掌握：掌握：建筑鋼材的主要性能。建筑鋼材的主要性能。熟悉：熟悉：建筑鋼材的常用鋼種及應(yīng)用。建筑鋼材的常用鋼種及應(yīng)用。了解：了解：鋼筋混凝土用鋼材的品種及應(yīng)用鋼筋混凝土用鋼材的品種及應(yīng)用。本章教學(xué)目標(biāo)本章教學(xué)目標(biāo)81 土木工程鋼材的基本知識(shí)上海寶鋼上海寶鋼一、鋼及其特性一、鋼及其特性鋼鋼理論上，凡是把含碳量小于理論上，凡是把含碳量小于2.06%，含雜質(zhì)比較少的，含雜質(zhì)比較少的鐵碳合金稱為鋼。鐵碳合金稱為鋼。含碳量超過含碳量超過2.06%，稱為生鐵；含碳量小于，稱為生鐵；含碳量小于0.08%，稱為工業(yè)純鐵。稱為工業(yè)純鐵。鋼的特點(diǎn)鋼的特點(diǎn)具有強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的韌性；工藝性能具有強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的韌性；工藝性能良好，易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差。良好，易于加工；但是，鋼材易銹蝕、耐火性差。二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種1.型鋼型鋼簡(jiǎn)單截面型鋼：圓鋼、簡(jiǎn)單截面型鋼：圓鋼、方鋼、六角鋼、八角方鋼、六角鋼、八角鋼等；鋼等；復(fù)雜截面型鋼：工字復(fù)雜截面型鋼：工字鋼、角鋼、槽鋼、鋼鋼、角鋼、槽鋼、鋼軌等。軌等。二、建筑鋼材的主要品種2.線材線材如鋼筋、鋼絲等。二、建筑鋼材的主要品種3.管材管材 無縫鋼管、無縫鋼管、焊接鋼管等。焊接鋼管等。二、建筑鋼材的主要品種二、建筑鋼材的主要品種4.板材板材光面鋼板、花紋鋼板、光面鋼板、花紋鋼板、彩色涂層鋼板等彩色涂層鋼板等。壓型彩鋼板三、三、鋼的冶煉方法簡(jiǎn)介鋼的冶煉方法簡(jiǎn)介按照煉鋼爐的種類，煉鋼方法可分為按照煉鋼爐的種類，煉鋼方法可分為：1.空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 一般煉制普通碳素鋼。一般煉制普通碳素鋼。2.氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法 煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。3.平爐煉鋼法平爐煉鋼法 用來煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼用來煉制優(yōu)質(zhì)碳素鋼、合金鋼或有特殊要求的專用鋼?；蛴刑厥庖蟮膶Ｓ娩?。4.電爐煉鋼法電爐煉鋼法白口鐵液態(tài)生鐵吹入空氣或氧氣鋼澆注成鋼錠脫 氧熔融四、鋼的分類四、鋼的分類1.按冶煉方法分按冶煉方法分2.按質(zhì)量分按質(zhì)量分 按按S和和P元素含量，分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)元素含量，分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼。質(zhì)鋼和特殊質(zhì)量鋼。鋼轉(zhuǎn)爐鋼沸騰鋼電爐鋼平爐鋼按冶煉方法分按脫氧程度分半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼按爐襯材料分為酸性鋼和堿性鋼四、鋼的分類3.按化學(xué)成分分按化學(xué)成分分4.按用途分按用途分 分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性分為建筑鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等。能鋼（如不銹鋼、耐酸鋼、耐堿鋼、磁鋼等。鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼低碳鋼碳素鋼合金鋼中合金鋼高合金鋼C0.25%C=0.25%C合金總含量5%5%1010 盧浦大橋是盧浦大橋是上海市區(qū)在黃上海市區(qū)在黃浦江上的第浦江上的第4 4座座大橋。全鋼結(jié)大橋。全鋼結(jié)構(gòu)的盧浦大橋，構(gòu)的盧浦大橋，僅高強(qiáng)鋼材用僅高強(qiáng)鋼材用量就近量就近5 5萬噸，萬噸，差不多是差不多是6 6艘萬艘萬噸輪的耗材量。噸輪的耗材量。在上?？萍拣^在上海科技館寬敞的中央大廳內(nèi)，寬敞的中央大廳內(nèi)，有一座直徑有一座直徑2323米的米的高錳鋼結(jié)構(gòu)球體，高錳鋼結(jié)構(gòu)球體，矗立在卵型大廳的矗立在卵型大廳的中央，象征著生命中央，象征著生命的孕育。其實(shí)這個(gè)的孕育。其實(shí)這個(gè)球體是一座球體是一座4D4D電電影院，可容納影院，可容納5656位位觀眾。觀眾。圖為正在緊圖為正在緊張施工的北京電張施工的北京電視中心工程。它視中心工程。它是是20082008年北京奧年北京奧運(yùn)會(huì)配套項(xiàng)目。運(yùn)會(huì)配套項(xiàng)目。建成后它將成為建成后它將成為長(zhǎng)安街標(biāo)志性建長(zhǎng)安街標(biāo)志性建筑和北京最高的筑和北京最高的純鋼結(jié)構(gòu)建筑。純鋼結(jié)構(gòu)建筑。HK-YX76-344-688型樓面鋼承板型樓面鋼承板浙江浙江湖州湖州南潯南潯大橋大橋鋼結(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)YB252-79“不銹耐酸鋼絲不銹耐酸鋼絲”不銹鋼裝飾管不銹鋼裝飾管 彩色予涂鋼板是以冷軋板（彩色予涂鋼板是以冷軋板（CRCR）、電鍍鋅板（）、電鍍鋅板（EGIEGI）、熱鍍鋅板）、熱鍍鋅板（GIGI）為基板，將鋼板表面進(jìn)行嚴(yán)格脫脂和化學(xué)處理，在鋼板表）為基板，將鋼板表面進(jìn)行嚴(yán)格脫脂和化學(xué)處理，在鋼板表面輥涂專用涂料和印刷圖案后，干燥固化而成的一種復(fù)合材料。面輥涂專用涂料和印刷圖案后，干燥固化而成的一種復(fù)合材料。彩色層壓鋼板彩色層壓鋼板VCM具有良好的鏡面具有良好的鏡面效果、靚麗的外觀及優(yōu)異的加工性效果、靚麗的外觀及優(yōu)異的加工性.環(huán)保自清潔型環(huán)保自清潔型PCMPCM通過改變?cè)牧系男阅?，提高表面涂層與通過改變?cè)牧系男阅埽岣弑砻嫱繉优c水的親和性，使該產(chǎn)品借助自然雨水作用達(dá)到表面除灰塵、水的親和性，使該產(chǎn)品借助自然雨水作用達(dá)到表面除灰塵、污跡的自潔功能，適合高檔建筑室外裝飾使用。污跡的自潔功能，適合高檔建筑室外裝飾使用。Q295，鋼中只含有極少量合金元素，強(qiáng)度不高，但有良好的塑性、冷彎、焊接及耐蝕性能。純鐵在不同的溫度下有不同的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度超過300以后，鋼材的彈性模量、屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度均開始顯著下降，而塑性伸長(zhǎng)率急劇增大，鋼材產(chǎn)生徐變；大量用作建筑工程中鋼筋混凝土的配筋外，還適用于供拉絲、包裝及其它用途。材料的強(qiáng)度越高，硬度值越大。（二）常用的裝飾用鋁合金制品按用途分為：供拉絲用盤條（代號(hào)L）、供建筑和其他一般用途用盤條（代號(hào)J）兩種。時(shí)效分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種。鋼材拉伸過程的-圖鋼筋冷軋后允許進(jìn)行低溫回火處理。冷彎試驗(yàn)的指標(biāo)：彎心直徑d與試件厚度（直徑）a的比值d/a；用條件屈服強(qiáng)度來代替屈服強(qiáng)度。此方法是采用防火涂料，緊貼鋼結(jié)構(gòu)的外露表面，將鋼構(gòu)件包裹起來，是目前最為流行的做法。耐候鋼既有致密的表面防腐保護(hù)，又有良好的焊接性能，其強(qiáng)度級(jí)別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術(shù)指標(biāo)相近。對(duì)于承受沖擊荷載和振動(dòng)荷載部位的鋼材，必須考慮沖擊韌性。二、建筑鋼材的主要品種海南瓊州大橋國(guó)內(nèi)矢跨比最大的橋梁鋼管拱海南瓊州大橋國(guó)內(nèi)矢跨比最大的橋梁鋼管拱 為大亞灣核電站建造的為大亞灣核電站建造的鋼結(jié)構(gòu)廠房和倉庫鋼結(jié)構(gòu)廠房和倉庫（一）鋼的組織及其對(duì)鋼材性能的影響（一）鋼的組織及其對(duì)鋼材性能的影響 純鐵在不同的溫度下有不同的晶體結(jié)構(gòu)。五、鋼的組織和化學(xué)成分對(duì)鋼材五、鋼的組織和化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響性能的影響但是要得到了含但是要得到了含F(xiàn)e100%Fe100%純度的鋼是不可能的，實(shí)際上，純度的鋼是不可能的，實(shí)際上，鋼是以鐵為主的鋼是以鐵為主的Fe-CFe-C合金，其基本元素是合金，其基本元素是FeFe和和C C，雖然，雖然C C含量很少，但對(duì)鋼材性能的影響非常大。碳素鋼冶煉時(shí)含量很少，但對(duì)鋼材性能的影響非常大。碳素鋼冶煉時(shí)在鋼水冷卻過程中，其在鋼水冷卻過程中，其FeFe和和C C有以下三種結(jié)合形式。有以下三種結(jié)合形式。(1)(1)固溶體固溶體鐵鐵(Fe)(Fe)中固溶著微量的碳中固溶著微量的碳(C)(C)。(2)(2)化合物化合物鐵和碳結(jié)合成化合物鐵和碳結(jié)合成化合物Fe3CFe3C。(3)(3)機(jī)械混合物機(jī)械混合物固溶體和化合物的混合物。固溶體和化合物的混合物。以上三種形式的以上三種形式的Fe-CFe-C合金，于一定條件下能形合金，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。鋼的基成具有一定形態(tài)的聚合體，稱為鋼的組織。鋼的基本組織及其性能如表本組織及其性能如表8-28-2所示。所示。建筑工程中所用的鋼材含碳量均建筑工程中所用的鋼材含碳量均在在0.8%0.8%以下以下，所以建筑鋼材的基本組織是由鐵素體和珠光體組成，所以建筑鋼材的基本組織是由鐵素體和珠光體組成，由此決定了由此決定了建筑鋼材既有較高的強(qiáng)度，同時(shí)塑性、建筑鋼材既有較高的強(qiáng)度，同時(shí)塑性、韌性也較好，從而能很好地滿足工程所需的技術(shù)性韌性也較好，從而能很好地滿足工程所需的技術(shù)性能。能。鋼的基本組織及其性能組織組織名稱名稱含碳量含碳量(%)結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征性性 能能鐵鐵素素體體0.02-Fe中的固溶體中的固溶體強(qiáng)強(qiáng)度、硬度很低，塑性好，沖度、硬度很低，塑性好，沖擊韌擊韌性很好性很好奧氏奧氏體體0.8-Fe中的固溶體中的固溶體強(qiáng)強(qiáng)度、硬度不高，塑性大度、硬度不高，塑性大滲碳滲碳體體6.67化合物化合物Fe3C抗拉抗拉強(qiáng)強(qiáng)度很低，硬脆，很耐磨，塑度很低，硬脆，很耐磨，塑性幾乎性幾乎為為零零珠光珠光體體0.8鐵鐵素體與的機(jī)械混素體與的機(jī)械混合物合物強(qiáng)強(qiáng)度度較較高，塑性和高，塑性和韌韌性介于性介于鐵鐵素體素體和滲碳體之和滲碳體之間間（二）鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響（二）鋼的化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響化學(xué)成分化學(xué)成分對(duì)鋼材性能的影響備 注碳(C)含碳量在0.8%以下時(shí)，隨含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低；但當(dāng)含碳量大于1.0%時(shí)，隨含碳量增加，鋼的強(qiáng)度反而下降。含碳量增加，鋼的焊接性能變差，尤其當(dāng)含碳量大于0.3%時(shí)，鋼的可焊性顯著降低建筑鋼材的含碳量不可過高，但是在用途上允許時(shí)，可用含碳量較高的鋼，最高可達(dá)0.6%硅(Si)硅含量在1.0%以下時(shí)，可提高鋼的強(qiáng)度、疲勞極限、耐腐蝕性及抗氧化性，對(duì)塑性和韌性影響不大，但可焊性和冷加工性能有所影響。硅可作為合金元素，用以提高合金鋼的強(qiáng)度硅是有益元素，通常碳素鋼中硅含量小于0.3%，低合金鋼含硅量小于1.8%錳(Mn)錳可提高鋼材的強(qiáng)度、硬度及耐磨性。能消減硫和氧引起的熱脆性，改善鋼材的熱工性能。錳可作為合金元素，提高鋼材的強(qiáng)度錳是有益元素，通常錳含量在1%2%硫(S)硫引起鋼材的“熱脆性”，會(huì)降低鋼材的各種機(jī)械性能，使鋼材的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等均降低硫是有害元素，建筑鋼材的含硫量應(yīng)盡可能減少，一般要求含硫量小于0.045%磷(P)磷引起鋼材的“冷脆性”，磷含量提高，鋼材的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性提高，塑性、韌性和可焊性顯著下降磷是有害元素，建筑用鋼要求含磷量小于0.045%氧(O)含氧量增加，使鋼材的機(jī)械強(qiáng)度降低、塑性和韌性降低，促進(jìn)時(shí)效，還能使熱脆性增加，焊接性能變差氧是有害元素，建筑鋼材的含氧量應(yīng)盡可能減少，一般要求含氧量小于0.03%氮(N)氮使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性特別是韌性顯著下降。氮會(huì)加劇鋼的時(shí)效敏感性和冷脆性，使可焊性變差。但在鋁、鈮、釩等元素的配合下，可細(xì)化晶粒，改善鋼的性能，故可作為合金元素。建筑鋼材的含氮量應(yīng)盡可能減少，一般要求含氮量小于0.008%六、鋼材的力學(xué)性能六、鋼材的力學(xué)性能1.1.應(yīng)力應(yīng)力 2.2.應(yīng)變應(yīng)變3.3.彈性與彈性變形彈性與彈性變形4.4.塑性與塑性變形塑性與塑性變形FFALL0L1標(biāo)準(zhǔn)試件標(biāo)準(zhǔn)試件按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車削加工后的試件。按照一定的要求，對(duì)表面進(jìn)行車削加工后的試件。l0 A0d0l非標(biāo)準(zhǔn)試件非標(biāo)準(zhǔn)試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部工作段（一）、拉伸性能（一）、拉伸性能1.低碳鋼的拉伸性能低碳鋼的拉伸性能0鋼材拉伸過程的-圖OB彈性階段BC屈服階段CD強(qiáng)化階段DE頸縮階段A0BCB0DCEDFEC上上屈服點(diǎn)C下下屈服點(diǎn)以下屈服點(diǎn)的應(yīng)力作為鋼材的屈服強(qiáng)度。（1）拉伸試驗(yàn)過程0鋼材拉伸彈性階段示意圖AB0彈性階段p比例極限，MPa。pBB彈性極限，MPa。注：由于A、B兩點(diǎn)相距較近，一般認(rèn)為p=B。0 鋼材拉伸屈服階段示意圖AB0C下C上CBC下C上C屈服階段放大后0 鋼材拉伸強(qiáng)化階段示意圖AB0C下C上CD D D D D強(qiáng)化階段bb 抗拉強(qiáng)度或強(qiáng)度極限。DC0E鋼材拉伸頸縮階段示意圖AB0C下C上CDDE頸縮階段（2 2）拉伸過程的參數(shù)）拉伸過程的參數(shù)強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度：塑性指標(biāo)塑性指標(biāo)伸長(zhǎng)率：伸長(zhǎng)率：斷面收縮率斷面收縮率L1d0L0L0=5d0或10d0A A0 0、A An n前后的截面積前后的截面積5 5與與1010誰大誰大2.硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼（高碳鋼）的拉伸性能硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，硬鋼強(qiáng)度高，塑性差，拉伸過程無明顯屈服拉伸過程無明顯屈服階段，無法直接測(cè)定階段，無法直接測(cè)定屈服強(qiáng)度。用條件屈屈服強(qiáng)度。用條件屈服強(qiáng)度服強(qiáng)度來代替屈服來