土木工程材料 建筑钢材课件

金属材料主要有：金属钢材优点：轻质高强：艾菲尔铁塔321M7200T（1889）东京塔333M4000T（1958）韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能外表轻巧、华美，具有光泽等钢材缺点：易锈蚀、维护费用高、耐火性差等黑色金属：钢、铁以及钢铁合金有色金属：除黑色金属以外的金属铝、铜等第三章建筑钢材金属材料主要有：黑色金属：钢、铁以及钢铁合金有色金属：除黑色1美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌,给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者2跨海大桥桥墩腐蚀跨海大桥桥墩腐蚀3除冰盐所导致的钢筋混凝土桥梁破坏除冰盐所导致的钢筋混凝土桥梁破坏41.钢的生产原料：铁矿石（1）炼铁：铁矿石铁水+矿渣方法：高炉炼铁生铁：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）炼钢：铁水、铁块或废钢钢水+钢渣钢:含碳量0.06%--2.0%钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼一、钢的冶炼第一节概述1.钢的生产钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼一、钢的52.生产方法：氧气转炉钢—用纯氧吹入铁液中使碳和杂质氧化脱离一、钢的冶炼第一节概述2.生产方法：一、钢的冶炼6土木工程材料建筑钢材课件7浇铸钢锭炼钢转炉炼钢一、钢的冶炼第一节概述浇铸钢锭炼钢转炉炼钢一、钢的冶炼8炼钢筋炼钢板一、钢的冶炼第一节概述炼钢筋炼钢板一、钢的冶炼91.按化学成分分类：钢的主要成分：铁、碳其他一些杂质：硅、锰、钛、钒磷、硫、氧、氮

低碳钢（含碳量<0.25%）1）碳素钢中碳钢（含碳量0.25-0.6%）高碳钢（含碳量>0.6%）

低合金钢（合金元素含量<5%）2）合金钢中合金钢（合金元素含量<5-10%）高合金钢（合金元素含量>10%）有害可以调整钢材性能专门加入合金元素二、钢的分类第一节概述1.按化学成分分类：有害可以调整专门加入二、钢的分类102.按脱氧程度分类：1）镇静钢：用硅脱氧，钢质均匀密实，品质好，成本高，可用于承受冲击荷载的重要结构。代号“Z”2）沸腾钢：用锰铁脱氧，内部杂质多，化学成分和力学性能不均匀，强度低、冲击韧性差、可焊性差、生产成本低，可用于一般建筑结构。代号“F”3）半镇静钢：用少量硅脱氧，性能介于镇静钢和沸腾钢之间代号“b”4）特殊镇静钢：代号“TZ”(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭的纵剖面图AB二、钢的分类第一节概述2.按脱氧程度分类：(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭11问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？

答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。

脱氧程度排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢

钢材性能与质量排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢二、钢的分类第一节概述问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的123.按有害杂质含量分类：

普通钢：含硫量≤0.045％-0.050％；含磷量≤0.045％。优质钢:含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。高级优质钢:含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％。特级优质钢:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌号后加“高”或“A”后加“E”二、钢的分类第一节概述3.按有害杂质含量分类：牌号后加“高”或“A”后加“E”二13一、强度二、塑性三、冲击韧性四、硬度第二节建筑钢材的主要力学性能一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能14强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂能力。主要测试方法：拉伸试验。低碳钢受拉的应力-应变关系曲线OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂能力。主要测试方法：拉151.弹性极限：在曲线OA段内，应力应变成比例增加，如卸去荷载，试件将恢复原状，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（A点对应值）称为弹性极限σp。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能1.弹性极限：在曲线OA段内，应力应变成比例增加，如卸去荷载162.弹性模量：钢材受力初期(曲线OA段)，应力与应变之比为常数，称为弹性模量，即E=

σ/ε。弹性模量反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能2.弹性模量：钢材受力初期(曲线OA段)，应力与应变之比为173.屈服强度：当应力超过弹性极限后，除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B上点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点(B上)和下屈服点(B下)。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用σs表示，设计中一般以其为强度取值依据。

一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能3.屈服强度：当应力超过弹性极限后，除了产生弹性变形外，还18有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度(σ0.2)。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量194.极限强度:曲线B下C段，此时变形发展很快，随着应力的提高而提高，直至应力达最大值(C点)。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能4.极限强度:曲线B下C段，此时变形发展很快，随着应力的提20钢材受拉断裂前的最大应力值（C点对应值）称为极限强度或抗拉强度σb，不直接利用。强屈比（σb/σs）：反映材料的安全可靠程度和利用率。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能钢材受拉断裂前的最大应力值（C点对应值）称为极限强度或抗拉强21问题：1)若对于变形要求严格的构件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁者更合适。从Ⅰ、Ⅱ两条曲线比较可知，低碳钢Ⅱ的弹性模量E小于低碳钢Ⅰ，也就是说，低碳钢Ⅱ的抗变形能力不如低碳钢Ⅰ。对于变形要求严格的构件选用低碳钢Ⅰ更为合适。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能问题：1)若对于变形要求严格的构件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁22问题：2)使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材，哪一个安全性较高。Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢的屈服强度σs相近，但低碳钢Ⅰ的抗拉强度σb高于Ⅱ，即其强屈比σb/σs

较小。强屈比越大，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。(当然，强屈比过大时，表示钢材强度的利用率偏低，不合理。)一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能问题：2)使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材，哪一个安全性较高。Ⅰ、Ⅱ两种23

5.疲劳强度

受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。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小断裂，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，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能5.疲劳强度一、强度24

钢材在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力值，称为疲劳强度，实际测量时常以107次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如本身强度、组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中情况等。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能钢材在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力值251.伸长率由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率偏小。塑性是指在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。二、塑性第二节建筑钢材的主要力学性能1.伸长率由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与26伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。δ5

：表示L0=5d0的伸长率δ10：表示L0=10d0时的伸长率d0——钢材直径二、塑性第二节建筑钢材的主要力学性能伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好27冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。三、冲击韧性第二节建筑钢材的主要力学性能冲击韧性值（αk）：以摆锤冲击V形缺口试件时单位面积所消耗的功。冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。三、冲击韧性28钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降。钢材的冷脆性：材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性脆性转变温度三、冲击韧性第二节建筑钢材的主要力学性能钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。三、冲击韧性29硬度是指钢材表面局部体积内抵抗硬物压入的能力，是衡量钢材软硬程度的指标。1.测定方法1)布氏法——压痕直径：用一定的压力把淬火的钢球压入钢材表面，将压力除以压痕面积，得布氏硬度（HB）。特点：压痕较大，实验数据准确、稳定。2)洛氏法——压痕深度：在洛氏硬度机上根据压头压入试件的深度计算硬度值（HRA或HRC）。特点：操作简单迅速，但压痕小，试验精度差。四、硬度第二节建筑钢材的主要力学性能硬度是指钢材表面局部体积内抵抗硬物压入的能力，是衡量钢材软硬30第三节钢材的工艺性能一、冷弯性能二、焊接性能三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能一、冷弯性能31冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)与试件厚度(或直径)的比值为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度(或直径)的比值愈小，则表示其冷弯性能愈好。钢材的冷弯性能也是表明钢材在静荷下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。一、冷弯性能第三节钢材的工艺性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。一、冷弯性能32焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。钢材的焊接性能是指钢材在通常的焊接方法和工艺条件下获得良好焊接接头的性能。焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。

二、焊接性能第三节钢材的工艺性能焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状331.冷加工强化处理：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，屈服强度提高，塑性、韧性和弹性模量降低。建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。冷拔钢丝的屈服点可提高40％—60％可适当减小钢筋混凝土结构设计截面减小混凝土中配筋数量从而达到节约钢材的目的三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能1.冷加工强化处理：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其342.时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-20d(自然时效)，或加热至100-200℃后保持一定时间（2-3h）(人工时效)，钢材的屈服强度和极限强度提高，塑性和冲击韧性有所降低，弹性模量则基本恢复。三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能2.时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-2035问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？

答：不能。因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材36热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和微观结构组织的工艺方法，从而改变的钢材的部分性能1.退火：将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却(随炉冷却)，以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性和韧性得到改善。四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金372.正火（正常化处理）：将钢材加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有所降低。是退火的一种特例：冷却速度不同在空气中冷却硬度、强度较高，塑性较退火小获得均匀细致的结构，细化晶粒，消除组织缺陷四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能2.正火（正常化处理）：将钢材加热至基本组织改变温度以上，383.淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上(一般大于900℃)，保温使基本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加，得到高强度、高硬度组织，塑性和韧性明显下降。四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能4.回火：将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下（150～650℃），保温后在空气中冷却的一种热处理方法称回火。通常是和淬火相连的热处理过程，以消除淬火产生的内应力，降低脆性，改善塑性和韧性。3.淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上(一般大于90039第四节土木工程中常用钢材的分类、性质与选用一、主要钢种的性质与选用二、钢结构用钢材三、钢筋混凝土结构用钢材第四节土木工程中常用钢材的分类、性质与选用一、主要钢种的性401.碳素结构钢1)牌号：以屈服点等级划分成五个牌号，其表示方法为：Q235AF屈服QU屈服强度值质量等级脱氧程度屈服点等级：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用1.碳素结构钢Q235AF屈服QU屈服强度值质量等级脱氧屈412)技术要求具体力学性能、工艺性能见书。3)性能和选用随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2)技术要求3)性能和选用一、主要钢种的性质与选用422.优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。分类：普通含锰量（0.35%-0.80%）较高含锰量（0.70%-1.20%）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）性能：取决于含碳量。含碳量高，则强度高，弹塑性和韧性降低。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2.优质碳素结构钢一、主要钢种的性质与选用433.低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。1)牌号：以屈服点数值划分牌号：屈服点等级：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、

Q620、Q690。质量等级：A、B、C、D、E一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用3.低合金高强度结构钢一、主要钢种的性质与选用44一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2)性能与选用

由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。

Q345钢的综合性能较好，是钢结构常用的牌号，Q390也是推荐使用的牌号，一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分451.热轧型钢二、钢结构用钢材第四节钢材的分类、性质与选用1.热轧型钢二、钢结构用钢材46二、钢结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用工字钢广泛用于各种建筑结构和桥梁，主要用于承受横向弯曲的杆件，但不宜单独用作轴心受压构件或双向弯曲的构件H型钢截面形状经济合理，力学性能好，常用于要求承裁力大、截面稳定性好的大型建筑(如高层建筑)。槽钢用作承受轴向力的杆件、横向弯曲的梁及联系杆件。角钢

用作承受轴向力的杆件和支撑杆件，也可作为受力构件之间的连接零件。二、钢结构用钢第四节47二、钢结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用2.冷弯薄壁型钢:

重量轻，用钢少，适于作轻型钢结构。二、钢结构用钢第四节48二、钢结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用3.钢板:

厚板可用于型钢的连接与焊接，组成钢结构承力构件；薄板可用作屋面或墙面等维护结构。二、钢结构用钢第四节491.热轧钢筋

按外形分：光圆钢筋、带肋钢筋主要用于钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构的配筋。三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用月牙肋钢筋外形图1.热轧钢筋三、钢筋混凝土结构用钢50带肋钢筋表面的肋可提高混凝土与钢筋的黏结力。光圆钢筋强度较低，但塑性和焊接性能良好，伸长率高，便于弯折成型，因而可用作中、小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋、构件的箍筋，也可作为冷轧带肋钢筋的原料。三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用带肋钢筋表面的肋可提高混凝土与钢筋的黏结力。三、钢筋混凝土结51三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用2.冷轧带肋钢筋采用冷轧圆盘条经冷轧而成，表面带有沿长度方向的两面或三面的月牙肋。因采用了冷加工强化，冷轧后强度明显提高，但塑性也随之下降，使强屈比变小。3.预应力混凝土用热处理钢筋用普通热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火调质处理而成的钢筋，按外形分为有纵肋和无纵肋两种。具有高强度、高韧性和高粘结力及塑性低等特点，主要用于预应力钢筋混凝土构件的配件。三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分52三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分类、性质与选用4.预应力混凝土用钢丝和钢绞线预应力混凝土用钢丝是用优质碳素结构钢经冷加工及时效处理或热处理而制得的高强度钢丝。预应力混凝土用钢绞线是使用数根优质碳素结构钢钢丝经绞捻和消除内应力的热处理而成。钢丝和钢绞线均具有强度高、柔韧性好、质量稳定，使用时不需接头等优点，尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的桥梁等。三、钢筋混凝土结构用钢第四节钢材的分53第五节钢材的锈蚀与防护一、钢材的锈蚀二、钢材的防护第五节钢材的锈蚀与防护一、钢材的锈蚀54一、钢材的锈蚀第五节钢材的锈蚀与防护腐蚀：钢材表面与周围介质发生化学或电化学作用而引起破坏的现象。

危害：锈蚀后产生锈坑使钢材有效截面积减小，承载能力下降，且引起应力集中，加速结构破坏。1.化学锈蚀

是指钢材与周围介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等）发生化学反应产生的修饰。2.电化学锈蚀当有电解质的溶液（如水）存在时，会在钢材表面形成许多微小的原电池，使金属表面产生锈蚀。一、钢材的锈蚀55一、钢材的防护

第五节钢材的锈蚀与防护1.表面刷漆（红丹、环氧富锌漆）2.金属覆盖（镀锌（白铁皮），镀锡（马口铁））一、钢材的防护56一、钢材的防护

第五节钢材的锈蚀与防护3.采用耐候钢在钢中加入少量的铜、铬、镍、钼等合金元素。一、钢材的防护57金属材料主要有：金属钢材优点：轻质高强：艾菲尔铁塔321M7200T（1889）东京塔333M4000T（1958）韧性好、抗冲击能力强，良好的可加工性能外表轻巧、华美，具有光泽等钢材缺点：易锈蚀、维护费用高、耐火性差等黑色金属：钢、铁以及钢铁合金有色金属：除黑色金属以外的金属铝、铜等第三章建筑钢材金属材料主要有：黑色金属：钢、铁以及钢铁合金有色金属：除黑色58美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌,给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的新课题。美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者59跨海大桥桥墩腐蚀跨海大桥桥墩腐蚀60除冰盐所导致的钢筋混凝土桥梁破坏除冰盐所导致的钢筋混凝土桥梁破坏611.钢的生产原料：铁矿石（1）炼铁：铁矿石铁水+矿渣方法：高炉炼铁生铁：含碳量2.11-6.67%，脆硬（2）炼钢：铁水、铁块或废钢钢水+钢渣钢:含碳量0.06%--2.0%钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼一、钢的冶炼第一节概述1.钢的生产钢与生铁的主要区别：含碳量不同冶炼冶炼一、钢的622.生产方法：氧气转炉钢—用纯氧吹入铁液中使碳和杂质氧化脱离一、钢的冶炼第一节概述2.生产方法：一、钢的冶炼63土木工程材料建筑钢材课件64浇铸钢锭炼钢转炉炼钢一、钢的冶炼第一节概述浇铸钢锭炼钢转炉炼钢一、钢的冶炼65炼钢筋炼钢板一、钢的冶炼第一节概述炼钢筋炼钢板一、钢的冶炼661.按化学成分分类：钢的主要成分：铁、碳其他一些杂质：硅、锰、钛、钒磷、硫、氧、氮

低碳钢（含碳量<0.25%）1）碳素钢中碳钢（含碳量0.25-0.6%）高碳钢（含碳量>0.6%）

低合金钢（合金元素含量<5%）2）合金钢中合金钢（合金元素含量<5-10%）高合金钢（合金元素含量>10%）有害可以调整钢材性能专门加入合金元素二、钢的分类第一节概述1.按化学成分分类：有害可以调整专门加入二、钢的分类672.按脱氧程度分类：1）镇静钢：用硅脱氧，钢质均匀密实，品质好，成本高，可用于承受冲击荷载的重要结构。代号“Z”2）沸腾钢：用锰铁脱氧，内部杂质多，化学成分和力学性能不均匀，强度低、冲击韧性差、可焊性差、生产成本低，可用于一般建筑结构。代号“F”3）半镇静钢：用少量硅脱氧，性能介于镇静钢和沸腾钢之间代号“b”4）特殊镇静钢：代号“TZ”(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭的纵剖面图AB二、钢的分类第一节概述2.按脱氧程度分类：(A)沸腾钢(B)镇静钢

两钢锭68问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？

答：脱氧程度不高的钢材中还保留较多的FeO，在钢材铸锭时，碳与FeO反应生成CO气泡，并有一部分残留在钢中，造成微裂缝和成分偏析，降低致密性、强度和可焊性，低温下的韧性变差，冷脆性和时效敏感性增大等。

脱氧程度排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢

钢材性能与质量排序：特殊镇静钢＞镇静钢＞半镇静钢＞沸腾钢二、钢的分类第一节概述问题：钢材的脱氧程度对钢材质量的影响？答：脱氧程度不高的693.按有害杂质含量分类：

普通钢：含硫量≤0.045％-0.050％；含磷量≤0.045％。优质钢:含硫量≤0.035％；含磷量≤0.035％。高级优质钢:含硫量≤0.025％，含磷量≤0.025％。特级优质钢:含硫量≤0.015％，含磷量≤0.025％。牌号后加“高”或“A”后加“E”二、钢的分类第一节概述3.按有害杂质含量分类：牌号后加“高”或“A”后加“E”二70一、强度二、塑性三、冲击韧性四、硬度第二节建筑钢材的主要力学性能一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能71强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂能力。主要测试方法：拉伸试验。低碳钢受拉的应力-应变关系曲线OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能强度：在外力作用下，材料抵抗变形和断裂能力。主要测试方法：拉721.弹性极限：在曲线OA段内，应力应变成比例增加，如卸去荷载，试件将恢复原状，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变形的最大应力（A点对应值）称为弹性极限σp。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能1.弹性极限：在曲线OA段内，应力应变成比例增加，如卸去荷载732.弹性模量：钢材受力初期(曲线OA段)，应力与应变之比为常数，称为弹性模量，即E=

σ/ε。弹性模量反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即材料的刚度，它是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能2.弹性模量：钢材受力初期(曲线OA段)，应力与应变之比为743.屈服强度：当应力超过弹性极限后，除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B上点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点(B上)和下屈服点(B下)。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度，用σs表示，设计中一般以其为强度取值依据。

一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能3.屈服强度：当应力超过弹性极限后，除了产生弹性变形外，还75有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2％)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度(σ0.2)。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量764.极限强度:曲线B下C段，此时变形发展很快，随着应力的提高而提高，直至应力达最大值(C点)。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能4.极限强度:曲线B下C段，此时变形发展很快，随着应力的提77钢材受拉断裂前的最大应力值（C点对应值）称为极限强度或抗拉强度σb，不直接利用。强屈比（σb/σs）：反映材料的安全可靠程度和利用率。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能钢材受拉断裂前的最大应力值（C点对应值）称为极限强度或抗拉强78问题：1)若对于变形要求严格的构件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁者更合适。从Ⅰ、Ⅱ两条曲线比较可知，低碳钢Ⅱ的弹性模量E小于低碳钢Ⅰ，也就是说，低碳钢Ⅱ的抗变形能力不如低碳钢Ⅰ。对于变形要求严格的构件选用低碳钢Ⅰ更为合适。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能问题：1)若对于变形要求严格的构件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁79问题：2)使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材，哪一个安全性较高。Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢的屈服强度σs相近，但低碳钢Ⅰ的抗拉强度σb高于Ⅱ，即其强屈比σb/σs

较小。强屈比越大，反映钢材超过屈服点工作时可靠性越大，结构的安全性越高。(当然，强屈比过大时，表示钢材强度的利用率偏低，不合理。)一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能问题：2)使用Ⅰ、Ⅱ两种钢材，哪一个安全性较高。Ⅰ、Ⅱ两种80

5.疲劳强度

受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。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小断裂，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，所以危害极大，往往造成灾难性的事故。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能5.疲劳强度一、强度81

钢材在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力值，称为疲劳强度，实际测量时常以107次应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如本身强度、组织结构、表面状态、合金成分、夹杂物和应力集中情况等。一、强度第二节建筑钢材的主要力学性能钢材在规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力值821.伸长率由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率偏小。塑性是指在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。二、塑性第二节建筑钢材的主要力学性能1.伸长率由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与83伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服点的应力)重分布，从而避免结构过早破坏。δ5

：表示L0=5d0的伸长率δ10：表示L0=10d0时的伸长率d0——钢材直径二、塑性第二节建筑钢材的主要力学性能伸长率δ是衡量钢材塑性的指标，它的数值越大，表示钢材塑性越好84冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。三、冲击韧性第二节建筑钢材的主要力学性能冲击韧性值（αk）：以摆锤冲击V形缺口试件时单位面积所消耗的功。冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。三、冲击韧性85钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。αk值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降。钢材的冷脆性：材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性脆性转变温度三、冲击韧性第二节建筑钢材的主要力学性能钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。三、冲击韧性86硬度是指钢材表面局部体积内抵抗硬物压入的能力，是衡量钢材软硬程度的指标。1.测定方法1)布氏法——压痕直径：用一定的压力把淬火的钢球压入钢材表面，将压力除以压痕面积，得布氏硬度（HB）。特点：压痕较大，实验数据准确、稳定。2)洛氏法——压痕深度：在洛氏硬度机上根据压头压入试件的深度计算硬度值（HRA或HRC）。特点：操作简单迅速，但压痕小，试验精度差。四、硬度第二节建筑钢材的主要力学性能硬度是指钢材表面局部体积内抵抗硬物压入的能力，是衡量钢材软硬87第三节钢材的工艺性能一、冷弯性能二、焊接性能三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能一、冷弯性能88冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能是以试验时的弯曲角度(a)和弯心直径(d)与试件厚度(或直径)的比值为指标表示。钢材冷弯时的弯曲角度愈大，弯心直径与试件厚度(或直径)的比值愈小，则表示其冷弯性能愈好。钢材的冷弯性能也是表明钢材在静荷下的塑性，它能揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力及夹杂物等缺陷。一、冷弯性能第三节钢材的工艺性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。一、冷弯性能89焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状态，而牢固的连接起来。钢材的焊接性能是指钢材在通常的焊接方法和工艺条件下获得良好焊接接头的性能。焊接后钢材的力学性能，特别是强度不低于原有钢材的强度。

二、焊接性能第三节钢材的工艺性能焊接：把两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈熔融或半熔融状901.冷加工强化处理：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，屈服强度提高，塑性、韧性和弹性模量降低。建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。冷拔钢丝的屈服点可提高40％—60％可适当减小钢筋混凝土结构设计截面减小混凝土中配筋数量从而达到节约钢材的目的三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能1.冷加工强化处理：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其912.时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-20d(自然时效)，或加热至100-200℃后保持一定时间（2-3h）(人工时效)，钢材的屈服强度和极限强度提高，塑性和冲击韧性有所降低，弹性模量则基本恢复。三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能2.时效处理：将冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-2092问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材吗？为什么？

答：不能。因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂，所以不能采用。三、冷加工强化及时效强化第三节钢材的工艺性能问题：直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能使用经冷加工的钢材93热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金相组织和微观结构组织的工艺方法，从而改变的钢材的部分性能1.退火：将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却(随炉冷却)，以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性和韧性得到改善。四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能热处理:将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷却，从而改变其金942.正火（正常化处理）：将钢材加热至基本组织改变温度以上，然后在空气中冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有所降低。是退火的一种特例：冷却速度不同在空气中冷却硬度、强度较高，塑性较退火小获得均匀细致的结构，细化晶粒，消除组织缺陷四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能2.正火（正常化处理）：将钢材加热至基本组织改变温度以上，953.淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上(一般大于900℃)，保温使基本组织转变为奥氏体，然后投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加，得到高强度、高硬度组织，塑性和韧性明显下降。四、钢材的热处理第三节钢材的工艺性能4.回火：将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织改变温度以下（150～650℃），保温后在空气中冷却的一种热处理方法称回火。通常是和淬火相连的热处理过程，以消除淬火产生的内应力，降低脆性，改善塑性和韧性。3.淬火：将钢材加热至基本组织改变温度以上(一般大于90096第四节土木工程中常用钢材的分类、性质与选用一、主要钢种的性质与选用二、钢结构用钢材三、钢筋混凝土结构用钢材第四节土木工程中常用钢材的分类、性质与选用一、主要钢种的性971.碳素结构钢1)牌号：以屈服点等级划分成五个牌号，其表示方法为：Q235AF屈服QU屈服强度值质量等级脱氧程度屈服点等级：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别为A、B、C、D符号表示；脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用1.碳素结构钢Q235AF屈服QU屈服强度值质量等级脱氧屈982)技术要求具体力学性能、工艺性能见书。3)性能和选用随着牌号的增大，其含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高，钢材的质量越好，如Q235C、Q235D级优于Q235A、Q235B级。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2)技术要求3)性能和选用一、主要钢种的性质与选用992.优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。分类：普通含锰量（0.35%-0.80%）较高含锰量（0.70%-1.20%）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）性能：取决于含碳量。含碳量高，则强度高，弹塑性和韧性降低。一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2.优质碳素结构钢一、主要钢种的性质与选用1003.低合金高强度结构钢是一种在碳素钢的基础上添加总量小于5％合金元素的钢材，具有强度高，塑性和低温冲击韧性好、耐锈蚀等特点。1)牌号：以屈服点数值划分牌号：屈服点等级：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、

Q620、Q690。质量等级：A、B、C、D、E一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用3.低合金高强度结构钢一、主要钢种的性质与选用101一、主要钢种的性质与选用第四节钢材的分类、性质与选用2)性能与选用

由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好