[PPT]建筑材料课件
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钢材的分类钢材的分类 1.按化学成分分类按化学成分分类()碳素钢。碳素钢的化学成分主要()碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁,其次是碳,故也称铁一碳合金。是铁,其次是碳,故也称铁一碳合金。其含碳量为其含碳量为0.022.06。此外尚含有。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为:碳素钢按含碳量又可分为:低碳钢(含碳量小于低碳钢(含碳量小于0.25)、)、中碳钢(含碳量为中碳钢(含碳量为0.250.60)高碳钢(含碳量大于高碳钢(含碳量大于0.60)碳素钢碳素钢()合金钢。()合金钢。是指在炼钢过程中,有是指在炼钢过程中,有意识地加入一种或多种能改善钢材性能意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有:硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按素有:硅、锰、钛、钒、铌、铬等。按合金元素总含量的不同,合金钢可分为合金元素总含量的不同,合金钢可分为低合金钢低合金钢(合金元素总含量小于)(合金元素总含量小于)中合金钢中合金钢(合金元素总含量为(合金元素总含量为10)高合金钢高合金钢(合金元素总含量大于(合金元素总含量大于10)。)。合金钢合金钢2.按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类()沸腾钢。()沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行炼钢时仅加入锰铁进行脱氧,则脱氧不完全。这种钢水浇入锭脱氧,则脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时,会有大量的气体从钢水中外模时,会有大量的气体从钢水中外逸,引起钢水呈沸腾状,故称逸,引起钢水呈沸腾状,故称沸腾钢沸腾钢,代号为代号为“。沸腾钢组织不够致密,。沸腾钢组织不够致密,成分不太均匀,硫、磷等杂质偏析较严成分不太均匀,硫、磷等杂质偏析较严重,故质量较差。但因其成本低、产量重,故质量较差。但因其成本低、产量高,故被广泛用于一般建筑工程。高,故被广泛用于一般建筑工程。|()镇静钢。()镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂,脱氧完全,且同铁和铝锭等作脱氧剂,脱氧完全,且同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固,故称镇静钢,静地充满锭模并冷却凝固,故称镇静钢,代号为代号为“”。镇静钢虽成本较高,但。镇静钢虽成本较高,但其组织致密,成分均匀,性能稳定,故其组织致密,成分均匀,性能稳定,故质量好。适用于预应力混凝土等重要的质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程结构工程。()半镇静钢。()半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间,为质量较好的钢,其代和镇静钢之间,为质量较好的钢,其代号为号为“”。()特殊镇静钢。()特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢,故其质量最好,适还要充分彻底的钢,故其质量最好,适用于特别重要的结构工程,代号为用于特别重要的结构工程,代号为“TZ”。钢材的技术性质钢材的技术性质1.抗拉性能抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。其技术指标为由拉力试验测定的性质。其技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢(软钢)受拉的应力一应变图能够较好(软钢)受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标,见图地解释这些重要的技术指标,见图8.低碳钢受拉时的应力一应变图低碳钢受拉时的应力一应变图|3.按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷()和硫(接钢中有害杂质磷()和硫(S)含)含量的多少,钢材可分为以下四类:量的多少,钢材可分为以下四类:()普通钢。()普通钢。磷含量不大于磷含量不大于0.045;硫含量不大于硫含量不大于0.050%。()优质钢。()优质钢。磷含量不大于磷含量不大于0.035%;硫含量不大于硫含量不大于0.035%。()高级优质钢。()高级优质钢。磷含量不大于磷含量不大于 0.025%;硫含量不大于;硫含量不大于0.015%。()特级优质钢。()特级优质钢。磷含量不大于磷含量不大于0.025%;硫含量不大于;硫含量不大于0.015%。|()屈服点:()屈服点:当试件拉力在当试件拉力在 范范围内时,如卸去拉力,试件能恢复原状,围内时,如卸去拉力,试件能恢复原状,应力与应变的比值为常数,因此,该阶应力与应变的比值为常数,因此,该阶段被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进段被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段时,称屈服入塑性变形的屈服阶段时,称屈服下限下所对应的应力为屈服强度或屈下限下所对应的应力为屈服强度或屈服点,记做服点,记做s。设计时一般以。设计时一般以s作为强作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材,规定以材,规定以0.2残余变形时的应力残余变形时的应力0.2作为屈服强度。作为屈服强度。()抗拉强度:()抗拉强度:从图从图8中曲中曲线逐步上升可以看出:试件在屈服阶段线逐步上升可以看出:试件在屈服阶段以后,其抵抗塑性变形的能力又重新提以后,其抵抗塑性变形的能力又重新提高,称为强化阶段。对应于最高点的高,称为强化阶段。对应于最高点的应力称为抗拉强度,用应力称为抗拉强度,用b表示。表示。设计中抗拉强度虽然不能利用,但屈设计中抗拉强度虽然不能利用,但屈强比强比sb有一定意义。有一定意义。屈强比愈小,屈强比愈小,反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大,因而结构的安全性愈高。但屈性愈大,因而结构的安全性愈高。但屈强比太小,则反映钢材不能有效地被利强比太小,则反映钢材不能有效地被利用。用。(3)伸长率:伸长率:图图8中当曲线到达点中当曲线到达点后,试件薄弱处急剧缩小,塑性变形迅后,试件薄弱处急剧缩小,塑性变形迅速增加,产生速增加,产生“颈缩现象颈缩现象”而断裂。量而断裂。量出拉断后标距部分的长度出拉断后标距部分的长度Ll,标距的伸,标距的伸长值与原始标距长值与原始标距L0的的百分率称为伸长率。百分率称为伸长率。即即|伸长率伸长率表征了钢材的塑性变形能力。表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大,由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大,故当原始标距与试件的直径之比愈大,故当原始标距与试件的直径之比愈大,则颈缩处伸长中的比重愈小,因而计则颈缩处伸长中的比重愈小,因而计算的伸长率会小些。通常以算的伸长率会小些。通常以5和和10分别表示分别表示L0=5d0和和 L0=10d0(0为为试件直径)时的伸长率。对同一种钢试件直径)时的伸长率。对同一种钢材,材,5应大于应大于10。冷弯性能冷弯性能 冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,是钢材的重要工艺性能。曲变形的能力,是钢材的重要工艺性能。冷弯性能指标冷弯性能指标是通过试件被弯曲的是通过试件被弯曲的角度(角度(90、180)及弯心直径)及弯心直径 对试件对试件厚度(或直径)厚度(或直径)a的比值(的比值(/a)区分的,)区分的,试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验,试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝验,试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层,即认为冷弯性能合格。或起层,即认为冷弯性能合格。钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击韧性。试验表明,冲击韧性随温度的降会影响钢材的冲击韧性。试验表明,冲击韧性随温度的降低而下降,其规律是开始下降缓和,当达到一定温度范围低而下降,其规律是开始下降缓和,当达到一定温度范围时,突然下降很多而呈脆性,这种脆性称为钢材的时,突然下降很多而呈脆性,这种脆性称为钢材的冷脆性。冷脆性。发生冷脆时的温度称为发生冷脆时的温度称为临界温度临界温度,其数值愈低,说明,其数值愈低,说明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构,应钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构,应当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材。当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材。随时间的延长而表现出强度提高,塑性和冲击韧性下随时间的延长而表现出强度提高,塑性和冲击韧性下降的现象称为降的现象称为时效时效。完成时效变化的过程可达数十年,但。完成时效变化的过程可达数十年,但是钢材如经受冷加工变形,或使用中经受震动和反复荷载是钢材如经受冷加工变形,或使用中经受震动和反复荷载的影响,时效可迅速发展。因时效而导致性能改变的程度的影响,时效可迅速发展。因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性,对于承受动荷载的结构应该选用时效敏称为时效敏感性,对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。感性小的钢材。冲击韧性冲击韧性 冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载是指钢材抵抗冲击荷载的能力。的能力。冲击韧性指标冲击韧性指标是通过标准试是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件,于刻槽处将其打断,试锤打击试件,于刻槽处将其打断,试件单位截面积上所消耗的功,即为钢件单位截面积上所消耗的功,即为钢材的冲击韧性指标,用冲击韧性材的冲击韧性指标,用冲击韧性ak(/cm2)表示。)表示。ak值愈大,冲值愈大,冲击韧性愈好。击韧性愈好。硬度硬度 钢材的硬度钢材的硬度是指其表面局部体积内抵是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。常用的抗外物压入产生塑性变形的能力。常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。布氏法的测定原理布氏法的测定原理是利用直径为是利用直径为()的淬火钢球,以()的淬火钢球,以P()的荷载将()的荷载将其压入试件表面,经规定的持续时间后卸其压入试件表面,经规定的持续时间后卸除荷载,即得到直径为()的压痕,除荷载,即得到直径为()的压痕,以压痕表面积()除荷载,所得以压痕表面积()除荷载,所得的应力值即为试件的布氏硬度值,以的应力值即为试件的布氏硬度值,以数字表示,不带单位。数字表示,不带单位。洛氏法测定的原理洛氏法测定的原理与布氏法相似,但系根据压头压入试件的与布氏法相似,但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值,洛氏法压痕很小,常深度来表示硬度值,洛氏法压痕很小,常用于判定工件的热处理效果。用于判定工件的热处理效果。耐疲劳性耐疲劳性 在反复荷载作用下的结构构件,钢材往往在应在反复荷载作用下的结构构件,钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为钢材力远小于抗拉强度时发生断裂,这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示,它是指疲劳试验中,试件在交变应力作用下,示,它是指疲劳试验中,试件在交变应力作用下,于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。力。一般认为,钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的,一般认为,钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的,因此,钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关,一般抗因此,钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关,一般抗拉强度高,其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在拉强度高,其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的,故钢材的疲劳极限不仅应力集中处形成和发展的,故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关,也和表面质量有关。与其内部组织有关,也和表面质量有关。焊接性能焊接性能 钢材的可焊性钢材的可焊性是指焊接后在是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生素是化学成分及含量。如硫产生热脆性,使焊缝处产生硬脆及热热脆性,使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如,含碳量超过裂纹。又如,含碳量超过0.3,可焊性显著下降等。可焊性显著下降等。钢材的化学成分及对性能的影响钢材的化学成分及对性能的影响 钢材的化学成分主要是指碳、硅、钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等,在不同情况下往往还需锰、硫、磷等,在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。考虑氧、氮及各种合金元素。(1)碳:土木工程用钢材含碳量不)碳:土木工程用钢材含碳量不大于大于0.8。在此范围内,随着钢中碳含。在此范围内,随着钢中碳含量的提高,强度和硬度相应提高,而塑量的提高,强度和硬度相应提高,而塑性和韧性则相应降低,碳还可显著降低性和韧性则相应降低,碳还可显著降低钢材的可焊性,增加钢的冷脆性和时效钢材的可焊性,增加钢的冷脆性和时效敏感性,降低抗大气锈蚀性。敏感性,降低抗大气锈蚀性。(2)硅:)硅:当硅在钢中的含量较低当硅在钢中的含量较低(小于(小于1%)时,可提高钢材的强度,)时,可提高钢材的强度,而对塑性和韧性影响不明显。而对塑性和韧性影响不明显。()锰:()锰:锰是我国低合金钢的主锰是我国低合金钢的主加合金元素,锰含量一般在加合金元素,锰含量一般在1%范围内,它的作用主要是使强度提范围内,它的作用主要是使强度提高,锰还能消减硫和氧引起的热脆性,高,锰还能消减硫和氧引起的热脆性,使钢材的热加工性质改善。使钢材的热加工性质改善。()硫:()硫:硫是很有害元素。呈非金属硫化硫是很有害元素。呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中,具有强烈的偏析作用,物夹杂物存在于钢中,具有强烈的偏析作用,降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使降低各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹,显著降低可焊钢在焊接时易于产生热裂纹,显著降低可焊性。性。()磷:()磷:为有害元素,含量提高,钢材的为有害元素,含量提高,钢材的强度提高,塑性和韧性显著下降,特别是温强度提高,塑性和韧性显著下降,特别是温度愈低,对韧性和塑性的影响愈大,磷在钢度愈低,对韧性和塑性的影响愈大,磷在钢中的偏析作用强烈,使钢材冷脆性增大,并中的偏析作用强烈,使钢材冷脆性增大,并显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨显著降低钢材的可焊性。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性,在低合金钢中可配合其他元性和耐腐蚀性,在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。素作为合金元素使用。()氧:()氧:为有害元素。主要存在于非为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内,可降低钢的机械性能,金属夹杂物内,可降低钢的机械性能,特别是韧性,氧有促进时效倾向的作用,特别是韧性,氧有促进时效倾向的作用,氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。差。()氮:()氮:氮对钢材性质的影响与碳、氮对钢材性质的影响与碳、磷相似,使钢材的强度提高,塑性特别磷相似,使钢材的强度提高,塑性特别是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效是韧性显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性,降低可焊性。在有铝、敏感性和冷脆性,降低可焊性。在有铝、妮、钒等的配合下,氮可作为低合金钢妮、钒等的配合下,氮可作为低合金钢的合金元素使用。的合金元素使用。()钛:()钛:钛是强脱氧剂。它能显钛是强脱氧剂。它能显著提高强度,改善韧性和可焊性,减著提高强度,改善韧性和可焊性,减少时效倾向,是常用的合金元素。少时效倾向,是常用的合金元素。()钒:()钒:钒是强的碳化物和氮化钒是强的碳化物和氮化物形成元素。能有效提高强度,并能物形成元素。能有效提高强度,并能减少时效倾向,但增加焊接时的淬硬减少时效倾向,但增加焊接时的淬硬倾向倾向。钢材的晶体组织钢材的晶体组织 钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原钢是铁碳合金晶体。晶体结构中各个原子是以金属键相结合的,这是钢材具有较高子是以金属键相结合的,这是钢材具有较高强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列强度和良好塑性的基础。原子在晶粒中排列的规律不同可以形成不同的晶格,如体心立的规律不同可以形成不同的晶格,如体心立方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和方晶格是原子排列在一个正六面体的中心和各个顶点而构成的空间格子;面心立方体晶各个顶点而构成的空间格子;面心立方体晶格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和格是原子排列在一个正六面体的各个顶点和六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳两六个面的中心而构成的空间格子。铁和碳两种元素可以不同的形态存在,这种形态称为种元素可以不同的形态存在,这种形态称为晶体组织。晶体组织。碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中,其碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中,其Fe和和有以下三种结合形式:有以下三种结合形式:固溶体固溶体铁(铁(Fe)中固溶着微量的碳)中固溶着微量的碳(C);化合物化合物铁和碳结合成化合物铁和碳结合成化合物Fe3;机械混合物机械混合物固溶体和化合物的混合物。固溶体和化合物的混合物。以上三种形式的以上三种形式的Fe合金,于一定条件合金,于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体,称为钢的下能形成具有一定形态的聚合体,称为钢的组织,在显微镜下能观察到它们的微观形貌组织,在显微镜下能观察到它们的微观形貌图像,故也称显微组织。图像,故也称显微组织。钢的基本组织主要有以下几种:钢的基本组织主要有以下几种:()铁素体()铁素体 钢材中的铁素体为在钢材中的铁素体为在一一Fe中的固溶中的固溶体,由于体,由于一一Fe体心立方晶格的原子间空隙体心立方晶格的原子间空隙小,溶碳能力较差,故铁素体含量很少小,溶碳能力较差,故铁素体含量很少(小于(小于0.02),由此决定其塑性、韧性很),由此决定其塑性、韧性很好,但强度、硬度很低。好,但强度、硬度很低。()奥氏体()奥氏体 奥氏体为在奥氏体为在一一Fe中的固溶体,溶碳能中的固溶体,溶碳能力较强,高温时含碳量可达力较强,高温时含碳量可达2.06,低温时,低温时下降至下降至0.8。其强度、硬度不高,但塑性好,。其强度、硬度不高,但塑性好,在高温下易于轧制成型。在高温下易于轧制成型。()渗碳体()渗碳体 渗碳体为铁和碳的化合物渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C,其含量高(达,其含量高(达6.67),),晶体结构复杂,塑性差,性硬脆,晶体结构复杂,塑性差,性硬脆,抗拉强度低。抗拉强度低。()珠光体()珠光体 珠光体为铁素体和渗碳体的珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物,含量较低(机械混合物,含量较低(0.8),层状结构,塑性较好,强度和,层状结构,塑性较好,强度和硬度较高。硬度较高。1.钢材的冷加工钢材的冷加工冷加工是指钢材在常温下进行的加工,冷加工是指钢材在常温下进行的加工,建筑钢材常见的冷加工方式有:冷拉、建筑钢材常见的冷加工方式有:冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。将钢材冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧,使在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧,使产生塑性变形,从而提高屈服强度,产生塑性变形,从而提高屈服强度,这个过程称为钢材的冷加工强化。这个过程称为钢材的冷加工强化。冷加工强化的原理是:钢材在塑冷加工强化的原理是:钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多,而缺陷的性变形中晶格的缺陷增多,而缺陷的晶格严重畸变,对晶格的进一步滑移晶格严重畸变,对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用,故钢材的屈服点提将起到阻碍作用,故钢材的屈服点提高,塑性和韧性降低。由于塑性变形高,塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力,故钢材的弹性模量中产生内应力,故钢材的弹性模量降低。降低。工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理,对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷理,对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工,以提高屈服强度。拔加工,以提高屈服强度。将经过冷拉的钢筋于常温下存放将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520,或,或加热到加热到100200并保持一段时间,这个过程称并保持一段时间,这个过程称为为时效时效处理。前者称为自然时效,后者称为人工时处理。前者称为自然时效,后者称为人工时效。效。时效时效钢材随时间的延长,强度、硬度提高,而塑钢材随时间的延长,强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象称为时效。钢材在自然性、韧性下降的现象称为时效。钢材在自然条件下的时效是非常缓慢的,若经过冷加工条件下的时效是非常缓慢的,若经过冷加工或使用中经常受到振动、冲击荷载作用时,或使用中经常受到振动、冲击荷载作用时,时效将迅速发展。钢材经冷加工后在常温下时效将迅速发展。钢材经冷加工后在常温下搁置搁置1520天或加热至天或加热至100200保持保持2h以内,以内,钢材的屈服强度、抗拉强度及硬度都进一步钢材的屈服强度、抗拉强度及硬度都进一步提高,而塑性、韧性继续降低完成时效过程,提高,而塑性、韧性继续降低完成时效过程,前者称为自然时效,后者称为人工时效。如前者称为自然时效,后者称为人工时效。如图图9-8所示,经冷加工和时效后,其应力所示,经冷加工和时效后,其应力应应变曲线为变曲线为OK1C1D1,此时屈服强度(,此时屈服强度(K1)和抗拉强度(和抗拉强度(C1)比时效前进一步提高。一)比时效前进一步提高。一般强度较低的钢材采用自然时效,而强度较般强度较低的钢材采用自然时效,而强度较高的钢材采用人工时效。高的钢材采用人工时效。冷拉以后再经过时效处理的钢筋,其屈冷拉以后再经过时效处理的钢筋,其屈服点进一步提高,抗拉强度稍见增长,塑性服点进一步提高,抗拉强度稍见增长,塑性继续有所降低。由于时效过程中应力的消减,继续有所降低。由于时效过程中应力的消减,故弹性模量可基本恢复。故弹性模量可基本恢复。钢材产生时效的主要原因是,溶于钢材产生时效的主要原因是,溶于一一Fe中的碳、氮原子,向晶格缺陷处移动和集中中的碳、氮原子,向晶格缺陷处移动和集中的速度大为加快,这将使滑移面缺陷处碳、的速度大为加快,这将使滑移面缺陷处碳、氮原子富集,使晶格畸变加剧,造成其滑移、氮原子富集,使晶格畸变加剧,造成其滑移、变形更为困难,因而强度进一步提高,塑性变形更为困难,因而强度进一步提高,塑性和韧性则进一步降低,而弹性模量则基本恢和韧性则进一步降低,而弹性模量则基本恢复。复。钢材的热处理钢材的热处理 按照一定的制度,将钢材加热到一定的温度,按照一定的制度,将钢材加热到一定的温度,在此温度下保持一定的时间,再以一定的速度和方在此温度下保持一定的时间,再以一定的速度和方式进行冷却,以使钢材内部晶体组织和显微结构按式进行冷却,以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变,或者消除钢中的内应力,从而获得要求进行改变,或者消除钢中的内应力,从而获得人们所需求的机械力学性能,这一过程就称为钢材人们所需求的机械力学性能,这一过程就称为钢材的热处理。的热处理。钢材的热处理通常有以下几种基本方法:钢材的热处理通常有以下几种基本方法:()淬火。淬火。将钢材加热至将钢材加热至723(相变温度)以上(相变温度)以上某一温度,并保持一定时间后,迅速置于水中或机某一温度,并保持一定时间后,迅速置于水中或机油中冷却,这个过程称钢材的淬火处理。钢材经淬油中冷却,这个过程称钢材的淬火处理。钢材经淬火后,强度和硬度提高,脆性增大,塑性和韧性明火后,强度和硬度提高,脆性增大,塑性和韧性明显降低。显降低。|()回火。回火。将淬火后的钢材重新加热将淬火后的钢材重新加热到到723以下某一温度范围,保温一定时以下某一温度范围,保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温,这间后再缓慢地或较快地冷却至室温,这一过程称为回火处理。回火可消除钢材一过程称为回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力,使其硬度降低,淬火时产生的内应力,使其硬度降低,恢复塑性和韧性。回火温度愈高,钢材恢复塑性和韧性。回火温度愈高,钢材硬度下降愈多,塑性和韧性等性能均得硬度下降愈多,塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理,则称调质处理,其目的是使钢火处理,则称调质处理,其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。善。()退火。()退火。退火是指将钢材加热至退火是指将钢材加热至723以上某一温度,保持相当时间后,以上某一温度,保持相当时间后,在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力,细化晶粒,均匀组织,使中的内应力,细化晶粒,均匀组织,使钢材硬度降低,塑性和韧性提高。钢材硬度降低,塑性和韧性提高。()正火。()正火。是将钢材加热到是将钢材加热到723以以上某一温度,并保持相当长时间,然后上某一温度,并保持相当长时间,然后在空气中缓慢冷却,则可得到均匀细小在空气中缓慢冷却,则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高,塑性较退火为小高,塑性较退火为小建筑钢材的主要钢种建筑钢材的主要钢种(1)碳素结构钢)碳素结构钢按国家标准按国家标准GB700-88规定,我国碳素结构钢分五规定,我国碳素结构钢分五个牌号,即个牌号,即195、Q215、Q235、Q255和和Q275。各牌号钢又按其硫、磷含量由多至少分为、各牌号钢又按其硫、磷含量由多至少分为、四个质量等级。碳素结构钢的牌号表示按顺、四个质量等级。碳素结构钢的牌号表示按顺序由代表屈服点的字母(序由代表屈服点的字母(Q)、屈服点数值()、屈服点数值(/mm2)、质量等级符号)、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度、脱氧程度符号符号(F、B、Z、TZ)等四部分组成。例如等四部分组成。例如Q235-A.F.,它表示:屈服点为,它表示:屈服点为235N2的平炉或氧的平炉或氧气转炉冶炼的级沸腾碳素结构钢。当为镇静钢或气转炉冶炼的级沸腾碳素结构钢。当为镇静钢或特殊镇静钢时,则牌号表示特殊镇静钢时,则牌号表示“”与与“Z”符号符号可予以省略。可予以省略。二、混凝土结构用钢二、混凝土结构用钢目前混凝土结构用钢主要有:热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、目前混凝土结构用钢主要有:热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋和预应力混凝冷拔低碳钢丝、冷轧带肋钢筋、热处理钢筋和预应力混凝土用钢丝及钢绞线。土用钢丝及钢绞线。1 1、热轧钢筋、热轧钢筋混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度,具有一定的塑性、混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度,具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋主要有用韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋主要有用Q235Q235轧制的光圆轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。热轧钢筋的标准热轧钢筋的标准国标国标钢筋混凝土用热轧光圆钢筋钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB13013GB130139191)和)和钢筋混凝土用热轧带肋钢筋钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB1499GB14999191)规定,按)规定,按强度(屈服强度和抗拉强度)将钢筋分为四级。热轧直条强度(屈服强度和抗拉强度)将钢筋分为四级。热轧直条圆钢筋为圆钢筋为级,强度等级代号为级,强度等级代号为R235R235;热轧带肋钢筋的级;热轧带肋钢筋的级别为别为、级,其强度等级代号为级,其强度等级代号为RL335RL335、RL400RL400、RL540RL540;热轧螺纹钢筋热轧螺纹钢筋热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋 热轧带钢热轧带钢 2 2、热轧钢筋的选用、热轧钢筋的选用普通混凝土废预应力钢筋可根据使用条件选用普通混凝土废预应力钢筋可根据使用条件选用级级钢筋或钢筋或、级钢筋;预应力混凝土应优先选用级钢筋;预应力混凝土应优先选用级钢筋,也可选用级钢筋,也可选用级或级或级钢筋。热轧钢筋除级钢筋。热轧钢筋除级是光圆钢筋,其余为月牙肋或等高肋钢筋,粗糙级是光圆钢筋,其余为月牙肋或等高肋钢筋,粗糙的表面可提高混凝土与钢筋之间的握裹力。的表面可提高混凝土与钢筋之间的握裹力。3 3、冷拉热轧钢筋、冷拉热轧钢筋将将级热轧钢筋,在常温下拉伸至超过屈服点级热轧钢筋,在常温下拉伸至超过屈服点的某一应力,然后卸荷,即制成了冷拉钢筋。冷拉的某一应力,然后卸荷,即制成了冷拉钢筋。冷拉可使屈服点提高可使屈服点提高17%27%17%27%,材料变脆、屈服阶段变,材料变脆、屈服阶段变短,伸长率降低,冷拉时效后强度略有提高。生产短,伸长率降低,冷拉时效后强度略有提高。生产中可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序,中可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序,这样简化了流程,提高了效率;冷拉既可以节约钢这样简化了流程,提高了效率;冷拉既可以节约钢材,有可以制成预应力钢筋,增加了品种规格,设材,有可以制成预应力钢筋,增加了品种规格,设备简单,易于操作,是钢筋冷加工的常用方法之一。备简单,易于操作,是钢筋冷加工的常用方法之一。4、冷轧带肋钢筋、冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔冷轧带肋钢筋使用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后,在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。国标减径后,在其表面冷轧成三面有肋的钢筋。国标冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋(GB1378892)规定,冷轧带)规定,冷轧带肋钢筋代号用肋钢筋代号用LL表示,并按抗拉强度等计划分为表示,并按抗拉强度等计划分为三级:三级:LL550、LL650、LL800,其直径一般为,其直径一般为5、6、7、8、10mm,冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点,同时具有和冷拉、冷拔相近的强度,因此在中、点,同时具有和冷拉、冷拔相近的强度,因此在中、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件中得到了越来越广泛的应用中得到了越来越广泛的应用冷轧带肋钢筋机组冷轧带肋钢筋机组 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋盘条冷轧带肋钢筋盘条 5、冷拔低碳钢丝、冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径为冷拔低碳钢丝是将直径为6.58mm的的Q235(或(或Q215)圆)圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝模而制成。冷拔盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝模而制成。冷拔钢丝不仅受拉、同时还将受到挤压作用,如图钢丝不仅受拉、同时还将受到挤压作用,如图7-7所示。所示。经受一次或多次的拔制而得的钢丝,其屈服强度可提高经受一次或多次的拔制而得的钢丝,其屈服强度可提高40%60%,且已失去了低碳钢的性质,变得硬脆,属硬,且已失去了低碳钢的性质,变得硬脆,属硬钢类钢丝,国标钢类钢丝,国标混凝土结构工程施工及验收规范混凝土结构工程施工及验收规范(GB5020492)规定,冷拔低碳钢丝按力学强度分为两)规定,冷拔低碳钢丝按力学强度分为两极:甲级为预应力钢丝,乙级为非预应力钢丝。混凝土工极:甲级为预应力钢丝,乙级为非预应力钢丝。混凝土工厂自行冷拔时,应对钢丝的质量严格控制,对其外观要求厂自行冷拔时,应对钢丝的质量严格控制,对其外观要求分批抽样,表面不准锈蚀、油污、伤痕、皂渍、裂纹等,分批抽样,表面不准锈蚀、油污、伤痕、皂渍、裂纹等,逐盘检查其力学、工艺性质并符合表逐盘检查其力学、工艺性质并符合表9-11的规定。凡伸长的规定。凡伸长率不合格者,不准用于预应力混凝土构件中。率不合格者,不准用于预应力混凝土构件中。冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝热处理钢筋热处理钢筋热处理是指将钢材按一定规则加热、保温和热处理是指将钢材按一定规则加热、保温和冷却,以改变其组织,从而获得需要性能的冷却,以改变其组织,从而获得需要性能的一种工艺过程。热处理钢筋是钢厂将热轧的一种工艺过程。热处理钢筋是钢厂将热轧的带肋钢筋(中碳低合金钢)经淬火和高温回带肋钢筋(中碳低合金钢)经淬火和高温回火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大,火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大,但强度提高很多,综合性能比较理想。但强度提高很多,综合性能比较理想。热处理钢筋主要用于预应力混凝土轨枕,代热处理钢筋主要用于预应力混凝土轨枕,代替碳素钢丝。由于其具有制作方便,质量稳替碳素钢丝。由于其具有制作方便,质量稳定、锚固性好、节省钢材等优点,以开始用定、锚固性好、节省钢材等优点,以开始用于预应力混凝土工程中。于预应力混凝土工程中。预应力混凝土用钢丝及钢绞线预应力混凝土用钢丝及钢绞线它们是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或它们是钢厂用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品,也称为优质碳素钢丝及钢绞绞捻等加工而成的专用产品,也称为优质碳素钢丝及钢绞线。线。国标(国标(GB522385)规定,预应力混凝土用钢丝分为:)规定,预应力混凝土用钢丝分为:矫直回火钢丝、轿直回火刻痕钢丝和冷拉钢丝三种。钢丝矫直回火钢丝、轿直回火刻痕钢丝和冷拉钢丝三种。钢丝直径有直径有3、4、5mm三种规格,抗拉强度为三种规格,抗拉强度为14701670MPa,屈服点,屈服点为为11001410Mpa。钢绞线是由七根钢丝经绞捻热处理制成的,国标钢绞线是由七根钢丝经绞捻热处理制成的,国标(GB522485)规定,钢绞线直径为)规定,钢绞线直径为915mm,破坏荷载,破坏荷载达达220KN,屈服荷载可达,屈服荷载可达185KN。钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好,使用时不需要接头钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好,使用时不需要接头等优点,尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、等优点,尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。大跨度或重荷载的屋架等。钢材的冷加工、时效及焊接钢材的冷加工、时效及焊接埃菲尔铁塔
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