1、掌握：建筑鋼材的主要性能。 熟習：建筑鋼材的常用鋼種及運用。 了解：鋼筋混凝土用鋼材的種類及運用。 本章教學目的第一節鋼的冶煉和分類平爐煉鋼氧氣轉爐煉鋼電爐煉鋼 一一 鋼的冶煉鋼的冶煉l(1)沸騰鋼l(2)鎮靜鋼l(3)半鎮靜鋼根據脫氧程度分為：電爐鋼平爐鋼轉爐鋼）按冶煉方法分（1鎮靜鋼半鎮靜鋼沸騰鋼）按脫氧程度分（2冷加工鋼材熱加工鋼材）按壓力加工方式分（3）量高合金鋼（合金元素總）量中合金鋼（合金元素總）量低合金鋼（合金元素總合金鋼）高碳鋼（含碳量）中碳鋼（含碳量）低碳鋼（含碳量碳素鋼）按化學成分分（10%10%5%5%0.600.60%0.25%0.254），含磷量高級優質鋼（含硫量），

2、含磷量優質碳素鋼（含硫量），含磷量普通碳素鋼（含硫量）按質量分（0.035%0.027%0.030%0.020%0.040%0.035%0.045%0.030%0.085%0.045%0.065%0.055%5磁鋼等鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、特殊鋼：不銹鋼、耐酸、量具、模具等工具鋼：用于制作刀具機械制造用結構鋼建筑工程用結構鋼結構鋼）按用途分（6第二節建筑鋼材的主要技術性能 建筑鋼材的技術性能建筑鋼材的技術性能力學性能力學性能工藝性能工藝性能化學性能化學性能抗拉性能抗拉性能沖擊韌性沖擊韌性疲勞強度疲勞強度硬硬 度度冷彎性能冷彎性能1.1.應力應力 2.2.應變應變3.3.彈性與彈性變形彈性與彈性變形

3、4.4.塑性與塑性變形塑性與塑性變形AFAN0001LLLLLFFALL0L1建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0L1L2低碳鋼的受拉過程分為四個階段低碳鋼的受拉過程分為四個階段建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能0LLOAF彈性階段彈性階段OAOA屈服階段屈服階段ABAB強化階段強化階段BCBC頸縮階段CDABCD低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能一、彈性階段OA 一條經過原點的直線，應力與應變成正比。 彈性彈性模量 E值的大小反映了

4、鋼材抵抗彈性變形的才干。 A點對應的應力。tgE:p0LLOAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖p E1 E2l圖形的特點：l 試件的特點：l計算的目的：ABCD彈性極限建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能二、屈服階段AB 一條動搖的曲線，應力添加很小，而應變添加很大。 所能接受的拉力添加很小，而塑性變形迅速添加，似乎鋼材不能接受外力 屈服強度也叫屈服點 點對應的應力。0LLl圖形的特點：l試件的特點：l計算的目的：OAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖pACDBB上B下:s下BsAFss屈服。三、強化階段BC 一段上升的曲線。抵抗塑性變形的才干又重新提高抗拉強度

5、l圖形的特點：l試件的特點：l計算的目的：0LLOAFA低碳鋼受拉的應力應變圖低碳鋼受拉的應力應變圖pACDBB上B下s:bAFbbbC點對應的應力。建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能強化。四、頸縮階段CD 一段下降的曲線。變形迅速開展，在有雜質或缺陷處，斷面急劇減少 ，直到斷裂。伸長率： l圖形的特點：l試件的特點：l計算的目的：AF0LLOApACDBB上B下sb%100001LLLL1L0建筑鋼材的抗拉性能建筑鋼材的抗拉性能l計算的目的：頸縮三個重要的目的1.屈服強度s 構造設計中鋼材強度取值的根據2.抗拉強度b 鋼材所能接受的最大應力 屈強比 屈強比，利用率 ，平安可靠程度3.伸長率

6、 衡量鋼材塑性的目的，越大闡明鋼材的塑性越好 bsbsAF0LLOApACDBB上B下sbsbbs%100001LLL4斷面收縮率L10AAnd0L0L0=5d0或10d0A0、 An前后的截面積5與10誰大2 . 0中碳鋼、高碳鋼的應力應變圖l規定：產生剩余變l形為原始標距的0.2%l時所對應的應力值，l作為硬鋼的屈服強度，l稱為條件屈服強度，l用0.2表示。1l 鋼材抵抗沖擊荷載的才干。 定義試件FAKk討論與分析計算式測試方法演示ak沖擊韌性。l鋼的化學成分;l例：S、P沖擊韌性l冶煉及軋制質量l質量沖擊韌性l溫度l溫度，沖擊韌性l l ak影響沖擊韌性的要素 設計接受交變荷載且須進展疲

7、勞驗算的構造時，該當了解所用鋼材的疲勞強度。l硬度是指鋼材抵抗硬物體壓入鋼材的外表的才干。l方法：布氏法、洛氏法和維氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定義測定方法演示討論與分析l資料的硬度往往與資料的其它性能有一定的相關系，如：鋼材的HB值與抗拉強度 之間有較好的相關關系。HBb6 . 3175HB，當HBb5 . 3175HB，當l 指鋼材在常溫下接受彎曲變形的才干，l l 試件被 彎曲角度、彎心直徑與厚度的比值d/al 定義目的實驗演示l彎曲角度 d/a，表示對冷彎性能要求越高。結論實驗演示l鋼材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷軋。( (一一) ) 鋼材的冷加工及時效鋼材的冷加工及時效鋼筋經冷拉

8、時效后應力鋼筋經冷拉時效后應力- -應變圖的變化應變圖的變化 鋼筋冷拉后屈服強度可提高15%-20%，冷拔后屈服強度可提高40%-60%。時效鋼材隨時間的延伸而表現出強度提高，塑性和韌性下降的景象稱為時效。(二) 冷加工在工程中的運用1.碳是決議鋼材性能的主要元素。隨著含碳量的添加，鋼的強度和硬度提高，塑性和韌性下降。但當含碳量大于1.0%時，由于鋼材變脆，強度反而下降。2.硅、錳 參與硅和錳可以與鋼中有害成分FeO和FeS分別構成SiO2、MnO和MnS而進入鋼渣排出，起到脫氧、降硫的作用。 3.硫、磷 硫使鋼材的熱脆性添加，磷能使鋼的強度、硬度提高，但顯著降低鋼材的塑性和韌性，使鋼材的冷脆

9、性添加。 4.氧、氮降低了鋼材的強度、冷彎性能和焊接性能。氧還使鋼的熱脆性添加，氮使冷脆性及時效敏感性添加。5.鋁、鈦、釩、鈮是鋼的強脫氧劑和合金元素。能改善鋼的組織、細化晶粒、改善韌性，并顯著提高強度。 第三節建筑鋼材的常用鋼種l普通碳素構造鋼簡稱碳素構造鋼，化學成分主要是鐵，其次是碳，故也稱鐵-碳合金。其含碳量為0.02%-2.06%，此外尚含有少量的硅、錳和微量的硫、磷等元素。一一 碳素構造鋼碳素構造鋼( (一一) ) 碳素構造鋼的牌號表示方法碳素構造鋼的牌號表示方法碳素構造鋼的牌號由代表屈服點的字母、屈服點數值、碳素構造鋼的牌號由代表屈服點的字母、屈服點數值、質量等級符號、脫氧程度符號

10、四部分按順序組成。碳質量等級符號、脫氧程度符號四部分按順序組成。碳素構造鋼分素構造鋼分5 5個牌號，即個牌號，即Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。按其硫、磷雜質含量由多到少分為。按其硫、磷雜質含量由多到少分為A A、B B、C C、D D 4 4個質量等級。個質量等級。舉例 鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼在鋼的牌號中Z和TZ予以省略。如Q235-AF，表示此碳素構造鋼是屈服點為235MPa的A級沸騰鋼；Q235C，表示此碳素構造鋼是屈服點為235MPa的C級鎮靜鋼。 (二二) 碳素構造鋼的技術要求碳素構造鋼的技術要求化學成分、力學性能、化學成分、力

11、學性能、 冷彎性能冷彎性能碳素構造鋼隨著牌號的增大，其含碳量和含錳碳素構造鋼隨著牌號的增大，其含碳量和含錳量添加，強度和硬度提高，而塑性和韌性降低，量添加，強度和硬度提高，而塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。冷彎性能逐漸變差。土木工程中運用最廣泛的碳素構造鋼是土木工程中運用最廣泛的碳素構造鋼是Q235Q235，具有較，具有較高的強度，良好的塑性、韌性及可焊性，綜合性能高的強度，良好的塑性、韌性及可焊性，綜合性能好。用好。用Q235Q235鋼大量軋制成各種型鋼、鋼板及鋼筋。鋼大量軋制成各種型鋼、鋼板及鋼筋。其中其中Q235-AQ235-A級鋼，僅適用于接受靜荷載作用的構造；級鋼，僅適用于接受靜荷

12、載作用的構造；Q235-CQ235-C和和Q235-DQ235-D級鋼，可用于重要的焊接構造。級鋼，可用于重要的焊接構造。 Q195Q195、Q215Q215鋼，強度低，塑性和韌性較好，具鋼，強度低，塑性和韌性較好，具有良好的可焊性，易于冷加工，常用作鋼釘、鉚釘、有良好的可焊性，易于冷加工，常用作鋼釘、鉚釘、螺栓及鋼絲等，也可用作軋材用料。螺栓及鋼絲等，也可用作軋材用料。Q215Q215鋼經冷加鋼經冷加工后可替代工后可替代Q235Q235鋼運用。鋼運用。Q255Q255、Q275Q275鋼，強度較高，但塑性、韌性和可鋼，強度較高，但塑性、韌性和可焊性較差，不易焊接和冷彎加工，可用于軋制鋼筋、焊

13、性較差，不易焊接和冷彎加工，可用于軋制鋼筋、制造螺栓配件等，但更多用于機械零件和工具等。制造螺栓配件等，但更多用于機械零件和工具等。 l低合金高強度構造鋼綜合性能較為理想，尤其在大跨度、接受動荷載和沖擊荷載的構造中更適用，而且與運用碳素鋼相比，可節約鋼材20%-30%，但本錢并不很高。 二二 低合金高強度構造鋼低合金高強度構造鋼( (一一) )低合金高強度構造鋼的牌號表示方法低合金高強度構造鋼的牌號表示方法 低合金高強度構造鋼的牌號由屈服點字母低合金高強度構造鋼的牌號由屈服點字母Q Q、屈服點數值、質量等級、屈服點數值、質量等級A A、B B、C C、D D、E E三個部分組成，共有三個部分組

14、成，共有5 5個牌號。個牌號。 Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420和和Q460Q460( (二二) )低合金高強度構造鋼的技術要求低合金高強度構造鋼的技術要求化學成分與力學性能化學成分與力學性能( (三三) )低合金高強度構造鋼的性能和運用低合金高強度構造鋼的性能和運用主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼構造和鋼筋混凝土構造中，特別適用泛用于鋼構造和鋼筋混凝土構造中，特別適用于各種重型構造、高層構造、大跨度構造及橋于各種重型構造、高層構造、大跨度構造及橋梁工程等。梁工程等。第四節鋼材混凝土用鋼材l熱軋光

15、圓鋼筋的強度較低，但塑性及焊接性能很好，便于各種冷加工，因此廣泛用作普通鋼筋混凝土構件的受力筋及各種鋼筋混凝土構造的構造筋；HRB335和HRB400鋼筋強度較高，塑性和焊接性能也較好，故廣泛用作大、中型鋼筋混凝土構造的受力鋼筋；HRB500鋼筋強度高，但塑性和焊接性能較差，可用作預應力鋼筋。一一 鋼筋混凝土用熱軋鋼筋鋼筋混凝土用熱軋鋼筋(a)等高肋鋼筋；(b)月牙肋鋼筋 熱軋鋼筋的力學性能和工藝性能熱軋鋼筋的力學性能和工藝性能 二二 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l冷軋帶肋鋼筋既具有冷拉鋼筋強度高的特點，同時又具有很強的握裹力，混凝土對冷軋帶肋鋼筋的握裹力是同直徑冷拔低碳鋼絲的36倍，大大提高了構

16、件的整體強度和抗震才干。這種鋼筋適用于中、小型預應力混凝土構造構件和普通鋼筋混凝土構造構件。 冷軋帶肋鋼筋冷軋帶肋鋼筋l熱處置鋼筋經過調質熱處置而成，具有強度高、韌性高、粘結力高和塑性降低小等優點，特別適用于預應力混凝土構件 。三三 預應力混凝土用熱處置鋼筋預應力混凝土用熱處置鋼筋熱處置鋼筋的力學性質熱處置鋼筋的力學性質(GB 44631984) (GB 44631984) 公稱直徑(mm)牌號屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)伸長率(%) 不小于 640Si2Mn 1325147068.248Si2Mn 1045Si2Cr 四四 預應力混凝土用鋼絲預應力混凝土用鋼絲l預應力混凝土用鋼絲質量

17、穩定、平安可靠、強度高、無接頭、施工方便，主要用于大跨度的屋架、薄腹架、吊車梁或橋梁等大型預應力混凝土構件，還可用于軌枕、壓力管道等預應力混凝土構件。螺旋肋鋼絲外形表示圖 三面刻痕鋼絲外形表示圖 五五 預應力混凝土用鋼絞線預應力混凝土用鋼絞線l鋼絞線具有強度高，與混凝土粘結好，斷面面積大，運用根數少，在構造中陳列布置方便，易于錨固等優點，主要用于大跨度、大荷載的預應力屋架、薄腹梁等構件。 預應力鋼絞線截面圖 六、鋼材的銹蝕與防止六、鋼材的銹蝕與防止 1 1 鋼材的銹蝕鋼材的銹蝕 定義定義 鋼材的銹蝕是指其外表與周圍介鋼材的銹蝕是指其外表與周圍介質發生化學作用或電化學作用而遭到破壞。質發生化學作

18、用或電化學作用而遭到破壞。害處害處 鋼材銹蝕不僅使截面積減小，性鋼材銹蝕不僅使截面積減小，性能降低甚至報廢，而且因產生銹坑，可呵能降低甚至報廢，而且因產生銹坑，可呵斥應力集中，加速構造破壞。斥應力集中，加速構造破壞。分類分類 根據銹蝕作用機理，鋼材的銹蝕根據銹蝕作用機理，鋼材的銹蝕可分為化學銹蝕和電化學銹蝕兩種。可分為化學銹蝕和電化學銹蝕兩種。 化學銹蝕定義化學銹蝕是指鋼材直接與周圍介質發生化學反響而產生的銹蝕。 原理 這種銹蝕多數是氧化作用，使鋼材外表構成疏松的氧化物。在常溫下，鋼材外表構成一薄層氧化維護膜FeO，可以起一定的防止鋼材銹蝕的作用，故在枯燥環境中，鋼材銹蝕進展緩慢。但在溫度或濕

19、度較高的環境中，化學銹蝕進展加快。 前往 電化學銹蝕定義 電化學銹蝕是指鋼材與電解質溶液接觸，構成微電池而產生的銹蝕。 原理 潮濕環境中鋼材外表會被一層電解質水膜所覆蓋，而鋼材本身含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，構成許多微電池。在陽極區，鐵被氧化成為Fe2+離子進入水膜；在陰極區，溶于水膜中的氧被復原為OH-離子。隨后兩者結合生成不溶于水的FeOH2，并進一步氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹FeOH3電化學銹蝕是鋼材銹蝕的最主要方式。 影響鋼材銹蝕的主要要素有環境中的濕度、氧，介質中的酸、堿、鹽，鋼材的化學成分及外表情況等。一些鹵素離子，特別是氯離子能破壞維護膜，促進銹蝕反響，

20、使銹蝕迅速開展。鋼材銹蝕時，伴隨體積增大，最嚴重的可達原體積的6倍，在鋼筋混凝土中會使周圍的混凝土脹裂。埋入混凝土中的鋼材，由于混凝土的堿性介質新澆混凝土的pH值為12左右，在鋼材外表構成堿性維護膜，阻止銹蝕繼續開展，故混凝土中的鋼材普通不易銹蝕。 2 銹蝕的防止 鋼構造 通常采用外表刷漆的方法。常用的底漆有紅丹、環氧富鋅漆 薄壁鋼材 采用熱浸鍍鋅或鍍鋅后加涂塑料涂層等措施、鐵紅環氧底漆等，面漆有調和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。混凝土配筋 根據構造的性質和所處環境等，思索混凝土的質量要求，主要是提高混凝土的密實度，保證足夠的鋼筋維護層厚度，限制氯鹽外加劑的摻入量。混凝土中還可摻用阻銹劑。 預應力

21、鋼筋 普通含碳量較高，又多是經過變形加工或冷加工的，因此對銹蝕破壞較敏感，特別是高強度熱處置鋼筋，容易產生銹蝕景象。所以，重要的預應力混凝土構造，除了制止摻用氯鹽外，還應對原資料進展嚴厲檢驗。 鋼材的化學成分對耐銹性影響很大，經過參與某些合金元素，可以提高鋼材的耐銹蝕才干。例如，在鋼中參與一定量的鉻、鎳、鈦等合金元素，可制成不銹鋼。第五節第五節 鋁合金鋁合金一、鋁和鋁合金的特點一、鋁和鋁合金的特點鋁外觀呈雪白色，密度為鋁外觀呈雪白色，密度為2.7g/cm32.7g/cm3，熔點為，熔點為660660，鋁還具，鋁還具有良好的導電性和導熱性。另外有良好的導電性和導熱性。另外由于其外表經常被氧化鋁薄

22、膜覆由于其外表經常被氧化鋁薄膜覆蓋，因此其具有一定的耐蝕性。蓋，因此其具有一定的耐蝕性。 鋁的可塑性良好伸長率鋁的可塑性良好伸長率為為50%50%，可加工成管材、板材和，可加工成管材、板材和各種型材，還可壓制成極薄的鋁各種型材，還可壓制成極薄的鋁箔箔6 6252510-3mm10-3mm，并具有極，并具有極高的光、熱反射比，但鋁的硬度高的光、熱反射比，但鋁的硬度和強度較低。和強度較低。 鋁合金不僅堅持鋁質量輕的特點，同時機械力學性能大幅度提高，例如屈服強度可達210500MPa，抗拉強度可達380550MPa等。 因此鋁合金不僅可用于建筑裝飾領域，而且可用于構造領域。 鋁合金的主要缺陷是彈性模

23、量小，熱膨脹系數大，耐熱性差等。二、鋁合金的分類二、鋁合金的分類鋁合金按照合金元素可分為二元合鋁合金按照合金元素可分為二元合金和三元合金，如金和三元合金，如Al-MnAl-Mn合金、合金、Al-MgAl-Mg合金、合金、Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金等。鋁合金按照加合金等。鋁合金按照加工方法可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。工方法可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。所謂變形鋁合金是指采用沖壓、彎所謂變形鋁合金是指采用沖壓、彎曲、輥軋、擠壓等工藝使鋁合金的組織曲、輥軋、擠壓等工藝使鋁合金的組織和外形發生變化的鋁合金。變形鋁合金和外形發生變化的鋁合金。變形鋁合金又可分為熱處置強化型和非強化型，強又可分為熱處置強化型和非強化型，強化型是指經過熱處置的方式提高鋁合金化型是指經過熱處置的方式提高鋁合金的強度，例如的強度，例如Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金鍛鋁、合金鍛鋁、Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金硬鋁等；非強化型合金硬鋁等；非強化型是指不能用熱處置的方式提高鋁合金的是指不能用熱處置的方式提高鋁合金的強度，例如強度，例如Al-MnAl-Mn合金、合