土木工程材料-鋼材課件

第三章建筑金屬材料金屬材料主要有：鋼材優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)：艾菲爾鐵塔321M7200T（1889）

333M4000T（1958）韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)，良好的可加工性能外表輕巧、華美，具有光澤等鋼材缺點(diǎn)：易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用高、耐火性差等黑色金屬：鋼、鐵以及鋼鐵合金：除黑色金屬以外的金屬鋁、銅等1第三章建筑金屬材料金屬材料主要有：黑色金屬：鋼、鐵以及鋼鐵概況1

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您的內(nèi)容打在這里，或者通過(guò)復(fù)制您的文本后。+++整體概況2概況1+++整體概況2本章的教學(xué)目標(biāo)是：⑴了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系⑵熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測(cè)定方法及影響因素，掌握鋼材工藝性能⑶熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法⑷掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則3本章的教學(xué)目標(biāo)是：3★★第三章建筑金屬材料＆3.1鋼材的冶煉和分類＆3.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能＆3.3鋼材的組成結(jié)構(gòu)及對(duì)性能的影響（自學(xué)為主）

＆3.4鋼材的冷加工與熱處理＆3.5鋼材的應(yīng)用建筑用鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼筋混凝土用鋼＆3.6鋼材的防護(hù)4★★第三章建筑金屬材料＆3.1鋼材的冶煉和分類4＆3.1鋼材的冶煉和分類一、鋼的冶煉原料：鐵礦石（1）煉鐵：鐵礦石鐵水+礦渣方法：高爐煉鐵生鐵：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）煉鋼：鐵水、鐵塊或廢鋼鋼水+鋼渣鋼:含碳量0.06%--2.0%鋼與生鐵的主要區(qū)別：含碳量不同冶煉冶煉煉鋼的原理就是把熔融的生鐵進(jìn)行加工，使其中碳的含量降到2.0%以下，其它雜質(zhì)含量也控制在相應(yīng)規(guī)定范圍之內(nèi)。5＆3.1鋼材的冶煉和分類一、鋼的冶煉鋼與生鐵的主要區(qū)別：鋼的冶煉方法主要有三種：氧氣轉(zhuǎn)爐法；平爐法；電爐法。氧氣轉(zhuǎn)爐鋼——用純氧吹入鐵液中使碳和雜質(zhì)氧化脫離氧氣轉(zhuǎn)爐種類：頂吹、底吹、側(cè)吹、頂?shù)讖?fù)合平爐鋼——以煤氣或重油作燃料，原料為鐵液、廢鋼鐵和適量的鐵礦石，利用空氣或氧氣和鐵礦石中的氧使碳和雜質(zhì)氧化電爐鋼——采用電爐加熱煉制鋼材，主要為各種特殊鋼目前，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已成為現(xiàn)在煉鋼的主要方法，而平爐法則已基本淘汰。6鋼的冶煉方法主要有三種：目前，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已成為現(xiàn)在煉鋼的爐種原料特點(diǎn)生產(chǎn)鋼種平爐生鐵、廢鋼容量大，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，鋼質(zhì)較好且穩(wěn)定，成本較高碳素鋼低合金鋼氧氣轉(zhuǎn)爐鐵水、廢鋼冶煉速度快，生產(chǎn)效率高，鋼質(zhì)較好碳素鋼低合金鋼電爐廢鋼容積小，耗電大，控制嚴(yán)格，鋼質(zhì)好，但成本高特殊合金鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼三種主要煉鋼方法的特點(diǎn)和應(yīng)用7爐種原料特點(diǎn)生產(chǎn)鋼種平爐生鐵、廢鋼容量大，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，鋼質(zhì)較二、鋼的分類1按化學(xué)成分分：鋼的主要成分：鐵、碳其他一些雜質(zhì)：硅、錳、鈦、釩磷、硫、氧、氮（1）碳素鋼--低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25-0.6%）高碳鋼（含碳量>0.6%）（2）合金鋼--低合金鋼（合金元素含量<5%）中合金鋼（合金元素含量<5-10%）高合金鋼（合金元素含量>10%）有害可以調(diào)整鋼材性能專門加入合金元素8二、鋼的分類1按化學(xué)成分分：有害可以調(diào)整專門加入8二、鋼的分類2按冶煉時(shí)脫氧程度分：（1）鎮(zhèn)靜鋼：用硅脫氧，鋼質(zhì)均勻密實(shí)，品質(zhì)好，成本高，可用于承受沖擊荷載的重要結(jié)構(gòu)。（2）沸騰鋼：用錳鐵脫氧，內(nèi)部雜質(zhì)多，化學(xué)成分和力學(xué)性能不均勻，強(qiáng)度低、沖擊韌性差、可焊性差、生產(chǎn)成本低，可用于一般建筑結(jié)構(gòu)。（3）半鎮(zhèn)靜鋼：用少量硅脫氧，性能介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間（4）特殊鎮(zhèn)靜鋼(A)沸騰鋼(B)鎮(zhèn)靜鋼

兩鋼錠的縱剖面圖代號(hào)“F”代號(hào)“TZ”代號(hào)“Z”代號(hào)“b”AB9二、鋼的分類2按冶煉時(shí)脫氧程度分：(A)沸騰鋼(B問(wèn)題：鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響？答：脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的FeO，在鋼材鑄錠時(shí)，碳與FeO反應(yīng)生成CO氣泡，并有一部分殘留在鋼中，造成微裂縫和成分偏析，降低致密性、強(qiáng)度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和時(shí)效敏感性增大等。

脫氧程度排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼

鋼材性能與質(zhì)量排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼10問(wèn)題：鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響？答：脫氧程度不高的二、鋼的分類3按雜質(zhì)含量分：普通鋼：含硫量≤0.045％-0.050％；含磷量≤0.045％。優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌號(hào)后加“高”或“A”后加“E”11二、鋼的分類3按雜質(zhì)含量分：牌號(hào)后加“高”或“A”后加“E4、按照用途：（1）結(jié)構(gòu)鋼：主要用于工程構(gòu)件和機(jī)械零件,一般為中、低碳鋼（2）工具鋼：主要用于各種刀具，量具和磨具,一般為高碳鋼（3）特殊鋼：用于特殊場(chǎng)合，如不銹鋼，耐熱鋼，磁性鋼，耐酸鋼等，一般為合金鋼建筑上常用的是結(jié)構(gòu)鋼。5、按照產(chǎn)品型式：（1）型材：鋼結(jié)構(gòu)用角鋼，工字鋼，方鋼，槽鋼等（2）板材：各種厚度鋼板（3）線材：鋼筋，鋼絲，鋼絞線（4）管材：鋼管，自來(lái)水管，鋼管樁124、按照用途：123.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、力學(xué)性能靜荷載：一定的力學(xué)強(qiáng)度和不致過(guò)大的變形動(dòng)荷載：較高的韌性1、強(qiáng)度（抗拉性能）2、塑性3、韌性4、硬度5、疲勞強(qiáng)度力學(xué)性能工藝性能技術(shù)性能強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性…（可加工性）：冷彎、可焊性133.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、力學(xué)性能力學(xué)性能工藝性能技一、力學(xué)性能1、強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗變形和破壞能力鋼材受力產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，反映鋼材的主要力學(xué)特征低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線OA：彈性階段AB：屈服階段BC：強(qiáng)化階段CD：頸縮階段。14一、力學(xué)性能1、強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗變形和破壞能力低彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，表現(xiàn)為彈性變形，與A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限。此階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時(shí)所需的應(yīng)力大小。（彈性模量和彈性極限）屈服階段(AB段)：圖中B上點(diǎn)是這一階段應(yīng)力最高點(diǎn)，稱為屈服上限，B下點(diǎn)稱為屈服下限。由于B下比較穩(wěn)定易測(cè)，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，用бs表示。鋼材受力達(dá)屈服點(diǎn)后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設(shè)計(jì)中一般以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度取值依據(jù)。強(qiáng)化階段(BC段)：對(duì)應(yīng)于最高點(diǎn)C的應(yīng)力，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。工程上使用的鋼材，不僅希望具有高的屈服強(qiáng)度，還希望具有一定的屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越小，鋼材在受力超過(guò)屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，結(jié)構(gòu)愈安全。但如果屈強(qiáng)比過(guò)小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。頸縮階段(CD段):由于試件斷面急劇縮小，塑性變形迅速增加，拉力也就隨著下降，最后發(fā)生斷裂。將拉斷后的試件于斷裂處對(duì)接在一起，測(cè)得其斷后標(biāo)距。標(biāo)距的伸長(zhǎng)值與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長(zhǎng)率。15彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，(1)彈性模量：鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng)，應(yīng)力與應(yīng)變之比為常數(shù)，稱為彈性模量，即E=б/ε。這個(gè)階段的最大應(yīng)力（P點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為比例極限бp。彈性模量反映了材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的一個(gè)重要指標(biāo)。拉伸性能是建筑鋼材最重要的性能。通過(guò)對(duì)鋼材進(jìn)行抗拉試驗(yàn)所測(cè)的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度(極限強(qiáng)度）和伸長(zhǎng)率是鋼材的重要技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)。(2)彈性極限：應(yīng)力超過(guò)比例極限后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線略有彎曲，應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例關(guān)系，但卸去外力時(shí)，試件變形能立即消失，此階段產(chǎn)生的變形是彈性變形。不產(chǎn)生殘留塑性變形的最大應(yīng)力（e點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為彈性極限бe。事實(shí)上，бp與бe相當(dāng)接近。注意16(1)彈性模量：鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng)，應(yīng)力(3)屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，曲線出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái)，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，用бs表示，設(shè)計(jì)中一般以其為強(qiáng)度取值依據(jù)。

有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2％)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度(б0.2)。高碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖所示。

注意17(3)屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈服階段，無(wú)法直接測(cè)定屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度σ0.2來(lái)代替屈服強(qiáng)度。條件屈服點(diǎn)σ0.2：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力。見(jiàn)左圖。σε0A0.2%aboa——總變形。ba——彈性變形99.8%。ob——塑性變形0.2%。18硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈(4)極限強(qiáng)度當(dāng)鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列，其抵抗變形能力又重新提高，此時(shí)變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后，鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值（b點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度бb，不直接利用。屈強(qiáng)比（бs/бb）：反映材料的安全可靠程度和利用率。19(4)極限強(qiáng)度19（1）伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率表征了鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形時(shí)頸縮處的伸長(zhǎng)較大，故當(dāng)原始標(biāo)距L0與試件的直徑d0之比愈大，則頸縮處伸長(zhǎng)中的比重愈小，因而計(jì)算的伸長(zhǎng)率會(huì)小些。所以規(guī)定L0=5d0或L0=10d0。2塑性：塑性是鋼材的一個(gè)重要性能指標(biāo)。

在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力用拉伸試驗(yàn)時(shí)的伸長(zhǎng)率、斷面收縮率表示20（1）伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率表征了鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好。良好的塑性，可將結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力(超過(guò)屈服點(diǎn)的應(yīng)力)重分布，從而避免結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞。δ5：表示L0=5d0的伸長(zhǎng)率δ10：表示L0=10d0時(shí)的伸長(zhǎng)率d0——鋼材直徑21伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好(2)斷面收縮率（ψ）

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越大，說(shuō)明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因?yàn)殇摬牡乃苄宰冃文苷{(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩，以免引起建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞及其所導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。Ａ0——試件原始截面積

Ａ1——試件拉斷后頸縮處的截面積22(2)斷面收縮率（ψ）伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷3沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)。233沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)沖擊韌性值（αk）：以擺錘沖擊V形缺口試件時(shí)單位面積所消耗的功鋼材的沖擊韌性越大,鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強(qiáng)。αk值與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料在常溫時(shí)沖擊韌性并不低，破壞時(shí)呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某值時(shí)，αk突然大幅度下降。鋼材的冷脆性：材料無(wú)明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性脆性轉(zhuǎn)變溫度24沖擊韌性值（αk）：以擺錘沖擊V形缺口試件時(shí)單位面積所消一、力學(xué)性能4、硬度：鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗變形的能力測(cè)定方法：以硬物壓入鋼材表面，根據(jù)壓力大小和壓痕面積或壓入深度評(píng)定。常用指標(biāo)：布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA或HRC）布氏法——壓痕直徑：用一定的壓力把淬火的鋼球壓入鋼材表面，將壓力除以壓痕面積，得布氏硬度（HB）。壓痕較大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。洛氏法——壓痕深度：在洛氏硬度機(jī)上根據(jù)測(cè)量的壓痕深度計(jì)算（HRA或HRC）操作簡(jiǎn)單迅速，但壓痕小，試驗(yàn)精度差。25一、力學(xué)性能4、硬度：鋼材表面局部體積內(nèi)抵抗變形的能力255、疲勞強(qiáng)度受交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應(yīng)力引起的，首先在局部開(kāi)始形成細(xì)小斷裂，隨后由于微裂紋尖端的應(yīng)力集中而使其逐漸擴(kuò)大，直至突然發(fā)生瞬時(shí)疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應(yīng)力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災(zāi)難性的事故。

鋼材在無(wú)窮次交變荷載作用下而不至引起斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力值，稱為疲勞強(qiáng)度極限，實(shí)際測(cè)量時(shí)常以2×106次應(yīng)力循環(huán)為基準(zhǔn)。鋼材的疲勞強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，如本身強(qiáng)度、組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)、合金成分、夾雜物和應(yīng)力集中情況等。265、疲勞強(qiáng)度鋼材在無(wú)窮次交變荷載作用下而不至引起斷二、工藝性能冷彎性能焊接性能鋼材在各種加工過(guò)程中的行為冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。鋼材的冷彎性能是以試驗(yàn)時(shí)的彎曲角度(a)和彎心直徑(d)為指標(biāo)表示。鋼材冷彎時(shí)的彎曲角度愈大，彎心直徑愈小，則表示其冷彎性能愈好。鋼材的冷彎性能也是表明鋼材在靜荷下的塑性，它能揭示鋼材內(nèi)部組織是否均勻，是否存在內(nèi)應(yīng)力及夾雜物等缺陷。在工程中，冷彎試驗(yàn)還被用作對(duì)鋼材焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)的一種手段。1冷彎性能27二、工藝性能冷彎性能鋼材在各種加工過(guò)程中的行為冷彎性能是指鋼二、工藝性能2焊接性能:焊接：把兩塊金屬局部加熱，并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，而牢固的連接起來(lái)。鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過(guò)熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度不低于原有鋼材的強(qiáng)度。

鋼材的化學(xué)成分對(duì)鋼材的可焊性有很大的影響。隨鋼材的含碳量、合金元素及雜質(zhì)元素含量的提高，鋼材的可焊性降低。鋼材的含碳量超過(guò)0.25％時(shí)，可焊性明顯降低；硫含量較多時(shí)，會(huì)使焊口處產(chǎn)生熱裂紋，嚴(yán)重降低焊接質(zhì)量。鋼材的焊接須執(zhí)行有關(guān)規(guī)定。28二、工藝性能2焊接性能:28問(wèn)題：

什么是屈強(qiáng)比，對(duì)選用鋼材有何意義？

答：屈服強(qiáng)度與極限強(qiáng)度是衡量鋼材強(qiáng)度的兩個(gè)重要指標(biāo)，二者之比稱為屈強(qiáng)比s/b。

在應(yīng)用中，s/b愈小，則反映鋼材的可靠性愈大，結(jié)構(gòu)的安全性愈高。但這個(gè)比值過(guò)小，則鋼材的利用率低，不夠經(jīng)濟(jì)；若屈強(qiáng)比較大，雖然鋼材的利用率較大，但強(qiáng)度的儲(chǔ)備過(guò)小，脆斷傾向較大，不夠安全。因此，屈強(qiáng)比最好在0.60~0.75，既安全又經(jīng)濟(jì)。29問(wèn)題：

什么是屈強(qiáng)比，對(duì)選用鋼材有何意義？答：屈服3.3鋼材的組成結(jié)構(gòu)及對(duì)性能的影響一、鋼材的晶體結(jié)構(gòu)

鐵-碳合金晶體，鋼的晶格有兩種構(gòu)架：鋼材晶體結(jié)構(gòu)中，各個(gè)原子以金屬鍵相互結(jié)合在一起，這種結(jié)合方式就決定了鋼材具有很高的強(qiáng)度和良好的塑性。鋼材的晶格并不都是完好無(wú)缺的規(guī)則排列，而是存在許多缺陷，它們將顯著地影響鋼材的性能，這是鋼材的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)比理論強(qiáng)度小的根本原因。其主要的缺陷有三種：體心立方晶格面心立方晶格點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷303.3鋼材的組成結(jié)構(gòu)及對(duì)性能的影響一、鋼材的晶體結(jié)構(gòu)

鐵-鋼晶格的兩種構(gòu)架鋼材的晶格并不都是完好無(wú)缺的規(guī)則排列，而是存在許多缺陷，它們將顯著地影響鋼材的性能，這是鋼材的實(shí)際強(qiáng)度遠(yuǎn)比理論強(qiáng)度小的根本原因。其主要的缺陷有三種：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。晶格滑移面示意圖晶格缺陷示意圖31鋼晶格的兩種構(gòu)架鋼材的晶格并不都是完好無(wú)缺的規(guī)則排列，而是存二、鋼材的基本晶體組織純鐵在不同溫度下有不同的晶體結(jié)構(gòu)液態(tài)鐵δ-Fe

體心立方晶體γ-Fe面心立方晶體α-Fe體心立方晶體1535℃1394℃912℃鋼中碳原子與鐵原子的三種基本結(jié)合形式：固溶體化合物機(jī)械混合物鋼是以鐵（Fe）為主的Fe-C合金32二、鋼材的基本晶體組織純鐵在不同溫度下有不同的晶體結(jié)構(gòu)液態(tài)鐵Fe-C合金于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織，顯微鏡下能觀察到它們的微觀形貌圖象(見(jiàn)下圖)，故也稱顯微組織。片狀珠光體（1000倍）針狀和塊狀鐵素體（100倍）鐵素體滲碳體珠光體奧氏體二、鋼材的基本晶體組織33Fe-C合金于一定條件下能形成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的鐵素體:鋼材中的鐵素體系碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe體心立方晶格的原子間空隙小，溶碳能力較差，故鐵素體含碳量很少（小于0.02％），由此決定其塑性、韌性好；但強(qiáng)度、硬度低。滲碳體:滲碳體為鐵和碳的化合物Fe3C，其含碳量高達(dá)6.67％，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑性差，性硬脆，抗拉強(qiáng)度低。珠光體:珠光體為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，含碳量較低(0.8％)，層狀結(jié)構(gòu)，塑性較好，強(qiáng)度和硬度較高。奧氏體：鋼材在溫度高于723℃時(shí)，還存在奧氏體。奧氏體為碳在γ-Fe中的固溶體，溶碳能力較強(qiáng)，高溫時(shí)含碳量可達(dá)2.06％，低溫下降至0.8％。其強(qiáng)度、硬度不高，但塑性好。碳鋼處于紅熱狀態(tài)時(shí)即存在這種組織，這時(shí)鋼易于軋制成型。鋼材在常溫下主要顯微組織：34鐵素體:鋼材中的鐵素體系碳在α-Fe中的固溶體，由于α-Fe化學(xué)元素強(qiáng)度硬度塑性韌性可焊性其他硅（Si）<1%↑↑↑影響不大溶入鐵素體,形成固熔體硅（Si）>1%↑↓↓↓↓冷脆性↑錳（Mn）<1%↑↑↑↑溶入鐵素體，形成固熔體脫氧脫硫錳（Mn）<1%↑↓↑↓硫（S）↑↓↓↓↓↓以FeS形式存在；偏析、熱脆性磷（P）↑↑↓↓↓溶入鐵素體，形成固熔體偏析、冷脆氧（O）↑↓↓↓↓↓以FeO形式存在；偏析、熱脆性氮（N）↑↑↑↓↓↓↓溶入鐵素體，形成固熔體冷脆性氫（H）↑↓↓↓↓↓形成間隙固溶體；氫脆化學(xué)元素對(duì)鋼材性能的影響

35化學(xué)元素強(qiáng)度硬度塑性韌性可焊性其他硅（Si）<1%↑↑↑影響問(wèn)題：

鋼材的伸長(zhǎng)率與鋼材中的含碳量有何關(guān)系？答：伸長(zhǎng)率反映鋼材的塑性，伸長(zhǎng)率越大，塑性越好。鋼材的塑性隨著含碳量增加而變差，因此，鋼材的伸長(zhǎng)率隨著含碳量增加而減小。36問(wèn)題：

鋼材的伸長(zhǎng)率與鋼材中的含碳量有何關(guān)系？答：363.4鋼材的冷加工與熱處理一、冷加工強(qiáng)化：將鋼材于常溫下進(jìn)行冷拉、冷拔或冷軋使其產(chǎn)生塑性變形，從而提高屈服強(qiáng)度，降低塑性韌性，這個(gè)過(guò)程稱為冷加工強(qiáng)化處理。

建筑工程中大量使用的鋼筋采用冷加工強(qiáng)化具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。冷拔鋼絲的屈服點(diǎn)可提高40％—60％可適當(dāng)減小鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面減小混凝土中配筋數(shù)量從而達(dá)到節(jié)約鋼材的目的373.4鋼材的冷加工與熱處理一、冷加工強(qiáng)化：將鋼材于常溫一、冷加工冷拉原理：變形硬化：鋼筋內(nèi)部晶格滑移，引起屈服強(qiáng)度提高，塑性、彈性模量降低時(shí)效硬化：內(nèi)部組織調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力會(huì)促使鋼筋內(nèi)部組織調(diào)整，屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高1、冷拉：在常溫下以超過(guò)鋼筋的屈服強(qiáng)度的拉應(yīng)力拉伸鋼筋，使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，以提高強(qiáng)度，節(jié)約鋼材;特點(diǎn)：只能提高鋼筋的抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度不變。38一、冷加工冷拉原理：1、冷拉：在常溫下以超過(guò)鋼筋的屈服強(qiáng)度的2、冷拔使直徑6-10mm的光圓鋼筋通過(guò)特制的鎢合金拔絲模使鋼筋產(chǎn)生塑性變形，以改變其物理力學(xué)性能。橫向壓縮，縱向拉伸抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、硬度提高，塑性降低，無(wú)明顯的屈服點(diǎn)392、冷拔使直徑6-10mm的光圓鋼筋通過(guò)特制的鎢合金拔絲模使3冷軋冷軋:是將圓鋼在軋鋼機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可以提高其強(qiáng)度及與混凝土的粘接力。鋼筋在冷軋時(shí)，縱向與橫向同時(shí)產(chǎn)生變形，因而能較好地保持其塑性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。時(shí)效處理：將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15-20d，或加熱至100-200℃后保持一定時(shí)間（2-3h），其屈服強(qiáng)度進(jìn)一步提高，且抗拉強(qiáng)度也提高，同時(shí)塑性和韌性也進(jìn)一步降低，彈性模量則基本恢復(fù)。這個(gè)過(guò)程稱為時(shí)效處理自然時(shí)效:在常溫下存放15-20d，稱為自然時(shí)效，適合用于低強(qiáng)度鋼筋人工時(shí)效:加熱至100-200℃后保持一定時(shí)間（2-3h)稱人工時(shí)效，適合于高強(qiáng)鋼筋403冷軋冷軋:是將圓鋼在軋鋼機(jī)上軋成斷面形狀規(guī)則的鋼筋，可問(wèn)題：

直接承受動(dòng)荷載作用的焊接鋼結(jié)構(gòu)是否能使用經(jīng)冷加工的鋼材嗎？為什么？答：不能。因?yàn)槔浼庸ず箐摬牡乃苄院晚g性大大降低，可焊性變差，增加了焊接后的硬脆傾向，為了防止鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的脆性斷裂，所以不能采用。41問(wèn)題：

直接承受動(dòng)荷載作用的焊接鋼結(jié)構(gòu)是否能使用經(jīng)冷加工的鋼二、熱處理熱處理:將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，從而改變其金相組織和微觀結(jié)構(gòu)組織的工藝方法，改變的鋼材的部分性能熱處理包括淬火、回火、退火和正火。

1、退火：將鋼材加熱至基本組織轉(zhuǎn)變溫度以下（低溫退火）或以上（完全退火），適當(dāng)保溫后緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，減少缺陷和晶格畸變，使鋼的塑性和韌性得到改善。42二、熱處理熱處理:將鋼材在固態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，從2、正火（正常化處理）：將鋼件加熱至基本組織改變溫度以上，然后在空氣中冷卻，使晶格細(xì)化，鋼的強(qiáng)度提高而塑性有所降低。是退火的一種特例：冷卻速度不同在空氣中冷卻硬度、強(qiáng)度較高，塑性較退火小獲得均勻細(xì)致的結(jié)構(gòu)，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷3、淬火：將鋼材加熱至基本組織改變溫度以上，保溫使基本組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后投入水或礦物油中急冷，使晶粒細(xì)化，碳的固溶量增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性明顯下降。432、正火（正常化處理）：將鋼件加熱至基本組織改變溫度以上，然4、回火：將比較硬脆、存在內(nèi)應(yīng)力的鋼，再加熱至基本組織改變溫度以下（150～650℃），保溫后按一定溫度冷卻至室溫的熱處理方法稱回火?；鼗鸷蟮匿摬?，內(nèi)應(yīng)力消除，硬度降低，塑性和韌性得到改善。

據(jù)加熱溫度可以分為：高溫回火：500-650℃中溫回火：300-500℃低溫回火：250-300℃調(diào)質(zhì)處理：在淬火后隨即采用高溫回火，強(qiáng)度、塑性、韌性均有較大改善。444、回火：將比較硬脆、存在內(nèi)應(yīng)力的鋼，再加熱至基本組織改變溫三、鋼材的焊接1、焊接的基本方法：電弧焊：接頭由基體金屬和焊條金屬通過(guò)電弧高溫熔化連接成一體。接觸對(duì)焊：通過(guò)電流把金屬焊頭端面加熱到熔融狀后，立即將其對(duì)接加壓而成一體。2、影響鋼材焊接質(zhì)量的因素：鋼材的可焊性焊接工藝焊條材料45三、鋼材的焊接1、焊接的基本方法：45＆3.5鋼材的應(yīng)用1.建筑用鋼2.鋼結(jié)構(gòu)用鋼3.鋼筋混凝土用鋼46＆3.5鋼材的應(yīng)用1.建筑用鋼461.建筑用鋼一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）規(guī)定了碳素鋼的牌號(hào)表示方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB699-1999）將優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼劃分為31個(gè)牌號(hào)。三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB159-94）規(guī)定了低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)和技術(shù)性能。四、鋼的選用471.建筑用鋼一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）47一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）1、★牌號(hào)：以屈服點(diǎn)等級(jí)劃分成四個(gè)牌號(hào)，其表示方法為：Q235AF屈服QU屈服強(qiáng)度值質(zhì)量等級(jí)脫氧程度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》中規(guī)定，牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四部分按順序組成。其中以“Q”代表屈服點(diǎn)；屈服點(diǎn)數(shù)值共分195MPa、215MPa、235MPa和275Mpa四種；質(zhì)量等級(jí)以硫、磷等雜質(zhì)含量由多到少，分別為A、B、C、D符號(hào)表示；脫氧方法以F表示沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼、Z、TZ表示鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，Z和TZ在鋼的牌號(hào)中予以省略。隨著牌號(hào)的增大，對(duì)鋼材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求增大，對(duì)伸長(zhǎng)率的要求降低。48一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）1、★牌號(hào)：以屈服根據(jù)屈服強(qiáng)度分為4個(gè)牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q275質(zhì)量等級(jí)：根據(jù)硫、磷等有害雜質(zhì)含量，按沖擊韌性分A級(jí)----不要求沖擊韌性；B級(jí)----要求+200C沖擊韌性C級(jí)----要求00C沖擊韌性D級(jí)----要求-200C沖擊韌性脫氧程度：F（沸騰鋼）b(半鎮(zhèn)靜鋼)Z（鎮(zhèn)靜鋼）（可省略）TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）（可省略）49根據(jù)屈服強(qiáng)度分為4個(gè)牌號(hào)：492、技術(shù)性能隨著牌號(hào)的增大，其含碳量增加，強(qiáng)度提高，塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。同一鋼號(hào)內(nèi)質(zhì)量等級(jí)越高，鋼材的質(zhì)量越好，如Q235C、Q235D級(jí)優(yōu)于Q235A、Q235B級(jí)。具體力學(xué)性能、工藝性能見(jiàn)GB/T700-2006一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）3、應(yīng)用Q195鋼強(qiáng)度不高，塑性、韌性、加工性能與焊接性能較好。主要用于軋制薄板和盤條Q215鋼用途與Q195鋼基本相同，由于其強(qiáng)度稍高，還大量用作管坯、螺栓等。502、技術(shù)性能一、碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）3、3、應(yīng)用Q235鋼強(qiáng)度適中，有良好的承載性，又具有較好的塑性和韌性，可焊性和可加工性也好，是鋼結(jié)構(gòu)常用的牌號(hào)。Q235鋼大量制作成鋼筋、型鋼和鋼板用于建造房屋和橋梁等。Q275鋼強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性較好，但塑性、沖擊韌性和可焊性差。因此，Q275鋼不宜在建筑結(jié)構(gòu)中使用，主要用于制造軸、農(nóng)具、耐磨零件和墊板等。513、應(yīng)用51二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）對(duì)有害雜質(zhì)含量控制嚴(yán)格(硫磷含量分別不大于0.035%)，質(zhì)量穩(wěn)定，綜合性能好，但成本較高。分類：普通含錳量（0.35%-0.80%）較高含錳量（0.70%-1.20%）31個(gè)牌號(hào)：除3個(gè)牌號(hào)是沸騰鋼外，其余的都是鎮(zhèn)靜鋼。表示方法：如：“10F”，“45”，“30Mn”以平均含碳量（以0.01%為單位）+含錳量標(biāo)注+（脫氧程度代號(hào)）性能：取決于含碳量。含碳量高，則強(qiáng)度高，彈塑性和韌性降低。用途：30-45號(hào)鋼主要用于重要結(jié)構(gòu)的鋼鑄件和高強(qiáng)度螺栓等，45號(hào)鋼用作預(yù)應(yīng)力混凝土錨具，65-80號(hào)鋼用于生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線。52二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）對(duì)有害雜質(zhì)含量三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T1591-94）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加總量小于5％合金元素的鋼材，具有強(qiáng)度高，塑性和低溫沖擊韌性好、耐銹蝕等特點(diǎn)。（1）牌號(hào)：Q345B以屈服點(diǎn)等級(jí)劃分為主劃分成五個(gè)牌號(hào)：屈服點(diǎn)強(qiáng)度——質(zhì)量等級(jí)屈服點(diǎn)等級(jí)：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460質(zhì)量等級(jí)：A、B、C、D、E（磷硫含量）53三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T1591-94）低合金高強(qiáng)度（2）技術(shù)性能與應(yīng)用特點(diǎn)：較好的強(qiáng)度，且具用較好的塑性、韌性和可焊性。Q345、Q390綜合性能較好，是鋼結(jié)構(gòu)的常用牌號(hào)。與碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235相比，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q345的強(qiáng)度和承載力更高，并具有良好的承受動(dòng)荷載和耐疲勞性能，但價(jià)格稍高。用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼代替碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235可節(jié)省鋼材15%-25%，并減輕結(jié)構(gòu)的自重。用途：鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是大型結(jié)構(gòu)、重型結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、橋梁工程、承受動(dòng)力荷載和沖擊荷載的結(jié)構(gòu)。54（2）技術(shù)性能與應(yīng)用54建筑用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）屈服點(diǎn)等級(jí)——質(zhì)量等級(jí).脫氧程度Q235CZ優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）表示方法：以平均含碳量（以0.01%為單位）+含錳量標(biāo)注+（脫氧程度代號(hào)）“45Mn”表示平均含碳量為0.45%較高含錳量的鎮(zhèn)靜鋼；

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T1591-94）屈服點(diǎn)等級(jí)——質(zhì)量等級(jí)Q390C55建筑用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）55四、鋼的選用基本要求：對(duì)一般結(jié)構(gòu)：具有屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率三項(xiàng)機(jī)械性能和硫、磷含量?jī)身?xiàng)化學(xué)成分的合格保證對(duì)焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)有含碳量的合格保證對(duì)于較大型構(gòu)件、直接承受力荷載的結(jié)構(gòu)，鋼材應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證對(duì)于大、重型結(jié)構(gòu)和直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)，根據(jù)冬季工作溫度情況應(yīng)具有常溫和低溫沖擊韌性的合格保證56四、鋼的選用基本要求：56不同建筑結(jié)構(gòu)對(duì)材料要求：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003（1）重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如梁、柱、屋架等）高于一般構(gòu)件（如墻架、平臺(tái)等）（2）受拉、受彎構(gòu)件高于受壓構(gòu)件（3）焊接結(jié)構(gòu)高于栓接和鉚接結(jié)構(gòu)（4）低溫工作環(huán)境的結(jié)構(gòu)高于常溫工作環(huán)境的結(jié)構(gòu)（5）直接承受力荷載的結(jié)構(gòu)高于間接承受力荷載或承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)（6）重級(jí)工作制構(gòu)件（如重型吊車梁）高于中、輕級(jí)工作構(gòu)件。57不同建筑結(jié)構(gòu)對(duì)材料要求：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-200其他：高層建筑鋼結(jié)構(gòu)：采用B、C、D等級(jí)的Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼和B、C、D、E等級(jí)的Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼?？拐鸾Y(jié)構(gòu)：鋼材的強(qiáng)屈比不應(yīng)小于1.2，應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階，伸長(zhǎng)率應(yīng)大于20%，且有良好的可焊性。Q235沸騰鋼不宜用于下列承重結(jié)構(gòu)：重級(jí)工作制焊接結(jié)構(gòu)冬季工作溫度≤-200C的輕、中級(jí)工作制焊接結(jié)構(gòu)和重級(jí)工作制的非焊接結(jié)構(gòu)冬季工作溫度≤-300C的其它承重結(jié)構(gòu)。58其他：58鋼結(jié)構(gòu)：熱軋成型的鋼板和型鋼薄壁輕型鋼結(jié)構(gòu)：薄壁型鋼、圓鋼和小角鋼房屋建筑結(jié)構(gòu)中鋼材所用的母材：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

2.鋼結(jié)構(gòu)用鋼59鋼結(jié)構(gòu)：2.鋼結(jié)構(gòu)用鋼59組合結(jié)構(gòu)(1)用鋼材加強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件

A.鋼骨鋼筋混凝土構(gòu)件北京香格里拉飯店B.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件廣州好世界大廈60組合結(jié)構(gòu)(1)用鋼材加強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件A.鋼骨鋼筋混凝土一、熱軋型鋼鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有：工字鋼H型剛T型剛槽鋼等邊角鋼不等邊角鋼原材牌號(hào)——原材標(biāo)準(zhǔn)號(hào)型鋼規(guī)格—型鋼標(biāo)準(zhǔn)號(hào)標(biāo)記方法型鋼名稱61一、熱軋型鋼鋼結(jié)構(gòu)常用的型鋼有：原材牌號(hào)——原材標(biāo)準(zhǔn)號(hào)型鋼規(guī)（1）熱軋普通工字鋼（GB706-88）規(guī)格：腰高度*腿寬度*腰厚度（mm）腰厚度（mm）規(guī)格范圍：10號(hào)-63號(hào)同一腰高，不同腿寬和腰厚，其后標(biāo)注a、b、c用途：建筑結(jié)構(gòu)和橋梁中承受橫向彎曲（腹板平面內(nèi)受彎）構(gòu)件，不宜單獨(dú)用作軸心受壓構(gòu)件或雙向受彎構(gòu)件62（1）熱軋普通工字鋼（GB706-88）規(guī)格：腰高度*腿寬度（2）熱軋H型鋼和T型鋼（GB11263-2005）H型鋼的優(yōu)點(diǎn)：翼緣寬，側(cè)向剛度大，抗彎能力強(qiáng)，翼緣兩表面互相平行、重量輕、節(jié)省鋼材分類：寬翼緣（HW）、中翼緣（HM）、窄翼緣（HN）、H型鋼樁（HP）用途：HW、HM型鋼適用于鋼柱等軸心受壓構(gòu)件、HN型鋼適用于鋼梁等受彎構(gòu)件63（2）熱軋H型鋼和T型鋼（GB11263-2005）H型鋼的規(guī)格型號(hào)：代號(hào)腹板高度×翼板寬度×腹板厚度×翼板厚度（mm）代號(hào)腹板高度×翼板寬度（mm）對(duì)于同樣高度的H型鋼，寬翼緣型的腹板和翼板厚度最大，中翼緣型次之，窄翼緣型最小規(guī)格：HW100×100-HW400×400HM150×100-HM600×300HN100×50-HN900×300HP200×200-HP500×500用途：要求承載力大、界面穩(wěn)定性好的大型結(jié)構(gòu)（高層建筑）64規(guī)格型號(hào)：64（3）熱軋普通槽鋼（GB707-88）規(guī)格：腰高度×腿寬度×腰厚度（mm）或腰高度（cm）規(guī)格范圍：5號(hào)-40號(hào)同一腰高，不同腿寬和腰厚，其后標(biāo)注a、b、c用途：承受軸向力的桿件、承受橫向彎曲的梁以及聯(lián)系桿件建筑鋼結(jié)構(gòu)、車輛制造65（3）熱軋普通槽鋼（GB707-88）規(guī)格：65（4）熱軋L型鋼（GB9946-88）規(guī)格：腹板高度×面板寬度×腹板厚度×面板厚度（mm）型號(hào)：L250×90×9×13-L500×120×13.5×3566（4）熱軋L型鋼（GB9946-88）規(guī)格：66(5)熱軋等邊角鋼（GB-9787-88）

熱軋不等邊角鋼（GB-978-88）等邊角鋼規(guī)格：邊寬度×邊寬度×厚度（mm）規(guī)格范圍：20×20×（3-4）-200×200×（14-24）不等邊角鋼規(guī)格：長(zhǎng)邊寬度×短邊寬度×厚度（mm）或長(zhǎng)邊寬度/短邊寬度(mm)規(guī)格范圍：25×16×（3-4）-200×125×（12-18）67(5)熱軋等邊角鋼（GB-9787-88）

熱軋不等邊角二、冷彎薄壁型鋼68二、冷彎薄壁型鋼68三、鋼棒（1）熱軋六角鋼和八角鋼（GB705-89）規(guī)格：對(duì)邊距離六角鋼規(guī)格范圍：8-70mm八角鋼規(guī)格范圍：16-40mm用途：制作鋼結(jié)構(gòu)用的螺栓（2）熱軋扁鋼（GB704-88）規(guī)格：厚度×寬度規(guī)格范圍：3×10-60×150（mm）用途：房架構(gòu)件、扶梯、橋梁、柵欄（3）熱軋圓鋼和方鋼（GB702-86）規(guī)格：直徑或邊長(zhǎng)（mm）圓鋼規(guī)格范圍：5.5-250mm方鋼規(guī)格范圍：5.5-200mm用途：輕型鋼結(jié)構(gòu)，一般桿件和連接件69三、鋼棒（1）熱軋六角鋼和八角鋼（GB705-89）69四、鋼管分類：無(wú)縫鋼管、焊接鋼管用途：制作桁架、塔桅等構(gòu)件、制作鋼管混凝土（1）結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管規(guī)格：外徑×壁厚（mm）熱軋鋼管規(guī)格范圍：32×(2.5-8)-530×(9-75)-630×(9-24)（mm）冷拔鋼管規(guī)格范圍：6×(0.25-2.0)-200×(4.0-12)（mm）（2）焊縫鋼管分類：直縫電焊鋼管、螺旋縫鋼管用途：各種結(jié)構(gòu)、輸油管道70四、鋼管分類：無(wú)縫鋼管、焊接鋼管70五、板材（1）鋼板（2）花紋鋼板（3）建筑用壓型鋼板（4）彩色涂層鋼板：71五、板材（1）鋼板713.鋼筋混凝土用鋼一、熱軋鋼筋二、冷拔鋼絲和冷軋帶肋鋼筋三、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋四、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線五、鋼筋的選用723.鋼筋混凝土用鋼一、熱軋鋼筋72一、熱軋鋼筋（HPBHRB）經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品鋼筋1、分類：（1）按外形分：GB1499.1-2008《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB13014-91《鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋》規(guī)定了鋼筋混凝土用鋼筋技術(shù)要求光圓鋼筋帶肋鋼筋73一、熱軋鋼筋（HPBHRB）經(jīng)熱軋成型并自然冷卻的成品熱軋鋼筋1.生產(chǎn)采用鋼錠經(jīng)加熱軋制自然冷卻而成。2.分類鋼筋混凝土用熱軋鋼筋分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。3.牌號(hào)熱軋直條光圓鋼筋：HPB235、HPB300普通熱軋帶肋鋼筋：HRB335、HRB400、HRB500H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）三個(gè)詞英文首位字母。推薦公稱尺寸：光圓：8、10、12、16、20；帶肋：6、8、10、12、16、20、25、32、40和50mm74熱軋鋼筋1.生產(chǎn)H、R、B分別為熱軋（Hotrolled）鋼筋混凝土用熱軋鋼筋的力學(xué)性能和冷彎性能表面形狀種類公稱直徑/mmσs/MPaσb/MPaδ5/%冷彎試驗(yàn)不小于角度彎心直徑光圓HPB2358~2023537025180°d=a帶肋HRB3356~2528~40>40~5033545517180°d=3ad=4ad=5aHRB4006~2528~40>40~5040054016180°d=4ad=5ad=6aHRB5006~2528~40>40~5050063015180°d=6ad=7ad=8a75鋼筋混凝土用熱軋鋼筋的力學(xué)性能和冷彎性能表面種類公稱直徑/m低碳鋼熱軋盤條拉絲用盤條（L類）：Q195、Q215、Q235建筑用盤條（J類）：HRB235標(biāo)記方式：盤條原材牌號(hào)-分類代號(hào)公稱直徑-GB701-97盤條HRB235A.F-J6.5-GB701-9776低碳鋼熱軋盤條76

直徑6-8mm的HRB235或Q215的熱軋盤條經(jīng)冷拔而成屈服點(diǎn)提高40%-60%，塑性降低，硬脆冷拔低合金鋼絲抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為800MPa,可用于中小混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋二、冷拔鋼絲和冷軋帶肋鋼筋級(jí)別直徑（mm）抗拉強(qiáng)度，MPa伸長(zhǎng)率，%（標(biāo)距100mm）反復(fù)彎曲次數(shù)（180度）應(yīng)用I組II組不小于甲級(jí)56506003.04中小混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋47006502.5乙級(jí)3~55502.0焊接網(wǎng)、焊接骨架、箍筋、構(gòu)造鋼筋77直徑6-8mm的HRB235或Q215的熱軋盤條經(jīng)冷拔而成冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝要求

GB13788-2008牌號(hào)反復(fù)彎曲次數(shù)抗拉強(qiáng)度σb/Mpa≥伸長(zhǎng)率(%)≥冷彎180°D彎心直徑d鋼筋公稱直徑初始應(yīng)力松弛σcon=0.70σb

δ11.3δ1001000h(%)≤CRB500CRB650CRB800CRB970-3335506508009708.0----4.04.04.0D=3d----88878冷軋帶肋鋼筋的力學(xué)性能和工藝要求

GB13788-2008冷軋帶肋鋼筋是由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋后，在其表面帶有沿長(zhǎng)度方向均勻分布的三面或二面橫肋的鋼筋根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13788－2008《冷軋帶肋鋼筋》的規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋的牌號(hào)由CRB和鋼筋的抗拉強(qiáng)度最小值構(gòu)成C、R、B分別為冷軋（coldrolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bar）三個(gè)詞的英文首位字母冷軋帶肋鋼筋分為CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四個(gè)牌號(hào)。CRB550為普通鋼筋混凝土用鋼筋，其他牌號(hào)為預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋CRB550鋼筋的公稱直徑范圍為4-12mm。CRB650及以上牌號(hào)鋼筋的公稱直徑為4、5、6mm79冷軋帶肋鋼筋是由熱軋圓盤條經(jīng)冷軋后，在其表面帶有沿長(zhǎng)度方向均三、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋GB/T5223.3-2005用熱軋帶肋鋼筋經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)處理而成。分有、無(wú)縱肋兩種（都有橫肋）規(guī)格：6、8.2、10mm條件屈服強(qiáng)度≥1325MPa抗拉強(qiáng)度≥1470MPa伸長(zhǎng)率δ10≥6%1000h應(yīng)力損失≤3.5%用途：預(yù)應(yīng)力混凝土梁板和軌枕80三、預(yù)應(yīng)力混凝土用熱處理鋼筋GB/T5223.3-2005用四、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線1、鋼絲母材：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度1470-1770MPa按加工狀態(tài)分：冷拉鋼絲(WCD)及消除應(yīng)力鋼絲兩類按外形可分為：光面鋼絲(P)，螺旋肋鋼絲(H)和刻痕鋼絲(I)三種消除應(yīng)力鋼絲按松弛性能不同：低松弛級(jí)鋼絲(WLR)和普通級(jí)松弛鋼絲(WNR)標(biāo)記方式：預(yù)應(yīng)力鋼絲直徑-抗拉強(qiáng)度--松弛等級(jí)-外形代號(hào)-標(biāo)準(zhǔn)號(hào)預(yù)應(yīng)力鋼絲4.00-1670-WCD-P-GB/T5223-2002直徑為4.00mm，抗拉強(qiáng)度為1679MPa的冷拉光圓鋼絲81四、預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲和鋼絞線1、鋼絲812、鋼絞線鋼絞線:以數(shù)根優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼絲絞捻和消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理而制成類型：1×2、1×3、1×3I、1×7、（1×7）C5類標(biāo)記方法：預(yù)應(yīng)力鋼絞線結(jié)構(gòu)代號(hào)-公稱直徑-強(qiáng)度級(jí)別-GB/T5224-2003預(yù)應(yīng)力鋼絞線1×7-15.2-1860-GB/T5224-2003特點(diǎn)：強(qiáng)度高，柔韌性好，無(wú)接頭用途：大荷載、大跨度、曲線配筋的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)822、鋼絞線鋼絞線:以數(shù)根優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼絲絞捻和消除內(nèi)應(yīng)力的熱

圖例：板內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋83圖例：板內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋83五、鋼筋的選用普通受力鋼筋：熱軋鋼筋(HRB400\HRB335)冷軋帶肋鋼筋（CRB550常用）預(yù)應(yīng)力鋼筋：預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋冷拉HRB400\HRB335\HPB235級(jí)熱軋帶肋鋼筋中小型預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的受力主筋：CRB650、CRB800級(jí)冷軋帶肋鋼筋、甲級(jí)冷拔低碳鋼絲、冷拔低合金鋼絲84五、鋼筋的選用普通受力鋼筋：843.6鋼材的防護(hù)一、腐蝕：鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破壞的現(xiàn)象稱作腐蝕（銹蝕）

危害：均勻銹蝕使鋼材有效截面積減小，局部銹蝕不僅使鋼材有效截面積減小，且引起應(yīng)力集中，另外鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性降低（2）電化學(xué)腐蝕：鋼材由不同的晶體組織構(gòu)成，并含有雜質(zhì)，由于這些成分的電極電位不同，當(dāng)有電解質(zhì)溶液(如水)存在時(shí)，就會(huì)在鋼材表面形成許多微小的局部原電池。（1）化學(xué)腐蝕：鋼材與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蝕853.6鋼材的防護(hù)一、腐蝕：鋼材表面與周圍介質(zhì)發(fā)生作用而引起破（2）電化學(xué)腐蝕整個(gè)過(guò)程如下：陽(yáng)極區(qū)：Fe=Fe2++2e陰極區(qū)：2H2O+4e+O2=4OH-鋼鐵表面吸附水膜酸性較弱或中性時(shí)2H++2e=H2鋼鐵表面吸附水膜酸性強(qiáng)時(shí)溶液區(qū)：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

水是弱電解質(zhì)溶液，而溶有CO2的水則成為有效的電解質(zhì)溶液，從而加速電化學(xué)腐蝕的過(guò)程。鋼材在大氣中的腐蝕，實(shí)際上是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用所致，但以電化學(xué)腐蝕為主。86（2）電化學(xué)腐蝕整個(gè)過(guò)程如下：陽(yáng)極區(qū)：Fe=Fe2++二、防腐1、采用耐腐蝕鋼（耐大氣腐蝕鋼）在碳素鋼和低合金鋼中加入少量的銅、鉻等合金元素制成，在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護(hù)層2、阻銹劑3、陰極保護(hù)（采用電位比鋼材高的金屬覆蓋）4、陽(yáng)極保護(hù)（犧牲陽(yáng)極、外加電流）5、非金屬覆蓋（涂漆）6、混凝土表面處理87二、防腐1、采用耐腐蝕鋼（耐大氣腐蝕鋼）87混凝土用鋼筋的防銹1、提高混凝土密實(shí)度，增大鋼筋保護(hù)層的厚度2、易碳化地區(qū)，采用硅酸鹽水泥或普通水泥3、限制含氯鹽外加劑參量4、使用混凝土用鋼筋阻銹劑5、鋼筋涂覆環(huán)氧樹(shù)脂或鍍鋅88混凝土用鋼筋的防銹1、提高混凝土密實(shí)度，增大鋼筋保護(hù)層的厚度三、鋼在火災(zāi)中的表現(xiàn)200度以內(nèi)性能基本不變；超過(guò)300度：彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開(kāi)始顯著下降，應(yīng)變急劇增大；300度：失去承載能力四、防火采用絕熱或吸熱材料，隔阻火焰和熱量，推遲鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率包覆法：以防火涂料（膨脹型和非膨脹型）、不燃燒板材或混凝土和砂漿將鋼結(jié)構(gòu)包裹起來(lái)89三、鋼在火災(zāi)中的表現(xiàn)89鋁及鋁合金基本知識(shí)

鋁是一種銀白色的輕金屬，屬于有色金屬，純鋁的比重削，僅2.7g/cm3，為鐵的三分之一，熔點(diǎn)較低（660℃），具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、反輻射性能及耐腐蝕性能，并有易于加工和焊接等特點(diǎn)。

防銹鋁防銹鋁是鋁鎂或鋁錳的合金。其特點(diǎn)是耐蝕性較高，拋光性好，能長(zhǎng)期保持其光亮的表面，其強(qiáng)度比純鋁高，塑性及焊接性能良好，但切削加工性不良，可用于承受中等或低負(fù)載及要求耐腐蝕及光潔表面的構(gòu)件、管道等90鋁及鋁合金基本知識(shí)鋁是一種銀白色的輕金屬，硬鋁

硬鋁是鋁和銅或再加入鎂、錳等組合的合金，建筑工程上主要為含銅（3.8％～4.8％）、鎂（0.4％～0.8％）、錳（0.4％～0.8％）、硅（不大于0.8％）的鋁合金，稱為硬鋁。經(jīng)熱處理強(qiáng)化后，可獲得較高的強(qiáng)度和硬度，耐腐蝕性好。建筑上可用于作承重結(jié)構(gòu)或其他裝飾制件，其強(qiáng)度極限可達(dá)330～490MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)12％～20％，布氏硬度值HB可達(dá)1000MPa，是發(fā)展輕型結(jié)構(gòu)的好材料。

91硬鋁硬鋁是鋁和銅或再加入鎂、錳等組合超硬鋁

超硬鋁是鋁和鋅、鎂、銅等的合金。經(jīng)熱處理強(qiáng)化后，其強(qiáng)度和硬度比普通硬鋁更高，塑性及耐蝕性中等，切削加工性和點(diǎn)焊性能良好，但在負(fù)荷狀態(tài)下易受腐蝕，常用包鋁方法保護(hù)，可用于承重構(gòu)件和高荷載零件。鍛鋁

鍛鋁是鋁和鎂、硅及銅的合金。除具有較高的強(qiáng)度外，還有良好的高溫塑性及焊接性，但易腐蝕，適宜作承重中等荷載的構(gòu)件。

92超硬鋁超硬鋁是鋁和鋅、鎂、銅等的合金。

鋁在建筑上，早在80多年千就已被作為裝飾材料，逐漸發(fā)展應(yīng)用到窗框、幕墻，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件。1970年美國(guó)建筑上用鋁量約為100多萬(wàn)噸，20年中，增長(zhǎng)了4倍，占其全國(guó)鋁消耗量的1/4以上。1973年日本在建筑上使用鋁占其全國(guó)總耗鋁量的1/3，在房屋建筑中使用600kt以上。93鋁在建筑上，早在80多年千就已被作為裝飾材料，逐漸發(fā)鋁合金制品鋁合金門窗鋁合金門窗用已表面處理過(guò)的型材和配件組合裝配而成。主要有推拉窗，平開(kāi)窗，懸掛窗等。具有質(zhì)量輕、氣密性，水密性和隔聲性能好，色澤美觀，不銹蝕，不褪色，經(jīng)久耐用，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。94鋁合金制品鋁合金門窗鋁合金門窗用已表面鋁合金裝飾板

鋁合金花紋板采用鋁合金壞料花紋軋輥制成。有針狀、扁豆?fàn)睢⒎礁竦然y。其特點(diǎn)是花紋美觀、防滑、防銹蝕，不易磨損，便于安裝等?？捎糜诂F(xiàn)在建筑的墻面裝飾、樓梯踏步等。鋁合金波紋板邊面軋制成波浪形或梯形。其特點(diǎn)是防火、防潮、防腐蝕。可用于商場(chǎng)、賓館、飯店等建筑物的墻面和屋面裝飾。95鋁合金裝飾板鋁合金花紋板采用鋁合金壞料銅及銅合金

純銅

銅由黃銅礦、輝銅礦等精練而成的銅錠、銅錠線和電解銅三種，經(jīng)加工變形后活動(dòng)各種形狀的純銅材，純銅經(jīng)脫氧為無(wú)氧銅。銅是有色金屬中的紫色重金屬，其特點(diǎn)為具有很高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性和易加工性，延展性好銅合金在銅中摻入鋅、錫、鋁等可制成銅合金，其強(qiáng)度、硬度等性能得到提高，使用性能更好。96銅及銅合金純銅銅由黃銅礦、輝銅礦黃銅

在銅中摻入鋅的合金為普通黃銅，在銅中摻入鋅和其他元素組成錫、鉛等。土木工程中常用的為普通黃銅或普通黃銅粉，呈黃色或金黃色，裝飾性好。普通黃銅主要用于建筑五金、水暖電器、土木工程裝飾，門窗、欄桿等。普通黃銅粉用于調(diào)制裝飾涂料、代替金粉使用。青銅在銅中摻入錫的合金為錫青銅。在銅中摻入鋁、鐵等的合金為鋁青銅。呈青灰色或灰黃色，強(qiáng)度較高硬度大，耐磨性、耐蝕性好。主要用于板材、管材，機(jī)械零件等97黃銅在銅中摻入鋅的合金為普通黃銅，在銅中

鑄鐵

黑色金屬中含碳大于2.06%的鐵碳合金稱為生鐵。常用的斷口呈灰色鼓稱為鑄鐵。鑄鐵性脆、無(wú)塑性，抗壓強(qiáng)度較高，抗拉和抗彎強(qiáng)度不高，不適合用于結(jié)構(gòu)材料。常用于排水溝、地溝等的蓋板、鑄鐵水管、暖氣片及零部件、門、窗、欄桿等。98鑄鐵黑色金屬中含碳大于2.06%的鐵碳本章小結(jié)鋼材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑鋼材主要包括各種型鋼、鋼筋、鋼絲和鋼絞線等；建筑鋼材的主要性能包括力學(xué)性能、工藝性能和耐久性三個(gè)方面；建筑鋼材所用的鋼種包括碳素結(jié)構(gòu)鋼（非合金鋼）、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。建筑工程中常用的鋼筋，其力學(xué)性能、工藝性能、化學(xué)成分等必須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鋼絲和鋼絞線具有強(qiáng)度高、變形較小等特點(diǎn)，主要用作普通預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及大跨度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋。99本章小結(jié)鋼材是建筑工程中常用的建筑材料之一。建筑鋼材主要包括Q&A問(wèn)答環(huán)節(jié)

敏而好學(xué)，不恥下問(wèn)。

學(xué)問(wèn)學(xué)問(wèn)，邊學(xué)邊問(wèn)。

He

is

quick

and

eager

to

learn.

Learning

is

learning

and

asking.100Q&A問(wèn)答環(huán)節(jié)

敏而好學(xué)，不恥下問(wèn)。

學(xué)問(wèn)學(xué)問(wèn)，邊學(xué)邊問(wèn)。

結(jié)束語(yǔ)

感謝參與本課程，也感激大家對(duì)我們工作的支持與積極的參與。課程后會(huì)發(fā)放課程滿意度評(píng)估表，如果對(duì)我們課程或者工作有什么建議和意見(jiàn)，也請(qǐng)寫在上邊101結(jié)束語(yǔ)

101感謝聆聽(tīng)Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm講師：XXXX日期：20XX.X月102感謝聆聽(tīng)講師：XXXX日期：20XX.X月102第三章建筑金屬材料金屬材料主要有：鋼材優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)：艾菲爾鐵塔321M7200T（1889）

333M4000T（1958）韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)，良好的可加工性能外表輕巧、華美，具有光澤等鋼材缺點(diǎn)：易銹蝕、維護(hù)費(fèi)用高、耐火性差等黑色金屬：鋼、鐵以及鋼鐵合金：除黑色金屬以外的金屬鋁、銅等103第三章建筑金屬材料金屬材料主要有：黑色金屬：鋼、鐵以及鋼鐵概況1

您的內(nèi)容打在這里，或者通過(guò)復(fù)制您的文本后。概況2

您的內(nèi)容打在這里，或者通過(guò)復(fù)制您的文本后。概況3

您的內(nèi)容打在這里，或者通過(guò)復(fù)制您的文本后。+++整體概況104概況1+++整體概況2本章的教學(xué)目標(biāo)是：⑴了解建筑鋼材的微觀結(jié)構(gòu)及其與性質(zhì)的關(guān)系⑵熟練掌握建筑鋼材的力學(xué)性能（包括強(qiáng)度、彈性及塑性變形，耐疲勞性）的意義，測(cè)定方法及影響因素，掌握鋼材工藝性能⑶熟悉建筑鋼材的強(qiáng)化機(jī)理及強(qiáng)化方法⑷掌握土木工程中常用的建筑鋼材的分類及其選用原則105本章的教學(xué)目標(biāo)是：3★★第三章建筑金屬材料＆3.1鋼材的冶煉和分類＆3.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能＆3.3鋼材的組成結(jié)構(gòu)及對(duì)性能的影響（自學(xué)為主）

＆3.4鋼材的冷加工與熱處理＆3.5鋼材的應(yīng)用建筑用鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼筋混凝土用鋼＆3.6鋼材的防護(hù)106★★第三章建筑金屬材料＆3.1鋼材的冶煉和分類4＆3.1鋼材的冶煉和分類一、鋼的冶煉原料：鐵礦石（1）煉鐵：鐵礦石鐵水+礦渣方法：高爐煉鐵生鐵：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）煉鋼：鐵水、鐵塊或廢鋼鋼水+鋼渣鋼:含碳量0.06%--2.0%鋼與生鐵的主要區(qū)別：含碳量不同冶煉冶煉煉鋼的原理就是把熔融的生鐵進(jìn)行加工，使其中碳的含量降到2.0%以下，其它雜質(zhì)含量也控制在相應(yīng)規(guī)定范圍之內(nèi)。107＆3.1鋼材的冶煉和分類一、鋼的冶煉鋼與生鐵的主要區(qū)別：鋼的冶煉方法主要有三種：氧氣轉(zhuǎn)爐法；平爐法；電爐法。氧氣轉(zhuǎn)爐鋼——用純氧吹入鐵液中使碳和雜質(zhì)氧化脫離氧氣轉(zhuǎn)爐種類：頂吹、底吹、側(cè)吹、頂?shù)讖?fù)合平爐鋼——以煤氣或重油作燃料，原料為鐵液、廢鋼鐵和適量的鐵礦石，利用空氣或氧氣和鐵礦石中的氧使碳和雜質(zhì)氧化電爐鋼——采用電爐加熱煉制鋼材，主要為各種特殊鋼目前，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已成為現(xiàn)在煉鋼的主要方法，而平爐法則已基本淘汰。108鋼的冶煉方法主要有三種：目前，氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法已成為現(xiàn)在煉鋼的爐種原料特點(diǎn)生產(chǎn)鋼種平爐生鐵、廢鋼容量大，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，鋼質(zhì)較好且穩(wěn)定，成本較高碳素鋼低合金鋼氧氣轉(zhuǎn)爐鐵水、廢鋼冶煉速度快，生產(chǎn)效率高，鋼質(zhì)較好碳素鋼低合金鋼電爐廢鋼容積小，耗電大，控制嚴(yán)格，鋼質(zhì)好，但成本高特殊合金鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼三種主要煉鋼方法的特點(diǎn)和應(yīng)用109爐種原料特點(diǎn)生產(chǎn)鋼種平爐生鐵、廢鋼容量大，冶煉時(shí)間長(zhǎng)，鋼質(zhì)較二、鋼的分類1按化學(xué)成分分：鋼的主要成分：鐵、碳其他一些雜質(zhì)：硅、錳、鈦、釩磷、硫、氧、氮（1）碳素鋼--低碳鋼（含碳量<0.25%）中碳鋼（含碳量0.25-0.6%）高碳鋼（含碳量>0.6%）（2）合金鋼--低合金鋼（合金元素含量<5%）中合金鋼（合金元素含量<5-10%）高合金鋼（合金元素含量>10%）有害可以調(diào)整鋼材性能專門加入合金元素110二、鋼的分類1按化學(xué)成分分：有害可以調(diào)整專門加入8二、鋼的分類2按冶煉時(shí)脫氧程度分：（1）鎮(zhèn)靜鋼：用硅脫氧，鋼質(zhì)均勻密實(shí)，品質(zhì)好，成本高，可用于承受沖擊荷載的重要結(jié)構(gòu)。（2）沸騰鋼：用錳鐵脫氧，內(nèi)部雜質(zhì)多，化學(xué)成分和力學(xué)性能不均勻，強(qiáng)度低、沖擊韌性差、可焊性差、生產(chǎn)成本低，可用于一般建筑結(jié)構(gòu)。（3）半鎮(zhèn)靜鋼：用少量硅脫氧，性能介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間（4）特殊鎮(zhèn)靜鋼(A)沸騰鋼(B)鎮(zhèn)靜鋼

兩鋼錠的縱剖面圖代號(hào)“F”代號(hào)“TZ”代號(hào)“Z”代號(hào)“b”AB111二、鋼的分類2按冶煉時(shí)脫氧程度分：(A)沸騰鋼(B問(wèn)題：鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響？答：脫氧程度不高的鋼材中還保留較多的FeO，在鋼材鑄錠時(shí)，碳與FeO反應(yīng)生成CO氣泡，并有一部分殘留在鋼中，造成微裂縫和成分偏析，降低致密性、強(qiáng)度和可焊性，低溫下的韌性變差，冷脆性和時(shí)效敏感性增大等。

脫氧程度排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼

鋼材性能與質(zhì)量排序：特殊鎮(zhèn)靜鋼＞鎮(zhèn)靜鋼＞半鎮(zhèn)靜鋼＞沸騰鋼112問(wèn)題：鋼材的脫氧程度對(duì)鋼材質(zhì)量的影響？答：脫氧程度不高的二、鋼的分類3按雜質(zhì)含量分：普通鋼：含硫量≤0.045％-0.050％；含磷量≤0.045％。優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌號(hào)后加“高”或“A”后加“E”113二、鋼的分類3按雜質(zhì)含量分：牌號(hào)后加“高”或“A”后加“E4、按照用途：（1）結(jié)構(gòu)鋼：主要用于工程構(gòu)件和機(jī)械零件,一般為中、低碳鋼（2）工具鋼：主要用于各種刀具，量具和磨具,一般為高碳鋼（3）特殊鋼：用于特殊場(chǎng)合，如不銹鋼，耐熱鋼，磁性鋼，耐酸鋼等，一般為合金鋼建筑上常用的是結(jié)構(gòu)鋼。5、按照產(chǎn)品型式：（1）型材：鋼結(jié)構(gòu)用角鋼，工字鋼，方鋼，槽鋼等（2）板材：各種厚度鋼板（3）線材：鋼筋，鋼絲，鋼絞線（4）管材：鋼管，自來(lái)水管，鋼管樁1144、按照用途：123.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、力學(xué)性能靜荷載：一定的力學(xué)強(qiáng)度和不致過(guò)大的變形動(dòng)荷載：較高的韌性1、強(qiáng)度（抗拉性能）2、塑性3、韌性4、硬度5、疲勞強(qiáng)度力學(xué)性能工藝性能技術(shù)性能強(qiáng)度、彈性、塑性、耐磨性…（可加工性）：冷彎、可焊性1153.2建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、力學(xué)性能力學(xué)性能工藝性能技一、力學(xué)性能1、強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗變形和破壞能力鋼材受力產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，反映鋼材的主要力學(xué)特征低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線OA：彈性階段AB：屈服階段BC：強(qiáng)化階段CD：頸縮階段。116一、力學(xué)性能1、強(qiáng)度：在外力作用下，材料抵抗變形和破壞能力低彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，表現(xiàn)為彈性變形，與A點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為彈性極限。此階段應(yīng)力與應(yīng)變成正比，即產(chǎn)生單位彈性應(yīng)變時(shí)所需的應(yīng)力大小。（彈性模量和彈性極限）屈服階段(AB段)：圖中B上點(diǎn)是這一階段應(yīng)力最高點(diǎn)，稱為屈服上限，B下點(diǎn)稱為屈服下限。由于B下比較穩(wěn)定易測(cè)，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，用бs表示。鋼材受力達(dá)屈服點(diǎn)后，變形即迅速發(fā)展，盡管尚未破壞但已不能滿足使用要求。故設(shè)計(jì)中一般以屈服點(diǎn)作為強(qiáng)度取值依據(jù)。強(qiáng)化階段(BC段)：對(duì)應(yīng)于最高點(diǎn)C的應(yīng)力，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。工程上使用的鋼材，不僅希望具有高的屈服強(qiáng)度，還希望具有一定的屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越小，鋼材在受力超過(guò)屈服點(diǎn)工作時(shí)的可靠性越大，結(jié)構(gòu)愈安全。但如果屈強(qiáng)比過(guò)小，則鋼材有效利用率太低，造成浪費(fèi)。頸縮階段(CD段):由于試件斷面急劇縮小，塑性變形迅速增加，拉力也就隨著下降，最后發(fā)生斷裂。將拉斷后的試件于斷裂處對(duì)接在一起，測(cè)得其斷后標(biāo)距。標(biāo)距的伸長(zhǎng)值與原始標(biāo)距的百分比稱為伸長(zhǎng)率。117彈性階段(OA段)：在OA階段，如卸去荷載，試件將恢復(fù)原狀，(1)彈性模量：鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng)，應(yīng)力與應(yīng)變之比為常數(shù)，稱為彈性模量，即E=б/ε。這個(gè)階段的最大應(yīng)力（P點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為比例極限бp。彈性模量反映了材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，即材料的剛度，它是鋼材在靜荷載作用下計(jì)算結(jié)構(gòu)變形的一個(gè)重要指標(biāo)。拉伸性能是建筑鋼材最重要的性能。通過(guò)對(duì)鋼材進(jìn)行抗拉試驗(yàn)所測(cè)的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度(極限強(qiáng)度）和伸長(zhǎng)率是鋼材的重要技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)。(2)彈性極限：應(yīng)力超過(guò)比例極限后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線略有彎曲，應(yīng)力與應(yīng)變不再成正比例關(guān)系，但卸去外力時(shí)，試件變形能立即消失，此階段產(chǎn)生的變形是彈性變形。不產(chǎn)生殘留塑性變形的最大應(yīng)力（e點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為彈性極限бe。事實(shí)上，бp與бe相當(dāng)接近。注意118(1)彈性模量：鋼材受力初期，應(yīng)力與應(yīng)變成比例地增長(zhǎng)，應(yīng)力(3)屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，此時(shí)除了產(chǎn)生彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到B點(diǎn)后，塑性應(yīng)變急劇增加，曲線出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái)，這種現(xiàn)象稱為屈服。這一階段的最大、最小應(yīng)力分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。由于下屈服點(diǎn)的數(shù)值較為穩(wěn)定，因此以它作為材料抗力的指標(biāo)，稱為屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度，用бs表示，設(shè)計(jì)中一般以其為強(qiáng)度取值依據(jù)。

有些鋼材(如高碳鋼)無(wú)明顯的屈服現(xiàn)象，通常以發(fā)生微量的塑性變形(0.2％)時(shí)的應(yīng)力作為該鋼材的屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度(б0.2)。高碳鋼拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖所示。

注意119(3)屈服強(qiáng)度和條件屈服強(qiáng)度

當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈服階段，無(wú)法直接測(cè)定屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度σ0.2來(lái)代替屈服強(qiáng)度。條件屈服點(diǎn)σ0.2：使硬鋼產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力。見(jiàn)左圖。σε0A0.2%aboa——總變形。ba——彈性變形99.8%。ob——塑性變形0.2%。120硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過(guò)程無(wú)明顯屈(4)極限強(qiáng)度當(dāng)鋼材屈服到一定程度后，由于內(nèi)部晶粒重新排列，其抵抗變形能力又重新提高，此時(shí)變形雖然發(fā)展很快，但卻只能隨著應(yīng)力的提高而提高，直至應(yīng)力達(dá)最大值。此后，鋼材抵抗變形的能力明顯降低，并在最薄弱處發(fā)生較大的塑性變形，此處試件截面迅速縮小，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，直至斷裂破壞。鋼材受拉斷裂前的最大應(yīng)力值（b點(diǎn)對(duì)應(yīng)值）稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度бb，不直接利用。屈強(qiáng)比（бs/бb）：反映材料的安全可靠程度和利用率。121(4)極限強(qiáng)度19（1）伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率表征了鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形時(shí)頸縮處的伸長(zhǎng)較大，故當(dāng)原始標(biāo)距L0與試件的直徑d0之比愈大，則頸縮處伸長(zhǎng)中的比重愈小，因而計(jì)算的伸長(zhǎng)率會(huì)小些。所以規(guī)定L0=5d0或L0=10d0。2塑性：塑性是鋼材的一個(gè)重要性能指標(biāo)。

在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力用拉伸試驗(yàn)時(shí)的伸長(zhǎng)率、斷面收縮率表示122（1）伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率表征了鋼材的塑性變形能力。由于在塑性變形伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好。良好的塑性，可將結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力(超過(guò)屈服點(diǎn)的應(yīng)力)重分布，從而避免結(jié)構(gòu)過(guò)早破壞。δ5：表示L0=5d0的伸長(zhǎng)率δ10：表示L0=10d0時(shí)的伸長(zhǎng)率d0——鋼材直徑123伸長(zhǎng)率δ是衡量鋼材塑性的指標(biāo)，它的數(shù)值越大，表示鋼材塑性越好(2)斷面收縮率（ψ）

伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷裂前經(jīng)受塑性變形的能力。伸長(zhǎng)率越大或斷面收縮率越大，說(shuō)明鋼材塑性越大。鋼材塑性大，不僅便于進(jìn)行各種加工，而且能保證鋼材在建筑上的安全使用。因?yàn)殇摬牡乃苄宰冃文苷{(diào)整局部高峰應(yīng)力，使之趨于平緩，以免引起建筑結(jié)構(gòu)的局部破壞及其所導(dǎo)致的整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞；鋼材在塑性破壞前，有很明顯的變形和較長(zhǎng)的變形持續(xù)時(shí)間，便于人們發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)救。Ａ0——試件原始截面積

Ａ1——試件拉斷后頸縮處的截面積124(2)斷面收縮率（ψ）伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示鋼材斷3沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的彎曲沖擊韌性試驗(yàn)確定的。以擺錘打擊試件，于刻槽處將其打斷，試件單位截面積上所消耗的功，即為鋼材的沖擊韌性指標(biāo)。1253沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。沖擊韌性指標(biāo)沖擊韌性值（αk）：以擺錘沖擊V形缺口試件時(shí)單位面積所消耗的功鋼材的沖擊韌性越大,鋼材抵抗沖擊荷載的能力越強(qiáng)。αk值與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料在常溫時(shí)沖擊韌性并不低，破壞時(shí)呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當(dāng)試驗(yàn)溫