项目7建筑钢材

项目7建筑钢材7.1.2钢材的冶炼1.钢材的冶炼

炼钢的过程就是将生铁进行精炼，减少生铁中碳、硫、磷等杂质的含量，以显著改善其技术性能，提高质量。理论上，凡是含碳量在2%以下，含硫、磷等杂质较少的铁碳合金都可称为钢。钢材的冶炼方法可分为氧气转炉冶炼、平炉冶炼、电炉冶炼等。

7.1钢材的冶炼与分类按化学成分不同，分碳素钢和合金钢按钢材冶炼方式不同，分转炉钢、平炉钢、电炉钢按脱氧程度不同，分沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢按钢材内部杂质含量不同，分普通钢、优质钢、高级优质钢按用途不同，分结构钢、工具钢、专用钢、特殊性能钢7.1.4钢材的分类7.1钢材的冶炼与分类2.钢材的分类7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质1.拉伸性能——建筑钢材最常用、最重要的性能

7.2.1力学性能1.拉伸性能在OA范围内，随着荷载的增加，应变随应力成正比增加，如卸去荷载，试件将恢复原状，这种性质称弹性。OA是一条直线，A点所对应的应力称为弹性极限，用σp表示。在OA范围内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量，用E表示，即E＝σp／ε。

弹性模量反映了钢材的刚度，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。（1）弹性阶段（OA段）7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能

在AB曲线范围内，应力与应变不能成比例变化。应力超过σp后，即开始产生塑性变形。应力到达B上之后，变形急剧增加，应力则在不大的范围内波动，直到B点为止。B上点是屈服上限，当应力到达B上点时，抵抗外力能力下降，发生“屈服”现象。

B下点是屈服下限，也称为屈服点（即屈服强度），用σs表示。σs是屈服阶段应力波动的最低值，它表示钢材在工作状态允许达到的应力值，即在σs之前，钢材不会发生较大的塑性变形。

（2）屈服阶段（AB段）7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能过B点后，抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增加。对应于最高点C的应力，称为抗拉强度，用σb表示。

抗拉强度不能直接利用，但屈服点和抗拉强度的比值（即屈强比）却能反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈强比（σs/σb）越小，钢材在受力超过屈服点时的可靠性越大，结构越安全。但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，会造成浪费。常用低碳钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为0.65～0.75。（3）强化阶段（BC段）7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能过C点，材料抵抗变形的能力明显降低。在CD范围内，应变迅速增加，应力反而下降，变形不再均匀。钢材被拉长，并在变形最大处发生“颈缩”，直至断裂。将拉断后的试件于断裂处拼合起来测得其断裂后标距长度为l1，标距的伸长值（l1-l0）与原始标距l0之比，称为伸长率A，即A=[（l1－l0）/l0]×100%（4）颈缩阶段（CD段）7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能1.拉伸性能2.冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。试验表明，冲击值的大小能非常灵敏地反映出材料内部晶体组织、有害杂质、各种缺陷、应力状态以及环境温度等微小变化对性能的影响。温度对冲击值的影响很大。钢材在负温条件下，冲击韧性会显著下降，钢材由塑性状态转化为脆性状态，这一现象称为冷脆。7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能1.拉伸性能3.硬度硬度是衡量钢材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，且与钢材的强度有一定的内在联系。测定钢材硬度常用的有布氏法、洛氏法和维氏法

。布氏硬度是在布氏硬度机上用一定直径的硬质钢球，加以一定的压力将其压入钢材表面，经规定的持续时间后卸去压力，测量其压痕直径，用压力除以被压入材料的凹陷面积，即得布氏硬度值HB。洛氏硬度是在洛氏硬度机上以测量压痕深度来计算硬度值。维氏硬度是在试验机上以单位凹陷面积上所承受的压力表示。7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质6.2.1钢材的力学性能1.拉伸性能4.疲劳强度钢构件承受重复或交变荷载作用时，可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂，这种断裂现象称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。7.2.1力学性能7.2建筑钢材的技术性质7.2.2工艺性能1.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，是以试验时的弯曲角度（°）和弯心直径（d）来表示的。钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，则表示其冷弯性能越好。7.2建筑钢材的技术性质2.焊接性能

焊接是钢结构的连接方式之一，钢材在焊接过程中，由于高温作用，焊缝及其附近的过热区产生晶体组织和晶体结构的变化，使焊缝周围的钢材产生硬脆倾向，降低焊件的使用质量。钢材的可焊性就是指钢材在焊接后，所焊部位连接的牢固程度和硬脆倾向大小的性能。可焊性良好的钢材，焊头连接牢固可靠，硬脆倾向小，焊缝及附近处仍能保持与母材基本相同的性质。钢材的化学成分、冶炼质量及冷加工等，对钢材的可焊性影响很大。

7.2.2工艺性能7.2建筑钢材的技术性质7.2.3化学成分对钢材性能影响

1.碳碳是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。2.硅、锰加入硅和锰可以与钢中有害成分FeO和FeS分别形成SiO2、MnO和MnS而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。

3.硫硫不溶于铁而以FeS的形式存在。当钢材温度升至1000℃以上进行热加工时，共晶体熔化，晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做热脆性。硫的存在降低了钢材的热加工性能、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性能。因此，要严格控制钢中的含硫量，7.2建筑钢材的技术性质7.2.3化学成分对钢材性能影响4.磷磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做冷脆性。5.氧、氮氧、氮大部分以化合物的形式存在，如FeO、Fe4N等。这些非金属化合物、夹杂物降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性增加。

6.钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性，并显著提高强度。

7.2建筑钢材的技术性质7.2.4钢材热处理热处理对钢性质的影响退火是将钢加热到上临界温度（相变温度）以上30℃～50℃，保温一定时间，然后极缓慢地冷却（随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。退火可降低钢的硬度，提高塑性和韧性，并能消除冷、热加工或热处理所形成的缺陷和内应力。1.退火7.2建筑钢材的技术性质6.1.3钢材的冶炼加工及影响正火是将钢加热到上临界温度以上30℃～50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。正火主要用于提高钢的塑性和韧性，获得强度、塑性和韧性三者之间的良好配合。2.正火7.2.4钢材热处理7.2建筑钢材的技术性质热处理对钢性质的影响6.1.3钢材的冶炼加工及影响淬火是把钢加热到上临界温度以上30℃～50℃，保持一定时间，然后把它放到适当的介质（水或油）中进行急速冷却的一种热处理工艺。淬火能显著提高钢的硬度和耐磨性，但塑性和韧性却显著降低，且有很大的内应力，脆性很高。可在淬火后进行回火处理，以消除部分脆性。3.淬火7.2.4钢材热处理7.2建筑钢材的技术性质热处理对钢性质的影响回火是把钢加热到下临界温度(727℃）以下某一适当的温度，保持一定时间，然后在空气中冷却的一种热处理工艺。回火主要是为了消除淬火后钢体的内应力和脆性。一般来说，要求保持高强度和高硬度时，采用低温回火；要求保持高弹性极限和屈服强度时，采用中温回火；要求既有一定强度和硬度，又有适量塑性和韧性时，采用高温回火。淬火和高温回火的联合处理称为调质。调质的目的主要是为了获得良好的综合技术性质，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性。4.回火7.2.4钢材热处理7.2建筑钢材的技术性质热处理对钢性质的影响冷加工硬化与时效对钢性质的影响由于塑性变形引起的屈服强度增高而塑性和韧性降低的现象称为冷加工硬化，或称形变强化。在一定范围内冷加工变形程度越大，加工硬化现象也越明显，即屈服强度提高得越多，而塑性和韧性也降低得越多，因此冷加工成为强化金属材料的一种重要手段。工程中常利用这一性质冷拉或冷拔钢筋，提高屈服强度，以达到节约钢材的目的。冷加工硬化7.2建筑钢材的技术性质6.3.1建筑工程中的主要钢种7.3建筑钢材的技术标准和选用碳素结构钢碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母Q、屈服强度数值、质量等级符号和脱氧方法符号四个部分按顺序组成。其中：质量等级是以所含硫、磷的数量来控制的，对冲击韧性各有不同的要求，D级钢为优质钢（含S、P均小于或等于0.035％），A、B、C级均为普通钢。脱氧方法符号的意义为：F—沸腾钢、b—半镇静钢、Z—镇静钢，TZ—特殊镇静钢。

碳素结构钢按其力学性能和化学成分含量可分为Q195、Q215、Q235、Q275四个牌号。不同牌号的碳素结构钢含碳量不同。牌号越大，含碳量越高，强度较高、硬度较大，塑性、韧性较低。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.3建筑钢材的技术标准和选用低合金高强度结构钢

根据《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—2008）的规定，低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值和质量等级符号三个部分组成。低合金高强度结构钢按其屈服强度划分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690八个牌号。低合金高强度结构钢可用于高层建筑的钢结构、大跨度的屋架、网架、桥梁或其他承受较大冲击荷载作用的结构。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.3建筑钢材的技术标准和选用优质碳素结构钢

根据《优质碳素结构钢》（GB/T699—1999）的规定，优质碳素结构钢的牌号是用平均含碳量的万分数表示，分31个牌号。含锰量较高时（0.8％～1.0％），应在牌号的后面加注锰（Mn）字；如果是沸腾钢，则在数字后面加注“F”。优质碳素结构钢的特点在于强度高，塑性、冲击韧性好，因此适用于高强度、高硬度、受强烈冲击荷载作用的部位和作冷拔坯料等。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.4钢筋和钢丝热轧钢筋

根据其表面特征不同，热轧钢筋分为光圆钢筋和带肋钢筋。依据《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》规定，热轧光圆钢筋的牌号由HPB和钢筋的屈服强度特征值构成。H、P、B分别表示为热轧、平、钢筋三个词的英文首位字母。热轧光圆钢筋牌号为HPB300，公称直径为6～22mm。依据《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》规定，热轧带肋钢筋的牌号由HRB或HRBF与钢筋的屈服强度特征值构成。H、R、B、F分别表示为热轧、带肋、钢筋、细四个词的英文首位字母。热轧带肋钢筋分为HRB400（HRBF400）、HRB500（HRBF500）、HRB600三个牌号。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.4钢筋和钢丝冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋是以普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成具有三面或二面月牙形横肋的钢筋。根据国家标准《冷轧带肋钢筋》规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和钢筋抗拉强度最小值构成。C、R、B分别为冷轧、带肋、钢筋三个词的英文首位字母。冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。冷轧带肋钢筋既具有冷拉钢筋强度高的特点，同时又具有很强的握裹力，大大提高了构件的整体强度和抗震能力。可作为中、小型预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、构造钢筋等。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.4钢筋和钢丝预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋由热轧螺纹钢筋（中碳低合金钢）经淬火和回火调质处理而成。按其螺纹外形，分为有纵肋和无纵肋两种。经调质处理后钢筋特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理想。热处理钢筋具有强度高、韧性好，并且与混凝土粘结性能好，应力松弛低、塑性降低小，施工方便，节约钢筋等优点，主要用于预应力混凝土轨枕、预应力梁、板及吊车梁等构件。由于热处理钢筋对应力腐蚀及缺陷敏感性强，使用时不得被硬物划伤，并应采取必要的技术措施，防止热处理钢筋锈蚀。6.3.1建筑工程中的主要钢种7.4钢筋和钢丝预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝是指优质碳素结构钢盘条，经酸洗、拔丝模或轧辊冷加工后再经消除应力等工艺制成的高强度钢丝。根据国家标准《预应力混凝土用钢丝》（GB/T5223—2014）的规定，预应力混凝土用钢丝按加工状态分为冷拉钢丝（代号为WCD）和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝又分为低松弛钢丝（代号为WLR）和普通松弛钢丝（代号为WNR）。按外形分为光圆钢丝（代号为P）、螺旋肋钢丝（代号为H）和刻痕钢丝（代号为I）三种。

6.3.1建筑工程中的主要钢种7.4钢筋和钢丝预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线一般由2根、3根或7根直径为2.5～6.0mm的高强度光面或刻痕钢丝经绞捻、稳定化处理而制成。稳定化处理是为了减少应用时的应力松弛，钢绞线在一定的张力下进行的短时热处理。根据国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224—2014）的规定，钢绞线按捻制结构分为五种结构类型。用2根钢丝捻制的钢绞线为1×2；用3根钢丝捻制的钢绞线为1×3；用3根刻痕钢丝捻制的钢绞线为1×3I；用7根钢丝捻制的标准钢绞线为1×7；用7根钢丝捻制又经模拔的钢绞线为（1×7）C。预应力混凝土用钢绞线具有强度高、塑性好、与混凝土粘结性能好、易于锚固等特点，主要用于大跨度、重荷载的预应力混凝土结构。