第二章 建筑钢材

1、第七章第七章 建筑钢材建筑钢材土木工程材料2教学目标教学目标 通过本章的学习，（1）了解铁和钢的概念、钢的分类、钢的冶炼加工及其对钢质量的影响；（2）掌握建筑钢材的主要技术性质（力学性质、工艺性能）及其对钢材性能的影响；（3）掌握主要建筑钢材的性质及应用；（4）了解钢的锈蚀、钢材防锈的要点。本章内容本章内容2.1 2.1 建筑钢材基本知识建筑钢材基本知识2.1.1 建筑钢材概述2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢 材质量的影响2.1.3 钢的分类2.1.4 钢材的加工2.2 2.2 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能2.2.1 力学性能2.2.2 工艺性能2.3 2.3 建筑钢材的技术标

2、准及应用建筑钢材的技术标准及应用 2.3.1 碳素结构钢2.3.2 优质碳素结构钢2.3.3 低合金高强度结构钢2.4 常用建筑钢材课堂练习复习思考题32.1.1 2.1.1 建筑钢材概述建筑钢材概述l 定义定义：建筑钢材主要是指用于钢结构中各种型材（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝、钢绞线等。l 性能及应用性能及应用：建筑钢材有较高的强度，有良好的塑性和韧性，能承受冲击和振动荷载，易于加工和装配，可以焊接或者铆接，便于装配广泛应用于建筑工程中。l 缺点缺点：易锈蚀，耐火性差。2.1 2.1 建筑钢材基本知识建筑钢材基本知识4前言前言199619

3、96年以来，我国钢年以来，我国钢产量一直居世界第一产量一直居世界第一位。位。20062006年中国粗钢年中国粗钢产量突破产量突破4 4亿吨亿吨, ,占世占世界钢产量的界钢产量的34.4%34.4%，相当于前六大钢铁生相当于前六大钢铁生产国日本、美国、俄产国日本、美国、俄罗斯、韩国、德国、罗斯、韩国、德国、印度的总和。印度的总和。钢筋混凝土用热轧带钢筋混凝土用热轧带肋钢筋是重要的钢铁肋钢筋是重要的钢铁产品，它应用范围广，产品，它应用范围广，生产量大。据粗略的生产量大。据粗略的统计：统计：20062006年我国钢年我国钢筋实际产量已达筋实际产量已达87928792万吨左右，约占我国万吨左右，约占我

4、国钢产量的钢产量的20.8%20.8%。 5近年来，伴随我国经济持续高近年来，伴随我国经济持续高速增长，建筑业作为我国国民速增长，建筑业作为我国国民经济支柱产业之一也得到了快经济支柱产业之一也得到了快速的发展。由于速的发展。由于目前我国建筑目前我国建筑主要为钢筋混凝土结构形式，主要为钢筋混凝土结构形式，钢筋的生产与消费量增长很快钢筋的生产与消费量增长很快 。我国建筑用钢占钢材的消我国建筑用钢占钢材的消费比例约为费比例约为53.3%，其中，其中长材的消费占长材的消费占76%以上。以上。钢筋占建筑用长材的钢筋占建筑用长材的61% 。67891011121314151617182.1.2 2.1.2

5、 钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响l 冶炼原理冶炼原理：将生铁生铁在1700左右熔融，进行氧化，使碳的含量降低到一定的限度，同时把其他杂质含量降低到允许范围内。l 碳素钢碳素钢含碳量在0.02%2.06%，含有害杂质较少的铁碳合金。 生铁硬而脆，无塑性和韧性，不能进行焊接、锻造、轧制等加工，在建筑中很少应用。炼钢方法炼钢方法：大规模的炼钢方法主要有转炉法、平炉炼钢法和电弧炼钢法三种。钢材交货时，必须对所用炉种以规定的代号做出标志，脱氧状态也是钢质标志的内容之一。192021顶吹氧气转炉22232.1.3 2.1.3 钢的分类钢的分类l 按化学成分分类按化学成分分

6、类碳素钢：低碳钢：含碳量 0.60合金钢：低合金钢：合金元素总含量 10l 按质量（杂质含量）分类按质量（杂质含量）分类 普通钢：含硫量0.0550.065；含磷量0.045 优质钢：含硫量0.03 0.045；含磷量0.035 高级优质钢：含硫量0.02 0.03；含磷量0.027l 按用途分类按用途分类 结构钢：建筑工程用结构钢、机械制造用结构钢 工具钢：用于制作道具、量具、模具等 特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等l 建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢普通碳素结构钢和普通低合金普通低合金结构钢结构钢。24l 根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为:沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。名称

7、脱氧程度质量沸腾钢（F）不完全组织不够致密，气泡多，化学偏析大，成分不均匀，硫、磷杂质较多质量较差，成本较低。广泛用于一般建筑工程。镇静钢（Z）充分组织致密，成分均匀，机械性能好，质量较好，成本较高。适用于预应力混凝土等重要结构工程。半镇静钢（b）均介于上二者之间脱氧程度不同的三种钢锭的比较25 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、线材和管材等几类。型材包括钢结构用的角钢、工字钢、槽钢、方钢、轨道钢等。线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于水利水电工程金属结构、房屋、桥梁及建筑机械的中厚钢板；用于屋面、墙面、楼板等的薄钢板。管材主要用于钢桁架和供水、供气（汽）管线

8、等。262.1.4 钢材的加工钢材的加工 冶炼生产的钢，除极少量直接用作铸件外，绝大部分都是先浇铸成钢锭，然后再加工制成各种钢材。 将钢锭加热到11501300后进行热轧，所得的产品为热轧钢材。将钢锭先热轧，经冷却至室温后再进行冷轧的产品为冷轧钢材。一般建筑钢材以热轧为主。钢管是用钢板加工焊制而成的。无缝钢管是对实心钢坯进行穿孔，经热轧、挤压、冷轧、冷拔等工艺而制得。27 钢材热轧具有良好的塑性，容易成型。成型后钢材没有内应力，便于工序加工。如建筑用的钢筋，用来进行冲压的钢板，要进行机械加工和热处理的钢材。 钢材冷轧具有冷加工硬化的特性，由于冷轧具有较好的机械性能，很多直接使用的钢材都使用冷轧

9、钢材。如冷轧钢丝，冷轧钢板，冷轧扭钢筋。2829303132333435以下为沸腾钢（A）与镇静钢（B）两钢锭的纵剖面，请观察其结构差别，讨论其性能差异。 讨论(B)镇静钢 (A)沸腾钢(A)沸腾钢(B)镇静钢 (A)沸腾钢36讨论：从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾钢沸腾钢是脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差，但生产成本低，可用于一般地建筑结构。而镇静钢镇静钢是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气泡产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好，但成本

10、高。镇静钢可用于承受冲击荷载地重要结构。此外，还有比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好，称特殊镇静钢特殊镇静钢，其使用于特别重要的结构工程。脱氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的钢，称为半镇静钢半镇静钢，其质量较好。 37某厂的钢结构屋架用中碳钢焊接而成，使用一段时间后，屋架坍塌，请分析事故原因。 分析答案钢结构屋架坍塌钢结构屋架坍塌 钢结构屋架38分析：首先是因为钢材的选用不当，中碳钢的塑性和韧性比低碳钢差；且其焊接性能较差，焊接时钢材局部温度高，形成了热影响区，其塑性及韧性下降较多，较易产生裂纹。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。 392.2

11、 建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的主要技术性能l 2.2.1.1 抗拉性能抗拉性能l拉伸性能是建筑钢材最重要最重要的性能。从低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。l通过对钢材进行抗拉试验所测得的弹性模量、屈服强度、抗拉弹性模量、屈服强度、抗拉强度和伸长率强度和伸长率是钢材的四个重要技术性质指标。2.2.1 建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能E式中 材料的应变; 材料的应力; E材料的弹性模量401.1.应力应力 2.2.应变应变FFALL0L1建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能0001LLLLLAFAN4142建筑钢材的

12、抗拉性能建筑钢材的抗拉性能一、弹性阶段OA 一条通过原点一条通过原点的直线，应力与应变成正比。的直线，应力与应变成正比。 弹性弹性弹性模量弹性模量 E E值的大小反映了钢材抵抗值的大小反映了钢材抵抗弹性变形的能力。弹性变形的能力。 A点对应点对应的应力。的应力。tgE:p0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图p E1 E2l图形的特点：l 试件的特点：l计算的指标：ABCD弹性极限43建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能二、屈服阶段AB 一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。 所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力 屈服强度（也叫屈服点）

13、点对应的应力。0LLl图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：OAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下:s下BsAFss屈服。44三、强化阶段BC 一段上升的曲线。抵抗塑性变形的能力又重新提高抗拉强度 l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：0LLOAFA低碳钢受拉的应力应变图低碳钢受拉的应力应变图pACDBB上上B下下s:bAFbbbC点对应的应力。建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能强化。45四、颈缩阶段CD 一段下降的曲线。变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小 ，直到断裂。伸长率： l图形的特点：l试件的特点：l计算的指标：AF0LLOApAC

14、DBB上上B下下sb%100001LLLL1L0建筑钢材的抗拉性能建筑钢材的抗拉性能l计算的指标：颈缩46三个重要的指标1.屈服强度s 结构设计中钢材强度取值的依据2.抗拉强度b 钢材所能承受的最大应力 屈强比 屈强比，利用率 ，安全可靠程度3.伸长率 衡量钢材塑性的指标，越大说明钢材的塑性越好 bsbsAF0LLOApACDBB上上B下下sbsbbs%100001LLL47 钢材的钢材的e和和s越高，表示钢材对小量塑性变形的抵越高，表示钢材对小量塑性变形的抵抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，所能承受的应力就越大。所能承受的应力就越大。e与

15、与b差值越大的钢，说差值越大的钢，说明超过屈服点后的强度储备能力越大，结构的安全明超过屈服点后的强度储备能力越大，结构的安全性高。性高。 屈强比（屈强比（s/b） 钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。它也代表了钢材强度储备的大小，屈称为屈强比。它也代表了钢材强度储备的大小，屈强比越大，结构零件的可靠性越高，屈强比越小，强比越大，结构零件的可靠性越高，屈强比越小，强度储备大。但屈强比太小则钢筋强度的有效利用强度储备大。但屈强比太小则钢筋强度的有效利用率低。一般碳素钢屈强比为率低。一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构，低合金结构

16、钢为钢为0.65-0.75,合金结构钢为合金结构钢为0.84-0.86。 48 伸长率伸长率 指金属材料受外力（拉力）作用断裂时，试棒伸长的长度与原来长度的百分比，伸长率按试棒长度的不同分为：试棒的标距等于5倍直径，短试棒求得的伸长率，代号为5；试棒的标距等于10倍直径，长试棒求得的伸长率，代号为10，。 伸长率是钢材发生断裂时伸长率是钢材发生断裂时所能承受的永久变形的能所能承受的永久变形的能力力00001100lll式中 试件的伸长率，%； 拉伸前的标距长度，mm； 拉断后的标距长度，mm。0l1l0l1l式中 试件的伸长率，%； 拉伸前的标距长度，mm； 拉断后的标距长度，mm。0l1l0

17、0001100lll式中 试件的伸长率，%； 拉伸前的标距长度，mm； 拉断后的标距长度，mm。0l1l49 断面收缩率断面收缩率 塑性是指钢材在受力破坏之前可以经受永塑性是指钢材在受力破坏之前可以经受永久变形的能力。以久变形的能力。以表示表示 。 断面收缩率是试件断裂后，缩颈处横断面断面收缩率是试件断裂后，缩颈处横断面面积的最大缩减量占横截面的百分率。面积的最大缩减量占横截面的百分率。 在工程中钢材的塑性指标通常用伸长率和在工程中钢材的塑性指标通常用伸长率和断面收缩率表示断面收缩率表示。50l2.2.2.2 冲击韧性冲击韧性l钢材的冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。l冲击

18、韧性实验当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。冲击韧性的大小用缺口处单位面积上所消耗的功k k 来表示。 钢材的冲击韧性试验lk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低。但当试验温度低于某值时，k突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冷脆性。51 钢的化学成分;例：S、P冲击韧性 冶炼及轧制质量质量冲击韧性 温度温度，冲击韧性 ak影响冲击韧性的因素 52l2.2.2.3 疲劳强度疲劳强度l受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象,称为疲劳破坏疲劳破坏。l钢材

19、的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。 疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。 钢材疲劳曲线示意图53 硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能力。 方法：布氏法、洛氏法和维氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。定义测定方法演示2.2.2.4 钢材的硬度钢材的硬度54讨论与分析l材料的硬度往往与材料的其它性能有一定的相关系，如：钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关关系。HBb6 . 3175HB，当HBb5 . 3175HB，当55l 冷弯性能冷弯性能l定义：定义：指钢材在

20、常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度和 弯心直径d为指标表示。l检验检验：按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、断裂或漆层，即认为冷弯性能合格。2.2.2 2.2.2 建筑钢材的工艺性能建筑钢材的工艺性能钢材的冷弯 56adldlaaadldlaa图图1 支辊式弯曲装置支辊式弯曲装置 对于支辊式弯曲装置支辊长度应大于试样宽度或直径,支辊半径应为110倍试样厚度，支辊应具有足够的硬度，除非另有规定，支辊间距应按下式确定：L=（d+3a）0.5a 此距离在试验期间应保持不便。 弯曲压头直径应在相关产品标准中规定。弯曲压头应具有足够的硬度。57ad2图图2 V模具形弯曲装

21、置模具形弯曲装置 V型模具式弯曲装置型模具式弯曲装置其模具的其模具的V形槽角度应为形槽角度应为1800a（见中图（见中图2）。弯）。弯曲角度应在相关产品标准曲角度应在相关产品标准中规定。弯曲压头的圆角中规定。弯曲压头的圆角半径为半径为d /2。模具的支承。模具的支承棱边应倒圆，倒圆半径应棱边应倒圆，倒圆半径应为为110倍试样厚度，模倍试样厚度，模具和弯曲压头宽度应大于具和弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径试样宽度或直径, 弯曲压弯曲压头应具有足够的硬度。头应具有足够的硬度。 58 虎钳式弯曲装虎钳式弯曲装置由虎钳配备足够置由虎钳配备足够硬度的弯心组成，硬度的弯心组成，可以配置加力杆，可以配置加力

22、杆，弯心直径应按照相弯心直径应按照相关产品标准要求，关产品标准要求，弯心宽度应大试样弯心宽度应大试样宽度或直径。宽度或直径。 a 2d图图3 虎钳式弯曲装置虎钳式弯曲装置 59Ld0 aa )滑 块耳 轴翻 板aad0ad180 翻板式弯曲装置中翻板带有锲形滑块，滑块宽度应大试样翻板式弯曲装置中翻板带有锲形滑块，滑块宽度应大试样 宽度或直径，滑块应具有足够的硬度，翻板固定在耳轴上，试验时能绕宽度或直径，滑块应具有足够的硬度，翻板固定在耳轴上，试验时能绕耳轴轴线转动，耳轴连接弯曲角度指示器，指示耳轴轴线转动，耳轴连接弯曲角度指示器，指示001800的弯曲角度。的弯曲角度。翻板间距离应为两翻板的试

23、样支承面同时垂直于水平轴线时两支承面间翻板间距离应为两翻板的试样支承面同时垂直于水平轴线时两支承面间的距离，并按下式确定：的距离，并按下式确定： L=（d+2a）+e式中式中e可取可取26mm。 弯曲压头直径应在相关产品标准中规定，弯曲压头宽度应大于试样弯曲压头直径应在相关产品标准中规定，弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径宽度或直径, 弯曲压头的压杆厚度应略小于弯曲压头直，弯曲压头应具弯曲压头的压杆厚度应略小于弯曲压头直，弯曲压头应具有足够的硬度。有足够的硬度。60钢筋类别钢筋类别公称直公称直径（径（mmmm）屈服强屈服强度度(MPa)(MPa)抗拉强度抗拉强度(MPa)(MPa)伸长率伸长率(

24、%)(%)冷冷 弯弯低碳钢热轧圆盘低碳钢热轧圆盘条条Q215Q215/ /2152153753752727d=0d=0冷弯冷弯180180, ,无裂纹无裂纹d=d=弯弯心直心直a=a=试样试样直径直径Q235Q235/ /2352354104102323d=0.5ad=0.5a钢筋砼用热轧光圆钢筋钢筋砼用热轧光圆钢筋8 820202352353703702323d=ad=a钢筋砼用热轧带钢筋砼用热轧带肋钢筋肋钢筋HRB335HRB3356 62525282850503353354904901616d=3ad=3ad=4ad=4aHRB400HRB4006 6252528285050400400

25、5705701414d=4ad=4ad=5ad=5aHRB500HRB5006 62525282850505005006306301212d=6ad=6ad=7ad=7a冷带冷带肋钢筋肋钢筋CRB550CRB550/ / /55055088d=3ad=3a冷弯冷弯180180无裂纹无裂纹CRB650CRB650/ / /650650反复弯曲反复弯曲4 4次，无裂纹次，无裂纹注；注；a=4a=4时，弯心半径时，弯心半径=10=10； a=5a=5时，弯心半径时，弯心半径=15=15 a=6 a=6时，弯心半径时，弯心半径=15=15CRB800CRB800/ / /800800CRB970CRB

26、970/ / /970970CRB117CRB1170 0/ / /11701170冷轧扭冷轧扭钢筋钢筋/ / / /5805804.54.5d=3ad=3a冷弯冷弯180180无裂纹无裂纹冷拔螺旋冷拔螺旋钢筋钢筋LX550LX550/ / /55055088d=3ad=3a冷弯冷弯180180无裂纹无裂纹LX650LX650/ / /65065044d=4ad=4aLX800LX800/ / /80080044d=5ad=5a拉伸强度及弯曲试验性能指标应符合下表中各项要求：拉伸强度及弯曲试验性能指标应符合下表中各项要求： 61l焊接性能焊接性能 l焊接焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分

27、迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。l焊接性能：焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。l影响因素影响因素：钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。l选择选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。622.2.3 影响钢材性能的主要因素影响钢材性能的主要因素2.2.3.1 化学成分（1）有益元素1）碳（C）。碳是形成钢材强度的主要成分，是钢材中除铁以外最主要的元素。含碳量高，则钢材强度高，但同时钢材的塑

28、性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。因此，建筑钢材对含碳量要加以限制，一般不应超过0.22，在焊接结构中还应低于0.20。2）硅（Si）。硅是强脱氧剂强脱氧剂，是制作镇静钢的必要元素。硅适量时可提高钢材的强度而不显著影响其塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。在碳素镇静钢中硅的含量为0.120.3，在低合金钢中为0.20.55。过量时会恶化钢材的可焊性及抗锈蚀性。3）锰（Mn）。锰是有益元素，它能显著提高钢材的强度而不过多降低塑性和冲击韧性。锰有脱氧作用，是弱脱氧剂。同时还可以消消除硫引起的钢材热脆现象及改善冷脆倾向除硫引起的钢材热脆现象及改善冷脆倾向。锰是低合金钢中的主要合金元素，含量一般为

29、1.21.6，过量时会降低钢材的可焊性。4）钒（V）。钒是钢中合金元素，能提高钢材的强度和抗锈蚀性，又不显著降低塑性。63含碳量对热轧碳素钢性质的影响 b抗拉强度；k冲击韧性；HB硬度；伸长率；面积缩减率 64（2）有害元素1）硫（S）是有害元素，属杂质。硫在钢材温度达到8001000时生成硫化铁而熔化，使钢材变脆，易出现裂缝，称为热脆热脆。硫还会降低钢材的冲击韧性、可焊性、疲劳强度及抗锈蚀能力。因此，对硫的含量必须严加控制，一般不超过0.0450.05，Q235的C级与D级钢要求更严。2）磷（P）可以提高钢材的强度和抗锈蚀能力，但却严重降低钢材的塑性、韧性和可焊性，特别是在温度较低时使钢材变

30、脆（冷脆冷脆），既在低温条件下使钢材的塑性和韧性显著降低，钢材容易脆裂。因而应严格控制其含量，一般不超过0.045。但采取适当的冶金工艺处理，磷也可作为合金元素，含量在0.050.12之间。3）氧（O）和氮（N）是有害元素，氧能使钢材热脆，其作用比硫剧烈；氮能使钢材冷脆，与磷类似，故其含量应严格控制。由于氧和氮在冶炼过程中容易逸出，一般不会超过极限含量，故不作含量要求。65l冷加工性能及时效冷加工性能及时效l冷加工强化处理：将钢材在常温下进行冷加工（如冷拉、冷拔或冷轧），使之产生塑性变形，从而提高屈服强度。经强化处理过的钢材塑性和韧性降低，弹性模量降低。l时效：钢材在冷加工后长时间的搁置中，会

31、自发地呈现强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。人工时效：加热到100C 200C并保持一定时间，适合于高强钢筋； 自然时效：常温下存放15 20天，适合用于低强度钢筋。66钢筋冷拉后屈服强度可提高钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%，冷拔，冷拔后屈服强度可提高后屈服强度可提高40%-60%。低碳钢受冷拉力应变低碳钢受冷拉力应变67注注：（：（1）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强）冷拉仅能提高钢筋的抗拉强度，不能提高抗压强 度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度；度；冷拔可同时提高钢筋的抗拉强度和抗压强度； （2）钢筋经冷加工后，力学性能发生显著变化；强度）钢筋经冷加

32、工后，力学性能发生显著变化；强度提高，塑性降低，由软钢变成硬钢。提高，塑性降低，由软钢变成硬钢。低碳钢受冷拔力应变低碳钢受冷拔力应变686970 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬

33、火与不耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。淬淬 火火 71 又称配火。金属热处理工艺

34、的一种。将经过淬火又称配火。金属热处理工艺的一种。将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若理。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除干时间，然后缓慢或快速冷却。一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。根据不同的要求可采用低温回火、中其延性或韧性。根据不同的要求可采用

35、低温回火、中温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度温回火或高温回火。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。和强度降低，延性或韧性逐渐增高。 回回 火火 72 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的的一种金属热处理工艺。一种金属热处理工艺。 退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、退火的目的在于：改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力

36、，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。为最细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。终热处理（淬火、回火）作好组织准备。 退退 火火 73某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事故发生时室外气温为36左右。经现场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳0.230.25，含硫0.06，焊接质量差。请分析事故原因。 分析答案74分析：原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构钢材要求，即含碳不超过0.22，含硫量不

37、超过0.055 。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查，多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质量差。 75l 8.3.1 碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢的牌号由4个要素组成：脱氧程度代号，F代表沸腾钢；b代表半镇静钢Z ；Z代表镇静钢；TZ代表特殊镇静钢，（Z、TZ符号可予以省略)。钢材屈服点数值质量等级代号分A、B、C、D四级钢材屈服点代号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”表示Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。 2.3 2.3 建筑钢材的技术标准及应用建筑钢材的技术标准及应用 7

38、6牌号牌号统一数学统一数学代号代号等级等级厚度（或厚度（或直径）直径）mm脱氧方脱氧方法法化学成份（质量分数）化学成份（质量分数）%，不大于，不大于CSiMnPSQ195U11952F、Z0.120.300.500.0350.040Q215U12152AF、Z0.150.351.200.0450.050U12155B0.045Q235U12352AF、Z0.220.0351.400.0450.050U12355B0.200.045U12358CZ0.170.400.040U12359DTZ0.035Q275U12752AF、Z0.240.0351.500.0450.050U12755B40Z0

39、.210.0450.045400.22U12758CZ0.200.0400.040U12759DTZ0.035（1）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：）表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号如下：Q195FU11950；Q215AFU12150，Q215BFU12153；Q235AFU12350，Q235BFU12353；Q275AFU12750 。（2）经需方同意，）经需方同意，Q235B的碳含量可不大于的碳含量可不大于0.22% 。表表2.1 碳素结构钢的化学成分（碳素结构钢的化学成分（GB/T700-2006）77牌号牌号等等

40、级级屈服点屈服点s(MPa)抗抗 拉拉强强 度度b(MPa)伸长率伸长率5(%)冲击试验冲击试验（V型缺口）型缺口）厚度厚度(或直径或直径)/mm厚度（或直径）厚度（或直径）/mm温度温度（）冲击冲击吸收吸收功功（纵（纵向）向）(J)不小不小于于16164040606010010015015020040406060100100150150200Q19519518531543033Q215A2152051951851751653354503130292726B+2027Q235A2352252152151951853705002625242221B+2027C0D-20Q275A27526525

41、52452252154105402221201817B+2027C0D-20Q195的屈服强度值仅供参考，不作交货条件。厚度大于100mm的钢材，抗拉强度下限允许降低20N/mm。宽带钢（包括剪切钢板）抗拉强度上限不作交货条件。厚度小于25mm的Q235B级钢材，如供方能保证冲击吸收值合格，经需方同意，可不作检验。78牌号牌号试样方向试样方向冷弯试验冷弯试验B=2a 180o钢材厚度或直径钢材厚度或直径(mm)6060100弯芯直径弯芯直径dQ195纵纵0横横0.5aQ215纵纵0.5a1.5a横横a2aQ235纵纵a2a横横1.5a2.5aQ275纵纵1.5a2.5a横横2a3a表表2.3

42、碳素结构钢的冷弯性能（碳素结构钢的冷弯性能（GB/T700-2006）由表由表2.1、表、表2.2和表和表2.3可可知，碳素结构知，碳素结构钢随着牌号的钢随着牌号的增大，其含碳增大，其含碳量增加，强度量增加，强度提高，塑性和提高，塑性和韧性降低，冷韧性降低，冷弯性能逐渐变弯性能逐渐变差。差。79碳素结构钢的特性与选用碳素结构钢的特性与选用 工程中应用最广泛的碳素结构钢牌号为Q235，其含碳量为0.14%0.22%，属低碳钢，由于该牌号钢既具有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，可焊性也好，故能较好的满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求。Q195、Q215号钢强度低，塑性和韧性较好，易于冷加

43、工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。Q215号钢经冷加工后可代替Q235号钢使用。Q275号钢强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，不易焊接和冷加工，可用于轧制钢筋、制作螺栓配件等。80l2.3.2 优质碳素结构钢优质碳素结构钢l分类分类：根据锰含量的不同分为普通锰含量钢和较高锰含量钢两组。l应用应用：成本较高，仅用于重要结构的钢铸件及高强度螺栓等。l牌号牌号：优质碳素结构钢的钢号用两位数字表示，它表示平均含碳量的万分数。较高含锰量时，在钢号后加注“Mn”。l优质碳素结构钢分为优质钢、高级优质钢(钢号后加A)和特级优质钢(钢号后加E)。根据国家标准GB2212000钢铁产品牌号表示方法规定，优质

44、碳素结构钢的牌号采用阿拉伯数字或阿拉伯数字和规定的符号表示，以二位阿拉伯数字表示平均含碳量（以万分数计），如：平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表示为“08F”；平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其牌号表示为“10b”；较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号，如：平均含碳量为0.50%，含锰量为0.70%1.0%的钢，其牌号表示为“50Mn”。优质碳素结构钢中的硫、磷等有害杂质含量更低，且脱氧充分，质量稳定，在建筑工程中常用做重要结构的钢铸件、高强螺栓及预应力锚具。81l2.3.3 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢l特点特点：在碳素钢的基础上添加总量小于

45、5合金元素，强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀。l应用应用：广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。 l牌号牌号：质量等级符合，分A、B、C、D、E五级屈服点数值代表屈服点的汉语拼音字母Q82牌号牌号质质量量等等级级屈服点屈服点s(MPa)抗拉强度抗拉强度b（MPa）伸长伸长率率5（%）冲击功（冲击功（A k v)(纵向）纵向）（J）180弯曲试验弯曲试验d为弯芯直径；为弯芯直径；a为为试件厚度（直径）试件厚度（直径）厚度（直径、边长）（厚度（直径、边长）（mm)+200-20-401516353550501

46、00不小于不小于钢材厚度（直径）钢材厚度（直径）（mm）不小于不小于1616100Q295AB295295275275255255235235390570390570232334d=2ad=2ad=3ad=3aQ345ABCDE345345345345345325325325325325295295295295295275275275275275470630470630470630470630470630212122222234343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ390ABCDE39039039039039037037037037037

47、0350350350350350330330330330330490650490650490650490650490650191920202034343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ420ABCDE420420420420420400400400400400380380380380380360360360360360520680520680520680520680520680181819191934343427d=2ad=2ad=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3ad=3ad=3aQ460CDE46046046044044044

48、0420420420400400400550720550720550720171717343427d=2ad=2ad=2ad=3ad=3ad=3a低合金高强度结构钢的力学性能低合金高强度结构钢的力学性能 （GB1591-1994） 83低合金高强度结构钢的特点与应用低合金高强度结构钢的特点与应用 由于低合金高强度结构钢中的合金元素的结晶强化和固熔强化等作用，该钢材不但具有较高的强度，而且也具有较好的塑性、韧性和可焊性。因此，在钢结构和钢筋混凝土结构中常采用低合金高强度结构钢轧制型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管及钢筋，来建筑桥梁、高层及大跨度建筑，尤其在承受动荷载和冲击荷载的结构中更为适用

49、。另外，与使用碳素钢相比，可节约钢材20%30%，而成本并不很高。目前我国生产的低合金结构钢有17种，分别是：09MnV、09MnNb、09Mn2、12Mn、18Nb、12MnV、09MnCuPTi、10MnSiCu、14MnNb、16Mn、16MnRE、10MnPNbRE、15MnV、15MnTi、16MnNb、14MnVTiRE、15MnVN。钢号中前面两个数字代表钢的平均含碳量的万分数，合金元素后无数字者，表示该元素的平均含量少于1.5%，标有“2”、“3”则指其含量为“1.52.49”及“2.53.49”，余类推。84 混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢筋增强混凝土，可大大

50、扩展混凝土的应用范围，而混凝土又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳素结构钢和优质碳素钢制成。素结构钢和优质碳素钢制成。 2.4 2.4 常用建筑钢材常用建筑钢材l 8.4.1 8.4.1 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、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。 852.4.1.1 热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋 经热轧成型，横截面通常为圆形，表面光滑的成品钢筋，称为热轧光圆钢筋（HPBHotrolled Plain Bars）。钢筋

51、按屈服强度特征值分为235、300级。 热轧光圆钢筋牌号由HPB和屈服强度特征值构成，分为为HPB235、HPB300两个牌号。 热轧光圆钢筋的公称直径范围为622mm，热轧光圆钢筋（GB 1499.1-2008）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16和20mm。可按直条或盘卷交货，按定尺长度交货的直条钢筋其长度允许偏差范围为0+50mm；按盘卷交货的钢筋，每根盘条重量应不小于1000kg 。 热轧光圆钢筋钢筋的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大拉力总伸长率Agt等力学性能特征值应符合规定。各力学性能特征值，可作为交货检验的最小保证值。按规定的弯芯直径弯曲180后，钢筋受弯

52、部位表面不得产生裂纹。8687牌号ReL（Mpa）Rm（Mpa）A（%）Agt（%）冷弯试验180d弯芯直径a钢筋公称直径不小于HPB23523537025.010.0d=aHPB300300420热轧光圆钢筋的力学性能热轧光圆钢筋的力学性能和工艺性能（和工艺性能（GB 1499.1-2008） 88带肋钢筋(a)月牙肋钢筋(b)等高肋钢筋 2.4.1.2 热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋 (HRBHotrolled Ribbed Bars) 经热轧成型并自然冷却的横截面为圆形的，且表面通常带有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋的钢筋，称为热轧带肋钢筋。包括普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋两种。 热轧带肋

53、钢筋按屈服强度特征值分为335、400、500级。 普通热轧钢筋的牌号由HRB和屈服强度特征值构成，分为HRB335（20Mnsi）、HRB400(20MnSiV、20MnSiNb或20MnsiTi)、HRB500三个牌号，。8990(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋 919293949596 热轧带肋钢筋的公称直径范围为热轧带肋钢筋的公称直径范围为650mm，热轧带肋钢热轧带肋钢筋筋（GB 1499.2-2007）推荐的钢筋公称直径为）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40和和50mm。 热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合热轧带肋钢筋通常按定尺长

54、度交货，具体交货长度应在合同中注明，按定尺长度交货时的长度允许偏差为同中注明，按定尺长度交货时的长度允许偏差为25mm，当，当要求最小长度时，其偏差为要求最小长度时，其偏差为+50mm，当要求最大长度时，其，当要求最大长度时，其偏差为偏差为50mm。热轧带肋钢筋也可以盘卷交货，每盘应是一。热轧带肋钢筋也可以盘卷交货，每盘应是一条钢筋，允许每批有条钢筋，允许每批有5%的盘数由两条钢筋组成。的盘数由两条钢筋组成。 97 热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应符合规热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应符合规定。各力学性能特征值，可作为交货检验的最小保定。各力学性能特征值，可作为交货检验的最小保证值；按规定

55、的弯芯直径弯曲证值；按规定的弯芯直径弯曲180后，钢筋受弯后，钢筋受弯部位表面不得产生裂纹。反向弯曲试验是先正向弯部位表面不得产生裂纹。反向弯曲试验是先正向弯曲曲90，再反向弯曲，再反向弯曲20，经反向弯曲试验后，钢，经反向弯曲试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。 热轧钢筋中热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性热轧钢筋中热轧光圆钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋；构的构造筋；HRB335和和HR

56、B400钢筋强度较高，钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢筋强度高，但钢筋强度高，但塑性及焊接性能较差，可用作预应力钢筋。塑性及焊接性能较差，可用作预应力钢筋。98牌号ReL（Mpa）Rm（Mpa）A（%）Agt（%）公称直径（mm）弯芯直径反向弯曲不小于d弯芯直径a钢筋公称直径HRB335HRBF3353354551740506253d4d28404d5d40505d6dHRB400HRBF400400540166254d5d5d6d6d7dHRB500HRBF5005

57、00630156256d7d7d8d8d9d热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能（热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能（GB 1499.22007） 99细晶粒热轧钢筋细晶粒热轧钢筋 hot rolled bars of fine grains 在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体，不得有影响使用性能的其金相组织主要是铁素体加珠光体，不得有影响使用性能的其它组织存在，晶粒度不粗于其它组织存在，晶粒度不粗于9级。细晶粒热轧钢筋的牌号级。细晶粒热轧钢筋的牌号由由HRBF和屈服强度特征值构成，分为和屈服强度特征值构

58、成，分为HRBF335、HRBF400、HRBF500三个牌号。三个牌号。细晶粒钢的表示方法：细晶粒钢的表示方法：类别类别牌号牌号牌号构成牌号构成英文字母含义英文字母含义细晶粒热轧细晶粒热轧钢筋钢筋HRBF335HRBF335由由HRBF +HRBF +屈服屈服强度强度特征值构成特征值构成HRBFHRBF在热轧带肋钢筋的英文缩写后在热轧带肋钢筋的英文缩写后加加 “细细” 的英文（的英文（FineFine）首位字母。）首位字母。100 通过控轧控冷工艺获得超细组织，从而在不增加合金含通过控轧控冷工艺获得超细组织，从而在不增加合金含量的基础上大幅提高钢材的性能，成为当前国际上研究的热量的基础上大幅

59、提高钢材的性能，成为当前国际上研究的热点。传统的控轧控冷工艺，注重的是材料的组织成分的控制，点。传统的控轧控冷工艺，注重的是材料的组织成分的控制，对利用细化晶粒手段达到提高钢材性能的研究没有给予足够对利用细化晶粒手段达到提高钢材性能的研究没有给予足够的重视。而且对于低碳钢，传统的控轧控冷手段得到的晶粒的重视。而且对于低碳钢，传统的控轧控冷手段得到的晶粒尺寸为大于尺寸为大于5微米，并且借助微合金化手段才能获得。近十微米，并且借助微合金化手段才能获得。近十几年来，国际上广泛开展了获得细晶粒组织的研究，以期有几年来，国际上广泛开展了获得细晶粒组织的研究，以期有效地提高钢的强度和韧性。同时未来钢铁材料

60、研究发展方向效地提高钢的强度和韧性。同时未来钢铁材料研究发展方向是以高纯洁度、高均匀度和细晶粒为主要发展目标之一。以是以高纯洁度、高均匀度和细晶粒为主要发展目标之一。以节省资源、降低成本和可回收利用为研究的基本原则。节省资源、降低成本和可回收利用为研究的基本原则。 1012.4.2 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 Coldrolled Ribbed Bars 热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的三面或二面横肋的钢筋，称为冷轧带肋钢筋分布的三面或二面横肋的钢筋，称为冷轧带肋钢筋(小螺小螺纹纹)。 钢筋表面的横肋呈月牙形。横肋沿钢筋横截面周圈