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异型钢材:
为特殊用途而制作的,锚具,夹具,异型钢梁等。
按化学成分分类可分为
碳素钢
按含碳量不同可分为
低碳钢(C<0.25%)
中碳钢(0.25%≤C≤0.60%)
高碳钢(C>0.60%)
按P、S杂质含量可分为
普通碳素钢(P≤0.045%,S≤0.055%)
优质碳素钢(P≤0.040%,S≤0.045%)
高级优质碳素钢(P≤0.030%,S≤0.035%)
合金钢
按合金元素总含量可分为
低合金钢(合金元素总含量<5%)
中合金钢(合金元素总含量为5%~10%)
高级合金钢(合金元素总含量>10%)
普通合金钢(P、S≤0.050%)
优质合金钢(P、S≤0.040%)
高级优质合金钢(P、S≤0.030%)
按用途分类可分为
结构钢
碳素结构钢
合金结构钢
工具钢
碳素工具钢
合金工具钢
特殊用途钢
按成材方法分类可分为
轧制钢
锻钢
铸钢
冷拨钢
注:
钢中应控制的五项化学成分硫、磷、碳、锰、硅(S、P、C、Mn、Si),其中硫、磷属有害物质。
硫使钢材产生热脆性;
磷使钢材产生冷脆性。
3.主要力学性能与相关的概念:
强度:
钢材力学性能的主要指标,包含
屈服强度:
屈服极限,钢材开始丧失对变形的抵抗能力,并开始产生大量塑性变形时所对应得应力。
(232)
中碳钢和高碳钢无明显的屈服点,以残余变形的0.2%对应得应力作为屈服点。
抗拉强度:
钢材所能承受的最大拉应力,此时钢材已经完全丧失了对变形的抵抗能力而即将断裂。
屈强比是屈服强度和抗拉强度的比值,越小越可靠。
屈标比是屈服强度实测值和屈服强度标准值的比值。
塑性:
钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能,通常用
伸长率:
钢材受拉断裂时所能承受的永久变形能力,标准长度的增量与原标准长度的比值。
断面收缩率:
试件拉断后缩颈处横断面积的最大缩减量占原横断面积的百分率。
冷弯性能:
钢材在常温条件下承受规定弯曲程度的弯曲变形能力,并可在弯曲中显示钢材缺陷的一种工艺性能。
规定试件在规定的弯曲角度、弯心直径以及反复弯曲的次数条件下,试件弯曲处不产生裂纹,断裂和起层脱皮等现象时,即认为合格。
硬度:
钢材抵抗其他较硬物体压入的能力,也是钢材抵抗塑性变形的能力。
冲击韧性:
钢材在冲击荷载作用下断裂时吸收能量的能力,是钢材抵抗脆性破坏的力学性能指标。
耐疲劳性:
钢材在交变应力的反复作用下,往往工作应力远远小于抗拉强度时发生骤然断裂。
焊接性能:
钢材连接部分焊接后力学性能不低于焊件本身,以防止产生硬化脆裂和内应力过大等现象。
冷加工:
将钢材在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧使产生塑性变形从而提高强度,称冷加工强化处理,屈服强度提高,塑性、韧性、弹性模量降低。
热处理:
用加热和冷却的方法来适当的改变金属的组织以获得一定的物理力学性质,热处理并不改变金属件的外形。
(233)
余热处理:
热轧后立即穿水,进行表面控制冷却,然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。
4.混凝土用钢材品质标准
4.1钢筋混凝土中的钢筋和预应力混凝土中的非预应力钢筋有低碳钢热轧圆盘条,钢筋混凝土用热轧光圆钢筋,钢筋混凝土用热轧带肋钢筋,冷轧带肋钢筋,钢筋混凝土用余热处理钢筋。
4.1.1低碳钢热轧圆盘条(供建筑用)(GB/T701-1997)
牌号
力学性能
冷弯试验
冷弯180°
d—弯心直径
a—试样直径
屈服点σS(MPa)
抗拉强度σb(MPa)
伸长率δ10(%)
不小于
Q215
215
375
27
d=0
Q235
235
410
23
d=0.5a
4.1.2钢筋混凝土用热轧光圆钢筋(GB13013-1991)
表面
形状
钢筋
级别
强度等级代号
公称
直径(mm)
伸长率δ(%)
冷弯180。
a—钢筋直径
光圆
I
R235
8~20
370
25
d=a
4.1.3钢筋混凝土用热轧带肋钢筋(GB1499-1998)
公称直径(㎜)
σS(MPa)
σb(MPa)
δ5(%)
HRB335
6~25
335
490
16
3a
28~50
4a
HRB400
400
570
14
5a
HRB500
500
630
12
6a
7a
4.1.4钢筋混凝土用余热处理钢筋(GB13014-1991)
表面形状
钢筋级别
强度
代号
牌号
伸长率δ5(%)
冷弯90。
月牙肋
Щ
KL400
20MnSi
8~25
28~40
600
d=3a
d=4a
4.1.5冷轧带肋钢筋(GB13014-1991)
δ10(%)
δ100(%)
D—弯心直径
d—钢筋直径
反复弯曲次数
用途
CRB550
4~12
550
8.0
D=3d
普通混凝土用钢筋
CRB650
4,5,6
650
4.0
3
预应力混凝土用钢筋
CRB800
800
CRB970
970
CRB1170
1170
4.2预应力混凝土用钢筋有热处理钢筋,冷拉钢筋。
预应力混凝土用钢丝,预应力混凝土用钢绞线。
4.2.1预应力混凝土用钢筋有热处理钢筋(GB4463-1984)
公称直径
mm
屈服强度
σ0.2(MPa)
抗拉强度
伸长率δ10(%)
6
40Si2Mn
1325
1470
8.2
48Si2Mn
10
45Si2Mn
4.2.2冷拉钢筋见315
4.2.3预应力混凝土用钢丝见315
5.钢筋验收分批、取样方法和取样数量
5.1钢筋(含热轧圆盘条、光圆、带肋和余热处理钢筋)
5.1.1分批方法:
每批钢筋应由同一牌号,同一炉罐号、同一规格、同一交货状态组成,并不得大于60t(不足60t亦按一批计)。
5.1.2各类钢筋检验项目和每组试件数量:
种类
拉伸试验
弯曲
低碳钢热轧圆盘条
1
2
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋
反向1
钢筋混凝土用热轧光圆钢筋
钢筋混凝土用余热处理钢筋
冷轧带肋钢筋
每盘1个
每批2个
反复2
热处理钢筋
5.1.3取样方法和取样数量:
从经外观检查合格的任意两根钢筋上,在其任意一端截去50㎝后各截取一根拉力试件、一根冷弯试件组成一组试样。
(盘条试样应从经外观检查合格的两盘中,在距盘条端部50㎝处截取,在其中一盘上截取一根拉力试件、一根冷弯试件,在另一盘上只截取一根冷弯试件即可)。
5.1.4试件长度:
拉力试件:
L≥L0+200(mm)
冷弯试件:
L≥5d+150(mm)
式中:
L—试样总长度(mm);
d—试样直径(mm);
L0—试样原始标距(mm);
热轧带肋钢筋,热轧光圆钢筋,余热处理钢筋的原始标距为5d,低碳钢热轧圆盘条,热处理钢筋和牌号为CRB550的钢筋的原始标距为10d,牌号为CRB650、CRB880、CRB970、CRB1170的冷轧带肋钢筋为100mm.
5.2钢丝(含光面、刻痕、螺旋肋钢丝)
5.2.1分批方法:
同批号、同规格、同一交货状态的钢丝,每30t为一批,不足30t亦按一批计。
5.2.2取样方法和数量:
铁路规定从经外观检查合格的钢丝中任选总盘数的10%(不少于3盘)取样送检。
取样时在钢丝盘的任意一端去除50㎝后截取一根拉力试件,一根反复弯曲试件(国标为任一端,甲级钢丝为逐盘,乙级钢丝为5t三盘)。
5.2.3试件长度:
L≥400(㎜)
反复弯曲试件:
L=150~250(㎜)
6.钢材力学、工艺性能试验
建筑钢材的力学性能可以通过下图低碳钢的应力-应变曲线图例来阐明:
从上图可以看出,可划分为四个阶段:
弹性阶段→OA屈服阶段→AB强化阶段→BC颈缩阶段→CD。
在OA段内卸去外力后,试样能恢复到原来的长度和状态,这种性质叫弹性,这时的变形叫做弹性变形,OA段叫做弹性阶段,对应于A点的应力叫做弹性极限,此阶段内应力和应变成正比线形关系。
当应力超过弹性极限后,应力和应变不再成正比关系,此时应力不变,但是应变却迅速增加,说明材料暂时失去了抵抗变形的能力,这种现象称作屈服,这个阶段AB段称作屈服阶段,此时卸去外力,试样不能恢复到原长和原来的状态,这种性质叫塑性,不能恢复的变形叫塑性变形,在屈服阶段拉力上下的波动很大,其中最高点称屈服上限最低点称为屈服下限,对应最低点的应力称为屈服极限,也叫屈服强度或屈服点。
钢材受力达到屈服点之后,变形迅速发展,尽管尚未破坏,但已经不能满足使用要求,故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。
从图BC段可以看出,曲线在逐步上升,说明试件在屈服阶段以后,其抵抗塑性变形的能力又有所提高,故该阶段成为强化阶段,对应于最高点C的应力叫做强度极限,也叫抗拉强度。
达到顶点C点之后,应变加大,应力急剧下降,此时对应得在试件的某个部位的断面开始颈缩,直至断裂,即图中的D点,曲线CD段称之为颈缩阶段。
6.1拉伸试验执行标准:
《金属材料室温拉伸试验方法》(GB/T228-2002)。
6.1.1准备工作
检查试样,测定原始横截面积应在试样标距的两端及中间三处测量截面尺寸,取用三处测得的最小横截面积,并至少保留四位有效数字。
截面尺寸测量用量具或测量装置的分辨力建议按下表选用。
试样横截面尺寸(mm)
分辨力不大于(mm)
0.1~0.5
0.001
>0.5~2.0
0.005
>2.0~10.0
0.01
>10.0
0.05
测量钢筋直径一般应保留两位小数,即采用精度为0.02mm的游标卡尺即可。
测得的结果如果符合相应规范要求的公称直径范围内,按照公称直径的尺寸进行横截面积计算,单位为mm2,结果保留4位有效数字,也可直接查相应得表直接得到横截面积。
检测开始前将样品放入检测室内使样品的温度在检测之前保持与检测室的温度一致,试验检测室的温度为10~35摄氏度。
如果有严格的要求,试验室的温度应为18~28摄氏度。
按照相应的规定对试样进行打标。
选择试验机,精度应为I级以上,并且经过检定合格。
估计试件的最大拉应力,保证使试验荷载在度盘示值范围的20%~80%之间。
6.1.2检查并启动拉力机,进行试运转。
使试验机油缸升起10~20mm后,将试件夹于试验机活动钳口之中,关闭送油阀和回油阀,调整指针为零。
再调整试验机两个夹头之间的距离,把试样的另一端夹持在试验机的固定夹头中。
注意夹持好的试件应保证承受轴向拉力的作用。
屈服前加荷速率应在下表范围内。
材料弹性模量E(N/mm2)
应力速率[(N/mm2)·
S-1]
最小
最大
<150000
20
150000
60
屈服后夹头分离速率不应超过平行长度的0.008/S。
屈服强度的确定:
屈服强度可分为上屈服强度和下屈服强度,其定义如下:
屈服强度—当材料呈现屈服现象时,在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。
上屈服强度(ReH)—试样发生屈服后首次下降前的最高应力。
下屈服强度(ReL)—在屈服期间,不计初始瞬时效应时的最低应力。
324
呈现明显屈服(不连续屈服)现象的金属材料,相关产品标准未具体规定时,应测定上屈服强度(ReH)和下屈服强度(ReL),或下屈服强度(ReL)。
一般只测定下屈服强度(ReL)。
其测定方法有下列两种:
指针法:
试验时,读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力。
将其分别除以试样原始横截面积(S0)得到上屈服强度(ReH)和下屈服强度(ReL)。
图解法:
试验时记录力—位移曲线,从曲线图读取力首次下降前的最大力和不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或屈服平台的恒定力。
仲裁试验采用图解法。
计算公式:
ReH=FeH/S0
ReL=FeL/S0
式中ReH—上屈服强度(MPa);
FeH—测力度盘指针首次回转前指示的最大力或力—位移曲线图上力首次下降前的最大力(N);
S0—试样原始横截面积(mm2);
ReL—下屈服强度(MPa);
FeL—测力度盘指针首次回转前指示的不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力;
或记录力—位移曲线图上不计初始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或屈服平台的恒定力(N)。
试验完毕,要关闭电源,取下摆砣,将试验机的活动夹头降落至合适的位置,清扫卫生。
6.1.3计算:
拉断时的抗拉强度(Rm)按下式计算:
Rm=Fm/S0
式中Rm—抗拉强度(MPa);
Fm—拉断最大力(N)。
断后伸长率的测定:
应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上,并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。
原则上只有断裂处与最接近的标距标记的距离原始标距的三分之一情况方为有效。
但断后伸长率大于或等于规定值,不管断裂位置处于何处测量均为有效。
断后伸长率有两种测定方法:
直测法:
适宜于断裂处在标距中间1/3范围时使用,可直接测量断后标距长度。
移位法:
适宜于断裂处在标距两边1/3范围时使用,即对称移位法。
325
A=[(Lu-L0)/L0]×
100%
式中A—断后伸长率(%);
Lu—断后标距(mm);
L0—原始标距(mm)。
6.1.4试验结果修约间隔:
试验结果指标
范围(N/mm2)
修约间隔
ReHReLRm
≤200N/mm2
1N/mm2
>200N/mm2~1000N/mm2
5N/mm2
>1000N/mm2
10N/mm2
A
0.5%
6.1.5结果判定
如果一组(1根或多根)拉伸试样中,每根试样的所有结果都符合产品标准的规定,判定该组试样拉伸试验合格。
如果有一根试样的某一项指标试验结果不符合产品标准的规定,则应加倍取样重新检测所有指标。
如果仍有一根试样的某一项指标不符合规定,则判定该组试样拉伸试验不合格。
出现下列情况试验结果无效,应补做试验:
断在机械刻划标记上或标距外造成性能不合格。
试验操作不当;
记录有误或设备有故障;
出现两个或两个以上缩颈应在记录和报告中注明。
6.2弯曲试验:
执行标准《金属材料弯曲试验方法》(GB/T232—1999)。
6.2.1试验过程:
按照相应的标准选择冷弯冲头,并安装牢固。
两支辊间距的确定:
(d+3a)±
0.5a
式中d—弯芯直径(mm);
a—试样直径(mm)。
将试样放置于两支辊上,试样轴线应与弯曲压头轴线相互垂直,弯曲压头在两支辊之间的中点处对试样进行连续施压使其弯曲,直至达到规定的弯曲角度。
试验完毕,关闭电源,打扫卫生。
6.2.2合格判定:
如果一组弯曲式样中,弯曲试验后每根试样的弯曲外表面均无肉眼可见的裂纹、裂缝、起皮、断裂等现象,则判定该组试样弯曲试验合格。
如果有一根试样在达到弯曲角度之前发生断裂,或虽已达到规定的弯曲角度但试样弯曲外表面有肉眼可见的裂纹,则应加倍取样重新进行试验。
如仍有一根不符合要求,则判定该组试样弯曲试验不合格。
相关标准中规定的弯曲角度,在弯曲试验中认作最小值;
规定的弯曲半径,认作最大值。
作业:
1.钢材中的含碳量增大对其强度,延展性和冲击韧性有什么影响?
碳素钢中的硫、磷含量会影响其什么性能?
2.一组光圆钢筋,直径为12㎜,其弯曲合格,经拉伸试验,结果如下表:
试件号
屈服力(kN)
拉断力(kN)
断后标距(mm)
28.6
45.8
78
29.8
46.7
80
已知标准规定的屈服强度规定值为ReL≥235MPa、抗拉强度规定值为Rm≥370MPa、伸长率规定值A≥25%。
问该钢筋是否合格。
3.钢筋的常规试验项目有哪些?
钢筋进行拉伸和弯曲试验时,试样长度如何确定?
钢材的试验温度有何规定?
7.钢筋焊接试验:
执行标准《钢筋焊接接头试验方法标准》(JGJ/T27—2001)、《金属材料弯曲试验方法》(GB/T232—1999)和《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18—2003)。
7.1焊接方法种类:
7.1.1电阻点焊—将两钢筋安放成交叉叠接形式,压紧于与两电极之间,利用电热融化母材金属,加压形成焊点的一种压焊方式。
7.1.2闪光对焊—将两钢筋安放成对接形式,利用电阻热使接触点金属熔化,产生强烈飞溅,形成闪光,迅速施加顶锻力完成的一种压焊方式。
7.1.3电弧焊—以焊条作为一极,钢筋为另一极,利用焊接电流通过产生的电弧热进行焊接的一种熔焊方式。
其包括:
①帮条焊(双面焊、单面焊);
②搭接焊(双面焊、单面焊);
③熔槽帮条焊
④坡口焊(平焊、立焊)
⑤钢筋与钢板搭接焊
⑥窄间隙焊接
⑦预埋件电弧焊(角焊、穿孔塞焊)
7.1.4电渣压力焊—将两钢筋安放成竖向对接形式,利用焊接电流通过两钢筋端面间隙,在焊剂层下形成电弧过程电渣过程,产生电弧热和电阻热,熔化钢筋,加压完成的一种压焊方式。
7.1.5气压焊——采用氧乙炔火焰或其他火焰对两钢筋对接处加热,使其达到塑性状态(固态)或熔化状态(熔态)后,加压完成的一种压焊方法。
7.1.6埋弧压力焊——将钢筋与钢板安放成T形接头形式,利用焊接电流通过,在焊剂层下产生电弧,形成熔池,加压完成的一种压焊方法。
7.2检验分批、验收规定:
7.2.1闪光对焊接头:
7.2.1.1抗拉强度
同条件焊接(同焊工、同台班/一周内、同直径)闪光对焊接头300(200)个为一批,从中截取6个试件,3个拉伸,3个冷弯。
焊接接头抗拉强度≥该等级钢筋强度规定值,并至少有两个在焊缝以外呈延性断裂为合格。
当有一个接头强度小于该级别钢筋强度规定值,或有两个接头在焊缝或热影响区(按接头每边0.75d计)发生脆性断裂,其抗拉强度均小于该级别钢筋强度规定值的1.10倍时,应取两倍数量(6个)接头重作试验,当仍有一个强度小于该级别钢筋强度规定值或有3个接头在焊缝或热影响区脆断,其抗拉强度小于该级别钢筋强度规定值的1.10倍时,则判为不合格。
7.2.1.2冷弯性能
冷弯角度为900;
弯芯分别为:
Ⅰ级钢2d、Ⅱ级钢4d、Ⅲ级钢5d、Ⅳ级钢7d。
当d>
25mm时各增加1d。
背面(含焊缝和热影响区)不破裂为合格。
有一个不合格,应加倍取样复试,复试仍有三个不合格判为不合格。
7.2.2电弧焊接头
同条件(同牌号、同形式)电弧焊接头每300(200)个为一批,每批取3个拉力试件。
抗拉强度不小于该级别钢筋抗拉强度规定值、并在焊缝外呈延性断裂为合格。
当有一个接头强度低于规定值、或一个试件断于焊缝、或有2个试件发生脆断时,应重取6个试件进行复试,复试仍有一个接头强度低于规定值、或有一个断于焊缝、或有3个试件发生脆性断裂,则判定为不合格。
7.2.3电渣压力焊接头
同条件电渣压力焊接头,每300个为一批,取3个拉力试件。
抗拉强度不小于该级别钢筋抗拉强度规定值为合格。
当有一个接头强度低于规定值时应加倍取样重作,重作仍有一个接头强度低于规定值时则判为不合格。
(电渣压力焊接头合格条件对断裂情况无要求,故其验收条件宽于电弧焊)。
7.2.4气压焊接头
7.2.4.1抗拉强度
同条件气压焊接头每300个为一批(每层)取3个拉力试件、3个冷弯试件。
当有一个接头强度<该级别钢筋强度规定值,或有两个接头断于焊缝或热影响区(按接头每边0.75d计)脆断时,应取两倍数量(6个)接头重作试验,当仍有一个强度<该级别钢筋强度规定值或有3个接头在焊缝或热影响区脆断则判为不合格。
7.2.4.2冷弯性能
背面不裂缝为合格。
有一个不合
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