第一节第一节 建筑钢材建筑钢材建筑钢材是指用于钢结构的各种型钢（如圆钢、角钢、工字钢、管钢等）和用于钢筋混凝土的钢筋、钢丝、钢绞线以及用于围护结构和装修用的各种钢板和复合板等。 C型钢 H型钢 钢管 钢板 钢丝 钢筋 钢绞线建筑建筑钢材的特点材的特点优点：抗拉强度高、塑性和韧性好 能承受冲击和振动荷载 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差 生产能耗大5建筑钢材的应用大跨度结构多层及高层结构受动荷载作用的工业厂房6钢结构厂房7钢结构桥梁8 国家体育场“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场。 “鸟巢”是一个大跨度的曲线结构，以巨大的钢网围合、覆盖着9.1万人的体育场，采用了当今先进的建筑科技，其中，钢结构是世界上独一无二的。“鸟巢”钢结构总重4.2万吨，最大跨度343米，结构相当复杂，为国内外特有建筑。钢材的冶炼钢材的冶炼钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁碳合金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于2%。另外钢中的杂质含量也少于生铁。钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到允许范围之内。钢材的冶炼 精炼是指生铁中的碳和其它杂质氧化为气体或氧化物，被排除从而使生铁中的碳与杂质的含量降低。Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe2P +5FeO = P2O5 + 5Fe脱氧是在精炼后的钢水中加入硅铁、锰铁等脱氧剂，使在精炼过程中同时被氧化的铁还原。钢材的分类钢材的分类1. 按化学成分分类 （）碳素钢。碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁一碳合金。其含碳量为0.022.06。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。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、钛、钒、铌、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） 中合金钢（合金元素总含量为10） 高合金钢（合金元素总含量大于10）2. 按冶炼设备分类根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢方法主要可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。(1)平炉炼钢它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁为原料，以煤气或重油为燃料。利用铁矿石中的氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。可用于炼制优质碳素钢和合金钢等。(2)氧气转炉炼钢以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间短(2040min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质量好，成本低，应用广泛。(3)电炉炼钢以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣炉等。3 3、根据脱氧程度的不同分、根据脱氧程度的不同分类 （）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，会有大量的气体从钢水中外逸，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢。 沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，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，同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模冷却凝固，故称镇静钢。镇静钢成本较高，但组织致密，成分均匀，性能稳定，故质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。（）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。4、按质量分类 根据硫、磷有害杂质的含量不同，钢材分为普通钢、优质钢和特殊优质钢等5、按用途分类 钢材分为建筑钢、结构钢、工具钢和特殊性能钢。建筑工程常用品种：普通低碳结构钢、普通低合金结构钢、部分优质合金钢。第二节第二节 钢材的技术性质钢材的技术性质力学力学性质：抗拉、冲击韧性、硬度、耐性质：抗拉、冲击韧性、硬度、耐疲劳性疲劳性工艺工艺性质：冷弯、可焊性性质：冷弯、可焊性第二节第二节 钢材的技术性质钢材的技术性质抗拉性能抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。其技术指标为由拉拉力力试试验验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标，见图.低碳钢受拉时的应力一应变图。弹性阶段（OA）fp弹性极限E 弹性模量屈服阶段（AB）fy屈服极限强化阶段（BC）fu受拉强度颈缩阶段（CD）伸长率ABBCDE0.2%0.2强度指标*明显流幅的钢筋：下屈服点明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设计强度的依对应的强度作为设计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑性变形，钢筋混凝土构大的塑性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形和不件会产生不可恢复的变形和不可闭合的裂缝，以至不能使用可闭合的裂缝，以至不能使用 *无明显流幅的钢筋：残余应变为无明显流幅的钢筋：残余应变为0.2%时所对应的应力作为条件屈服强时所对应的应力作为条件屈服强度度 （）第一阶段：弹性阶段，为一直线，说（）第一阶段：弹性阶段，为一直线，说明应力明应力- -应变曲线成正比关系，如卸去拉力，应变曲线成正比关系，如卸去拉力，试件能恢复原状，这种性质即为弹性，该阶试件能恢复原状，这种性质即为弹性，该阶段为弹性阶段。段为弹性阶段。 应力应力- -应变的比值为一常数，该常数为应变的比值为一常数，该常数为弹性模量弹性模量E E（E=/E=/）, ,弹性模量反映钢材弹性模量反映钢材抵抗变形的能力，是计算结构受力变形的重抵抗变形的能力，是计算结构受力变形的重要指标。要指标。（2 2）屈服阶段：应力应变不再成正比关系，）屈服阶段：应力应变不再成正比关系，开始出现塑性变形，该阶段的应力最低点称开始出现塑性变形，该阶段的应力最低点称为屈服强度或屈服点，用为屈服强度或屈服点，用f fy y表示。表示。 结构设计时一般以屈服强度结构设计时一般以屈服强度f fy y作为强度作为强度取值的依据。而对屈服现象不明显的中碳和取值的依据。而对屈服现象不明显的中碳和高碳钢（硬钢），则规定以产生残余变形为高碳钢（硬钢），则规定以产生残余变形为原标距长度的原标距长度的0.2%0.2%所对应的应力值作为屈服所对应的应力值作为屈服强度，称为条件屈服强度，用强度，称为条件屈服强度，用f f0.20.2表示。表示。（3 3）强化阶段：曲线逐步上升，表示试件）强化阶段：曲线逐步上升，表示试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，这一阶段称为强化阶段。对应于重新提高，这一阶段称为强化阶段。对应于最高点最高点C C的应力值称为极限抗拉强度，简称的应力值称为极限抗拉强度，简称抗拉强度，用抗拉强度，用f fu u表示。表示。 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比比s sb b有一定意义。屈强比愈小，反映有一定意义。屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈高。但屈强比太小，则因而结构的安全性愈高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用，造成钢材浪费。反映钢材不能有效地被利用，造成钢材浪费。建筑结构钢合理的屈强比一般为建筑结构钢合理的屈强比一般为0.6-0.750.6-0.75。（4 4）颈缩阶段：当曲线到达点后试件薄）颈缩阶段：当曲线到达点后试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象颈缩现象”，直到断裂。，直到断裂。 量出拉断后标距部分的长度量出拉断后标距部分的长度L Ll l，标距的，标距的伸长值与原始标距伸长值与原始标距L L0 0的百分率称为伸长率。的百分率称为伸长率。即即 伸伸长长率率表表征征了了钢钢材材的的塑塑性性变变形形能能力力。由由于于在在塑塑性性变变形形时时颈颈缩缩处处的的伸伸长长较较大大，故故当当原原始始标标距距与与试试件件的的直直径径之之比比愈愈大大，则则颈颈缩缩处处伸伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。 通通 常常 以以 5 5和和 1010分分 别别 表表 示示 L L0 0=5d=5d0 0和和 L L0 0=10d=10d0 0（0 0为为试试件件直直径径）时时的的伸伸长长率率。对对同一种钢材，同一种钢材，5 5应大于应大于1010。冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。它是用试验机摆锤冲击带有它是用试验机摆锤冲击带有V V形缺口的标准试形缺口的标准试件的背面，将其折断后试件单位截面积上所件的背面，将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以消耗的功，作为钢材的冲击韧性指标，以kk表示表示(J/cm(J/cm2 2) )。k k值越大，表明钢材的冲击韧值越大，表明钢材的冲击韧性愈好。性愈好。冲击韧性冲击韧性冲击韧性试验图(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机 影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都学成分、组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。会影响冲击韧性。 试验表明，冲击韧性随温度的降低试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为种脆性称为钢材的冷脆性钢材的冷脆性。冲击韧性冲击韧性发发生生冷冷脆脆时时的的温温度度称称为为临临界界温温度度，其其数数值值愈愈低低，说说明明钢钢材材的的低低温温冲冲击击性性能能愈愈好好。所所以以在在负负温温下下使使用用的的结结构构，应应当当选选用用脆脆性性临临界界温温度较工作温度为低的钢材。度较工作温度为低的钢材。 随随时时间间的的延延长长而而表表现现出出强强度度提提高高，塑塑性性和和冲冲击击韧韧性性下下降降的的现现象象称称为为时时效效。完完成成时时效效变变化化的的过过程程可可达达数数十十年年，但但是是钢钢材材如如经经受受冷冷加加工工变变形形，或或使使用用中中经经受受震震动动和和反反复复荷荷载载的的影影响响，时时效效可可迅迅速速发发展展。因因时时效效而而导导致致性性能能改改变变的的程程度度称称为为时时效效敏敏感感性性，对对于于承承受受动动荷荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 布氏法布氏法是用一直径为是用一直径为D D的硬质钢球，在荷载的硬质钢球，在荷载P(N)P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径荷载，用读数放大镜测出压痕直径d d，以压痕表面，以压痕表面积积(mm(mm2 2) )除荷载除荷载P P，即为布氏硬度值，即为布氏硬度值HBHB。HBHB值越大，值越大，表示钢材越硬。表示钢材越硬。洛氏法洛氏法测定的原理与布氏法相似，测定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值，洛氏但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值，洛氏法压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。法压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。硬度硬度布氏硬度测定示意图钢材在钢材在交变应力交变应力的反复作用下，往往在应的反复作用下，往往在应力力远小于远小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为称为疲劳破坏疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳破坏的危险应力用疲劳极限疲劳极限来表示，来表示，它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于它是指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应规定周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。力。 一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。的疲劳极限与其内部组织和表面质量有关。 疲劳强度疲劳强度冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。钢材的冷弯性能指标是用弯曲角度和弯弯曲角度和弯心直径对试件厚度心直径对试件厚度( (直径直径) )的比值的比值来衡量的。试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(直径)的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的反映。能力的反映。 冷弯性能冷弯性能钢材冷弯(a)试样安装；(b)弯曲90；(c)弯曲180；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。如硫产生热主要因素是化学成分及含量。如硫产生热脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如，脆性，使焊缝处产生硬脆及热裂纹。又如，含碳量超过含碳量超过0.30.3，可焊性显著下降等。，可焊性显著下降等。焊接性能焊接性能钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、硫、磷等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种合金元素。氮及各种合金元素。(1)(1)碳是决定钢材性能的主要元素。碳是决定钢材性能的主要元素。 土木工程用钢材含碳量不大于土木工程用钢材含碳量不大于0.80.8。在此范围内，随着含碳量的增加，钢的强度在此范围内，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量和硬度提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于大于1.0%1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。时，由于钢材变脆，强度反而下降。第三节第三节 钢的化学成分对钢材性能的影响钢的化学成分对钢材性能的影响 (2)(2)硅、锰硅、锰 加入硅和锰可以与钢中有害成分加入硅和锰可以与钢中有害成分FeOFeO和和FeSFeS分别形成分别形成SiOSiO2 2、MnOMnO和和MnSMnS而进入钢渣排而进入钢渣排出，起到脱氧、降硫的作用。出，起到脱氧、降硫的作用。 当硅在钢中的含量较低（小于当硅在钢中的含量较低（小于1%1%）时，）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。明显。 锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在锰含量一般在1%1%范围内，它的作用主范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。热脆性，使钢材的热加工性质改善。 (3)(3)硫、磷（有害元素）硫、磷（有害元素） 硫不溶于铁而以硫不溶于铁而以FeSFeS的形式存在，的形式存在，FeSFeS和和FeFe形成低熔点的共晶体。当钢材温度形成低熔点的共晶体。当钢材温度升至升至10001000以上进行热加工时，共晶体熔化，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，这种现象叫晶粒分离，使钢材沿晶界破裂，这种现象叫做做热脆性热脆性。 磷能使钢的强度、硬度提高，但显著磷能使钢的强度、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，冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，这种现象叫做这种现象叫做冷脆性。冷脆性。 磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。使用。(4)(4)氧、氮（有害元素）氧、氮（有害元素） 未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式未除尽的氧、氮大部分以化合物的形式存在，如存在，如FeOFeO、FeFe4 4N N等。等。这些非金属化合物、些非金属化合物、夹杂物降低了物降低了钢材的材的强度、冷弯性能和度、冷弯性能和焊接性能。氧接性能。氧还使使钢的的热脆性增加，氮使冷脆性及脆性增加，氮使冷脆性及时效敏感性效敏感性增加。增加。(5)(5)钛、钒、铌 钢的的强脱氧脱氧剂和合金元素。能改善和合金元素。能改善钢的的组织、细化晶粒、改善化晶粒、改善韧性，并性，并显著提高著提高强度。度。 在有在有铝、妮、妮、钒等的配合下，氮可作等的配合下，氮可作为低合金低合金钢的合金元素使用。的合金元素使用。 钢材经冷加工产生一定塑性变形后，其钢材经冷加工产生一定塑性变形后，其屈服强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性屈服强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象称为模量降低，这种现象称为冷加工强化冷加工强化。 钢材的冷加工钢材的冷加工方式方式有冷拉、冷拔和冷有冷拉、冷拔和冷轧。轧。 工地或预制厂钢筋混凝土施工中常工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定利用这一原理，对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度。制度进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度。第四节、钢材的冷加工和热处理第四节、钢材的冷加工和热处理1、钢材的冷加工、钢材的冷加工 将经过冷拉的钢筋于常温下存放将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520d，或加热到，或加热到100200并保持一段时间，并保持一段时间，其强度和硬度进一步提高，塑性和韧性进一其强度和硬度进一步提高，塑性和韧性进一步降低，这个过程称为步降低，这个过程称为时效处理时效处理。前者称为。前者称为自然时效自然时效，后者称为，后者称为人工时效人工时效。 钢筋冷拉以后再经过时效处理，其钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。屈服点进一步提高，塑性继续有所降低。 时效时效按按照照一一定定的的制制度度，将将钢钢材材加加热热到到一一定定的的温温度度，在在此此温温度度下下保保持持一一定定的的时时间间，再再以以一一定定的的速速度度和和方方式式进进行行冷冷却却，以以使使钢钢材材内内部部晶晶体体组组织织和和显显微微结结构构按按要要求求进进行行改改变变，或或者者消消除除钢钢中中的的内内应应力力，从从而而获获得得人人们们所所需需求求的的机机械械力力学学性性能能，这这一过程就称为一过程就称为钢材的热处理钢材的热处理。 钢材的热处理通常有以下几种基本方法：钢材的热处理通常有以下几种基本方法： ( () ) 淬淬火火。将将钢钢材材加加热热至至723723（相相变变温温度度）以以上上某某一一温温度度，并并保保持持一一定定时时间间后后，迅迅速速置置于于水水中中或或机机油油中中冷冷却却，这这个个过过程程称称钢钢材材的的淬淬火火处处理理。钢钢材材经经淬淬火火后后，强强度度和和硬硬度度提提高高，脆脆性性增增大，塑性和韧性明显降低。大，塑性和韧性明显降低。( () ) 回火回火。将淬火后的钢材重新加热到。将淬火后的钢材重新加热到723723以下某一温度范围，保温一定时间后以下某一温度范围，保温一定时间后再再缓慢缓慢地或地或较快较快地冷却至室温，这一过程地冷却至室温，这一过程称为称为回火处理回火处理。回火可消除钢材淬火时产。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，韧性。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬塑性和韧性等性能均得以改善。若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称火后随即进行高温回火处理，则称调质处调质处理理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。等性能均得以改善。（）退退火火。退退火火是是指指将将钢钢材材加加热热至至723723以以上上某某一一温温度度，保保持持相相当当时时间间后后，在在退退火火炉炉中中缓缓慢慢冷冷却却。退退火火能能消消除除钢钢材材中中的的内内应应力力，细细化化晶晶粒粒，均均匀匀组组织织，使使钢钢材材硬硬度度降降低低，塑塑性性和韧性提高。和韧性提高。（）正正火火。是是将将钢钢材材加加热热到到723723以以上上某某一一温温度度，并并保保持持相相当当长长时时间间，然然后后在在空空气气中中缓缓慢慢冷冷却却，则则可可得得到到均均匀匀细细小小的的显显微微组组织织。钢钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小。小。1. 1. 建筑钢材的主要钢种建筑钢材的主要钢种（1 1）碳素结构钢）碳素结构钢按按国国家家标标准准GB700-88GB700-88规规定定，我我国国碳碳素素结结构构钢钢分分五五个个牌牌号号，即即195195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。各各牌牌号号钢钢又又按按其其硫硫、磷磷含含量量由由多多至至少少分分为为、四四个个质质量等级。量等级。碳碳素素结结构构钢钢的的牌牌号号表表示示按按顺顺序序由由代代表表屈屈服服点点的的字字母母（Q Q）、屈屈服服点点数数值值（/mm/mm2 2）、质质量量等等级级符符号号(A(A、B B、C C、D)D)、脱脱氧氧程程度度符符号号(F(F、B B、Z Z、TZ)TZ)等等四四部部分分组组成成。例例如如Q235-A.F.Q235-A.F.，它它表表示示：屈屈服服点点为为235N235N2 2的的平平炉炉或或氧氧气气转转炉炉冶冶炼炼的的级级沸沸腾腾碳碳素素结结构构钢钢。当当为为镇镇静静钢钢或或特特殊殊镇镇静静钢钢时时，则则牌牌号号表表示示“”与与“Z Z”符符号号可可予予以省略。以省略。 碳碳素素结结构构钢钢的的力力学学性性能能指指标标规规定定见见表表2-12-1所所示。示。碳素结构钢的化学成分GB700-88碳素结构钢的拉伸、冲击韧性GB700-88碳素结构钢的冷弯试验GB700-88牌号试样方向冷弯试验B=2a，180 钢材厚度(直径)(mm)6060100100120弯心直径d Q195 纵横00.5aQ215纵横0.5aa1.5a2a2a2.5aQ235纵横a1.5a2a2.5a2.5a3aQ255Q275 2a3a3a4a3.5a4.5a 在在碳碳素素钢钢的的基基础础上上，加加入入总总量量小小于于的的合合金金元元素素炼炼成成的的钢钢，称称为为低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢，简简称称低低合合金金结结构构钢钢。常常用用的的合合金金元元素素有有硅硅、锰锰、钛、钒、铬、镍、铜等钛、钒、铬、镍、铜等。 低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢综综合合性性能能较较为为理理想想，尤尤其其在在大大跨跨度度、承承受受动动荷荷载载和和冲冲击击荷荷载载的的结结构构中中更更适适用用，而而且且与与使使用用碳碳素素钢钢相相比比，可可节节约约钢钢材材20%30%20%30%，但成本并不很高。，但成本并不很高。 按按照照低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢（GBGBT1591T159119941994）规规定定共共分分2020个个钢钢号号。牌牌号号由由代代表表钢钢材材屈屈服服强强度度的的字字母母“”、屈屈服服强强度度数数值值、质质量量等等级级符符号号（、）三个部分按顺序组成。）三个部分按顺序组成。 例例如如：Q295AQ295A，表表示示屈屈服服强强度度为为不不小小于于295MPa295MPa，质量等级为级的低合金结构钢。，质量等级为级的低合金结构钢。低合金结构钢的化学成分低合金结构钢的力学和冷弯性能第六节第六节 混凝土用钢筋、钢丝混凝土用钢筋、钢丝(1) (1) 热轧钢筋热轧钢筋 根根据据表表面面特特征征不不同同，热热轧轧钢钢筋筋分分为为光光圆圆钢钢筋筋和和带带肋肋钢钢筋筋。根根据据强强度度的的高高低低，热热轧轧钢钢筋筋又又分分为为不不同同的的强强度度等等级级，各各强强度度等等级级热热轧轧钢钢筋筋的的技技术术标标准准见见表表4.1.64.1.6。我我国国热热轧轧钢钢筋筋标标准准，按按屈屈服服强强度度、抗抗拉拉强强度度等等力力学学性性能能分分为为I IIVIV级级，四四个个强强度度等等级级的的钢钢筋筋中中，除除I I级级钢钢筋筋为为低低碳碳钢钢外外，其其余余三三级级热热轧轧带带肋肋钢钢筋筋均均为为低低合合金金钢钢。其其牌牌号号由由HRBHRB和和规规定定屈屈服服强强度度最最小小值值构构成成。、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。热轧钢筋的力学和工艺性能热轧钢筋的应用热轧钢筋的应用 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；HRB335和HRB400钢筋强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋；HRB500钢筋强度高，但塑性和焊接性能较差，可用作预应力钢筋。 冷轧带肋钢筋是低碳钢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两面横肋的钢筋。冷轧带肋钢筋的牌号表示方法与技术要求冷轧带肋钢筋的牌号表示方法与技术要求 根据冷轧带肋钢筋(GB 137882000)的规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和抗拉强度最小值表示，有CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170五个牌号，其力学性能和工艺性能应符合下表的规定。l 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能(GB 13788(GB 137882000) 2000) 牌号 抗拉强度b(MPa) 伸长率(%) 弯曲试验180反复弯曲次数松弛率(初始应力con=0.7b) 101001000h(%)10h(%)CRB550 5508.0CRB650650 4.0385CRB8008004.0385CRB9709704.0385CRB117011704.0385冷冷轧带肋肋钢筋的筋的应用用 冷轧带肋钢筋既具有冷拉钢筋强度高的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，混凝土对特点，同时又具有很强的握裹力，混凝土对冷轧带肋钢筋的握裹力是同直径冷拔低碳钢冷轧带肋钢筋的握裹力是同直径冷拔低碳钢丝的丝的3-63-6倍，大大提高了构件的整体强度和倍，大大提高了构件的整体强度和抗震能力。这种钢筋适用于中、小型预应力抗震能力。这种钢筋适用于中、小型预应力混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件。混凝土结构构件和普通钢筋混凝土结构构件。 热处理钢筋是用热轧的螺纹钢筋经淬火热处理钢筋是用热轧的螺纹钢筋经淬火和回火的调质热处理而成的。按其螺纹外形和回火的调质热处理而成的。按其螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种。其代号为分为有纵肋和无纵肋两种。其代号为RB150RB150。 根据根据预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋(GB (GB 446344631984)1984)的规定，热处理钢筋有的规定，热处理钢筋有40Si40Si2 2MnMn、48Si48Si2 2MnMn和和45Si45Si2 2CrCr三个牌号。三个牌号。热处理钢筋经过调质热处理而成，具有热处理钢筋经过调质热处理而成，具有强度高、韧性高、粘结力高和塑性降低小等强度高、韧性高、粘结力高和塑性降低小等优点，特别适用于优点，特别适用于预应力混凝土构件预应力混凝土构件 。l预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋分类及代号分类及代号根据根据预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝(GB/T (GB/T 522352232002)2002)的规定，预应力混凝土用钢丝按的规定，预应力混凝土用钢丝按加工状态分为冷拉钢丝加工状态分为冷拉钢丝( (代号为代号为WCD)WCD)和消除应和消除应力钢丝两类。消除应力钢丝按松弛性能又分力钢丝两类。消除应力钢丝按松弛性能又分为低松弛级钢丝为低松弛级钢丝( (代号为代号为WLR)WLR)和普通松弛级钢和普通松弛级钢丝丝( (代号为代号为WNR)WNR)。冷拉钢丝是用盘条通过拔丝模或轧辊经冷冷拉钢丝是用盘条通过拔丝模或轧辊经冷加工而成产品，以盘卷供货的钢丝。加工而成产品，以盘卷供货的钢丝。l预应力混凝土用钢丝预应力混凝土用钢丝 低松弛低松弛钢丝是指是指钢丝在塑性在塑性变形下形下(轴应变)进行短行短时热处理而得到的，普通松弛理而得到的，普通松弛钢丝是指是指钢丝通通过矫直工序后在适当温度下直工序后在适当温度下进行短行短时热处理而得到的。理而得到的。 预应力混凝土用力混凝土用钢丝按外形分按外形分为光光圆钢丝(代号代号为P)、螺旋肋、螺旋肋钢丝(代号代号为H)和刻和刻痕痕钢丝(代号代号为I)三种。螺旋肋三种。螺旋肋钢丝表面沿着表面沿着长度方向上有度方向上有规则间隔的肋条。刻痕隔的肋条。刻痕钢丝表表面沿着面沿着长度方向上有度方向上有规则间隔的隔的压痕。痕。 预应力混凝土用钢绞线，是以数根圆形预应力混凝土用钢绞线，是以数根圆形断面钢丝经绞捻和消除内应力的热处理后制断面钢丝经绞捻和消除内应力的热处理后制成。成。根据根据预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线(GB/T (GB/T 522452241995)1995)的规定，钢绞线按捻制结构分的规定，钢绞线按捻制结构分为三种结构类型：为三种结构类型：1 12 2、1 13 3和和1 17 7，分别，分别用用2 2根、根、3 3根和根和7 7根钢丝捻制而成。根钢丝捻制而成。 l预应力混凝土用钢绞线预应力混凝土用钢绞线 钢绞线按其应力松弛性能分为两级：钢绞线按其应力松弛性能分为两级：级松弛和级松弛和级松弛，级松弛，级松弛即普通松弛级松弛即普通松弛级，级，级松弛即低松弛级。级松弛即低松弛级。 钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，钢绞线具有强度高，与混凝土粘结好，断面面积大，使用根数少，在结构中排列断面面积大，使用根数少，在结构中排列布置方便，易于锚固等优点，主要用于大布置方便，易于锚固等优点，主要用于大跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构跨度、大荷载的预应力屋架、薄腹梁等构件。件。 第七节、钢材的腐蚀与防止第七节、钢材的腐蚀与防止钢材腐材腐蚀化学腐化学腐蚀钢材的化学腐材的化学腐蚀是由于大气中的是由于大气中的氧和工氧和工业废气中的硫酸气体、碳酸气体等气中的硫酸气体、碳酸气体等与与钢材表面作用引起的。材表面作用引起的。电化学腐化学腐蚀 电化化学学腐腐蚀是是由由于于金金属属表表面面形形成成原原电池而池而产生的腐生的腐蚀。 钢材腐材腐蚀的防止的防止涂敷保涂敷保护膜膜 使使金金属属与与周周围介介质隔隔离离，既既不不能能产生氧化生氧化锈蚀反反应，也不能形成腐，也不能形成腐蚀原原电池。池。 电化学防腐化学防腐电化学防腐包括阳极保化学防腐包括阳极保护和阴极保和阴极保护，适用于不容易或不能涂敷保，适用于不容易或不能涂敷保护膜膜层的的钢结构构制成合金制成合金钢 在在钢中中加加入入合合金金元元素素铬、镍、钛、铜，制成不，制成不锈钢，提高其耐，提高其耐蚀能力。能力。|例例2-1 2-1 从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.442.4、42.8kN; 42.8kN; 抗拉极限荷载分别为抗拉极限荷载分别为62.0kN62.0kN、63.4kN63.4kN，钢，钢筋公称直径为筋公称直径为1212，标距为，标距为6060，拉断时长度，拉断时长度分别为分别为70.670.6和和71.4mm,71.4mm,评定其级别？说明其利用率及评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？使用中安全可靠程度如何？|解：解：1.钢筋试样屈服点为：|钢筋试样抗拉强度为：|b=(548+561)2=555N/mm2|钢筋试样伸长率为：钢筋试样伸长率为：|=(17.7+19.0)2 =18.4%|查表查表4.1.6知知s1、s2 均大于均大于335 N/mm2,| b1、b2 均大于均大于490 N/mm2,|钢筋试样伸长率均大于钢筋试样伸长率均大于16%|故该钢筋为故该钢筋为II级钢。级钢。|2. 该钢筋的屈强比为：该钢筋的屈强比为：|s/b = 385/555 =0.69|该该II级钢筋的屈强比在级钢筋的屈强比在0.600.75范围内，范围内，表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。|例例2-2 2-2 为什么说屈服点（为什么说屈服点（s s）、抗拉强度（）、抗拉强度（b b）和伸长率（）和伸长率（）是建筑工程用钢的重要技术性能）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？指标？|解：屈服点（解：屈服点（s s）是结构设计时取值的依据，）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过表示钢材在正常工作时承受应力不超过s s值；屈值；屈服点与抗拉强度的比值（服点与抗拉强度的比值（s sb b）称为屈强比。）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（率（）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过陷处应力超过s s时，随着发生塑性变形使应力重时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。分布，而避免结构物的破坏。