,4.力学性能和工艺性能应符合GB13788的相关规定 。5.应用冷轧带肋钢筋用于非预应力构件，与热轧圆盘条相比，强度提高17%左右，可节约钢材30%左右；用于预应力构件，与低碳冷拔丝比，伸长率高，钢筋与混凝土之间的粘结力较大，适用于中、小预应力混凝土结构构件，也适用于焊接钢筋网。,六、钢丝,1.生产以优质碳素结构钢盘条为原料，经淬火、酸洗、冷拉制成的用作预应力混凝土骨架的
18、钢丝。 2.分类按交货状态分：分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种；按外形分：分为光面钢丝和刻痕钢丝两种。3.力学性能应符合相应标准规定。钢丝主要用作桥梁、吊车梁、电杆、楼板、大口径管道等预应力混凝土构件中的预应力筋 。,七、钢绞线,1.生产由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。2.规格钢绞线按应力松弛性能分为两级：级松弛（代号）、级松弛（代号）。公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格。3.特点及应用钢绞线与其他配筋材料相比，具有强度高、柔性好、质量稳定、成盘供应不需接头等优点。适用于作大型建筑、公路或铁路桥梁、吊车梁等大跨度预应力混凝土构件的预应力钢筋，广泛地应用于大跨度、重荷载的结构工程中。,钢丝力学性能表,预应力钢绞线力学性能,5.4 钢材的腐蚀与保护,钢材的腐蚀 钢材的腐蚀：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象。 钢材腐蚀的原因： 1.化学腐蚀：钢材与周围介质（O2、CO2、SO2、H2O)直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。 2.电化学腐蚀：钢材在电解质溶液（水）中形成原电池，使钢材发生化学反应而引起的腐蚀。钢材的防护方法 1.涂敷保护层：如油漆、表面镀锌、混凝土。,5.4 钢材的腐蚀与保护,2.制成合金钢：如铬、镍合金不锈钢。 3.电化学防腐：设置阳极或阴极保护，防止钢材电离。,END,
