《道路建筑材料》课件—07建筑钢材和木材.ppt

道路建筑材料道路建筑材料第七章第七章 建筑钢材和木材建筑钢材和木材【学习目标学习目标】 掌握建筑钢材的主要品种及技术性质；掌握建筑钢材的主要品种及技术性质； 掌握路桥结构用钢材品种及技术要求；掌握路桥结构用钢材品种及技术要求； 了解木材的构造及性质了解木材的构造及性质7.1 钢材的分类及技术性质钢材的分类及技术性质 钢材具有强度高、塑性好、韧性好，可焊钢材具有强度高、塑性好、韧性好，可焊接、铆接，但易锈蚀、耐火性差等特点接、铆接，但易锈蚀、耐火性差等特点 钢材的冶炼：钢材的冶炼： （1）炼铁）炼铁 （2）炼钢）炼钢一、钢材的分类一、钢材的分类 1、按化学成分分类、按化学成分分类 主要化学成分：主要化学成分：Fe，还含少量，还含少量C 、Si、Mn、 Ti 、 V 、P、S、O等 其中，其中，P、S、O为有害元素，会增为有害元素，会增加钢的冷脆性，降低焊接性能、塑性加钢的冷脆性，降低焊接性能、塑性和冲击韧性和冲击韧性1）根据含碳量高低：）根据含碳量高低：低碳钢：低碳钢：0.25%中碳钢：中碳钢： 0.25%0.6%高碳钢：高碳钢：0.6% 含碳量越高，钢材强度和硬度越大，但塑含碳量越高，钢材强度和硬度越大，但塑性和韧性越低，焊接性变差，耐锈蚀性降低，性和韧性越低，焊接性变差，耐锈蚀性降低，冷脆性变大。

冷脆性变大2）根据合金元素含量高低：）根据合金元素含量高低：低合金钢：低合金钢：5%中合金钢：中合金钢：5%10%高合金钢：高合金钢：10% 低合金钢具有良好的塑性、韧性、焊接性低合金钢具有良好的塑性、韧性、焊接性及较好的耐蚀性，故在工程中应用广泛及较好的耐蚀性，故在工程中应用广泛 合金元素的作用：合金元素的作用： 硅（硅（Si）：有助于提高钢材的抗腐蚀性、抗）：有助于提高钢材的抗腐蚀性、抗氧化性，但含量增加会降低钢材的焊接性能；氧化性，但含量增加会降低钢材的焊接性能； 锰（锰（Mn）：有助于提高钢材的强度、硬度、）：有助于提高钢材的强度、硬度、韧性和耐磨性，但含量越高，会减弱钢材的抗韧性和耐磨性，但含量越高，会减弱钢材的抗腐蚀能力，降低焊接性能；腐蚀能力，降低焊接性能； 钛（钛（Ti）：强脱氧剂，使钢内部组织致密，）：强脱氧剂，使钢内部组织致密，能显著提高钢材的强度，改善韧性、可焊性，能显著提高钢材的强度，改善韧性、可焊性，但略微降低塑性；但略微降低塑性； 钒（钒（V）：弱脱氧剂，提高强度和韧性弱脱氧剂，提高强度和韧性2、根据炼钢过程中脱氧程度不同，分：、根据炼钢过程中脱氧程度不同，分：沸腾钢（沸腾钢（F）镇静钢（镇静钢（Z）半镇静钢（半镇静钢（B）特殊镇静钢（特殊镇静钢（TZ）（1）沸腾钢（）沸腾钢（F） 脱氧不完全的钢，脱氧不完全的钢，FeO含量较高。

含量较高 塑性较好，但韧性和可焊性较差，成本塑性较好，但韧性和可焊性较差，成本低，可用于一般建筑结构中，但不适用于承低，可用于一般建筑结构中，但不适用于承受冲击荷载、在低温下工作的焊接结构和其受冲击荷载、在低温下工作的焊接结构和其他重要结构他重要结构2）镇静钢（）镇静钢（Z） 脱氧充分，质量均匀，结构致密，可焊性脱氧充分，质量均匀，结构致密，可焊性好，抗侵蚀性强，但成本较高好，抗侵蚀性强，但成本较高 可用于承受冲击荷载和其他重要结构可用于承受冲击荷载和其他重要结构3）半镇静钢（）半镇静钢（b） 介于前两者之间，介于前两者之间，是建筑工程中应用最广是建筑工程中应用最广泛的钢材泛的钢材4）特殊镇静钢（）特殊镇静钢（TZ） 质量最好，质量最好，适用于特别重要的结构工程适用于特别重要的结构工程3、根据钢材的用途分：、根据钢材的用途分：结构钢：常用的结构钢为结构钢：常用的结构钢为低碳钢低碳钢和和低合低合金高强度结构钢金高强度结构钢工具钢：主要用于各种切削工具、量具工具钢：主要用于各种切削工具、量具及模具的钢材及模具的钢材特殊钢：具有某种特殊物理、化学性质特殊钢：具有某种特殊物理、化学性质的钢，如耐酸钢、耐热钢和不锈钢等。

的钢，如耐酸钢、耐热钢和不锈钢等二、建筑钢材的技术性质二、建筑钢材的技术性质力学性质：抗拉强度、塑性、冲击韧性、力学性质：抗拉强度、塑性、冲击韧性、 耐疲劳性和硬度耐疲劳性和硬度工艺性质：加工性能（冷弯性能和焊接性能等）工艺性质：加工性能（冷弯性能和焊接性能等）1、力学性质、力学性质 （1）抗拉性能（低碳钢为例）抗拉性能（低碳钢为例） 钢筋的钢筋的拉伸试验拉伸试验分四个阶段：分四个阶段： 弹性阶段弹性阶段、屈服阶段屈服阶段、强化阶段强化阶段和和颈缩阶段颈缩阶段低碳钢拉伸试验：应力低碳钢拉伸试验：应力应变曲线应变曲线 弹性阶段弹性阶段 弹性比例极限弹性比例极限 弹性模量弹性模量 反映钢材抵抗弹性变形的能力反映钢材抵抗弹性变形的能力 屈服阶段屈服阶段 下屈服点比较稳定，取屈服强度下屈服点比较稳定，取屈服强度 作为钢筋作为钢筋强度设计的依据强度设计的依据屈强比屈强比评价钢材可靠性的指标评价钢材可靠性的指标 屈强比越小，安全空间越大，安全性越高，屈强比越小，安全空间越大，安全性越高，但屈强比过小，会使钢材强度的利用率偏低，但屈强比过小，会使钢材强度的利用率偏低，浪费材料浪费材料 屈强比一般在屈强比一般在0.60.75之间。

之间 强化阶段强化阶段 钢筋钢筋抗拉强度抗拉强度（抗拉强度极限值）（抗拉强度极限值） 颈缩阶段颈缩阶段 钢材薄弱处断面面积不断减小，塑性变钢材薄弱处断面面积不断减小，塑性变形不断增大，产生形不断增大，产生“颈缩颈缩”现象，最终导致现象，最终导致钢筋断裂钢筋断裂中、高碳钢拉伸应力应变曲线中、高碳钢拉伸应力应变曲线 中、高碳钢屈服现象中、高碳钢屈服现象不明显，没有明显的不明显，没有明显的屈服阶段屈服阶段 规定以残余应变为规定以残余应变为0.2%时对应的应力作时对应的应力作为中、高碳钢的屈服为中、高碳钢的屈服强度，用强度，用 表示断裂后钢筋拼合后的长度断裂后钢筋拼合后的长度钢筋的原长钢筋的原长（2）塑性）塑性 钢材在外力作用下，能钢材在外力作用下，能承受的塑性变形的总能力承受的塑性变形的总能力 用用伸长率伸长率或或断面收缩率断面收缩率表示 伸长率伸长率 断面收缩率断面收缩率 原有横截面面积原有横截面面积; 断口处截面面积断口处截面面积伸长率和断面收缩率越大，钢材的塑性越好伸长率和断面收缩率越大，钢材的塑性越好 （3）冲击韧性）冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力指钢材抵抗冲击荷载的能力 试验参考图试验参考图7- 4：冲击试验机：冲击试验机 用破坏后缺口处单位面积上所消耗的功用破坏后缺口处单位面积上所消耗的功来表示来表示 。

影响冲击韧性大小的因素：影响冲击韧性大小的因素： S、P含量越多，冲击韧性越差；含量越多，冲击韧性越差； 杂质含量越多，冲击韧性越差；杂质含量越多，冲击韧性越差； 焊接中形成的微裂缝，会降低冲击韧性；焊接中形成的微裂缝，会降低冲击韧性； 环境温度越低，钢材呈现冷脆性，冲击韧环境温度越低，钢材呈现冷脆性，冲击韧性降低温度对低合金钢冲击韧性的影响温度对低合金钢冲击韧性的影响（4）耐疲劳性）耐疲劳性疲劳强度疲劳强度 受交变荷载反复作用，钢材的应力在远低受交变荷载反复作用，钢材的应力在远低于其抗拉强度的情况下突然发生破坏的现象，于其抗拉强度的情况下突然发生破坏的现象，称称疲劳破坏疲劳破坏 钢材能承受交变荷载循环作用的次数越多，钢材能承受交变荷载循环作用的次数越多，钢材的耐疲劳性能越强钢材的耐疲劳性能越强 钢材在钢材在11061107次交变荷载作用下，而不至次交变荷载作用下，而不至于引起断裂的最大循环应力值，称于引起断裂的最大循环应力值，称疲劳强度极限疲劳强度极限5）硬度）硬度间接评价强度间接评价强度 指钢材抵抗硬物压入其表面的能力，也指钢材抵抗硬物压入其表面的能力，也反映钢材的耐磨性能反映钢材的耐磨性能。

测定钢材硬度采用压入法，根据压头压测定钢材硬度采用压入法，根据压头压 在钢材表面的压痕面积或深度来确定在钢材表面的压痕面积或深度来确定 硬度值越大，反映钢材强度越大，抵抗硬度值越大，反映钢材强度越大，抵抗塑性变形的能力越强塑性变形的能力越强2、钢材的工艺性能、钢材的工艺性能（1）冷弯性能）冷弯性能 指钢材在常温下指钢材在常温下承受一定程度弯曲变形而承受一定程度弯曲变形而不破坏的能力不破坏的能力 检查弯曲处，检查弯曲处，无裂缝、断裂及起皮现象无裂缝、断裂及起皮现象，则认为冷弯性能合格则认为冷弯性能合格 评价指标评价指标：弯曲角：弯曲角 、弯心直径、弯心直径 越大，越大， 越小，冷弯性能越好越小，冷弯性能越好2）焊接性能）焊接性能 焊接焊接钢结构主要的连接方式，是将钢结构主要的连接方式，是将两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固地连接起来熔融或半熔融状态，而牢固地连接起来 焊接性能焊接性能指指常规工艺条件下获得良好焊接常规工艺条件下获得良好焊接接头的性能接头的性能 焊接要求焊接要求：焊口处没有裂缝、气孔、夹渣焊口处没有裂缝、气孔、夹渣等缺陷，等缺陷，焊缝及附近焊缝及附近受热影响区受热影响区力学力学性能不性能不低于母材低于母材。

影响可焊性的因素：影响可焊性的因素： 含碳量太高，焊接接头硬脆性增加，可焊含碳量太高，焊接接头硬脆性增加，可焊性越差；性越差； 合金元素、杂质含量越多，可焊性越差；合金元素、杂质含量越多，可焊性越差； S含量越多，焊口处易产生热裂纹，焊接含量越多，焊口处易产生热裂纹，焊接质量越差质量越差3）冷加工冷加工性能及性能及时效时效处理处理 冷加工强化处理冷加工强化处理 将钢材在常温下进行冷加工，使之产生将钢材在常温下进行冷加工，使之产生塑性变形，从而提高屈服强度，但钢材的塑塑性变形，从而提高屈服强度，但钢材的塑性、韧性会降低，这个过程称性、韧性会降低，这个过程称冷加工强化处冷加工强化处理理 常见的冷加工方法：常见的冷加工方法： 冷拉冷拉将热轧钢筋用冷拉设备进行张将热轧钢筋用冷拉设备进行张拉，使之伸长拉，使之伸长屈服强度屈服强度提高提高20%30%，节约钢材，但塑性降低节约钢材，但塑性降低 冷拔冷拔将光圆钢筋通过拔丝模强行拉将光圆钢筋通过拔丝模强行拉拔，不仅受拉，同时还受到挤压作用拔，不仅受拉，同时还受到挤压作用 经冷拔，经冷拔，屈服强度屈服强度提高提高40%60%，但，但塑性降低很多塑性降低很多。

拔丝模拔丝模拔丝模构造示意图拔丝模构造示意图 时效时效 钢材经冷加工后，在常温下存放钢材经冷加工后，在常温下存放15d20d或加热至或加热至100 200，保持，保持2h左右，其左右，其屈屈服强度、抗拉强度服强度、抗拉强度会进一步提高，而塑性和韧会进一步提高，而塑性和韧性降低的现象性降低的现象钢材冷拉、时效强化示意图钢材冷拉、时效强化示意图（4）钢材的热处理）钢材的热处理 淬火淬火加热到一定温度，在冷却液中迅速冷却加热到一定温度，在冷却液中迅速冷却 回火回火加热到较高温度，在空气中冷却加热到较高温度，在空气中冷却 退火退火加热到一定温度，炉中缓慢冷却加热到一定温度，炉中缓慢冷却 正火正火加热到一定温度，空气中缓慢冷却加热到一定温度，空气中缓慢冷却淬火：强度和硬度提高，但脆性变大，塑性淬火：强度和硬度提高，但脆性变大，塑性和韧性降低和韧性降低回火：消除钢材淬火时产生的内应力，使其回火：消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性硬度降低，恢复塑性和韧性退火：可消除钢材中的内应力，硬度降低，退火：可消除钢材中的内应力，硬度降低，塑性和韧性提高塑性和韧性提高正火：强度和硬度提高，塑性提高。

正火：强度和硬度提高，塑性提高7.2 路桥结构用钢材品种及技术要求路桥结构用钢材品种及技术要求钢结构用钢：型钢钢结构用钢：型钢钢筋混凝土结构用钢：钢筋、钢钢筋混凝。