土木工程材料第八章 钢材

1、第八章 钢 材 主 讲：李 瑞 璟共八十八页钢结构建筑有许多优点，与钢筋混凝土相比，有更好的抗震、防腐、耐久、环保和节能效果；可实现构架的轻量化和构件的大型化，施工亦较为简便。但同时也存在不少缺点，其中较突出(t ch)的一点是防火问题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。共八十八页第一节钢材的基本知识钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于2.06的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06的铁碳合金称为生铁。土木工程钢材是指用于钢结构的各种( zhn)型钢、钢板、钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。优点：品质均

2、匀稳定、强度高、塑性韧性好、可焊接和铆接等优异性能。缺点：易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.共八十八页共八十八页共八十八页共八十八页造假(zo ji)钢材共八十八页共八十八页 一、钢的冶炼(ylin) 将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的范围，其他杂质(zzh)含量降低到允许的范围，经烧铸即得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。钢主要用三种方法冶炼：氧气转炉钢 用纯氧吹入铁液中是碳和杂质氧化电炉钢 主要用废钢返回熔炼活动各种特殊钢平炉钢 以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石中的氧使碳和杂质氧化共八十八页共八十八页共八十八页共八十八页共

3、八十八页炼钢(lin n)转炉炼钢浇铸(jiozh)钢锭共八十八页炼钢筋(gngjn)炼钢(lin n)板共八十八页 二、钢的分类(fn li) 钢是由生铁冶炼而成。生铁是由铁矿石、焦炭(燃料)和石灰石(熔剂)等在高炉中经高温熔炼，从铁矿石中还原出铁而得。生铁的主要成分是铁，但含有较多的碳以及硫、磷、硅、锰等杂质，杂质使得生铁的性质硬而脆、塑性很差，抗拉强度很低，使用受到很大限制。炼钢的目的就是通过生铁在炼钢炉内的高温氧化作用，减少生铁中碳和硫、磷等杂质含量，以显著改善其技术性能，提高质量。将生铁中的含碳量降至2以下，使磷、硫等杂质含量降至一定(ydng)范围内即成为钢。共八十八页按化学成分分

4、类(fn li)碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次(qc)是碳，故也称铁一碳合金，其含碳量为002一206。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢(含碳量小于0.25)、中碳钢(含碳量为0.250.60)高碳钢(含碳量大于0.60) 。合金钢。合金钢是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钦、钒、银、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为低合金钢(合金元素总含量小于5)、中合金铜(合金元素总含量为5一10)高合金钢(合金元素总含量大于10)。 共八十八页 按冶炼时脱氧(tu yng)程度

5、分类 沸腾钢。炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，则脱氧不完全，这种钢水浇入锭模时，会有大量的CO气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状 ，故称沸腾钢，代号为“F”。沸腾钢组织不够致密，成分(chng fn)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、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。镇静钢。炼钢时采用锰铁、硅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静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢；代号为“Z”。镇静钢虽成本较高，但其组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要结构工程。半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为“b”

6、。 共八十八页沸腾钢镇静钢共八十八页从图中可见，沸腾钢的气泡明显多于镇静钢，沸腾钢是脱氧不完全的钢，浇铸(jiozh)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，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，其

7、质量较好。 共八十八页第二节 钢的晶体(jngt)组成和化学成分 钢是一种(y zhn)多晶体材料。但晶体具有各向异性的特征，而多晶体则为各向同性。钢的宏观力学性能由其内部晶体结构和化学成分所决定。纯铁的晶格类型 钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立方晶格和面心立方晶格。其晶体结构中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑性。共八十八页1534Fe体心立方1390910Fe面心立方Fe体心立方纯铁的同素异晶转变(zhunbin)铁的冷却曲线共八十八页钢晶格(jn )的两种构架钢材的晶格并不都是完好无缺的

8、规则排列，而是存在许多缺陷，它们将显著(xinzh)地影响钢材的性能，这是钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。共八十八页钢的基本(jbn)晶体组织 钢是以铁（Fe）为主的Fe-C合金。Fe-C合金于一定条件下能形成具有一定形态的聚合体，称为(chn wi)钢的组织，在显微镜下能观察到它们的微观形貌图象，故也称显微组织。片状珠光体（1000倍） 针状和块状铁素体（100倍） 共八十八页 钢材在常温下主要有三种显微组织：铁素体:钢材中的铁素体系碳在-Fe中的固溶体，由于-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02）

9、，由此决定其塑性、韧性(rn xn)好；但强度、硬度低。渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高达6.67，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量较低(0.8)，层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。 共八十八页 此外，钢材在温度高于723 时，还存在奥氏体。奥氏体为碳在-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可达2.06，低温下降至0.8。其强度、硬度(yngd)不高，但塑性好。碳钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧制成型。 化学成分对钢性能的影响 除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一些的其他元素。这些成

10、分可分为两类：一类能改善优化钢材的性能称为(chn wi)合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等；另一类能劣化钢材的性能，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分含量少，但对钢的性能影响很大。 共八十八页化学元素强度硬度塑性韧性可焊性其他碳（C）1% 冷脆性锰（Mn） 脱氧、硫剂钛（Ti）强脱氧剂钒（V)时效磷（P）偏析、冷脆氮（N）冷脆性硫（S）氧（O）化学元素(hu xu yun s)对钢材性能的影响 共八十八页 磷主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、耐蚀性，但塑性、韧性(rn xn)显著降低，当温度很低时，对后二者影响更大，磷的偏析倾向强烈。冷脆性硫、氧主要存在于非金属夹杂物

11、中，降低各种力学性能，硫化物造成的低溶点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效倾向的作用，氧化物所造成的低溶点亦使钢的可焊性变坏。热脆性 共八十八页 第三节 钢材(gngci)的力学性能 钢材的力学性能(xngnng)主要有抗拉性能(xngnng)、冲击韧性、耐疲劳和硬度等。抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。建筑钢材的抗拉性能，可用低碳钢受拉时的应力一应变图来阐明，图中明显地分为以下四个阶段：共八十八页共八十八页弹性阶段(OA段)：在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限(jxin)。此阶段应力与应

12、变成正比，即产生单位弹性应变时所需的应力大小。它是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。（弹性模量和弹性极限）屈服阶段(AB段)：当荷载增大，试件应力超过A时，应变增加的速度大于应力增长速度，应力与应变不再成比例，开始产生塑性变形。图中B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上限，B下点称为屈服下限。由于B下比较稳定易测，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用s表示。 共八十八页 故般以B下点对应的应力作为屈服点。钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件内部组织结构

13、发生变化，抵抗变形能力(nngl)又重新提高，故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为强度极限或抗拉强度b。 工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.580.63，合金钢为0.650.75。共八十八页 颈缩阶段(CD段) 当钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小，产生“颈缩现象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发生断裂。将拉断后的试件于断裂处对接在一起(yq)，测得其断后标距Ll。标距

14、的伸长值与原始标距(L0)的百分比称为伸长率。 共八十八页伸长率是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。5和10分别表示l0=5d 和l0=10d 时的伸长率。对同一种钢材510。这是因为钢材中各段在拉伸的过程中伸长量是不均匀的,颈缩处的伸长率较大，因此(ync)当原始标距l0与直径d 0之比愈大，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，因而计算得的伸长率就愈小。某些钢材的伸长率是采用定标距试件测定的，如标距l0=100 mm或200 mm，则伸长率用100或200表示。 共八十八页1) 若对于变形要求

15、严格的构件，、两种低碳钢选用谁者更合适。 从、两条曲线比较可知，低碳钢的弹性模量E小于低碳钢，也就是说，低碳钢的抗变形能力不如低碳钢。对于变形要求严格的构件选用低碳钢更为合适。2) 使用、两种钢材(gngci)，哪一个安全性较高。 、两种低碳钢的屈服强度s相近，但低碳钢的抗拉强度b高于，即其屈服强度比s/b 较小。屈服强度比值越小，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。(当然，屈服比过小时，表示钢材强度的利用率偏低，不合理。Q225钢材的屈服比为0.580.63，普通的合金钢的屈强比在0.670.75之间。) 共八十八页冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，为钢

16、材的重要工艺性质。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)为指标表示。钢材冷弯试验是通过直径(或厚度(hud)为a的试件，采用标准规定的弯心直径d(d=na)，弯曲到规定的角度(180或90)时，检查弯曲处有无裂纹、断裂及起层等现象，若无则认为冷弯性能合格。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径愈小，则表示其冷弯性能愈好。 共八十八页 钢材的冷弯性能和其伸长率一样，也是表明钢材在静荷下的塑性，而且冷弯是在苛刻(kk)条件下对钢材塑性的严格检验，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。在工程中，冷弯试验还被用作对钢材焊接质量进行严格检验的一种手段。共八十八页冲击韧

17、性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。将有缺口的标准(biozhn)试件放在冲击试验机的支座上，用摆锤打断试件，测得试件单位面积上所消耗的功，作为冲击韧性指标，用冲击值ak表示ak值愈大，表明钢材在断裂时所吸收的能量越多，则冲击韧性越好。 共八十八页钢材的冲击(chngj)韧性越大,钢材抵抗冲击(chngj)荷载的能力越强。 ak值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时， ak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。 共八十八页 钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击韧性能有明显的影响。例如，钢中磷、硫含

18、量较高，存在偏析、非金属夹杂物、气孔和焊接中形成的微裂纹等，都会使冲击韧性显著降低。除此以外，钢的冲击韧性受温度的影响较大，冲击韧性随温度的下降而减小，当降到一定温度范围时，ak值急剧下降，从而可使钢材出现(chxin)脆性断裂这种性质称为钢的冷脆性。所以，在负温下使用的钢材，特别是承受动荷载的重要结构，必须要检验其低温下的冲击韧性。 共八十八页硬度:硬度是衡量钢的软硬程度的一个指标，它是表示钢材表面局部体积内，抵抗变形或破裂的能力，也即指抵抗其他更硬的物体压入钢材表面的能力。测定钢材硬度的方法很多，建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。 布氏硬度是用一定直径D(mm)的硬质钢球,在规定

19、荷载P(N)作用下压入试件表面，并持续(chx)一定时间后卸裁，量出压痕直径d(mm)，然后计算每单位压痕球面积所承受的荷载值，即布氏硬度值(HD)，见图。共八十八页共八十八页 钢材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(yuy)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。 在一定条件下，钢材疲劳破 坏的应力值随应力循环次数的增 加而降低（如图所示）。 疲劳强度 受交变荷载反复作用，钢材(gngci)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。 共八

20、十八页 钢材在无穷次交变荷载(hzi)作用下而不至引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以2106次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中几种情况。一般来说，钢材的抗拉强度高，其疲劳极限也较高。 焊接(hnji)性能 焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。 共八十八页焊接是把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。它是钢结构的主要连接形式。钢材的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

21、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。钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金元素及杂质(zzh)元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25时，可焊性明显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定 共八十八页 钢材的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。钢材的化学成分对钢材的可焊性有很大的影响。随钢材的含碳量、合金(hjn)元素及杂质元素含量的提高，钢材的可焊性降低。钢材的含碳量超过0.25时，可焊性明

22、显降低；硫含量较多时，会使焊口处产生热裂纹，严重降低焊接质量。钢材的焊接须执行有关规定。共八十八页1994年10月21日韩国汉城汉江圣水大桥中段50 m长的桥体象刀切一样坠入江中，造成多人死亡(swng)。该桥由韩国最大的建筑公司之一东亚建设产业公司于1979建成。 事故原因调查团经五个多月的各种试验和研究，于次年4月2日提交了事故报告。事故原因主要有以下两方面：a.东亚建筑公司没有按图纸施工，在施工中偷工减料，利用疲劳性能很差的劣质钢材，这是事故的直接原因。b.当时韩国缩短工期及汉城市政当局在交通管理上疏漏也是大桥倒塌的主要原因。设计负载限制为32 t，建成后交通流量逐年增加，超常负荷，倒塌

23、时负载为43.2 t。共八十八页共八十八页1999年月日晚时分前后，重庆市綦江县城跨越綦河（长江支流）两岸、连 接城东城西的人行彩虹桥（形似彩虹而名，系綦江县形象工程）整体垮塌，人遇难，包 括名年轻武警战士。 月日，经事故调查组调查，彩虹桥突然垮塌是由两方面的原因造成的。一是工程质 量问题：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接质量不合格，存在严重缺陷，个别焊缝并有陈旧性 裂痕；钢管内混凝土抗压强度不足，低于设计标号的三分之一；连接桥梁、桥面和拱架的拉 索、锚具和镏片严重锈蚀。二是工程承发包不合法：到日止，事故调查组找不到工程设计 专用章，设计手续不全，实际上是私人设计。施工承包者是一个挂靠国有的个体业

24、主(yzh)，其组 织的施工队伍不具备进行市政工程建设的技术力量和设备，不具有合法的市政工程施工资 质。 共八十八页工作人员正在对桥面进行分解(fnji)切割 共八十八页共八十八页乐山市共八十八页2000年12月18日綦江新虹桥，新虹桥为X型钢筋混凝土人行拱桥，全长160米，净跨130米，宽7.5米，工程(gngchng)总造价800万人民币 共八十八页共八十八页共八十八页 第四节 冷加工时效(shxio)及其应用 将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性 和韧性有所降低，这个(zh ge)过程称为钢材的冷加工强化。 工程中常对钢筋进行冷拉或冷拔加工，以期

25、达到提高钢材强度和节约钢材的目的。钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过屈服点，但远小于抗拉强度时即卸荷。冷拔是将6一8mm的光圆钢筋，通过一钨合金拔丝模孔而被强力拉拔，使其径向挤压缩小而纵向伸长。 共八十八页 将经过冷拉的钢筋。于常温下存放1520d，或加热到100200并保持23h后，则钢筋强度将进，步提高，这个过程称为时效处理，前者称自然时效，后者称为人工时效、通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度较高的钢筋则需采用人工时效。 钢材经冷加工产生塑性变形后，塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，导致滑移面下的晶粒破碎，品格歪扭畸变，滑移面变很凹凸不平，对晶粒进一步滑移起阻碍(z i)作用，亦即提

26、高了抵抗外力的能力，故屈服强度得以提高, 抗拉强度基本不变。同时，冷加工强化后的钢材，由于塑性变形后滑移面减少，从而使其塑性降低，脆性增大，且变形中产生的内应力，使钢的弹性模量降低。 共八十八页共八十八页钢筋经冷拉及时效以后，屈服强度得到进一步提高，且抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则要相应降低(jingd)，弹性模量基本恢复。共八十八页 建筑工程用钢主要(zhyo)有钢结构用钢和钢筋混凝土用钢两类。第五节 主要(zhyo)钢种 碳素结构钢 国家标准GB 700-88碳素结构钢中规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值

27、共分195 MPa、215 MPa、235 MPa、255 MPa和275 Mpa五种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示； 共八十八页 脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号(piho)中予以省略。随着牌号(piho)的增大，对钢材屈服强度和抗拉强度的要求增大，对拉长率的要求降低。 碳素结构钢的牌号(piho)和化学成分应符合表8.1规定。碳素结构钢的力学性能、牌号、等级指标见表8.2。其冷弯性能指标见表8.3 。 例如：Q235AF表示屈服点为235 MPa的A级沸腾碳素结构钢。共八十八页 随着牌号的增大，其

28、含碳量增加，强度提高(t go)，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。 钢结构中，主要应用的是碳素钢Q235。还有其它几种碳素结构钢常用于土木工程中。Q195强度不高，塑性、韧性(rn xn)、加工性能与焊接性能较好，主要用于轧制薄板和盘等。Q215与Q195钢基本相同，其强度稍高，大量用做管坯、螺栓等。共八十八页Q235强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲

29、击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般(ybn)钢结构用钢的要求 Q235-A一般用于只承受静荷载作用的钢结构。 Q235-B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构， Q235-C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构， Q235-D适合用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。共八十八页Q255强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差，主要用做铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。Q275强度、硬度较高，耐磨性较好，但塑性、冲击韧性和可焊性差，不宜在建筑结构中使用，主要用于制造(zhzo)轴类、农具、耐磨零件和垫板等。共八十八页优质碳素结构钢 按国家标准GB/

30、T 699-1999优质碳素结构钢的规定，优质碳素结构钢根据锰含量的不同(b tn)可分为：普通锰含量（锰含量0.8）钢和较高锰含量（锰含量0.71.2）钢两组。 优质碳素结构钢的钢材一般以热轧状态供应，硫、磷等杂质含量比普通碳素钢少，其他缺陷(quxin)限制也较严格，所以性能好，质量稳定。 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，它表示钢中平均含碳量的万分数。如45号钢，表示钢中平均含碳量为0.45。 共八十八页 数字后若有“锰”字或“Mn”，则表示属较高锰含量的钢，否则为普通锰含量钢。如35Mn表示平均含碳量0.35，含锰量为0.71.0。若是沸腾钢或半镇静钢，还应在牌号(piho)后面加“

31、沸”（或F）或“半”（或b）。 优质碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量高，则强度高，但塑性和韧性降低。在建筑工程中，3045号钢主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，45号钢用做预应力混凝土锚具，6580号钢用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。 共八十八页低合金高强度结构钢 低合金高强度(qingd)结构钢的牌号的表示方法为：屈服强度(qingd)质量等级，它以屈服强度(qingd)划分成五个等级：295、Q345、Q390、Q420、Q460，质量也分为五个等级：E、D、C、B、A。 国家标准GB 1591-94低合金(hjn)高强度结构钢规定了各牌号的低合金(hjn)高强度结构钢的化学

32、成分（见表8.4)、力学性能(见表8.5)。由于合金(hjn)元素的强化作用，使低合金(hjn)结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金(hjn)共八十八页 高强度结构钢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(hzi)和冲击荷载(hzi)的结构。共八十八页 钢筋(gngjn)混凝土用钢材 热轧钢筋 钢筋混凝土用热轧钢筋，根据其表面状态特征分为(fn wi)光圆钢筋和带肋钢筋。其力学性能和用途见表8.6和表8.7共八十八页I级钢筋由碳素结构(jigu)钢轧制，其余均由低合金钢轧制。I级钢筋的强度较低，但塑

33、性及焊接性能很好，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构(jigu)的构造筋。HRB335级和HRB400级钢筋的强度较高，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。HRB500级钢筋强度高，但塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。共八十八页 预应力混凝土用热处理钢筋 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。其主要(zhyo)用于预应力混凝土轨枕，代替碳素钢丝。 冷拔低碳钢丝 冷拔低碳钢丝是将直径为6.58mm的Q235热轧盘条钢筋，经冷拔

34、加工而成。根据标准GB50204一92的规定，冷拔低碳钢丝分为甲、乙两级，甲级丝适用于作预应力筋，乙级丝适用于作焊接(hnji)网、焊接(hnji)骨架、箍筋和构造钢筋。共八十八页 预应力混凝土用钢丝和钢绞线 根据GB/T 5223-1995预应力混凝土用钢丝规定，预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢制成，抗增强度高达14701770 MPa，分为消除应力光圆钢丝（代号为S）、消除应力刻痕钢丝（SI）、消除应力螺旋力钢丝（SH）和冷拉钢丝（RCD）四种。刻痕钢丝和螺旋肋钢丝与混凝土的粘结力好，亦即钢丝与混凝土的整体性能(xngnng)好；消除应力钢丝的塑性比冷拉钢丝好。 预应力混凝土用钢丝按松

35、弛分为两级：级松弛（普通松弛）、级松弛（低松弛）。共八十八页预应力混凝土钢丝和标记(bioj)方式为： 预应力钢丝 直径抗拉强度代号松弛等级-GB/T 52231995 根据GB 52241995预应力混凝钢绞线规定，预应力混凝钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝以绞捻和消除内应力的热处理而制成。根据钢丝的股数分为三种结构类型：12、13、和17。17结构钢绞线以一根钢丝为芯、6根钢丝围绕其周围捻制而成。钢绞线与混凝土的粘结力较好。 钢绞线的标记方式为：预应力钢绞线 结构类型公称直径强度级别松弛(sn ch)等级GB/T 5224-1995共八十八页 钢结构用钢材(gngci) 钢结构用钢主要是热轧

36、成形的钢板和型钢等；薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢；钢材所用(su yn)的母材主要是普通碳素结构钢及低合金高强度结构钢。 热轧型钢 钢结构常用的型钢有：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边型钢等。型钢由于截面形式合理，材料在截面上分布对受力最为有利，且构件间连接方便，所以它是钢结构中采用的主要钢材。型钢的规格通常以反映其断面形状的主要轮廓尺寸来表示。共八十八页 热轧普通工字钢工字钢是截面为工字型、腿部内侧有1:6斜度的长条钢材。工字钢广泛应用于各种建筑结构和桥梁，主要用于承受横向弯曲（腹板平面内受弯）的杆件，但不宜单独用作轴心受压构件或双向弯曲的构件。热轧H型钢和剖

37、分T型钢H型钢由工字钢发展而来，优化了截面的分布。与工字钢相比，H型钢具有翼缘宽、侧向刚度大、抗弯能力强、翼缘两表面(biomin)相互平行、连接构件方便、省劳力、重量轻、节省钢材等优点。共八十八页 H型钢分为宽翼缘（代号为HW）、中翼缘（HM）和窄翼缘H型钢（HN）以及H型钢桩（HP）。H型钢截面形状经济合理，力学性能好，常用于要求(yoqi)承载力大、截面稳定性好的大型建筑（如高层建筑）。T型钢由H型钢对半剖分而成。热轧普通槽钢槽钢是截面为凹槽形、腿部内侧有1:10斜度的长条钢材。规格以“腰高度腿宽度腰厚度”（mm）或“腰高度”（cm）表示。同一腰高的槽钢，若有几种不同的腿宽和腰厚，则在其

38、后标注a、b、c表示该腰高度下的相应规格。槽钢的规格范围为540。槽钢可用做承受轴向力的杆件、承受横向弯曲的梁以及联系杆件，主要用于建筑钢结构、车辆制造等。共八十八页 钢板和压型钢板 用光面轧辊轧制而成的扁平钢材，以平扳状态供货的称钢板；以卷状供货的称钢带。根据轧制温度不同，又可分为热轧和冷轧两种。建筑用钢板及钢带的钢种主要是砍紊结构钢，重型结构、大跨度桥梁、高压容器等由采用低台金钢钢板。 按厚度来分，热轧钢板分为厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度为0.354mm)两种；冷轧钢板只有薄板(厚度为0.2-0.4mm)一种。厚板可用于焊接结构;薄板可用作屋面或场面等围护结构或作为涂层钢板的原料(y

39、unlio)如制作压型钢板等：钢板可用来弯曲型钢共八十八页 . 薄钢板经冷压或冷轧成波形、双曲形、v形等形状，称为压型钢板。制作压型钢板的板材采用有机涂层薄钢板(或称彩色钢板)般锌薄钢板、防腐薄钢板或其他薄钢板。 压型钢板具有(jyu)单位质量轻、强度高、抗震性能好、施工快、外形美观等特点，主要用于围护结构、楼板、屋面等。共八十八页 冷弯薄壁型钢结构用冷弯空心型钢空心型钢是用连续辊式冷弯机组生产的，按形状(xngzhun)可分为方形空心型钢（代号为F）和矩形空心型钢（代号为J）。通用冷弯开口型钢冷弯开口型钢是用可冷加工变形(bin xng)的冷轧或热轧钢带在连续辊式冷弯机组上生产的，按形状分为

40、8种：冷弯等边角钢、冷弯不等边角钢、冷弯等边槽钢、冷弯不等边槽钢、冷弯内卷边槽钢、冷弯外卷边槽钢、冷弯Z型钢、冷弯卷边Z型钢。共八十八页 钢材的锈蚀(xi sh)和防止 钢材(gngci)的腐蚀 钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。钢材腐蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为严重。腐蚀不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性等力学性能。根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。共八十八页 化学腐蚀指钢材与周围的介质（如氧气(yngq)、二氧化碳、二

41、氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度大大加快。电化学腐蚀(fsh) 化学腐蚀 钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液(如水)存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。整个电化学腐蚀过程如下： 共八十八页 阳极(yngj)区：Fe = Fe2+ + 2e阴极区：2H2O + 2e + 1/2O2 = 2OH- + H2O溶液区：Fe2+ 2OH-= Fe(OH)2 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O= 4 Fe(OH)3 水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀的过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同(gngtng)作用所致，但以电化学腐蚀为主。共八十八页 钢材(gngci)的防护 钢材的腐蚀既有内因（材质），又有外因(wiyn)（环境介质的作用），