土木工程材料 钢材

土木工程材料建筑钢材建筑钢材一种或两种以上的金属元素或金属与某些非金属元素组成的合金的总称铁铁碳合金，含有较多的碳和其它杂质，性能既硬又脆，影响使用钢铁碳合金，碳的含碳量在2.11％以下，在强度、韧性等性质方面都较铁有了较大幅度提高铁(主要元素)碳(0.02%～2.06%)其他元素通过这种冶炼得到的铁中，仍含有较多的碳和其它杂质，故性能既硬又脆，影响使用，此过程称为炼铁。

铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，通过炉内的高温氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出，其它杂质则形成氧化物进入炉渣中除去，这样可得到含碳量合乎要求的产品，即为钢

1.按化学成分分类低碳钢：含碳量<0.25%中碳钢：低碳钢：含碳量０.25%～0.6%高碳钢：含碳量>0.6%（1）碳素钢

（碳钢）

（2）合成钢——专门加入合金元素按合金元素含量分

低合金钢：合金元素总含量<5%中合金钢：合金元素总含量5%～10%高合金钢：合金元素总含量>10%

建筑钢材分类2．按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量

≤0.050%，含磷量≤0.045%优质钢：含硫量

≤0.035%，含磷量≤0.035%高级优质钢：含硫量

≤0.025%，含磷量≤0.025%，牌号后加“高”或“A”特级优质钢：含硫量

≤0.015%，含磷量≤0.015%，后加“E”建筑钢材分类建筑钢材分类3.按冶炼时脱氧程度分

沸腾钢：脱氧不充分，代号“F”镇静钢：脱氧充分，代号“2”半镇静钢：脱氧程度介于“F”与“2”之间，代号“b”特殊镇静钢：脱氧彻底，代号“TZ”4．按用途分类结构钢：建筑结构、机械制造（低、中碳钢）工具钢：各种工具（高碳钢）特殊钢：不锈钢（具有各种特殊的物理化学性质）

钢材的化学组成对其性能影响钢材的化学组成碳对碳钢性能的影响σb－抗拉强度 αk－冲击韧性ψ－面积减缩率δ－伸长率 HB－硬度钢材的化学组成对其性能影响钢材中的常存杂质

硫：来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很大。

碳：炼钢氧化过程中存于钢中，害处大于益处，故归于有害元素。锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧、硫能力，大大改善钢材加工性能。硅：脱氧剂，较锰强。两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。氧：与碳、磷相似。

氢:极有害的气体，形成几乎是圆圈状的平坦的断裂面，即“白点”。有害元素钢材的物理力学性能建筑材料的主要技术性能力学性质：强度、弹性、塑性、耐磨性…工艺性质（可加工性）：冷弯、可焊性

钢材的物理力学性能

1.抗拉性能——是建筑钢材最重要的力学性能。

拉伸过程分四个阶段：弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段钢材的物理力学性能

拉伸性能指标：主要有屈服点、抗拉强度和伸长率等。

（1）屈服强度（屈服点）上屈服强度：试样首次屈服前的最大应力；

下屈服强度：屈服阶段的最小强度，即屈服点Fs

——屈服阶段最小应力(首次回针所对应的力),N；Ao

——钢材的截面积，mm2。

注意：有些钢材无明显屈服点（合金钢、高碳钢等硬钢），应采用产生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服点（称条件屈服点）,记为σ0.2。钢材的物理力学性能（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。Fb——为最大应力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。可靠性参数

值得注意：强屈比的概念值越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪费增大。钢材的物理力学性能（3）伸长率：塑性指标。意义：值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性增强，安全性增强。

值有两种：5——表示l0=5d0，d0——钢材直径；

10——l0=10d0。lo——试件原始标距长度，mm；l1——试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。

钢材的物理力学性能

（4）断面收缩率：塑性指标。

AO——试样拉断后颈缩处的截面积，mm2；

A1——表示钢材的原始截面积，mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。钢材的物理力学性能

2.冲击韧性

——指钢材抵抗冲击荷载的能力。

试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。

指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。

ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。冲击韧性试验原理图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，也即指抵抗其它更硬的物体压入钢材表面的能力。HB是以10MPa计的数字表示，如HB＝150，即表示HB值为1500兆帕。

3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。

危害极大钢材的物理力学性能工艺性能

冷弯性能：常温下钢材承受弯曲变形的能力。焊接性能：钢结构中90%以上为焊接结构,焊接性非常重要。钢材的醉物理力筋学性能1冷弯性能冷弯性能哨试验：试件被春弯曲的郊角度（90°、180°）。冷弯试牧验意义菠：能反映试指件弯曲处顾的塑性变侦形，能揭仅示钢材是防否存在内精部组织不然均匀、内烦应力和夹区杂物等缺等陷。冷弯试验前也能对钢明材的焊接掩质量进行村严格的检滩验，能揭梯示焊件受巨弯表面是裹否存在未点熔合，裂杏缝及夹杂北物等缺陷高。判定标壶准：若试件谣弯曲处顽的外表面无铸裂断、裂掌缝或起层种，认为冷喉弯性能梯合格。钢材的物冬理力学性幼能焊接性能焊接方式希：搭接、声对接焊接要也求：①焊接处挂（焊缝海及其附唉近过热注区）不排产生裂缝及牛硬脆倾虑向。②焊接处与先母材一致历，即拉伸洲试验，强炊度不低于安原钢材熟强度。影响因永素：碳、合躬金元素嗽等杂质离元素越拖多，可疤焊性越朴小。钢材的植强化与推加工热处理瞒是将钢希材按一招定规则太加热、亮保温和楚冷却，瓦以改变湿其组织项，从而迈获得需并要性能狂的—种工艺过核程。热处产理的方法掀有退火、正移火、淬火幼和回火。钢材的嫂强化与梅加工冷加工——指钢材在其常温下进尽行的加工繁。常见的蓝冷加工病方式：冷拉、羞冷拔、虑冷轧、乖冷扭、托刻痕等难。特点：钢材经毅冷加工读产生塑役性变形渔，从而侵提高其遍屈服强协度，这一过披程称为冷加工冠强化处歌理。钢材的强攀化与加工时效处理——将经过虑冷拉的光钢筋于常温下闻存放15～20d，或加热到100～200℃并保持渣一段时麻间,这个过串程称为恭时效处铸理。自然时效作用:钢筋冷拉希以后再经弱过时效处施理，其害屈服点进一步奥提高，虑塑性继续有所降罢低。人工时效冷拔、惰冷轧建筑钢材位的标准与烦选用1.碳素结构热钢（1）碳素戏结构钢母的牌号表示按顺桂序：屈服点字袭母（Q）、屈哈服点数殊值（单服位MPa）、质量等级尘（有A、B、C、D4级，逐慨级提高闯）和脱穿氧方法（F：沸腾钢甚，b：半镇钢绿，Z：镇静涉钢，TZ：特殊总镇钢。牌号表暑示时Z、TZ可省略）旨。例如：Q23封5—A·F表示屈服肆点为235全MPa，A级沸腾钢斤。Q235—B表示屈截服点为235杨MPa，B级镇静温钢。（2）碳素结誓构钢的选婆用碳素结构穿钢依牌号虎增大，含锻碳量增加疮，其强度甲增大，但芝塑性和韧想性降低。建筑工程墓中主要应谦用Q23柿5号钢,可用于曲轧制各尤种型钢考、钢板兼、钢管度与钢筋师。具有较高炕的强度，但良好的塑汗性、韧性巧，可焊性申及可加工轿等综合性暖能好,且冶炼方钟便，成剪本较低堤，因此辣广泛用框于一般型钢结构祝。建筑钢罚材的标类准与选亡用2.低合金高斯强度结构旱钢（1）低合金袖高强度钢且的牌号共有5个牌号牌号由三管部分表示妻：含碳量、断合金元素愁的种类及棉含量。前扣两位数字表穷示平均生含碳量活的万分共数；其灭后的元疗素符合榜表示按债主次加入的合钳金元素亩；合金负元素后宇面如未姐附数字净，表示霸其平均概含量在1.5%以下；乌如附有宝数字“2”,表示其尘平均含海量在1.5她%～2.5%之间最后如附翅有“b”，表示精为半镇础静钢，开否则为绸镇静钢龄。例如：16M秋n表示平裕均含碳栏量为0.16祝%，平均含碳档量低于1.5床%的镇静钢艳。建筑钢材先的标准与严选用（2）低合呜金高强离度钢的盾选用低合金客高强度伟结构钢肯具有轻至质高强欺，耐蚀用性、耐薯低温性观好，抗骑冲击性秋强，使用寿扭命长等杜良好的钞综合性呜能；具则有良好仇的可焊年性及冷犹加工性童，易于掩加工与施突工，因军此，低的合金高睡强度结汁构钢可恼以用作住高层及辅大跨度粪建筑（风如大跨度块桥梁、流大型厅内馆、电遵视塔等动）的主沃体结构牲材料。与普通运碳素钢旦相比可头节约钢游材，具万有显著刚的经济扯效益。当低合金唤钢中的铬阅含量达11.5乓%时，铬窗就在合访金金属宝的表面季形成一窜层惰性的氧化铬讽膜，成为肌不锈钢。不锈钢堵具有低水的导热怠性，良咏好的耐乳蚀性能劫等优点悟；缺点姜是温度农变化时膨胀性鹊较大。不锈钢既决可以作为服承重构件酸，又可以赠作为建筑三装饰材料穷。建筑钢材美的标准与且选用建筑钢退材的标腔准与选忽用3.热轧钢满筋（1）牌号热轧钢筋原分为R23繁5、HRB3断35、HRB渔400、HRB5怀00四个牌号爽。牌号意义桃：R代表热轧容光圆钢筋特、HRB代表热轧轧带肋株钢筋，其中热轧座光圆钢筋妨由碳素结励构钢轧制鹅而成，表挎面光圆；热轧带肋禽钢筋由低旋合金钢轧挠制而成，短外表带肋境。牌号中僻的数字亿：表示热娱轧钢筋弦的屈服贞强度。（2）热轧钢吃筋的选用光圆钢筋戴的强度较芬低，但塑斑性及焊接蜡性好，便锋于冷加工义，广泛用做普通捆钢筋混凝名土。HRB3贼25，HRB4股00带肋钢尚筋的强虎度较高盯，塑性星及焊接喂性也较越好，广泛用做食大、中型口钢筋混凝岸土结构的荐受力钢筋饶。HRB5漂00带肋钢筋万强度高，虎但塑性与捉焊接性较探差，适宜强作预应力钢筋密。建筑钢斜材的标照准与选子用钢材的锈端蚀与保护——钢材表面奶与其周围岔介质发生拉化学反应惹而遭到的携破坏，称为钢副材的锈买蚀。化学锈谜蚀电化学锈计蚀——钢材直接卧与周围介菌质发生化宣学反应产虫生锈蚀，疮多数是由阿氧化作用考在钢材表杀面形成疏谊松氧化物猾。在干燥纵环境中反逼应缓慢，锣但温度和盘湿度较高