1、 建筑材料 1第八章 建筑鋼材 安徽水利水電職業技術學院張思梅主講2第一節 建筑鋼材根本知識一、鐵和鋼的概念（一）鐵鐵分為白口鐵和灰口鐵。白口鐵主要作為煉鋼的原料；灰口鐵可直接用于鑄造,故稱鑄鐵。（二）鋼將熔融的生鐵進行氧化,使其中碳、硫、磷等雜質含量降低到允許范圍內,這種碳含量低于2%的鐵碳合金稱為鋼。 3二、鋼的分類 按合金元素含量將鋼分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三類。非合金鋼又叫碳素鋼,按含碳量不同又分為低碳鋼（碳含量小于0.25%）、中碳鋼（碳含量在0.25%-0.60%）和高碳鋼（碳含量大于0.60%）。建筑工程中,主要使用非合金鋼中的低碳鋼及低合金鋼加工產品。 4第二節 建筑鋼材

2、的主要技術性質一、力學性質 二、工藝性能 5一、力學性質（一）抗拉性能拉伸作用,是建筑鋼材主要受力形式,所以,抗拉性能是表示鋼材性質和選用鋼材最重要的指標。鋼材受拉直至破壞經歷了四個階段：1、彈性階段：在此階段,鋼材的應力和應變成正比關系。此階段產生的變形是彈性變形。2、屈服階段：隨著拉力的增加,應力和應變不再是直線關系,鋼材產生了彈性變形和塑性變形。當拉力到達某一定值時,即使應力不再增加,塑性變形仍明顯增長,鋼材出現了屈服現象,此點對應的應力值被稱為屈服點（或稱屈服強度）。屈服點是重要的指標,它說明鋼材假設在屈服點以上工作,雖然沒有斷裂,但會產生較大的塑性變形。因此,在結構設計時,屈服點是確

3、定鋼材容許應力的主要依據。63、強化階段：拉力超過屈服點以后,鋼材又恢復了抵抗變形的能力故稱強化階段。強化階段對應的最高應力稱為抗拉強度或強度極限。 抗拉強度是鋼材抵抗斷裂破壞能力的指標。雖然在結構設計時不能利用,但卻可以根據屈強比來評價鋼材的利用率和平安工作程度。屈強比是屈服強度比抗拉強度,假設屈強比小,鋼材在偶而超載時不會破壞,但屈強比過小,鋼材的利用率低,是不經濟的。適宜的屈強比應該是在保證平安使用的前提下,鋼材有較高的利用率。通常情況下,屈強比在0.60-0.75范圍內是比較適宜的。4、頸縮階段：過了抗拉強度以后,鋼材抵抗變形的能力明顯降低,并在受拉試件的某處,迅速發生較大的塑性變形,

4、出現頸縮現象,直至斷裂。7(二）沖擊韌性沖擊韌性是指在沖擊荷載作用下,鋼材抵抗破壞的能力。鋼的沖擊韌性受以下因素影響：1鋼材的化學組成與組織狀態：鋼材中硫、磷的含量高時,沖擊韌性顯著降低。細晶粒結構比粗晶粒結構的沖擊韌性要高。2鋼材的軋制、焊接質量：沿軋制方向取樣的沖擊韌性高；焊接鋼件處的晶體組織均勻程度,對沖擊韌性影響大。3環境溫度：當溫度較高時,沖擊韌性較大。當溫度降至某一范圍時,沖擊韌性突然降低很多,鋼材斷口由韌性斷裂狀轉為脆性斷裂狀,這種性質稱為低溫冷脆性。發生低溫冷脆性時的溫度（范圍）,稱脆性臨界溫度（范圍）。在嚴寒地區選用鋼材時,必須對鋼材冷脆性進行評定,此時選用鋼的脆性臨界溫度應

5、低于環境最低溫度。84時效：隨著時間的進展,鋼材機械強度提高,而塑性和韌性降低的現象稱為時效。9二、工藝性能冷彎性能和可焊性是建筑鋼材的重要工藝性能。 10（一）冷彎性能冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。鋼材在彎曲過程中,受彎部位產生局部不均勻塑性變形,這種變形在一定程度上比伸長率更能反映鋼的內部組織狀況、內應力及雜質等缺陷。因此,也可以用冷彎的方法來檢驗鋼的焊接質量。11（二）可焊性建筑工程中,鋼材絕大多數是采用焊接方法聯結的。這就要求鋼材要有良好的可焊性。可焊性是指鋼材在一定焊接工藝條件下,在焊縫和附近過熱區是否產生裂縫及脆硬傾向,焊接后接頭強度是否與母體相近的性能。鋼的可焊性主

6、要受化學成分極其含量的影響。含碳量小于0.3%的非合金鋼具有良好的可焊性,超過0.3%,焊接的脆硬傾向增加；硫含量高會使焊接處產生熱裂紋,出現熱脆性；雜質含量增加,會使可焊性降低。12第三節 建筑用鋼的晶體組織與化學成分對鋼性能的影響本章主要了解化學成分對鋼性能的影響。 13化學成分對鋼性能的影響：1、碳的影響：碳是鋼中重要元素,對鋼的組織和性能有決定性影響。隨含碳量增加,鋼的硬度增大,塑性和韌性降低,可焊性降低,強度以含碳量為0.8%左右為最高。2、錳的影響：在煉鋼過程中,錳起到脫氧去硫作用,提高了強度,克服由硫引起的熱脆性。但當錳含量超過1%后,塑性和韌性有所下降。固溶在鐵素體中的錳,使鋼

7、的強度、硬度和韌性都提高。錳在非合金鋼中含量為0.2%-0.8%,在低合金鋼中含量一般為1%-2%。高錳鋼的耐磨性明顯提高。143、硅的影響：在鋼中,硅大局部固溶于鐵素體中,少量屬于非金屬夾雜物。硅含量在2%以內時,可提高鋼的強度,對塑性和韌性影響不大。4、磷的影響：磷是鐵原料中帶入的雜質。磷使鋼在常溫下的強度和硬度增加,塑性和韌性顯著降低。5、硫的影響：硫是有害成分。硫含量增加,顯著降低了鋼的熱加工性能和可焊性。硫和磷一樣,易于偏析,含量過高時,會降低鋼的韌性。15第四節 鋼材的冷加工和熱處理 一、鋼材的冷加工強化和時效處理 二、鋼材的熱處理 16一、鋼材的冷加工強化和時效處理（一）冷加工強

8、化在常溫下,鋼材經拉、拔、軋等加工,使其產生塑性變形,而調整其性能的方法稱為冷加工。冷加工后的鋼材,屈服點和硬度提高,塑性降低,鋼材得到強化。 假設冷拉后的鋼材,立即受拉,我們發現雖然屈服點提高,但抗拉強度根本不變,塑性和韌性降低,彈性模量降低。 冷加工強化的原因,是冷拉超過屈服點時,塑性變形造成滑移面內晶格扭曲,畸變加劇,阻礙了進一步滑移,提高了抵抗變形的能力。17（二）時效處理冷拉后的鋼材,時效加快。假設在常溫下存放15-20天,可完成時效,稱自然時效。假設加熱鋼材至100-200度,則可以在更短時間內完成時效,稱人工時效。經時效處理后的鋼材,假設再受拉,屈服點進一步提高,抗拉強度也提高,

9、塑性和韌性進一步降低,彈性模量得到恢復。這種現象也稱時效強化。建筑工地和混凝土構件廠,常利用冷拉和冷拔并時效處理方法,對鋼材進行處理,提高鋼材的機械強度,降低塑性,從而到達節約鋼材的目的。冷拉并時效處理后鋼筋,同時也被調直和除銹。當再冷拉時,要控制冷拉率及冷拉應力,使冷拉后的鋼材性能符合標準規定。18二、鋼材的熱處理 熱處理是將鋼材按規定的溫度制度,進行加熱、保溫和冷卻處理,以改變其組織,得到所需要的性能的一種工藝。熱處理的方法有淬火、回火、退火和正火。熱處理的具體方法本書不做要求。19第五節 建筑鋼材的技術標準 一、碳素結構鋼（非合金結構鋼）1、牌號國家標準規定,牌號由代表屈服點的符號（Q）

10、、屈服點值（195、215、235、255、275兆帕）、質量等級（A,B,C,D）和脫氧程度（F,b,Z,TZ）構成。其中A,B為普通質量鋼；C,D為磷、硫雜質控制較嚴格的優質鋼。脫氧程度以F代表沸騰鋼,b代表半鎮靜鋼,T和TZ分別代表鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼。 例如：Q235-A.F,表示屈服點為235兆帕的質量為A級的沸騰鋼。202、選用建筑工程中主要應用的碳素鋼是Q235號鋼。它之所以普遍應用,主要是它的機械強度、韌性和塑性及加工等綜合性能好,而且冶煉方便,本錢較低。 Q215號鋼機械強度低、塑性大,受力后變形大,經加工及時效處理后可代替Q235使用。在選用鋼的牌號時,還必須熟悉鋼的質量。一

11、般的說,平爐鋼和氧氣轉爐鋼較好；質量等級為D,C的鋼優于B,A級綱；特殊鎮靜鋼和鎮靜鋼優于平鎮靜鋼,更優于沸騰鋼。21二、低合金高強度結構鋼1、牌號這種鋼的牌號由代表屈服點的Q、屈服點數值、質量等級符號（A、B、C、D、E）三個局部按順序排列。2、性能低合金結構鋼比碳素結構鋼強度高、塑性和韌性好,尤其是抗沖擊、耐低溫、耐腐蝕能力強,并且質量穩定,可節省鋼材。在鋼結構中,常采用低合金結構鋼軋制的型鋼、鋼板和鋼管來建造橋梁、高層及大跨度鋼結構建筑。在預應力鋼筋混凝土中,二、三級鋼筋即是由普通質量低合金鋼軋制的。 22三、鋼筋混凝土結構用鋼筋與鋼絲主要了解熱軋鋼筋。1、熱軋鋼筋的級別和技術性能熱軋鋼

12、筋按強度等級分為四個級別。其中一級鋼筋為Q235(A,B級)熱軋光圓鋼筋。二、三和四級鋼筋符合施工用鋼筋的標準規定。2、軋鋼筋的選用二三級鋼筋屬于普通質量低合金鋼軋制的,適合用做非預應力鋼筋和預應力鋼筋；而四級鋼筋是由優質合金鋼軋制的,質量好、強度高,適宜做預應力鋼筋；而一級鋼筋宜做非預應力鋼筋。隨鋼筋級別提高,鋼筋的機械強度提高,塑性及冷彎性能均降低。當所選鋼筋強度偏低,塑性偏大時,可以通過冷拉加時效處理的方法調整其性質,并到達節約鋼材的目的。23第六節 建筑鋼材的防銹 建筑鋼材外表與周圍環境接觸時,往往會發生電化學腐蝕和化學腐蝕,使鋼外表銹蝕。無論在堆放還是在使用過程中,鋼材銹蝕后,都會造成應力截面減小,外表缺陷增多,承載力及沖擊韌性降低