建材基本知识(钢材)

(zhang)

号、质量评定项目、性能及应用。 及钢板，桥梁结构钢和钢轨钢。

致密程度较差，因此沸腾钢的冲击韧性和可焊性差，尤其是低温冲击韧性更差，但成本低。镇静钢脱氧比较完全，钢质量好，但成本高。半镇静钢质量和

主要元素在钢中的作用和影响简单见表2.1。

（A）是钢材的重要技术指标。屈服点（σS）是结构设计取值的依据，使钢材基本上是在弹性状态下正常工作；抗拉强度（σb）是钢材抵抗断裂破坏能力

等于（lu－l0）与原始标距长度（l0）之比，lu为断裂试件拼合后标距的长度。由于钢试件在颈缩部位的变形大，使得原长（l0）与原直径（d0）之比为

，从而避免钢材在应力集中作用下的过早破坏。 即产生残余变形为0.2% l0时的应力值。

性指标，以冲击韧性值αK（J/cm2）表示。αK值越大，钢材的冲击韧性越好。

温度范围称为脆性转变温度或脆性临界温度。转变温度愈低，说明钢的低温冲击韧性愈好。

极限或疲劳强度表示。它是指钢材在交变荷载下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。

用方法有布氏法和洛氏法。

为合格。弯曲角度越大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，则表示钢材冷弯性能越好。钢材在弯曲过程中，受弯部产生局部不均匀塑性变形，

接方法和工艺施焊，焊接时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊接接头牢固可靠，焊缝及其附近受热影响区的力学性质不低于母材。含碳量小于0.3％

称为钢筋的冷加工。冷拉加工时可用应力或应变来控制冷拉的程度。钢材经冷加工后，屈服点提高而抗拉强度基本不变，塑性和韧性相应降低，弹性模量可使冷拉损失的弹性模量基本恢复。冷拉后的钢材在常温下放置15至20天，或加热到100～200并保持2～3小时，这一过程称为时效处理。前者称为称

韧性的降低愈显著。钢材中氮、氧含量高，时效敏感性大。对于承受动荷载或处于较低温度下的钢结构，为避免脆性破坏，应采用时效敏感性小的钢材。

可用于钢筋的焊接。接触对焊是利用电流通过两个焊件的接触面所产生的高温，熔融接触面金属，加压熔合而成，主要用于钢筋的焊接。焊接不良易造成

F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）、TZ（特殊镇静钢），牌号中“Z”和“TZ”符号可予以省略。

韧性、冷弯性能）应符合国家标准。

的塑性和韧性，可焊性和可加工性也好，是钢结构常用的牌号。Q235 钢大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q255钢强度高、塑性和韧性

等级有E、D、C、B、A五级。

国家标准。

构钢可以减轻结构自重，节约钢材，经久耐用，特别适合高层建筑、大柱网结构和大跨度结构。Q345钢的综合性能较好，是钢结构的常用牌号，Q390也是

筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。

号，表示方法以平均含碳量(以0.01％为单位)、含锰量标注、脱氧程度代号组合而成。如：“45Mn”表示平均含碳量为0.45％，较高含锰量的镇静钢；“

板和钢管等。

0。HPB235是采用Q235碳素钢轧制的，外形光圆，钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作小型钢筋混凝土结构中的主筋混凝土的常用钢筋，广泛用作大、中型钢筋混凝土结构中的主要受力钢筋。HRB400级钢筋的性能和应用与HRB335级钢筋相近，HRB540钢筋的强度高，

CRB970、CRB1170五个级别。与冷拔低碳钢丝相比，冷轧带肋钢筋具有强度高、塑性好、与混凝土粘结牢固、节约钢材、质量稳定等优点。根据强度大小

主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。

的抗大气腐蚀性。桥梁结构钢的牌号后面以q为标记。 作用。钢轨钢分为轻轨和重轨。

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，就在钢材表面形成许多微小的局部原电池。在阳极区铁溶解成铁离子（铁被

施，来防止钢筋锈蚀。

金钢 10．屈服 11．屈服点（屈服强度） 12．抗拉强度 13．伸长率 14．屈强比 15．颈缩率 16．冲击韧性 17．冷弯性能 18．耐学腐蚀 32．条件屈服点 33．冷拉 34．冷拔

中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁。生铁中含有较多的碳和其他杂质，故生铁硬而脆，塑性差，使用受到很大的。

的碳和杂质（P、S等）而炼成的钢。氧化时产生放热反应，使铁液保持熔融状态。由于冶炼时间较短，以及吹入的空气中含有有害的气体，因此不易准确而炼成的钢。其优点是冶炼时间短（25～45min），杂质含量少，质量好。可生产优质碳素钢和合金钢。

中的氧或空气中的氧（或吹入的氧气），使杂质氧化被除去而炼成的钢。该方法冶炼时间长（4～12h），易调整和控制成分，杂质少，质量好。但投资大成CO气体外逸，气泡从钢液中冒出呈“沸腾”状，故称沸腾钢。因仍有不少气泡残留在钢中，故钢的质量较差。

。

些特殊性能，这种钢称为合金钢。

强度），用σS表示。 一个重要指标。

了塑性和韧性，这种加工方法称为钢材的冷加工（也称冷加工强化）。

性断裂，这种性质称为钢的冷脆性（或低温冷脆性）。

点。

韧性、塑性下降的过程。 纵向伸长。

_______钢脱氧不完全。

、或________来评定的。

。

____或________两种方法。 ____和________降低。

的作用下进入渣中被排除，铁被氧化成一氧化铁，因其影响钢质量而加入________除氧。

的相对含量随之增大，铁素体则相应减少，因而，________随之提高，但________和________则相应下降。

。同时杂质含量的增多及________元素含量较高时可焊性同样降低。

提高，________和________会进一步降低。前者称为________，后者称为________。 级别的增大，其强度________，塑性________。 钢材。 合物。

断裂 6．屈服（σS），条件屈服（σ0.2） 7．l0=5d0的伸长率，l0=10d0的伸长率，产生残余变形0.2％ l0时的应力 8．利用率，安全可靠程度服，五，强度，硬度，塑性，韧性 17．一氧化碳，石灰，脱氧剂 18．弹性模量，弯曲角度，弯心直径，钢材直径或厚度 19．疲劳破坏 20*．珠服强度，抗拉强度，塑性，韧性，自然时效，人工时效 26．屈服强度，抗拉强度，伸长率，冷弯性能，增大，降低 27．冲击韧性，小 28*．固溶

14．B 15．A 16．C 17．C 18．A，B 19．B 20．C 21．C 22．C 23．A 24．D 25．D 26．C 27．C 28．D 29．A 3

（ ）

T 16．F 17．T 18．T 19．T 20．T 21．F 22．F 23．F 24．T 25．T 26．T 27．F 28．F 29．F 30．F 29．T 30

断裂破坏能力的一个重要指标，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σS/σb）却能反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈服点材的塑性变形能力，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，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过σS时

腾钢脱氧不充分，气体杂质多，钢的时效敏感性大、钢的质量较差，性能不稳定，但钢的利用率高，成本低。镇静钢和特殊镇静钢脱氧充分，钢质致密，钢

后的钢材，其屈服点提高而抗拉强度基本不变，塑性和韧性相应降低，弹性模量也有所降低。产生冷加工强化的原因是：钢材在冷加工变形时，由于晶粒中产生了内应力，钢材的弹性模量降低。

点、抗拉极限提高，塑性和韧性降低。钢材产生时效的原因是由于溶于α-Fe晶格中的氮和氧等原子，以Fe4N与FeO的形式析出并向缺陷处移动和聚集。

冲击和温度应力等不利的情况下能保证安全；随牌号增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；同一牌号内质量等级越高，钢的质量越

高钢的强度和硬度，还能改善塑性和韧性。低合金高强度结构钢是脱氧完全的镇静钢。

况下，它仍具有较好的可焊性。冶炼碳素钢的设备可用来冶炼低合金高强度结构钢，故冶炼方便，成本低。 、大柱网结构和大跨度结构。

普通含锰量和较高含锰量两大组。优质碳素结构钢的性能主要取决于含碳量。含碳量高、强度高，但塑性和韧性降低。 绞线用65～80号钢。

好，而且冶炼容易、成本低廉，适合土木工程使用。在低合金钢中主要采用Q345及Q390，可用于大跨度、承受动荷载的钢结构中。

轻型钢结构。

高效地发挥材料的作用,节约钢材。

是碳素结构钢，某些重型结构。大跨度桥梁等也采用低合金钢。

方法制造；焊接钢管由钢板卷焊而成。

率高，便于弯折成形、容易焊接等特点。可用作中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋或箍筋，以及作为冷加工（冷拉、冷拔、冷轧）的原料。 强度，塑性和可焊性也较好。钢筋表面带有纵肋和横肋，从而加强了钢筋与混凝土之间的粘结力。可用于钢筋混凝土结构的主要受力钢筋。

。

型构件及V型折板等，使用钢丝可节省钢材、施工方便、安全可靠，但成本较高。

架、薄腹梁、大跨度桥梁等大负荷的预应力大跨度结构，及电杆、轨枕、吊车梁的预应力钢筋。

。这种钢筋不能冷拉和焊接，且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强。这种钢筋主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕或其他各种预应力混凝土结构。

加速。在干燥环境下腐蚀速度缓慢，干湿交替环境下腐蚀更为厉害。

法有如下几种：

地提高钢材的抗腐蚀能力。 镀铬、镀铜和镀镍等。 塑料等。

，称为冲击功（值）αk来表示。若摆锤式冲击试验机测得冲断试件前后摆锤高为h1和h2（m），摆锤重量为P（N），试件槽口处截面积为A（cm2），则碳体含量高，钢中缺陷和杂质多、以及轧制不均匀、表面不平整、焊接处有热裂纹等情况时，冲击韧性都会降低。除此之外，在低温条件下，或经时效后

。出现低温冷脆性时的温度（范围），称为脆性临界温度（范围）。 时效敏感性。

最低温度的钢材。若在严寒地区，露天焊接钢结构，受振动荷载作用时，要选用脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。

。试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚（或直径）之比愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。 。因此，可以利用冷弯的方法，使焊口处受到不均匀变形，来检查焊接质量。

大于l%后，脆性增加，硬度增加，强度下降。含碳量大于0.3%时钢的可焊性显著降低。此外，含碳量增加，钢的冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性

了可焊性。磷尚能使钢机械强度和切削加工能力增加。 降低钢的可焊性和热加工性能。

韧性基本不变。

大小分为D、B、C、A）、脱氧程度［沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）和特殊镇静钢（TZ），Z和TZ可不作标注］来表示。如Q235—AF，Q23

235钢被广泛用于建筑工程中。

按磷、硫含量多少来衡量，D和C为优质钢，质量最好，其次是B和A。按脱氧程度衡量， TZ和Z质量最好，其次是b和F。只有质量等级为D的钢，其脱

载作用或处在低温条件下工作的，应选用Q235—C，甚至选用Q235—D。

载或间接动荷载作用，计算温度低于—30℃的焊接钢结构。

件断裂前的颈缩现象，使塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，当原标距越长（与直径之比愈大），则颈缩处的伸长值在整个伸长值中的比重愈小，

记原始标距（60mm），然后进行拉伸试验，测得结果如下：不计初始瞬时效应时的最低屈服荷载分别为42．0 kN、41．5kN；抗拉极限荷载分别为62．0kN

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