建筑钢材综述

建筑钢材建筑钢材钢结构用钢：角钢、槽钢、工字钢、H型钢、钢板、钢管钢筋混凝土用钢：钢筋、钢丝、钢绞线南京长江大桥钢材的特点1具有较高的强度2具有良好的塑料性和韧性3易于加工和装配4易锈蚀、耐火性差。按化学成分分类碳素钢合金钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢中合金钢高合金钢按质量分类普通碳素钢优质碳素钢高级优质钢按用途分类结构钢工具钢特殊钢钢：凡含碳量在2%以下，含有害杂质较少的铁碳合金，称为钢。脱氧程度不同沸腾钢镇静钢半镇静钢建筑钢材的力学性能

钢材的力学性能，即是指钢材在外力（载荷）作用表现出来的性能，包括：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

1.弹性、塑性和强度

a.弹性:

弹性极限:σe

比例极限:

σP

弹性模量:E=σe/εb.塑性:

伸长率断面收缩率屈强比：屈服强度和抗拉强度之比屈强比反映了钢材的利用率和结构安全可靠程度。伸长率：拉断后的标距长度与试件原标距之差和原标距之比。用于衡量钢材塑性的一个重要指标。

对于高碳钢，规定产生残余变形为原标距长度的0.2%时所对应的应力值,作为屈服强度,称为条件屈服点,用表示.冲击韧性:抵抗冲击荷载作用的能力.

测试:夏比V形或梅氏U形缺口试件指标:冲击韧性值αk=功/缺口面积(J/cm2)摆锤试件H0H1冲击试验：测量摆锤冲击前后的能量差＝摆锤的高度差×摆锤的质量。再测量试件断裂面积。试件放置位置影响冲击韧性的主要因素:1钢化学成分,尤其是S和P含量2轧制和焊接质量,温度3加工硬化及时效等脆性转变温度钢的韧性随温度降低而降低,达某一温度范围时,韧性急剧下降,并由韧性转变为脆性,这一温度即称为脆性转变温度.冲击韧性值可灵敏地反应材料内部晶体组织、有害杂质、各种缺陷、应力状态下或环境温度等微小变化对性能的影响.硬度

钢材抵抗另一硬物体压入其内的能力叫硬度，即受压时抵抗局部塑性变形的能力。常用布氏法和洛氏法两种方法测定。

布氏硬度测量原理图

洛氏硬度测量原理图

疲劳强度疲劳破坏:钢构件在承受重复或交变荷载作用时,可能在远低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂,这种断裂现象称为疲劳破坏.

金属的疲劳破坏要经历疲劳裂纹的产生、扩展及断裂三个过程.影响因素（1）材料内部的缺陷,成分偏析,过大的内应力,构件截面延长度方向的急剧变化,构件受力最大处及表面不光滑等.（2）应力循环特征值：ρ=σmin/σmax；应力循环次数N；应力集中程度。冷弯性能衡量:弯曲角度;弯心直径与钢厚度之比--d/a

反映钢材冷塑性变形的能力大小,更可检验钢材内部组织状态内应力及夹杂物等缺陷.

常用作对钢焊接质量的检验.可焊性焊接是钢结构的连接方式之一，焊接质量主要取决于钢材的可焊性、焊接材料与焊接工艺。影响钢材可焊性的主要因素钢的化学成分，含碳量小于0.25%的低碳钢具有良好的可焊性；冶炼质量；冷加工等。焊接点断裂点断裂点合格不合格化学成分对钢性质的影响C:随含碳量增大,钢强度和硬度增大,塑性和韧性降低;

含碳量大于1%,随含碳量增大,钢强度降低.Si:小于1%时,提高强度和硬度,对塑性和韧性影响不大;

大于1%后,显著降低塑性和韧性,并使可焊性变差.

Mn:含量小时有益;超过1%后,将降低钢的塑性韧性和可焊性.S:有害,热脆性增大;P:有害,冷脆性增大;O:有害.N:降低塑性韧性,增大时效敏感性和冷脆性.H:显著降低塑性和韧性,使脆性增大;Ti,V：显著提高强度，细化晶粒改善韧性，合金钢的常用微量元素热处理对钢性质影响

热处理:对钢进行加热、保温、冷却的综合操作工艺,通过改变钢的晶体组织来改善钢的性能.

退火:HB↓；塑性和韧性↑；消除内应力；含碳量高的高强度钢筋焊后，多次冷拔的钢丝均需退火处理正火:塑性和韧性↑淬火:硬度和耐磨性显著↑塑性和韧性显著↓内应力↑.回火：消除内应力和脆性.调质处理=淬火+高温回火钢材调质处理的目的使钢材具有良好的综合技术性质时间退火正火淬火回火727℃温度冷却热处理工艺保温加工硬化与时效对钢性质的影响

1基本概念

冷加工,冷加工强化,时效

2对钢性质的影响冷加工:σs↑HB↑δ↓αk↓

冷加工与时效:σs↑σb↑HB↑δ↓αk↓

冷加工强化是钢材在常温下，以超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力对其进行的加工。建筑钢材常用的冷加工有冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性降低的现象称为时效。

冷加工的目的，主要是利用时效提高强度，利用塑性节约钢材，同时也达到调直和除锈的目的。建筑钢材种类与选用

建筑钢材主要有二大类

钢结构用钢；

钢筋混凝土结构用钢钢结构用钢

碳素结构钢优质结构钢低合金结构钢碳素结构钢

钢的牌号：碳素结构钢按照屈服强度分为Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五个牌号，每个牌号又根据硫、磷等杂质含量分为A、B、C、D四个质量等级。

牌号的顺序屈服强度字母Q、屈服强度数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度符号（F、b、Z、TZ）。例如：Q235AF，表示屈服强度为235MPa，A级沸腾（F）碳素结构钢。钢牌号与性能的关系钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高，塑性和韧性降低，可焊性变差。

钢材选用原则应根据钢结构的工作条件、荷载类型、连接方式、环境温度与介质的腐蚀情况等综合因素选用。Q195和Q215号强度较低，塑性和韧性较大，易加工，可用于钢钉、螺栓等。Q235A宜使用于承受静载作用的钢结构；Q235B可用于承受动载焊接的普通钢结构；Q235C可用于承受动载焊接的重要钢结构；Q235D可用于低温承受动荷载焊接的钢结构。Q255和Q275强度较高，塑性和韧性较差，主要用于机械零件等低合金结构钢

1、组成：含有合金元素（Si、Mn、Ti、V、Cr、Ni、Cu等），含碳量≤0.2%。2、合金元素的作用：

A

细化结晶，起到细晶强化作用，不仅可提高强度和硬度，还可一定程度上增加塑性和韧性。B

强化作用，较硬微粒均匀分散在晶粒内部，阻碍晶粒滑移变形，大大提高钢的强度和硬度。3、牌号（5个）：与碳素结构钢一样，用Q+屈服强度值+质量等级（A、B、C、D、E）表示。Q345、Q390，综合力学性能好，焊接性能、冷热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性。主要用于工程中承受较高荷载的焊接结构。Q420、Q460，强度高，特别是在热处理后有较高的综合力学性能。主要用于大型工程结构及要求强度高、荷载大的轻型结构。应用：适合于大跨度结构、高层建筑和桥梁。比碳素结构钢可节约用钢20~30%，减轻结构自重。(1)高强度：一般其屈服强度在300MPa以上。(2)高韧性：延伸率为15%~20%，适用于大型焊接构件。(3)良好的焊接性能和冷加工成型性能。(4)低的冷脆性转变温度。(5)良好的耐蚀性。低合金结构钢的特性混凝土结构用钢

主要品种有热轧钢筋；热处理钢筋；冷轧带肋钢筋；预应力钢丝与钢绞线等。热轧钢筋牌号有HPB235、HRB335、HRB400、RRB400

四个牌号。冷轧带肋钢筋

由普通低碳钢、优质碳素钢或低合金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径在表面冷轧成两面或三面有肋的钢筋。CRB550、CRB650,CRB800,CRB970,CRB1170五个牌号。预应力混凝土用热处理钢筋

由热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理得到，强度高、韧性好、应力松弛小。性能：屈服强度不小于1325MPa，极限强度不小于1470MPa，伸长率不小于6％。用途：主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕和其他预应力混凝土结构。

预应力混凝土用钢丝与钢绞线特性：强度高、柔性好、无接头，质量稳定，不需焊接。设计强度取值以条件屈服点统计值确定用途：大跨度桥梁、屋架、吊车梁、电杆、轨枕等预应力钢筋。预应力混凝土用钢绞线简称预应力钢绞线，是由多根圆形断面钢丝捻制而成。钢绞线按左捻制成并经回火处理消除内应力。钢绞线的公称直径有9.0、12.0、15.0mm三种规格其他用途钢及制品1不锈钢装饰制品：用作建筑物的柱、屋面、内外墙面、门窗、栏杆等的表面装饰。2彩色涂层钢板：用作建筑外墙板，屋面板，护壁板等。3轻钢龙骨：主要用作墙体和天花吊顶的龙骨支架。(a)混凝土开裂外部介质通过混凝土保护层裂隙达到钢筋表面引起钢筋锈蚀(b)水、CO2侵入(c)开始锈蚀钢筋锈蚀产生的裂缝使钢筋产生锈蚀的原因有：骨料中含氯化盐；外部进入氯化盐；混凝土碳化；保护层不足；过大的裂缝宽度。钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原体积的数倍，使钢筋位置处的混凝土受到内压力而产生裂缝，并随之剥落。这种裂缝沿钢筋方向发展，且随着锈蚀的发展混凝土剥离产生空隙，这可从敲击产生的空洞声得到判别。(d)钢筋体积膨胀铸铁含碳量大于2%的