第5章 建筑钢材

1、建筑钢材钢材的基本知识建筑钢材的基本知识案例：案例： 外外白渡桥是中国的第一座白渡桥是中国的第一座全钢结构全钢结构铆接桥梁和仅存的不等高桁架结构桥，铆接桥梁和仅存的不等高桁架结构桥，同时也是自同时也是自18561856年以来在苏州河河口附年以来在苏州河河口附近同样位置落成的第四座桥梁。由于处近同样位置落成的第四座桥梁。由于处于苏州河与黄浦江的交界处，因此成为于苏州河与黄浦江的交界处，因此成为连接黄浦与虹口的重要交通要道连接黄浦与虹口的重要交通要道。现在。现在的外白渡桥于的外白渡桥于19081908年年1 1月月2020日落成通车日落成通车。建筑钢材的基本知识案例：案例： “鸟巢鸟巢”外形结构主

2、要由巨大的外形结构主要由巨大的门门式钢架式钢架组成，共有组成，共有2424根桁架柱，现已完根桁架柱，现已完成成2020根桁架柱整柱及根桁架柱整柱及2 2根下柱吊装。国根下柱吊装。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3332.3米，短轴为米，短轴为296.4296.4米，最高点高度米，最高点高度为为68.568.5米，最低点高度为米，最低点高度为42.842.8米。而这米。而这次搭建它的钢结构的次搭建它的钢结构的Q460Q460也有很多独也有很多独到之处：到之处：Q460Q460是一种低合金高强度钢是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到，它在受力强度达到4604

3、60兆帕时才会发兆帕时才会发生生塑性变形。塑性变形。建筑钢材的基本知识钢钢的冶炼和分类：的冶炼和分类：1 1、铁的冶炼与性质、铁的冶炼与性质 是由碳的质量分数大于或等于是由碳的质量分数大于或等于2.11%2.11%的铁碳合金组成。的铁碳合金组成。2 2、钢的冶炼、浇筑和热轧成形、钢的冶炼、浇筑和热轧成形 钢比铁的杂质元素含量少，力学性能高。炼钢就是减少生铁中的碳、钢比铁的杂质元素含量少，力学性能高。炼钢就是减少生铁中的碳、硅、锰、硫等杂质元素，添加必要的合金元素，以便得到性能理想的钢硅、锰、硫等杂质元素，添加必要的合金元素，以便得到性能理想的钢材。材。（1 1）炼钢的三种方法：）炼钢的三种方法

4、： 1 1）转炉炼钢法）转炉炼钢法 2 2）平炉炼钢法）平炉炼钢法 3 3）电炉炼钢法）电炉炼钢法建筑钢材的基本知识1 1）转炉炼钢法）转炉炼钢法 转炉转炉炼钢（炼钢（converter steelmakingconverter steelmaking）是以铁水、废钢、铁合金为主要原）是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气热量而在转炉中完成炼钢过程。转炉按耐火材料分为酸性和碱性，按气体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；

5、按气体种类为分空气转炉和氧体吹入炉内的部位有顶吹、底吹和侧吹；按气体种类为分空气转炉和氧气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单气转炉。碱性氧气顶吹和顶底复吹转炉由于其生产速度快、产量大，单炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要炉产量高、成本低、投资少，为目前使用最普遍的炼钢设备。转炉主要用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。用于生产碳钢、合金钢及铜和镍的冶炼。建筑钢材的基本知识建筑钢材的基本知识2 2）平炉炼钢法）平炉炼钢法 德德裔英国发明家西门子裔英国发明家西门子(Charles Wilhelm Sie-mens(Charles Wilhelm

6、Sie-mens， 18231883)18231883)和法国和法国炼钢专家马丁炼钢专家马丁 (Pierre Emile Martin(Pierre Emile Martin，18241915)18241915)所发明的炼钢法，为重所发明的炼钢法，为重要的炼钢方法之一。发展于要的炼钢方法之一。发展于1919世纪世纪5050年代，至今仍采用，虽然年代，至今仍采用，虽然* *电弧炉电弧炉(electric-arc furnaces)(electric-arc furnaces)日益被采用，特别是用于生产高等级钢。平炉炼钢日益被采用，特别是用于生产高等级钢。平炉炼钢法使用气态燃料，它通过平炉中的排气

7、来预热。熔融的金属处于平炉底法使用气态燃料，它通过平炉中的排气来预热。熔融的金属处于平炉底部或炉床的浅槽中部或炉床的浅槽中。建筑钢材的基本知识建筑钢材的基本知识3 3）电炉炼钢法）电炉炼钢法 电炉炼钢电炉炼钢法主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达法主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达40004000。冶炼。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。建筑钢材的基本知识（2 2）钢的浇筑）钢的浇筑 将炼好的钢液放入盛钢桶内

8、，大部分要浇筑成钢锭。将炼好的钢液放入盛钢桶内，大部分要浇筑成钢锭。建筑钢材的基本知识1 1）沸腾钢）沸腾钢 炼钢炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为“F”F”。其冲击韧性和可焊性较差。其冲击韧性和可焊性较差。 2 2）镇静钢）镇静钢 炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸

9、钢锭时钢液会平静炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为 “ “Z”Z”。 3 3）特殊镇静钢）特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为“TZ”TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。建筑钢材的基本知识（3 3）热轧成形）热轧成形 将钢锭再加热到一定的高温进行加工，即经过锻造、热压、扎制成形将钢锭再加热到一定的高温进行加工，即经过锻造、热压、扎制成形状尺寸符合要

10、求的钢材。状尺寸符合要求的钢材。建筑钢材的基本知识钢材的分类：钢材的分类： 按化学成分按化学成分分类分类1. 1. 碳素钢碳素钢 低碳钢低碳钢：含碳量：含碳量 0.25 0.600.602 2. . 合金钢合金钢 低合金钢低合金钢：合金元素总含量：合金元素总含量 5.0 10 10建筑钢材的基本知识按钢材的质量等级分类按钢材的质量等级分类1. 1.普通钢：含硫量普通钢：含硫量0.0500.050；含磷量；含磷量0.0450.045。2 2. .优质钢：含硫量优质钢：含硫量0.0350.035；含磷量；含磷量0.0350.035。3. 3.高级优质钢：含硫量高级优质钢：含硫量0.0250.025

11、；含磷量；含磷量0.0250.025。 4. 4.特级优质钢：含硫量特级优质钢：含硫量0.0150.015；含磷量；含磷量0.0250.025。 建筑钢材的基本知识按钢材的用途分类按钢材的用途分类1. 1.结构钢：主要用于建筑工程中的钢结构和钢筋混凝土结构。结构钢：主要用于建筑工程中的钢结构和钢筋混凝土结构。2. 2.工具工具钢：一般用于各种切削工具、量具、模具等工具的生产。钢：一般用于各种切削工具、量具、模具等工具的生产。3 3. .特殊性质钢：用于具有各种特殊物理、化学性质钢的生产。特殊性质钢：用于具有各种特殊物理、化学性质钢的生产。 建筑钢材的基本知识按钢材的脱氧程度分类按钢材的脱氧程度

12、分类1 1. . 沸腾钢沸腾钢 炼钢炼钢时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭时脱氧不充分，钢液中还有较多金属氧化物，浇铸钢锭后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大后钢液冷却到一定的温度，其中的碳会与金属氧化物发生反应，生成大量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代量一氧化碳气体外逸，引起钢液激烈沸腾。这种钢材称为沸腾钢，其代号为号为“F”F”。其冲击韧性和可焊性较差。其冲击韧性和可焊性较差。 2 2. . 镇静钢镇静钢 炼钢炼钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢时脱氧充分，钢液中金属氧化物很少，在浇铸钢锭时钢液会平静地冷却

13、凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为液会平静地冷却凝固，这种钢称为镇静钢，其代号为 “ “Z”Z”。 3 3. . 半镇静钢半镇静钢 指指脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其脱氧程度和性能都介于沸腾钢和镇静钢之间的钢材，其代号为代号为“b”b”。 4 4. . 特殊特殊镇静钢镇静钢 比比镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代镇静钢脱氧程度更彻底的钢，故称为特殊镇静钢，代号为号为“TZ”TZ”。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。特殊镇静钢的质量最好，适用于特别重要的结构工程。建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学性能建筑钢材的力学性能1 1、

14、抗拉性能、抗拉性能 在在外力作用下，材料抵抗外力作用下，材料抵抗变形变形和和断断裂裂的能力称为强度。测定钢材强度的的能力称为强度。测定钢材强度的主要方法是主要方法是拉伸试验拉伸试验，钢材受拉时，钢材受拉时，在产生应力的同时，相应地产生应变在产生应力的同时，相应地产生应变。应力和应变的关系反映钢材的主要。应力和应变的关系反映钢材的主要力学特征。从右图低碳钢的应力力学特征。从右图低碳钢的应力- -应变应变关系中可看出，低碳钢从受拉到被拉关系中可看出，低碳钢从受拉到被拉断，经历了四个阶段：断，经历了四个阶段：弹性阶段弹性阶段、屈屈服阶段服阶段、强化阶段强化阶段和和颈缩阶段颈缩阶段。建筑钢材的力学与工

15、艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能2 2、冲击韧性、冲击韧性 钢材钢材的冲击韧性的冲击韧性是抵抗荷载作用而不破坏的能力。是抵抗荷载作用而不破坏的能力。钢材的冲击韧性钢材的冲击韧性试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一试验是将标准弯曲试样置于冲击机的支架上，并使切槽位于受拉的一侧，在试样中间开侧，在试样中间开V V形缺口。形缺口。建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的力学与工艺性能3 3、疲劳强度、疲劳强度 受受交变荷载反复作用，钢材在应交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破

16、坏的现象生脆性断裂破坏的现象, ,称为疲劳破称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应坏。钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开始形成细力引起的，首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。害极大，往往造成灾难性的事故。 建筑钢材的力学与工艺性能4 4、硬度、硬度 是指在钢材表面局部体积内抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的是指在钢材表面局部体积

17、内抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的能力。可用布氏硬度法、洛氏硬度法或维氏硬度法进行测定。能力。可用布氏硬度法、洛氏硬度法或维氏硬度法进行测定。布氏硬度计建筑钢材的力学与工艺性能建筑钢材的工艺性能建筑钢材的工艺性能冷弯性能：冷弯性能： 是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。焊接性能：焊接性能： 焊接后的焊头牢固可靠，焊缝处及附近仍能保持与母体基本相同的焊接后的焊头牢固可靠，焊缝处及附近仍能保持与母体基本相同的性质性质建筑钢材的力学与工艺性能例题例题1 1：建筑建筑钢材拉伸试验测得的各项指标中，包括钢材拉伸试验测得的各项指标中，包括( )( )。A A、屈服强度

18、、屈服强度 B B、疲劳强度、疲劳强度 C C、抗拉强度、抗拉强度 D D、伸长率伸长率答案：答案：A C DA C D例题例题2 2：（ ）是）是钢结构工程设计的钢结构工程设计的依据。依据。A A、比例极限、比例极限 B B、屈服屈服强度强度 C C、抗拉强度、抗拉强度 D D、弹性极限、弹性极限答案：答案：B B建筑钢材的力学与工艺性能例题例题3 3：钢材通过拉伸试验所测得的主要力学指标是（）。钢材通过拉伸试验所测得的主要力学指标是（）。A. A. 弹性极限、强度极限、冲击韧性弹性极限、强度极限、冲击韧性B. B. 屈服极限、强度极限、伸长率屈服极限、强度极限、伸长率C. C. 冲击韧性冲

19、击韧性、屈服极限、伸长率、屈服极限、伸长率D. D. 冷弯性能、屈服极限、伸长率冷弯性能、屈服极限、伸长率答案：答案：B B例题例题4 4：钢筋的伸长率反应钢材的（）。钢筋的伸长率反应钢材的（）。A. A. 塑性变形塑性变形 B. B. 弹性变形弹性变形 C. C. 韧性韧性 D. D. 脆性脆性答案：答案：A A建筑钢材的力学与工艺性能例题例题5 5：低碳钢拉伸过程中屈服阶段的特点是（）。低碳钢拉伸过程中屈服阶段的特点是（）。A.A. 随着荷载的增加，应力与应变成比例增加随着荷载的增加，应力与应变成比例增加B. B. 在荷载不增加的情况下，试件仍能继续伸长在荷载不增加的情况下，试件仍能继续伸

20、长C. C. 荷载增加，应变才相应增加，但应力与应变不呈现线性关系荷载增加，应变才相应增加，但应力与应变不呈现线性关系D. D. 应变迅速增加，应力下降，直至断裂。应变迅速增加，应力下降，直至断裂。答案：答案：B B钢材化学成分及热处理钢材化学成分及热处理钢材的主要化学成分：钢材的主要化学成分：（1 1）碳）碳 碳是决定钢材性能的最重要元素，它对钢材的强度、塑性、碳是决定钢材性能的最重要元素，它对钢材的强度、塑性、韧性等力学性能有重要的影响。韧性等力学性能有重要的影响。（2 2）锰）锰 锰能使钢的强度、硬度提高，但对冷加工不利。锰能使钢的强度、硬度提高，但对冷加工不利。（3 3）硅）硅 可提高

21、低合金钢的强度，但可焊性和冷加工性降低。可提高低合金钢的强度，但可焊性和冷加工性降低。（4 4）铝）铝 可使钢的组织细化，改善强度及其他性能。可使钢的组织细化，改善强度及其他性能。（5 5）镍）镍 可提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。可提高钢的强度、韧性和耐腐蚀性。（6 6）钒）钒 可使钢的晶粒细化，因而提高钢的强度、韧性和可焊性。可使钢的晶粒细化，因而提高钢的强度、韧性和可焊性。（7 7）钛）钛 钛与碳、氧的亲和力很强，使钢的组织致密，强度提高，改钛与碳、氧的亲和力很强，使钢的组织致密，强度提高，改善韧性和可焊性。善韧性和可焊性。钢材化学成分及热处理钢材的有害杂质的影响：钢材的有害杂质的影响：（

22、1 1）磷磷 磷可使钢在常温下的强度和硬度增加，塑性和韧性显著降低磷可使钢在常温下的强度和硬度增加，塑性和韧性显著降低。钢材在低温下塑性和韧性降低的性能为钢材的冷脆性。钢材在低温下塑性和韧性降低的性能为钢材的冷脆性。（2 2）硫硫 通常以硫化铁的形式存在。熔点低，焊接时容易产生裂纹，通常以硫化铁的形式存在。熔点低，焊接时容易产生裂纹，称为热脆性。称为热脆性。（3 3）氧氧 氧含量增加，钢的机械强度、塑性和韧性都会降低。氧含量增加，钢的机械强度、塑性和韧性都会降低。（4 4）氮氮 氮可使钢的强度提高，韧性和塑性降低。氮可使钢的强度提高，韧性和塑性降低。（5 5）氢氢 氢在高温时能溶解于钢中，温度

23、降低便游离出来，并将钢胀氢在高温时能溶解于钢中，温度降低便游离出来，并将钢胀裂形成微小裂纹。氢能够大大降低钢的焊接性、塑性和韧性。裂形成微小裂纹。氢能够大大降低钢的焊接性、塑性和韧性。钢材化学成分及热处理钢材的热处理：钢材的热处理： 热处理是强化钢材，使其发挥潜在能力的重要工艺。钢的热处理就热处理是强化钢材，使其发挥潜在能力的重要工艺。钢的热处理就是将刚在固态范围内是将刚在固态范围内加热加热到一定的温度，并在此到一定的温度，并在此温度保持温度保持一定时间，一定时间，然后以选定的然后以选定的冷却冷却速度冷却下来，以达到改变钢的组织结构，从而获速度冷却下来，以达到改变钢的组织结构，从而获得所需性能

24、的一种工艺方法。分为得所需性能的一种工艺方法。分为普通热处理普通热处理和和表面热处理表面热处理。普通热处理：普通热处理：（1 1）退火退火 退火是将刚加热到某一温度，温度保持一定时间，然后缓慢冷却，退火是将刚加热到某一温度，温度保持一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。钢材化学成分及热处理（2 2）正正火火 正火是将钢件加热到某一温度，保温一段时间，使钢材达到完全奥正火是将钢件加热到某一温度，保温一段时间，使钢材达到完全奥氏体化和均匀化，然后在自然流通的空气中冷却。氏体化和均匀化，然后在自然流通的空气中冷却。（3 3）淬火淬火 淬火是将

25、中、高碳钢加热到某一温度，保温一定时间，然后急速冷淬火是将中、高碳钢加热到某一温度，保温一定时间，然后急速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。一般钢轨在出厂前进行淬却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。一般钢轨在出厂前进行淬火处理。火处理。（4 4）回火回火 回火是将淬火后的钢材重新加热到某一温度，保温一定时间，然后回火是将淬火后的钢材重新加热到某一温度，保温一定时间，然后以一定方式冷却下来的一种热处理操作。主要是消除或减少淬火后的以一定方式冷却下来的一种热处理操作。主要是消除或减少淬火后的应力和脆性，并稳定钢材构件的尺寸和形状。应力和脆性，并稳定钢材构件的尺寸和形状。钢材化学成分及热处理

26、钢的表面热处理：钢的表面热处理： 钢的表面淬火是一种不改变钢件表面层化学成分，只改变表面层组钢的表面淬火是一种不改变钢件表面层化学成分，只改变表面层组织的局部热处理方法。利用快速加热使钢件表面很快达到淬火温度，织的局部热处理方法。利用快速加热使钢件表面很快达到淬火温度，不等热量传到心部就迅速予以冷却，可使表面层被淬硬，而心部仍是不等热量传到心部就迅速予以冷却，可使表面层被淬硬，而心部仍是未淬火组织。分为未淬火组织。分为感应加热表面淬火感应加热表面淬火和和火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火。（1 1）感应加热表面感应加热表面淬火淬火 使工件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后使工件

27、表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理方法。迅速淬火冷却的一种热处理方法。（2 2）火焰加热表面火焰加热表面淬火淬火 将乙炔将乙炔- -氧混合气体燃烧的火焰喷到工件表面上，使之快速加热，当氧混合气体燃烧的火焰喷到工件表面上，使之快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却的方法。达到淬火温度时立即喷水冷却的方法。钢材化学成分及热处理钢的热处理工艺：钢的热处理工艺： 钢材化学成分及热处理例题例题6 6：使使钢材产生脆性的有害元素是（）。钢材产生脆性的有害元素是（）。A. A. 碳碳 B. B. 硫硫 C. C. 磷磷 D. D. 氧氧答案：答案：B B钢材的冷加工

28、与强化钢材的冷加工与强化钢材的冷加工：钢材的冷加工： 钢材在常温下受到强力作用产生塑性变形，从而提高屈服强度，相钢材在常温下受到强力作用产生塑性变形，从而提高屈服强度，相应降低塑性和韧性的现象称为冷加工。钢材的冷加工可充分发挥钢材应降低塑性和韧性的现象称为冷加工。钢材的冷加工可充分发挥钢材效用，节约钢材。效用，节约钢材。以钢筋的冷拉为例：以钢筋的冷拉为例：钢材的冷加工与强化 请请观察下图钢筋的应力观察下图钢筋的应力- -应变应变曲线，并讨论冷加工强化与时效处理的曲线，并讨论冷加工强化与时效处理的机理。机理。 钢材的冷加工与强化 从上图可见，将钢筋冷拉至强化阶段的从上图可见，将钢筋冷拉至强化阶段

29、的K K点，然后卸荷，则产生塑点，然后卸荷，则产生塑性变形，若立即受拉，钢筋的应力性变形，若立即受拉，钢筋的应力- -应变曲线将沿应变曲线将沿OKCDOKCD发展至破坏发展至破坏。这时，钢筋在原来屈服阶段不再出现屈服现象，屈服点由。这时，钢筋在原来屈服阶段不再出现屈服现象，屈服点由B B点提高到点提高到K K点，但抗拉强度基本不变，塑性和韧性降低，弹性模量降低。冷加点，但抗拉强度基本不变，塑性和韧性降低，弹性模量降低。冷加工强化的原因是冷拉至工强化的原因是冷拉至K K点时，塑性变形造成滑移面内晶格歪扭，畸点时，塑性变形造成滑移面内晶格歪扭，畸变加剧，阻碍了进一步滑移，提高了抵抗变形的能力。同时

30、，由于塑变加剧，阻碍了进一步滑移，提高了抵抗变形的能力。同时，由于塑性变形中产生的内应力，使钢材弹性模量性变形中产生的内应力，使钢材弹性模量降低。降低。钢材的冷加工与强化案例：案例：钢结构钢结构吊车梁发现裂纹吊车梁发现裂纹 某某厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发现有许多裂纹。厂气轮车间吊车梁为钢结构，建成后质量检查发现有许多裂纹。分布于上、下翼缘最多，腹板处较少；加劲筋上无裂纹，加劲板与梁分布于上、下翼缘最多，腹板处较少；加劲筋上无裂纹，加劲板与梁翼或腹板之间的焊缝及附近亦未发现裂纹。裂纹深度经铲后，用深度翼或腹板之间的焊缝及附近亦未发现裂纹。裂纹深度经铲后，用深度计复测，大多数的深度

31、为计复测，大多数的深度为1 12 mm2 mm，少量纹深达，少量纹深达3 mm3 mm。此批构件钢材。此批构件钢材杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工程尚未使用；构件杂质含量远低于国家标准规定；环境温度正常；工程尚未使用；构件运输安装过程未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区运输安装过程未被撞击；裂纹部位远离焊接影响区。钢材的冷加工与强化分析：分析： 经经研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速度，铸钢时刚浇好的研究获悉：在生产钢材时，由于片面追求速度，铸钢时刚浇好的钢锭仅冷却至钢锭仅冷却至400 400 500 500 就拆模，未检查与清理即送至升温轧钢，就拆模，未检查与清理即送至升温轧钢，

32、轧制时钢板温度还在轧制时钢板温度还在300 300 以上，就送去结构加工厂下料制作，钢板冷以上，就送去结构加工厂下料制作，钢板冷却至却至50 50 左右时，已有裂纹。即钢锭温差过大，导致钢材表面存在大左右时，已有裂纹。即钢锭温差过大，导致钢材表面存在大量微裂纹，经加热轧压，裂纹不能闭合消失；由于钢锭是多边形，故量微裂纹，经加热轧压，裂纹不能闭合消失；由于钢锭是多边形，故所轧制的钢板上下两面有裂纹。而加劲板为另外采购的钢板，故未发所轧制的钢板上下两面有裂纹。而加劲板为另外采购的钢板，故未发现裂纹。现裂纹。 钢材的冷加工与强化钢材的时效：钢材的时效： 钢材经冷加工后，随时间的延长，钢材屈服极限和强

33、度极限逐渐提钢材经冷加工后，随时间的延长，钢材屈服极限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。高而塑性和韧性逐渐降低的现象称为时效。 将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放151520 d20 d，或加热至，或加热至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 h3 h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。这个过程称为时效处理程称为时效处理。 时效处理方法有两种：在常温下存放时

34、效处理方法有两种：在常温下存放151520 d20 d，称为自然时效，适合，称为自然时效，适合用于低强度用于低强度钢筋钢筋。 加热加热至至100100200 200 后保持一定时间（后保持一定时间（2 23 h3 h），称人工时效，适合），称人工时效，适合于高强钢筋。于高强钢筋。 钢材的冷加工与强化钢材的钢材的焊接焊接： 焊接是钢材的主要连接方式，焊接的质量主要取决于焊接工艺和焊焊接是钢材的主要连接方式，焊接的质量主要取决于焊接工艺和焊接材料，及钢材本身的焊接性能。主要的焊接方式有电弧焊、电阻点接材料，及钢材本身的焊接性能。主要的焊接方式有电弧焊、电阻点焊、闪光对焊、气焊等。焊、闪光对焊、气焊

35、等。钢材的冷加工与强化工程中常用的钢材：工程中常用的钢材：一、碳素结构钢一、碳素结构钢（1 1）碳素结构钢的牌号及表示方法）碳素结构钢的牌号及表示方法 碳素结构钢共有四个牌号，是由代表屈服强度的字母、屈服强度数碳素结构钢共有四个牌号，是由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。 “Q Q”表示屈服强度；质量等级以杂质的多少分为表示屈服强度；质量等级以杂质的多少分为A A、B B、C C、D D四个四个等级；脱氧方法以等级；脱氧方法以F F表示，表示，Z Z表示镇静钢，表示镇静钢，TZTZ表示特殊镇静钢，表示特殊镇静钢

36、，Z Z与与TZTZ可以省略。可以省略。 例如：例如：Q235AFQ235AF表示屈服强度为表示屈服强度为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢。级沸腾钢。 碳素结构钢按其力学性能和化学成分可分为碳素结构钢按其力学性能和化学成分可分为Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q275Q275。钢材的冷加工与强化（2 2）碳素结构钢的应用）碳素结构钢的应用 一般牌号数值越大，碳含量越高，其强度、硬度也越高，但塑性、一般牌号数值越大，碳含量越高，其强度、硬度也越高，但塑性、韧性则越低。硫、磷含量低的韧性则越低。硫、磷含量低的C C、D D级钢质量优于级钢质量优于A A、B B级钢，

37、镇静钢质级钢，镇静钢质量优于沸腾钢。量优于沸腾钢。 Q195Q195和和Q215Q215强度较低，但塑性、韧性很好，易于冷加工。强度较低，但塑性、韧性很好，易于冷加工。 Q235Q235有较强的强度和良好的韧性、塑性、可焊性和冷加工性能，适有较强的强度和良好的韧性、塑性、可焊性和冷加工性能，适合工程使用。合工程使用。 Q275Q275的屈服强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，加工难度较大的屈服强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，加工难度较大，用于结构中的配件制作及预应力工程中预应力锚具制作等。，用于结构中的配件制作及预应力工程中预应力锚具制作等。钢材的冷加工与强化二二、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢 是以碳素结构钢为基础加入少量的一种或几种合金元素冶炼而成的是以碳素结构钢为基础加入少量的一种或几种合金元素冶炼而成的一种结构钢。低合金结构钢具有较高的强度，其韧性、塑性、耐磨性一种结构钢。低合金结构钢具有较高的强度，其韧性、塑性、耐磨性、耐蚀性、可焊性及低温性能良好。、耐蚀性、可焊性及低温性能良好。（1 1）钢的牌号及表示方法）钢的牌号及表示方法 低合金高强度结构钢共有八个牌号，由代表强度的字母、屈服强度低合金高强度结构钢共有八个牌号，由代表强度的字母、屈服强度的数值、质量等级符号组成。的数值、质量等级符号组成。 “Q”Q”表示屈服强度；质量等级以杂质的多少分为表示屈