10 建筑钢材.ppt.ppt

10 建筑钢材,10.1 冶炼与分类,氧化气氛FeO FeO+CCO+Fe，CO，在凝固钢锭中形成气孔，P，f；FeO本身为有害杂质，呈脆性。故须脱氧处理。,先凝固，S、P含量低,后凝固，S、P含量高,(一)按化学成分1、碳素钢：Fe-C合金，含C 0.022.06%，尚含少量Si、Mn及微量S、P等。低碳钢(C0.60%)2、合金钢：加SiMnTiNbVCr等，改善钢材性能；低合金钢(10%),分类,(二)按脱氧程度分沸腾钢 F 镇静钢 Z 半镇静钢 b 特殊镇静钢 TZ,(三)按有害杂质S、P含量分普通钢：P0.045%S0.050%优质钢：P0.035%S0.035%高级优质钢：P0.025 S0.025特级优质钢：P0.025 S0.015,(四)按用途分结构钢工具钢特殊钢,10.2 技术性能,10.2.1 力学性能10.2.1.1 拉伸性能材料力学上标准试件：哑铃形，标距建筑钢材(线材)试件：打点机，间隔1cm。,-曲线,(1)弹性阶段：线弹性 比例极限 p非线弹性 弹性极限 e两者较接近，一般认为peE=/常用低碳钢：E=(2.02.1)105MPa，e=180200MPa。(2)屈服阶段屈服上限上，屈服下限下。下较稳定，易测，以下对应的应力作为屈服点，即屈服强度。常用低碳钢：s=185235MPa。设计时以s为取值依据。,(3)强化阶段抗拉强度b；常用低碳钢b=375500MPa；屈强比：s/b，愈小，结构愈安全，但太小，不经济，合理屈强比：0.600.75常用碳素钢=0.580.63，合金钢：0.650.75(4)颈缩阶段断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，至最终断裂；断后伸长率衡量塑性的重要指标，塑性。同一钢材，与标距有关，因颈缩处变形较大，故510。注：一般钢材在弹性范围内使用，但在应力集中处，其应力可能超过s，则产生一定塑性变形，可使应力重分布，使结构免遭破坏。,高碳钢,10.2.1.2 冲击韧性,在冲击或振动荷载以及拉力作用下，能吸收较多能量，同时产生较大的塑性变形而不破坏的性质。表示方法：冲击韧性指标，,Ak冲击吸收功，A受力净截面积,影响因素,(1)化学成分：S、P，k(2)冶炼质量：脱氧不完全，存在偏析现象时，k小。(3)冷加工及时效：冷加工及时效后，k。时效，通常需数十年，但当承受振动或反复荷载作用时，时效迅速发展。4、环境T：T，k，至脆性转变温度时，呈脆性，T越小，表明低温冲击韧性越好。冷脆性：由P引起；,10.2.1.3 硬度,抵抗硬物压入的能力测定方法：(1)布氏法(HB450)：读数显微镜测压痕直径d，则HB=P/A(2)洛氏法:钢球压头或金钢石圆锥压头单独施加初始试验力f0时的深度h0；初始试验力f0、主试验力f1同时作用卸除f1时的深度h1；h1-h0，硬度；与习惯相反，故改为k-(h1-h0)；且规定每压入0.002mm为一硬度单位，则得HR=k-(h1-h0)/0.002 金刚石压头：k=0.2mm；钢球压头：k=0.26mm。,P,疲劳性能,(一)交变荷载反复作用，往往在应力远小于其抗拉强度，甚至低于屈服强度时就发生破坏，此为疲劳破坏，且呈脆性。例：折断钢丝。(二)原因：内部或表面缺陷、裂纹处存在应力集中现象，交变应力反复作用时，塑性变形逐渐积累，裂纹逐步扩展，最终出现瞬时疲劳破坏。(三)测定方法：承受107次交变荷载不发生破坏时材料所能承受的最大应力，交变应力，断裂时经受的循环次数N，疲劳曲线(四)影响因素1、内部结构，成分偏析及内部其它缺陷；2、截面变化，表面光洁度，内应力大小。,10.2.2 工艺性能10.2.2.1 冷弯性能：常温下承受弯曲变形的能力,反映静荷下的塑性，且冷弯比拉伸试验更严格；拉伸试验：塑性变形导致应力重新分布，缺陷得不到反映；冷弯试验：局部不均匀变形，是更不利条件下的塑性变形，是更严格的检验，它能反映内部组织的均匀程度，是否存在内应力和杂质等。,10.2.2.2 焊接,(一)焊接方式1、电弧焊：弧焊机使焊条和焊件间产生高温电弧，熔化金属焊条和焊件，熔化后形成焊缝或焊接接头。(1)搭接焊：双面，单面(2)帮条焊：双面，单面(3)坡口焊：平焊，立焊2、接触对焊：对焊机，通电流加热至熔融，加压对接焊合，因飞溅出大量火花，故又称闪光对焊。3、电渣压力焊：电流通过渣池产生电阻热，使钢材端部熔融，加压焊合，适用于竖向钢筋接长。4、点焊：点焊机，代替绑扎用于钢筋骨架和钢筋网。,(二)影响焊接质量的因素 1、可焊性:C、S、P，可焊性。2、焊接工艺3、焊条材料(三)焊接质量要求(检验)拉伸：ft不低于母材弯曲：冷弯合格，仅指对焊接头。,10.2.3 冷加工与热处理性能,10.2.3.1 冷加工及强化自然时效；常温下存放1520天，f较低人工时效：加热至100-200保持23小时，f较高)经冷拉及时效处理后，ft，HB，但、k。,冷拔,合金拔丝模孔：冷拔钢丝，每次f10%以下，可多次冷拔，可4060%,10.2.3.2 热处理,1.淬火：加热至723以上某一温度，保持温度一定时间，于水中或机油中迅速冷缺，f、HB，、k，并产生应力；2.回火淬火钢材重新加热至723以下某一温度，保持温度一定时间，再缓慢或较快地冷缺至室温。可消除内应力，使HB，恢复韧性和塑性。高温回火，500-650，又称调质处理，使、k均得以改善。中温回火，300-500低温回火，150-3003.退火加热至723以上，保持温度一定时间，退火炉中缓慢冷缺。消除内应力，细化晶粒，均匀组织，HB，、k；多次冷拔时，常需退火处理。4.正火加热至723以上，保持相当长时间，空气中缓慢冷缺，f、HB，、k较退火时小。,10.3 钢材组成结构及对钢材性能的影响,10.3.1 组织及其对性能的影响(一)晶体结构1、晶格 1390，体心立方，Fe；910-1390，面心立方，Fe，V；910，体心立方，Fe，V 2、缺陷(1)点缺陷-空位、间隙原子，空位，f，间隙原子，f，但k。(2)线缺陷-刃型位错，使金属晶体成为非完全弹性体，亦使杂质易于扩散；(3)面缺陷-晶界面上原子排列紊乱，使f。,(二)基本组织,Fe-C合金，结合形式三种：固溶体-Fe中固溶微量C；化合物-Fe3C；机械混合物-固溶体与化合物的混合物。显微组织：一定条件下形成的具一定形态的聚合体，主要有以下几种：铁素体：C在 Fe中的固溶体，Fe原子间空隙小，溶C能力较差，故含C少，C0.02%，故、k很大，但ft、HB很小；奥氏体：C在-Fe中的固溶体，溶C能力较强，高温时C近于2.06%，T，C至0.8%，ft、HB不高，但塑性好。渗碳体：Fe3C，含C量高，C达6.67%；塑性差，硬脆，ft小珠光体：铁素体、渗碳体的混合物，含C较低(0.8%)，层状结构，塑性好，f、HB较大。,C0.8%时,C,铁素体,珠光体,f、HB,塑性；C0.8%时，仅为珠光体；C0.8%时，C,铁素体,渗C体,HB,塑性,f。,化学成分及其对性能的影响,C0.8时，C，f，HB，、kC1.0时，C，f；且C时，钢材可焊性，冷脆性、时效敏感性，耐锈蚀能力 Si：有益元素，脱氧作用。Si1.0%时，大部分溶于铁素体中，f，且对、k无明显影响；Mn：有益元素，脱氧除S，减轻热脆性，使可焊性，f、HB，Mn1.0%时，对、k影响不大。Mn12%时，溶于铁素体，强化作用，f；Mn1114%时，高锰钢，耐磨性P：有害元素，导致冷脆性。S:有害元素，呈非金属化合物夹杂物存在；熔点低，热加工时易引起晶粒分离，引起热裂缝，即热脆性。S，可焊性、抗蚀性；S0.045%。O：有害元素，主要非金属夹杂物，少量溶于铁素体中。O，可焊性；O0.03%,10.4 土木工程常用钢材,10.4.1 建筑常用钢种1.碳素结构钢(1)牌号及表示方法：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275按S、P含量划分等级：A B C D Q235Bb Q235AF(2)技术性能及应用表2-3、2-4、2-5常用牌号：Q235，强度和塑性均较好，可焊性亦好；Q195、Q215，塑性大，但强度小，适用于制作钢钉、螺栓、铁丝等；Q255、Q275，强度很高，但塑性小，适用于制作机械零件及工具。Q235A：静荷载结构；Q235C/D：重要焊接结构优质碳素结构钢普通含锰量(0.350.8%)、较高含锰量(0.71.2%)31个牌号：以平均含碳量、含锰量标注和脱氧程度代号组合而成“10F”“45Mn”“30”,2.低合金高强度结构钢(1)牌号：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460(2)性能：表2-6(3)应用：与碳素结构钢相比，强度较高，综合性能好，相同条件下，可节约钢材；塑性、韧性、可焊性、耐低温性、耐蚀性良好；成本与碳素钢相近。轧制型钢、钢板、钢管、钢筋；钢结构(重型、大跨度、高层、桥梁),10.4.2 钢筋砼结构用钢,1.热轧钢筋级，ft较低，但塑性、可焊性很好，便于加工，普通构件受力筋、构造筋；级，ft较高，塑性、可焊性较好，大中型结构受力筋；级，级，ft高，塑性、可焊性较差，冷拉后作预应力钢筋；可通过焊前预热或焊后热处理以保证焊接质量，或采用其它连接方式。,2.冷轧扭钢筋,3.冷轧带肋钢筋,普通低碳钢或低合金钢热轧圆盘条为母材，冷轧减轻后表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋。,4.预应力混凝土用钢丝,5.预应力砼用钢丝和钢绞线,预应力高强度钢丝：优质碳素结构钢盘条，经酸洗、冷拉、或再经回火处理等工艺制成。钢绞线：7根2.5-5.0mm高强度钢丝，绞捻后经一定热处理消除内应力制成，一般左捻。冷拉钢丝，矫直回火钢丝，矫直回火刻痕钢丝b达1500MPa以上，屈服强度0.2达1100MPa以上。,强度高，柔性好，无接头，施工简便，不需冷拉、焊接等，质量稳定，安全可靠，主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆等的预应力钢筋。钢绞线：直接9.0、12.0、15.0mm，整根破坏荷载可达220kN，屈服荷载可可达187kN,10.4.3 钢结构用钢材,1.热轧型钢(1)热轧普通工字钢(2)热轧H型钢和T型钢(3)热轧普通槽钢(4)热轧等边角钢和不等边角钢,2.冷弯薄壁型钢,(1)结构用冷弯空心型钢方形空心矩形空心(2)通用冷弯开口型钢冷弯等边角钢、不等边角钢冷弯等边槽钢、不等边槽钢冷弯内卷边槽钢、外卷边槽钢冷弯Z型钢、卷边Z型钢,3.棒材,(1)棒材：热轧六角钢和八角钢钢结构螺栓；热轧扁钢房架构件、扶梯、桥梁、栅栏；热轧圆钢与方钢普通钢结构中很少用，圆钢可用于轻钢结构，作一般杆件和连接件。(2)钢管：热轧无缝钢管；焊接钢管(3)板材：钢板：热轧、冷轧；厚板(4mm)、薄板花纹钢板：压型钢板：彩色涂层钢板：,10.5 腐蚀与防护,2.6.1 锈蚀1、化学锈蚀2、电化学锈蚀阳极Fe Fe-2eFe2+阴极C O2+2H2O+4e4OHFe2+2OH-Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,V,最大可达6倍。为钢筋锈蚀的主要形式。,(二)防锈措施,对钢结构：保护层法：喷镀金属保护层(镀锌、镀锡)涂非金属保护层(防锈涂料、塑料、搪瓷)合金法：使用合金钢对钢筋砼结构：保证密实度(Cmin、加强振捣)；保证足够保护层厚度、防止碳化至钢筋表面；限制Cl盐含量；合理选用水泥品种，保证足够碱度；掺用阻锈剂。,