建筑鋼材的主要技術(shù)性能

1、.建筑鋼材概述金屬材料一般包括黑色金屬和有色金屬兩大類。在建筑工程中應(yīng)用最多的鋼材屬于黑色金屬。建筑鋼材包括鋼結(jié)構(gòu)用型鋼（如鋼板、型鋼、鋼管等）各鋼筋混凝土用鋼筋（如鋼筋、鋼絲等）。鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的，與非金屬材料相比，具有品質(zhì)均勻穩(wěn)定、強度高、塑性韌性好、可焊接和鉚接等優(yōu)異性能。鋼材主要的缺點是易銹蝕、維護(hù)費用大、耐火性差、生產(chǎn)能耗大。一、鋼材的冶煉鋼是由生鐵冶煉而成。生鐵的冶煉過程是；將鐵礦石、熔劑（石灰石）、燃料（焦炭）置于高爐中，約在1750 高溫下，石灰石志鐵礦石中的硅、錳、硫、磷等經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，生成鐵渣，浮于鐵水表面。鐵渣和鐵水分別從出渣口和出鐵口排出，鐵渣排出時用

2、水急冷得水淬礦渣；排出生鐵中含有碳、硫、磷、錳等雜質(zhì)。生鐵又分為煉鋼生鐵（白口鐵）和鑄造生鐵（灰口鐵）。生鐵硬而脆、無塑性和韌性，不能焊接、鍛造、軋制。煉鋼就是將生鐵進(jìn)行精練。煉鋼過程中，在提供足夠氧氣的條件下，通過爐內(nèi)的高溫氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳?xì)怏w而逸出，其他雜質(zhì)則形成氧化物進(jìn)入爐渣中被除去，從而使碳的含量降低到一定的限度，同時把其他雜質(zhì)的含量也降低到允許范圍內(nèi)。所以，在理論上凡是含碳量在 2%以下，含有害雜質(zhì)較少的 Fe-C合金都可稱為鋼。 根據(jù)煉鋼設(shè)備的不同，常用的煉鋼方法有空氣轉(zhuǎn)爐法、氧氣轉(zhuǎn)爐法、平爐法、電爐法。二、鋼材的分類鋼材的品種繁多，分類方法很多，通常有按化學(xué)成分、

3、質(zhì)量、用途等幾種分類方法。鋼的分類見表一，目前，在建筑工程中常用的鋼種是普通碳素鋼和普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。鋼的分類表一分類方法類別特性低碳鋼含碳量 <0.25%碳素鋼中碳鋼含碳量 0.25%-0.60%按化學(xué)成分高碳鋼含碳量 >0.60% 、 >2%分類低合金鋼合金元素總含量 <5%合金鋼中合金鋼合金元素總含量 5%-10%高合金鋼合金元素總含量 >10%沸騰鋼脫氧不完全，硫、磷等雜質(zhì)偏析較嚴(yán)重，代號為“F”按脫氧程度鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全，同時去硫，代號為“Z”分類半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號為“B”特殊鎮(zhèn)靜鋼比鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度還要充分徹底，代號為“TZ”普通

4、鋼含硫量 0.055%-0.065%，含磷量 0.045%-0.085%按質(zhì)量分類優(yōu)質(zhì)鐵鋼含硫量 0.03%-0.045%，含磷量 0.035%-0.045%高級優(yōu)質(zhì)鋼含硫量 0.02%-0.03%，含磷量 0.027%-0.035%結(jié)構(gòu)鐵鋼工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件用鋼、機械制造用鋼按用途分類工具鋼各種刀具、量具及模具用鋼具有特殊物理、化學(xué)或機械性能的鋼，如不銹鋼、耐熱特殊鋼鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、磁性鋼等建筑鋼材的主要技術(shù)性能.鋼材的技術(shù)性質(zhì)主要包括力學(xué)性能（抗拉性能、沖擊韌性、耐疲勞和硬度等）和工藝性能（冷彎和焊接）兩個方面。一、力學(xué)性能1. 拉伸性能拉伸是建筑鋼材的主要受力形式，所以拉伸性能是表示鋼材性

5、能和選用的鋼材的重要指標(biāo)。將低碳鋼（軟鋼）制成一定規(guī)格的試件，放在材料試驗機上進(jìn)行拉伸試驗，可以繪出如圖一所示的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線。從圖中可以看出，低碳鋼受拉至拉斷，經(jīng)歷了4 個階段；彈性階段（ O-A）、屈服階段（A-B）、強化階段（B-C）和頸縮階段（C-D）。1) 彈性階段（ O-A）曲線中 O-A 段是一條直線，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。如卸去外力，試件能恢復(fù)原來的形狀，這種性質(zhì)即為彈性， 此階段的變形為彈性變形。 與 A 點對就的應(yīng)力稱為彈性極限， 以 p 表示。應(yīng)力與應(yīng)變的比值為常數(shù)， 即彈性模量 E，E=/ 。 彈性模量反映鋼材抵抗彈性變形的能力，是鋼材在受力條件下計算結(jié)構(gòu)變形的重要指標(biāo)。

6、彈性模量的大小反映抵抗變形的能力。2) 屈服階段（ A-B）應(yīng)力超過 A 點后，應(yīng)力、應(yīng)變不再成正比關(guān)系，開始出現(xiàn)塑性變形。應(yīng)力的增長滯后于應(yīng)變的增長， 當(dāng)應(yīng)力達(dá) B 上 點后（上屈服點），瞬時下降至B 下 點（下屈服點），變形迅速增加，而此時外力則大致在恒定的位置上波動，直到B 點。這就是所謂的“屈服現(xiàn)象”，似乎鋼材不能承受外力而屈服，所以 AB 段稱為屈服階段。與 B 下 點（此點較穩(wěn)定、易測定）對應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服點（屈服強度） ，用 s 表示。鋼材受力大于屈服點后，會出現(xiàn)較大的塑性變形，已不能滿足使用要求，因此屈服強度是設(shè)計上鋼材強度取值的依據(jù)，是工程結(jié)構(gòu)計算中非常重要的一個參數(shù)。結(jié)構(gòu)計

7、算是以屈服強度為依據(jù)。3) 強化創(chuàng)優(yōu)（ B-C）當(dāng)應(yīng)力超過屈服強度后，由于鋼材內(nèi)部組織中的晶格發(fā)生了畸變，阻止了晶格進(jìn)一步滑移，鋼材得強化， 所以鋼材抵抗塑性變形的能力又重新提高，B-C 呈上升曲線， 稱為強化階段。對應(yīng)于最高點C 的應(yīng)力值（b）稱為極限抗拉強度，簡稱抗拉強度。顯然， b 是鋼材受拉時所能承受的最大應(yīng)力值。屈服強度和抗拉強度之比（即屈強比= s/ b）能反映鋼材的利用率和結(jié)構(gòu)安全可靠程度。屈強越小， 其結(jié)構(gòu)的安全可靠程度越高，但屈強比過小，又說明鋼材強度的利用率偏低，造成鋼材浪費。建筑結(jié)構(gòu)合理的屈強比一般為 0.60-0.75。4) 頸縮階段（ C-D）試件受力達(dá)到最高點 C

8、點后，其抵抗變形的能力明顯降低，變形迅速發(fā)展，應(yīng)力逐漸下降，試件被拉長，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小，直到斷裂。故CD 段稱為頸縮階段。中碳鋼與高碳鋼 （硬鋼） 的拉伸曲線與低碳鋼不同，屈服現(xiàn)象不明顯，難以測定屈服點，則規(guī)定產(chǎn)生殘余變形為原標(biāo)距長度的0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力值，作為硬鋼的屈服強度，也稱條件屈服點，用0.2 表示。2. 塑性建筑鋼材應(yīng)具有很好的塑性，鋼材的塑性通常用伸長率和斷面收縮率來表示。將拉斷后的試件拼合起來，測定出標(biāo)距范圍肉質(zhì)長度L1（mm ），其與試件原標(biāo)距L0（ mm ）之差為塑性變形值，塑性變形值與之比L0 稱為伸長率，伸長率按下式計算。=?1 - ?0 ×

9、100%?0式中； 伸長率（當(dāng)L0=5d0 時，為 5；當(dāng) L0=10d0 時，為 10）；?0試件原標(biāo)距長度（L0=5d0 或 L0=10d0）（ mm ）；.?1試件拉斷后標(biāo)距間長度（ mm ）。伸長率是衡量鋼材塑性的一個重要指標(biāo)，越大說明鋼材的塑性越好。對于鋼材而言，一定的塑性變形能力，可保證應(yīng)力重新分布，避免應(yīng)力集中，從而鋼材用于結(jié)構(gòu)的安全性越大。鋼材的塑性除主要取決于其組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)缺陷等外， 還與標(biāo)距的大小有關(guān)。變形在試件標(biāo)距內(nèi)部的分布是不均勻的，頸縮處的變形最大，離頸縮部位越遠(yuǎn)其變形越小。所以原標(biāo)距與直徑之比越小，則頸縮處伸長值在整個伸長值的比重越大，計算出來的值就大。

10、通常以 5和100000時的伸長率。對于同一種鋼材，其5>10。分別表示 L =5d和 L =10d3. 沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載而不被破壞的能力。鋼材的沖擊的韌性是用有刻槽的標(biāo)準(zhǔn)試件在沖擊試驗機的一次擺錘沖擊下，以破壞后缺口處單位面積上所消耗的功（J/cm3 ）來表示，其符號為k。試驗時將試件放置在固定支座上，然后以擺錘沖擊試件刻槽的背面，使試件承受沖擊彎曲斷裂。 值越大，沖擊韌性越好。對于經(jīng)常受較大沖擊荷載作用的結(jié)構(gòu)，要k選用 值大的鋼材。k影響鋼材沖擊韌性的因素很多，如化學(xué)成分、冶煉質(zhì)量、冷作及時效、環(huán)境溫度等。4. 耐疲勞性鋼材在交變荷載的反復(fù)作用下，往往在最大應(yīng)力遠(yuǎn)

11、小于其抗拉強度進(jìn)就發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞性。疲勞破壞的危險應(yīng)力用疲勞強度（或稱疲勞極限）來表示，它是指疲勞試驗時試件在交變應(yīng)力作用下，于規(guī)定的周期基數(shù)內(nèi)不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。一般把鋼材承受交變荷載 106-107 次時不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力作為疲勞強度。設(shè)計承受反復(fù)荷載且需進(jìn)行疲勞驗算的結(jié)構(gòu)時，就了解所用鋼材的疲勞極限。研究證明，鋼材的疲勞破壞是拉應(yīng)力引起的，首先在局部開始形成微細(xì)裂紋，其后由于裂紋尖端處產(chǎn)生應(yīng)力集中使裂紋迅速擴展直至鋼材斷裂。因此，鋼材的內(nèi)部成分的偏析、夾雜物的多少以及最大應(yīng)力處的表面光潔程度、加工損傷等，都是影響鋼材疲勞強度的因素。疲勞破壞經(jīng)常是突然發(fā)生的，

12、因而具有很大的危險性；往往造成嚴(yán)重事故。5. 硬度硬度是指金屬材料在表面局部體積內(nèi)，抵抗硬物壓入表面的能力。亦即材料表面抵抗塑性變形的能力。測定鋼材硬度采用壓入法。即以一定的靜荷載（壓力），把一定的壓頭壓在金屬表面， 然后測定壓痕的面積或深度來確定硬度。按壓頭或壓力不同，有布氏法、 洛氏法等，相應(yīng)的硬度試驗指標(biāo)稱布氏硬度（ HB）和洛氏硬度（ HR）。較常用的方法是布氏法，其硬度指標(biāo)是布氏硬度值。各類鋼材的 HB 值與抗拉強度之間有一定的相關(guān)關(guān)系。材料的強度越高，塑性變形抵抗力越強，硬度值也就越大。由試驗得出，其抗拉強度與布氏硬度的經(jīng)驗關(guān)系如下；當(dāng) HB<175 時， b0.36HB 當(dāng)

13、 HB>175 時， b0.35HB根據(jù)這一關(guān)系，可以直接在鋼結(jié)構(gòu)上測出鋼材的HB 值，并估算該鋼材的b。二、工藝性能良好的工藝性能，可以保證鋼材順利通過各種加工，面使鋼材制品的質(zhì)量不受影響。冷彎、冷拉、冷拔及焊接性能均是建筑鋼材的重要工藝性能。1、 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。鋼材的冷彎性能指標(biāo)是以試件彎曲的角度 和彎心直徑對試件厚度（或直徑）的比值（d/a ）表示。.鋼材的冷彎試驗是通過直徑（或厚度）為a 的試件，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑d（ d=na）,彎曲到規(guī)定的彎曲角（180°或 90°）時，試件的彎曲處不發(fā)生裂縫、裂斷或起層，即認(rèn)為冷

14、彎性能合格。鋼材彎曲時的彎曲角越大，彎心直徑越小，則表示其冷彎性能越好。通過冷彎試驗更有助于暴露鋼材的某些內(nèi)在缺陷。相對于伸長率而言，冷彎是對鋼材塑性更嚴(yán)格的檢驗，它能揭示鋼材是否存在內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷，冷彎試驗對焊接質(zhì)量也是一種嚴(yán)格的檢驗，能揭示焊件在受彎表面存在未熔合、微裂紋及夾雜物等缺陷。2、 焊接性能在建筑工程中， 各種型鋼、 鋼板、鋼筋及預(yù)埋件等需用焊接加工。鋼結(jié)構(gòu)有90%以上是焊接結(jié)構(gòu)。焊接的質(zhì)量取決于焊接工藝、焊接材料及鋼鐵焊接性能。鋼材的可焊性是指鋼材是否適應(yīng)通常的焊接方法與工藝的性能?？珊感院玫匿摯逯赣糜谝话愫附臃椒ê凸に囀┖福缚谔幉灰仔纬闪鸭y、氣孔、夾渣

15、等缺陷；焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強度不低于原有鋼材，硬脆傾向小。鋼材可焊性能的好壞，主要取決于鋼化學(xué)成分。含碳量高將增加焊接接頭的硬脆性，含碳量小于0.25%的碳素鋼具有良好的可焊性。鋼筋焊接應(yīng)注意的問題是；冷拉鋼筋的焊接應(yīng)在冷拉之前進(jìn)行；鋼筋焊接之前，焊接部位應(yīng)清除鐵銹、熔渣、油污等；應(yīng)盡量避免不同國家的進(jìn)口鋼筋之間或進(jìn)口鋼與國產(chǎn)鋼筋之間的焊接。3、 冷加工性能及時效處理1) 冷加工強化處理將鋼材在常溫下進(jìn)行冷加工（如冷拉、冷拔或冷扎），使之產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強度，但鋼材的塑性、韌性及彈模量則會降低，這個過程稱為冷加工強化處理。建筑土地或預(yù)制構(gòu)件廠常用的方法是冷拉和冷拔。冷拉是將

16、軋鋼筋用冷拉設(shè)備加力進(jìn)行張拉，使之伸長。鋼材經(jīng)冷拉后屈服強度可提高20%-30%，可節(jié)約鋼材10%-20%，鋼材經(jīng)冷拉后屈服階段短，伸長率降低，材質(zhì)變硬。冷拔是將光面圓鋼筋通過硬質(zhì)合金拔絲?？讖娦欣瓟n，每次拉攏斷面縮小應(yīng)在10%以下。鋼筋在冷拔過程中，不僅受拉，同時還受到擠壓作用，因而冷拔的作用比純冷拉作用強烈。經(jīng)過一次或多次冷拔后的鋼筋，表面光潔度高，屈服強度提高40%-60%，但塑性大大降低，具有硬鋼的性質(zhì)。建筑工程常采用對鋼筋進(jìn)行冷拉和對盤條進(jìn)行冷拔的方法，以達(dá)節(jié)約鋼材的目的、2) 時效鋼材經(jīng)冷加工后， 在常溫下存放 15-20d 或加熱至 100-200，保持 2h 左右，其屈服強度、抗拉強度及硬度進(jìn)一步提高，而塑性及韌性繼續(xù)降低，這種現(xiàn)象稱為時效。前者稱為自然時效，后者稱為人工時效。鋼材經(jīng)冷加工及時效處理后， 其性質(zhì)變化的規(guī)律， 可明顯地