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建材基本知识（钢材）(zhang)第二章土木工程用钢材教学目标一、钢的冶炼和分类1记忆：钢的四种分类方法。2理解：沸腾钢与镇静钢的性能差异。二、化学成分对钢材性能的影响1理解：五大元素（碳、硅、锰、磷、硫）对钢材性能的影响。2了解：氧、氮对钢材性能的影响。三、钢材的技术性能1了解：低碳钢拉伸时的应力应变过程。2记忆：屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击韧性、疲劳强度、硬度。2理解：屈强比的意义，冷弯性能和焊接性能的实际应用意义。3运用：计算钢材的断后伸长率。四、钢材的冷加工、时效处理和焊接。1理解：冷加工强化和时效强化。2了解：时效处理的方法、时效敏感性，电弧焊与接触对焊、焊接不良造成的缺陷。五、土木工程用钢、钢材的标准和选用1记忆：碳素结构钢、低合金高强度结构钢的牌号含义、质量评定项目。2理解：碳素结构钢、低合金高强度结构钢的特性与应用，牌号与性能的关系、常用牌号；热轧钢筋的等级、外形、牌号、质量评定项目、性能及应用。3了解：冷轧带肋钢筋、预应力筋（包括钢丝、钢绞线、热处理钢筋）的特性与应用；常用热轧型钢、冷弯型钢、钢管及钢板，桥梁结构钢和钢轨钢。六、钢材的腐蚀与防护1理解：钢材腐蚀的主要原因，钢材防腐的方法、混凝土中钢筋的防锈措施。提示：本章是全书的重点之一。内容要点第一节钢的冶炼和分类一、钢的冶炼钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2%的为生铁，含碳量小于2%的为钢。根据炼钢时脱氧程度不同，钢材可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢脱氧不完全，杂质多，钢的致密程度较差，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。半镇静钢质量和成本介于上面两者之间。二、钢的分类钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢。合金钢按合金元素的总含量可分为：低合金钢、中合金钢和高合金钢。按照钢材品质分为：普通钢、优质钢和高级优质钢。根据用途的不同，工业用钢常分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。土木工程上常用的钢材是普通低碳结构钢和普通低合金结构钢。第二节化学成分对钢材性能的影响碳素钢中除了铁和碳元素之外，还含有硅、锰、磷、硫、氮、氧、氢等元素。它们的含量决定了钢材的质量和性能。一些主要元素在钢中的作用和影响简单见表2.1。表2.1主要化学元素对钢材性能的影响元素 强度 塑性 韧性 其它性能碳 增加 降低 降低焊接性能，增加冷脆性和时效敏感性硅 增加 影响不大 可焊性和冷加工性能有所降低，提高抗腐蚀性锰 增加 影响不大 消减硫和氧引起的热脆性，提高耐磨性，降低焊接性磷 稍有增加 降低 显著降低 增大冷脆性，降低焊接性，提高耐磨性和耐腐蚀性能硫 降低 降低 增大热脆性，降低焊接性，降低各种机械性能，降低抗腐蚀性第三节钢材的技术性质一、力学性能1抗拉性能低碳钢受拉后的应力一应变曲线，可分为弹性、屈服、强化和颈缩四个阶段。屈服点（S）、抗拉强度（b）和伸长率（A）是钢材的重要技术指标。屈服点（S）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（b）是钢材抵抗断裂破坏能力的一个重要指标；屈强比（S/b）反映了钢材的利用率和使用中的安全可靠程度，比较适宜的屈强比应在0.60.75间。钢材被拉断后的塑性变形值可用断后伸长率（A）或断面收缩率（Z）表示，它们反应了钢材的塑性变形能力。断后伸长率等于（lul0）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5倍的伸长率（A，以前用5表示）大于同一材质的l0d0为10的伸长率（A11.3，以前用10表示）。断面收缩率等于（S0Su）与原始横截面积（S0）之比，Su为试件断后最小横截面积。建筑钢材在正常工作中，结构内含缺陷处会因为应力集中而超过屈服点，具有一定塑性变形能力的钢材，会使应力重分布，从而避免钢材在应力集中作用下的过早破坏。高碳钢拉伸时，塑性变形很小且没有明显的屈服点，抗拉强度高。其结构设计取值是人为规定的条件屈服点（0.2），即产生残余变形为0.2%l0时的应力值。2冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力，用摆锤式冲击试验冲断中间带V型缺口试件时单位面积所消耗的功为冲击韧性指标，以冲击韧性值K（J/cm2）表示。K值越大，钢材的冲击韧性越好。温度对冲击韧性有重大影响。当温度降到一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢材呈脆性，这一现象称为冷脆性，这一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。3耐疲劳性钢材在交变荷载反复作用下，在远低于抗拉强度时发生突然破坏，这种破坏叫疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳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。4硬度表示钢材表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。测定钢材硬度的常用方法有布氏法和洛氏法。二、工艺性能1冷弯性能冷弯性能是指钢在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验后，检查受弯部位的外拱面和两侧面，不发生裂纹、起层或断裂为合格。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，这种变形在一定程度上比伸长率更能反映钢材内部组织状态、内应力及杂质等缺陷。2焊接性能焊接性能（又称可焊性）指钢材在通常的焊接方法与工艺条件下获得良好焊接接头的性能。可焊性好的钢材易于用一般焊接方法和工艺施焊，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、硫磷杂质少，则可焊性好。加入过多的合金元素，会降低可焊性。第四节钢材的冷加工强化、时效处理和焊接一、冷加工强化和时效处理在常温下对钢筋进行冷拉、冷拔和冷轧，使之产生塑性变形，从而提高屈服强度，相应降低了塑性和韧性，这种加工方法称为钢筋的冷加工。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，弹性模量降低。钢材经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和抗拉强度逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象，称为时效。时效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100200并保持23小时，这一过程称为时效处理。前者称为称自然时效，后者称为称人工时效。一般强度较低的钢筋采用自然时效即可达到时效目的，强度较高的钢筋对自然时效不敏感，必须进行人工时效。钢材的时效敏感性可用应变时效敏感系数表示，即时效前后冲击韧性值的变化率。应变时效敏感系数愈大，则时效后冲击韧性的降低愈显著。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。二、焊接电弧焊是在焊接时产生高温电弧，使焊条金属熔化在焊件上，成为联接焊件的焊缝金属，主要用于钢构件的焊接，也可用于钢筋的焊接。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。焊接不良易造成焊缝金属缺陷（热裂纹、夹杂物和气孔）和基体金属热影响区的缺陷，降低焊缝强度和抵抗变形的能力。第五节土木工程用钢、钢材的标准和选用一、土木工程用钢的主要类别1碳素结构钢碳素结构钢可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程。构件可进行焊接、铆接和栓接。（1）牌号碳素结构钢以屈服点等级为主，划分成五个牌号，按以下方法表示：屈服点等级质量等级脱氧程度屈服点等级分为：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。质量等级按冲击韧性要求划分为：D、C、B、A四级。脱氧程度：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。（2）技术性能碳素结构钢五大化学元素（碳、锰、硅、硫、磷）的含量，以及五大机械性能（屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击韧性、冷弯性能）应符合国家标准。随着牌号的增大，钢材的屈服强度和抗拉强度增大，而伸长率降低。Q235钢的强度适中，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、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性较差。Q255钢的应用范围不如Q235钢广泛，主要用作铆接或栓接结构，以及钢筋混凝土的配筋。2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入总量小于5的合金元素而形成的钢种。（1）牌号低合金高强度结构钢牌号的表示方法与碳素结构钢类似，屈服点等级有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五级，质量等级有E、D、C、B、A五级。（2）技术性能低合金高强度结构钢的化学成分，以及五大机械性能（屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击韧性、冷弯性能）应符合国家标准。低合金高强度结构钢具有强度高、塑性和韧性好，耐腐蚀性能强，低温性能好，可焊性较好等特点。采用低合金高强度结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也是推荐使用的牌号。3优质碳素结构钢优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格、质量稳定，性能优于碳素结构钢，。优质碳素结构钢绝大部分为镇静钢，对有害杂质含量控制严格，质量稳定，综合性能好，成本较高，可用于生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。优质碳素结构钢分为普通含锰量（0.350.80）和较高含锰量（0.701.20）两大组。优质碳素结构钢共有31个牌号，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；“30”表示平均含碳量为0.30，普通含锰量的镇静钢。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。二、钢结构用钢材我国钢结构采用的钢材品种主要为热轧型钢（角钢、L型钢、工字钢、槽钢和H型钢）、冷弯薄壁型钢、热（冷）轧钢板和钢管等。三、钢筋混凝上用钢材1热轧钢筋热轧直条钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，按最小屈服点分成四个强度等级：HPB235、HRB335、HRB400和HRB540。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要受力钢筋以及各种钢筋混凝土结构中的构造筋。HRB335、HRB400和HRB540是采用低合金钢轧制的，表面有两条纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋，肋纹可提高混凝土与钢筋的粘结力。HRB335钢筋的强度较高，塑性和焊接性能也较好，是钢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，但塑性和可焊性较差。质量评定指标有屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和180冷弯。建筑用低碳钢热轧盘条是由碳素结构钢经热轧而成，分为两种牌号Q215、Q235。它的强度较低，但塑性、可焊性好。2冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧而成，表面带有均匀分布的横肋，按最小抗拉强度划分为CRB550、CRB650、CRB800、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，可用于预应力混凝土结构或普通钢筋混凝土结构。3预应力筋预应力混凝土钢丝与钢绞线具有强度高、柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠，施工时不需冷拉及焊接，主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。四、专门结构用钢材桥梁结构钢是专为桥梁结构制造的钢种，具有较高的强度、良好的塑性和韧性、可焊性及较高的疲劳强度，还有良好的抗大气腐蚀性。桥梁结构钢的牌号后面以q为标记。钢轨钢具有较高的强度、耐磨性、冲击韧性和疲劳强度，以及良好的耐腐蚀性能，能够承受车轮压力、冲击和磨损的长期作用。钢轨钢分为轻轨和重轨。第六节钢材的腐蚀与防护钢材在大气中的腐蚀，是由化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所至，但以电化学腐蚀为主。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（铁被腐蚀），并放出电子；在阴极区：2H2O2e(1/2)O22OHH2O（消耗电子和氧的还原）；在溶液区铁离子和氢氧根反应生成氢氧化铁（铁锈），体积膨胀。防止钢的锈蚀，目前经常合金化、金属覆盖和非金属覆盖三种方法。在钢筋混凝土中，可采取提高混凝土密实度，适当加大保护层厚度，以及控制氯盐掺量，或者掺加亚硝酸盐等阻锈剂等措施，来防止钢筋锈蚀。习题与解答一、名词解释1生铁2空气转炉钢3氧气转炉钢4平炉钢5沸腾钢6镇静钢7半镇静钢8碳素钢9合金钢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耐疲劳性19疲劳强度20硬度21冷加工（冷加工强化）22时效23时效敏感性24冷脆性25脆性临界温度26热脆性27自然时效28人工时效29Q235A.F3045Mn31钢材的电化学腐蚀32条件屈服点33冷拉34冷拔答案1*生铁：是将铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石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，使用受到很大的限制。2*空气转炉钢：空气转炉钢是将高压热空气由侧面或底部吹入转炉内的铁液中（铁液直接来自高炉），氧化去除铁液中的碳和杂质（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，因此不易准确控制成分，故钢的质量较差，但该方法不需要燃料，速度快，设备投资少，所以成本低。3*氧气转炉钢：氧气转炉钢是由转炉顶部吹入高压纯氧（99.5），将铁液中多余的碳和杂质（P、S等）迅速氧化除去而炼成的钢。其优点是冶炼时间短（2545min），杂质含量少，质量好。可生产优质碳素钢和合金钢。4*平炉钢：平炉钢是以铁液或固体生铁、废钢铁和适量的铁矿石为原料，以煤气或重油为燃料，靠废钢铁、铁矿石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（412h），易调整和控制成分，杂质少，质量好。但投资大，需用燃料，成本高。用平炉法炼钢可生产优质碳素钢和合金钢或有特殊要求的钢种。5沸腾钢：沸腾钢脱氧不完全，钢中含氧量较高，浇铸后钢液在冷却和凝固的过程中氧化铁和碳发生化学反应，生成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。6镇静钢：镇静钢和特殊镇静钢脱氧比较完全，在冷却和凝固时，没有气体析出，无“沸腾”现象，称为镇静钢。7半镇静钢：半镇静钢的脱氧程度和质量的介于沸腾钢和镇静钢两者之间。8碳素钢：钢的化学成分中，碳元素对钢的性能起主要作用，其它元素含量不多，也不起主要作用，这种钢称为碳素钢。9合金钢：含有一种或多种特意加入或超过碳素钢限量的化学元素如Mn、Si、Ti等，以改善钢的性能，或者使其获得某些特殊性能，这种钢称为合金钢。10屈服：应力在小范围内波动，而应变迅速增加，钢材产生明显塑性变形的现象，称为屈服。11屈服点：钢材在拉伸过程中力不增加，仍能继续伸长时的应力，通常取屈服下限所对应的应力，称为屈服点（或屈服强度），用S表示。12抗拉强度：钢材拉伸过程中强化阶段最高点对应的应力，称为抗拉强度，用b表示。它是钢材抵抗断裂破坏能力的一个重要指标。13伸长率：钢材试件拉断后，标距的塑性变形值（lul0）与原标距（l0）之比，称为伸长率，以A表示。14屈强比：屈服强度与抗拉强度之比。15颈缩率（截面收缩率）：Z（S0Su）/S0，其中Su为试件断后最小横截面积，S0为试件原始截面积。16冲击韧性：冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。用冲击韧性值k表示。17冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。用弯曲角度和弯心直径与试件厚度（或直径）比值表示。18耐疲劳性：钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏，这种破坏叫疲劳破坏。19疲劳强度：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。20硬度：表示钢材表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力。21冷加工（冷加工强化）：在常温下对钢材进行冷拉、冷拔和冷轧，使之产生塑性变形，从而提高屈服强度，相应降低了塑性和韧性，这种加工方法称为钢材的冷加工（也称冷加工强化）。22时效：随着时间的延长，钢材的服强度和强度极限逐渐提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象，称为时效。23时效敏感性：因时效而使性能改变的程度为钢材的时效敏感性。24冷脆性：随环境温度降低，钢的冲击韧性亦降低，当达到某一负温时，钢的冲击韧性值突然发生明显降低，开始呈脆性断裂，这种性质称为钢的冷脆性（或低温冷脆性）。25脆性临界温度：钢材发生冷脆性时的温度，称为脆性临界温度。26热脆性：钢材在热加工过程中造成晶粒分离，使钢材断裂，形成热脆现象，成为热脆性。27自然时效：经过冷拉的钢筋在常温下存放1520d，这个过程称为自然时效。28人工时效：将经过冷拉的钢筋加热到l00200并保持一定时间，这个过程称为人工时效。29Q235A.F：表示屈服强度为235MPa，由氧气转炉或平炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。3045Mn：表示平均含碳量为0.45%、含锰量较高的45号镇静优质碳素结构钢。31钢材的电化学腐蚀：由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀，称为钢材的电化学腐蚀。32条件屈服点：硬钢在拉伸时没有明显的屈服过程，因此将钢材残余变形达到0.2%的应力称为条件屈服点，或名义屈服点。33冷拉：钢材冷加工方法的一种，是在常温下将钢材拉至应力超过屈服点，在远小于抗拉强度时卸荷，使其强度提高，韧性、塑性下降的过程。34冷拔：钢材冷加工方法的一种，是将6-8的光圆钢筋，通过一钨合金拔丝模孔而强力拉拔，使其径向挤压缩小而纵向伸长。二、填空题1炼钢过程中，由于脱氧程度不同，钢可分为_钢、_钢和_钢三种。其中_钢脱氧完全，_钢脱氧不完全。2碳素结构钢的含碳C量越大，强度和硬度越_，塑性越_。3随时间而增长，钢材的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象被称为钢材的_。4钢材经冷拉后屈服强度提高，塑性、韧性下降，这种现象称_。5热轧钢筋冷弯试验规定弯曲角度为_，经规定的弯曲角度后，观察弯曲处外面及侧面有无_、_、或_来评定的。6结构设计时，软钢是以_强度、硬钢是以_强度，作为设计计算取值的依据。7钢材A表示_；A11.3表示_；0.2表示_。8屈强比是反映钢材_和_的指标。结构设计时屈服强度是确定钢材_的主要依据。9在我国北方地区选用钢材时，必须对钢材的_性进行检验，此时选用的钢材，其_温度应比环境温度低。10钢材的冲击韧性是用标准试件（中部加工有V型或U型缺口），进行_试验，其表示指标是_。11钢中含有害元素_较多呈热脆性，含有害元素_较多呈冷脆性。12钢材的主要焊接方法有两种：焊接钢结构用的_和钢筋焊接用的_。13钢材锈蚀的原因主要有两种_、_。14建筑钢材主要用于_、_。15盘圆钢筋经冷拉后，可使_、_、_合成一道工序，并使锈皮脱落，钢筋冷拉的方法可采用_或_两种方法。16普通碳素结构钢，按_强度的不同，分为_个牌号，随着牌号的增大，_和_提高，_和_降低。17*炼钢过程中，碳被氧化成_气体逸出，硅、锰等被氧化成氧化硅、氧化锰进入渣中除去，硫、磷在_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。18反映钢材刚度的指标是_。而钢材的冷弯性能用_以及_与_的比值来表示。19在交变应力作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的_。20*在钢的组织中，当含碳量等于0.8时的钢称为_，而建筑钢材都是_，钢材的含碳量增大，_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。21磷可提高钢的_和_，在低合金钢中可配合其它元素作为_元素使用。22钢材的可焊性，主要受_及其_的影响，当含碳量超过_或含有较多的_时，可焊性变差。同时杂质含量的增多及_元素含量较高时可焊性同样降低。23P和S被认为是钢中的有害元素，在钢材加工中P常使钢材_增加，而S的增加会使钢材产生_性。24经冷加工处理的钢筋，表现出_提高_基本不变，而_性和_性相应降低。25钢材经冷加工后，在常温下搁置_天或加热到_，保持_小时以内，则_和_都提高，_和_会进一步降低。前者称为_，后者称为_。26热轧钢筋的质量指标项目有_、_、_和_等四项指标要求，据此可评定钢筋的级别，随级别的增大，其强度_，塑性_。27在受振动冲击荷载作用下的重要结构（吊车梁，桥梁）选用钢材时要注意选用_较大，时效敏感性_的钢材。28*钢中铁素体是碳在铁中的_，渗碳体是_化合物，珠光体是_和_组成的层状机械混合物。29钢牌号Q235A表示_、_、_、_。30用钢筋冷拉是在常温下将其拉至应力超过_，但小于抗拉强度时即卸载。31钢材中含碳量提高，使_和_相应提高，而_和_则相应降低。答案1沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，镇静钢，沸腾钢2高，低3时效4冷加工强化5180，裂纹，起层，断裂6屈服（S），条件屈服（0.2）7l0=5d0的伸长率，l0=10d0的伸长率，产生残余变形0.2l0时的应力8利用率，安全可靠程度容许应力9冷脆，脆性临界10冲击，冲击韧性值k（J/cm2）11硫，磷12电弧焊，接触对焊13化学腐蚀，电化学腐蚀14钢结构，钢筋混凝土15冷拉，除锈，调直，控制应力，控制应变16屈服，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*珠光体，亚共析钢，珠光体，强度，塑性，韧性21耐蚀性，耐磨性，合金22含碳量，硫含量，0.3%，硫，合金元素23冷脆性，热脆性24屈服强度，抗拉强度，塑性，韧性251520，100200，23小时，屈服强度，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*固溶体，铁与碳，铁素体，渗碳体29碳素钢结构钢，屈服强度235MPa，镇静钢，质量等级A级30屈服强度31强度，硬度，塑性，韧性三、选择题1钢筋冷拉后_强度提高；钢筋冷拉并时效后_强度提高。ASBbCS和b2钢结构设计时，对直接承受动荷载的结构应选用_钢。A平炉或氧气转炉镇静钢B平炉沸腾钢C氧气转炉半镇静钢3一般地，强度较低的钢筋采用_即可达到时效目的，强度较高的钢筋对_几乎无反应，必须进行_。A自然时效B人工时效C时效4钢材的设计强度取值为_。A屈服强度B抗拉强度C抗压强度5既能揭示钢材内部组织缺陷又能反映钢材在静载下的塑性的试验_。A拉伸试验B冷弯试验C冲击韧性试验6反映钢材均匀变形下的塑性指标是_。A伸长率B延伸率C冷弯7在普通碳素结构钢的化学成分中，碳的含量增加，则_。A强度降低，塑性和韧性降低B强度提高，塑性和韧性提高C强度提高，塑性和韧性降低D强度降低，塑性和韧性提高8疲劳破坏是_断裂。A脆性B塑性C韧性9对承受冲击及振动荷载的结构不允许使用_。A冷拉钢筋B热轧钢筋C热处理钢筋10钢结构设计时，对直接承受动荷载的结构，应选用_。A镇静钢B沸腾钢C半镇静钢11热轧钢筋按其机械性能分级，随级别增大，表示钢材_。A强度增高，伸长率降低B强度降低，伸长率增C强度增高，伸长率增大12吊车梁和桥梁用钢，要选用_性较大，且时效敏感性_的钢材。A塑性B韧性C脆性D大E小13钢筋按其机械性能划分级别，随级别增大，表示钢材_。A强度增高，伸长率降低B强度增大，伸长率增大C强度降低，伸长率降低D强度降低，伸长率增大14严寒地区受动荷载作用的焊接钢结构应优先选用钢材_。AQ235-AFBQ235-DCQ235-BDQ235-Bb15热轧光圆直条钢筋是用_轧制的。A碳素结构钢Q235B低合金结构钢C优质碳素结构钢D高级优质结构钢16_元素是钢材中的有害元素，当其含量增加时，会使钢材的热脆性增加。A氧B磷C硫D氮17防止混凝土中钢筋锈蚀的主要措施是_。A钢筋表面油漆B钢筋表面用碱处理C提高混凝土的密实度、保证混凝土的覆盖厚度18碳素钢牌号增大，表示强度_，伸长率_。A增大B降低C基本不变D不确定19钢材内部，_为有害元素。A锰、铝、硅、硼B硫、磷、氧、氮C稀土元素D铬、镍、铜20严寒地区露天的焊接钢结构，应优先选_钢。AQ275DBQ275FCQ235DDQ235F21_能使钢材硬度大大提高。A正火B回火C淬火D退火22衡量钢材塑性的重要技术指标是_。A屈服强度B抗拉强度C断后伸长率D冲击韧性23钢材的伸长率大，表示其_。A塑性好B韧性好C强度低D硬度低24_是钢材中的有害元素，在钢材中偏析严重，影响塑性。A硅B锰C碳D氮25脱氧不充分的钢液浇铸的钢锭称为_。A结构钢B特类钢C镇静钢D沸腾钢26土木工程中最广泛应用的碳素结构钢牌号为_。AQ195BQ215CQ235DQ25527和Q235钢相比，Q195钢_。A强度高，韧性好B强度高，韧性差C强度低，韧性好D强度低，韧性差28同牌号的碳素结构钢中，质量等级最高的钢是_等级的钢。AA等级BB等级CC等级DD等级29同牌号的碳素结构钢中，P、S含量最高的钢是_等级的钢。AA等级BB等级CC等级DD等级30冷弯性能好的钢材，应能经受_的冷弯试验而不破坏。A弯曲角大，弯心直径大B弯曲角大，弯心直径小C弯曲角小，弯心直径大D弯曲角小，弯心直径小31.钢材中C含量高时，则其_。A强度高，韧性好B强度高，韧性差C强度低，韧性好D强度低，韧性差32.从钢材的脱氧程度看，含氧量最低的钢种为_。A沸腾钢B镇静钢C半镇静钢D特殊镇静钢33钢结构选用钢板时，条件允许时宜选用_的钢板。A厚板B中板C薄板D超厚板34钢材的牌号越高，则钢材的_。A强度高，韧性好 B强度高，韧性差C强度低，韧性好D强度低，韧性差35严寒的承受冲击荷载的结构，宜选用_的钢材。A化学偏析小，时效敏感性大B化学偏析小，时效敏感性小C化学偏析大，时效敏感性大D化学偏析大，时效敏感性小36钢材经过冷加工后，钢材的_。A强度提高，韧性增大B强度减小，韧性增大C强度增大，韧性减小D强度减小，韧性减小37除了可评价钢材的塑性变形能力外，冷弯试验还可评价钢材的_A强度B冷脆性C焊接性能D时效敏感性38钢材受拉时，出现的_，是晶体结构中的缺陷对钢性质影响的表现。A弹性阶段和屈服阶段B弹性阶段和强化阶段C屈服阶段和强化阶段D强化阶段和颈缩阶段答案1A，C2A3A、A、B4A5B6A7C8A9A10A11A12B，E13A14B15A16C17C18A，B19B20C21C22C23A24D25D26C27C28D29A30B31B32D33C34B35B36C37C38C四、是非题（正确写“T”，错误写“F”）1钢是铁、碳合金，所以叫合金钢。（）2与沸腾钢比较，镇静钢的冲击韧性和焊接性较差，特别是低温冲击韧性的降低更为显著。（）3在结构设计时，屈服点是确定钢材容许应力的主要依据。（）4钢材的屈强比越大，表示结构使用中安全可靠性越高。（）5钢材的断后伸长率公式，式中lu为试件拉断后的标距长度；l0为试件原标距长度。（）6A是表示钢筋拉伸至变形达5时的伸长率。（）7同一钢筋取样作拉伸试验时，其伸长率A11.3大于A。（）8伸长率大的钢材，冷弯性能必然好。（）9钢材的韧性随温度降低而下降。（）10钢材的弹性模量越大，越不易变形。（）11脆性临界转变温度越低，钢材的低温冲击性能越好。（）12负温下使用钢结构应当选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。（）13时效敏感性越大的钢材，经时效以后，其冲击韧性降低越显著。（）14钢材冲击韧性k值越大，表示钢材抵抗冲击荷载的能力越低。（）15钢材作冷弯试验时，采用的弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能要求愈高。（）16钢材的腐蚀主要是化学腐蚀，其结果使钢材表面生成氧化铁或硫化铁等而失去金属光泽。（）17当碳素钢的含碳量在0.8以内，钢的抗拉强度随含碳量的增加而提高，而当含C0.8时，正好相反。（）18含碳量较高的钢材屈服现象不明显。（）19钢的含碳量增加，可焊性降低，增加冷脆性和时效敏感性，降低抗大气腐蚀性。()20硅在低合金钢中的作用主要是提高钢的强度。（）21碳素结构钢的牌号越大，其强度越高，塑性越好。（）22钢材中含磷较多呈冷脆性，含硫较多呈热脆性。（）23钢材焊接时产生热裂纹，主要是由于含磷较多引起的。（）24冷加工强化使钢的弹性模量降低。（）25钢筋与混凝土的线膨胀系数基本相同，故二者可以共同工作。()26钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。（）27钢筋进行冷拉处理，是为了提高其加工性能。（）28钢材冷拉后可提高其屈服强度和极限抗拉强度，而时效只能提高其屈服点。（）29P、S是钢材中有害元素，含量越少越好。（）30钢材中的P、S含量越少，牌号越高。（）31建筑钢材的牌号是依据其极限抗拉强度划分的。_32钢材的冷加工和时效处理的目的在于改善钢材的塑性和韧性。（）33弯曲角越大，弯心直径越小，钢材的冷弯性能越好。（）34高强低合金结构钢最适用于大跨度的桥梁结构和抗震结构。（）35建筑工程中最常用的碳素结构钢是Q-195。（）36所有牌号的高强低合金结构钢，其屈服点都高于各牌号的碳素结构钢。（）37钢材的P、S含量越少，其质量等级越好。（）38按照P、S含量，碳素结构钢和高强低合金结构钢划分为A、B、C、D四个质量等级。39合金元素Si、Mn的含量越高，钢材的性能越好。（）40钢材的牌号越高，则含碳量越高，P、S含量越低。（）41结构设计选用钢材时，钢材的屈强比越小越好。（）42钢结构选用板材时，条件允许的情况下，应选用薄的钢板。（）43由于钢水浇注钢锭时，有大量的CO逸出，如同沸腾，因此，沸腾钢的脱氧程度最好。（）答案1F2F3T4F5T6F7F8T9T10T11T12T13T14F15T16F17T18T19T20T21F22F23F24T25T26T27F28F29F30F29T30F31F32F33T34T35F36T37T38F39F40F41F42T43F五、问答题1请谈谈钢材的主要技术指标？答：屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三项重要技术性能指标。屈服点（S）是结构设计时强度取值的依据，表示钢材在正常工作状态允许达到的应力值。抗拉强度（b）是钢材抵抗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S/b）却能反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈服点与抗拉强度的比值（S/b）称为屈强比，它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度。屈强比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，材料不易发生危险的脆性断裂。如果屈强比太小，则利用率低，造成钢材浪费。伸长率（A）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，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过S时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免钢材提早破坏。同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中发生超过允许的变形值。2钢的主要冶炼方法有哪些？说出依据脱氧程度钢的分类名称。答：钢的冶炼方法主要有转炉、平炉和电炉。根据冶炼后期加脱氧剂使FeO还原成Fe过程中的脱氧程度不同，将钢分成沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢脱氧不充分，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，钢性能稳定，质量好，但成本较高。半镇静钢质量与成本介于上述二者之间。3冷加工和时效对钢材性能有何影响，为什么？答：在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工（或冷加工强化）。冷加工后的钢材，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，由于晶粒间已产生滑移，晶粒形状改变。同时在滑移区域，晶粒破碎，晶格歪扭，从而对继续滑移造成阻力，要使它重新产生滑移就必须增加外力，这就意味着屈服强度有所提高，但由于减少了可以利用的滑移面，故钢的塑性降低。另外，在塑性变形中产生了内应力，钢材的弹性模量降低。钢材随着时间的延长，钢的屈服强度和抗拉强度提高，而塑性和韧性降低的现象，称为时效。经时效处理的钢筋，其屈服点、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-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。当钢材冷加工塑性变形后，或受动载的反复振动，都会促进氮、氧原子的移动和聚集，加速时效的发展，使晶格畸变加剧，阻碍晶粒发生滑移，增加了抵抗塑性变形的能力。4土木工程中采用哪三大类钢种？试述它们各自的特点和用途？答：土木工程结构使用的钢材主要由碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢等三类加工而成。碳素结构钢碳素结构钢力学性能稳定，塑性好，在各种加工过程中敏感性较小（如轧制、加热或迅速冷却），构件在焊接、超载、受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，钢的质量越好。而且，碳素结构钢冶炼方便，成本较低，目前在土木工程的应用中还占相当大的比重。碳素结构钢可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程。构件可进行焊接、铆接和栓接。低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入总量小于5的合金元素而形成的钢种。加入合金元素不仅可以提高钢的强度和硬度，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。低合金高强度结构钢除强度高外，还有良好的塑性和韧性，硬度高，耐磨好，耐腐蚀性能强，耐低温性能好。一般情况下，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。采用低合金高强度结构钢可以减轻结构自重，节约钢材（20%25%），使用寿命增加，经久耐用，特别适合高层建筑、大柱网结构和大跨度结构。优质碳素结构钢优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格、质量稳定，性能优于碳素结构钢。优质碳素结构钢按含锰量的不同，分为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。优质碳素结构钢成本高，在预应力钢筋混凝上中用45号钢作锚具，生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线用6580号钢。5钢结构中主要采用哪些钢材？答：钢结构中采用的钢材品种主要为热轧型钢、冷弯薄壁型钢、热（冷）轧钢板和钢管等。热轧型钢常用的热轧型钢有角钢、工字钢、槽钢、H型钢、T型钢、Z型钢等。我国建筑用热轧型钢主要采用碳素结构钢和低合金钢。在碳素结构钢中主要采用Q235-A，其强度较适中，塑性和可焊性较好，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。冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢通常用26mm钢板冷弯或模压而成，有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。可用于轻型钢结构。冷弯薄壁型钢一般采用碳素结构钢或低合金结构钢经冷轧（弯）或模压而成，属于高效经济截面，由于壁薄，刚度好，能高效地发挥材料的作用,节约钢材。钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢材称为钢板。按轧制温度的不同，钢板又可分热轧和冷轧两类。土木工程用钢板的钢种主要是碳素结构钢，某些重型结构。大跨度桥梁等也采用低合金钢。钢管钢管有热轧无缝钢