《建筑材料与检测技术》-第7章

钢材是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。建筑钢材是指建筑工程中使用的各种钢材，包括钢结构用各种型材(如圆钢、角钢、工字钢、钢管、板材)和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝、钢绞线。钢材是在严格的技术条件下生产的材料，它有以下优点：材质均匀，性能可靠，强度高，具有一定的塑性和韧性，具有承受冲击和振动荷载的能力，可焊接、铆接或螺栓连接，便于装配；其缺点是：易锈蚀，维修费用大。钢材的这些特性决定了它是工程建设所需要的重要材料之一。由各种型钢组成的钢结构安全性高，强度高，自重较轻，适用于大跨度和高层结构。尽管钢筋混凝土结构存在着自重大等缺点，但用钢量大为减少，同时克服了钢材因锈蚀而维修费用高的缺点，因而在建筑工程中广泛采用钢筋混凝土结构，钢筋是最重要的建筑材料之一。7.1概述下一页返回钢材的分类《钢分类》(GB/T13304－1991)规定，钢的分类方法有以下几种：1.按化学成分分类按化学成分将钢材分为碳素钢和合金钢(1)碳素钢。碳素钢的合金元素含量较少。根据碳元素在钢中的含碳量不同分为低碳素钢、中碳素钢和高碳钢三种。低碳钢：含碳量小于0.25%；含碳量为0.25%～0.6%；高碳钢：含碳量大于0.6%。(2)合金钢。合金钢的合金元素有一定的含量。根据合金元素含量的高低可分为低合金钢(合金元素总含量小于5%)、中合金钢(合金元素总含量为5%～10%)、高合金钢(合金元素总含量大于10%)。2.按有害杂质含量分类按有害杂质含量将钢材分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。7.1概述上一页下一页返回3.按冶炼时脱氧程度分类钢在冶炼过程中，不可避免的产生部分氧化铁并残留在钢水中，降低了钢的质量，因此在铸锭过程中要进行脱氧处理。脱氧的方法不同，钢材的性能就有所差异，因此钢材可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。(1)沸腾钢。仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧不完全，故钢的质量差，但成本低。(2)镇静钢。用一定数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻底脱氧，钢的质量好，但成本高。(3)半镇静钢。其脱氧程度及质量介于上述两者之间。(4)特殊镇静钢。特殊镇静钢比镇静钢脱氧程度更充分彻底的钢。4.按冶炼方法分类按冶炼方法的不同将钢分为转炉钢、平炉钢和电炉钢。7.1概述上一页下一页返回(1)转炉钢。转炉钢以熔融的铁水为原料，由转炉底部或侧面吹人高压空气，铁水中的杂质靠与空气中的氧起氧化作用除去，这种冶炼方式的钢称为空气转炉钢。空气转炉钢的缺点是吹炼时容易混人空气中的氮、氢等杂质，且熔炼时间短，化学成分难以精确控制，铁水中的硫、磷、氧杂质仍除不彻底，质量较差。若采用纯氧气代替空气冶炼称为氧气转炉钢。它能有效除去硫、磷等杂质，使钢的质量显著提高，但成本也相应提高。(2)平炉钢。平炉钢是指以固体或液体生铁、铁矿石或废钢为原料，用煤气或重油为原料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去的钢。冶炼时，杂质轻并浮在表面，对钢水与空气起隔离作用，所以钢中杂质含量少，成品质量高。由于冶炼时间长(4～12h)，清除杂质较彻底，钢材质量好，但成本比转炉钢高。

7.1概述上一页下一页返回(3)电炉钢。电炉钢是指用电热进行高温冶炼的钢。其热源是高压电弧，熔炼温度高，温度可自由调节，清除杂质容易，因此电炉钢的质量最好。5.按用途分类按钢的用途不同，可分为结构钢、工具钢、特殊钢和专用钢四种。7.1概述上一页返回7.2.1力学性质一、拉伸性能钢材的强度可分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度等几种。通常以拉伸强度作为最基本的强度值。拉伸强度由拉伸试验测出，拉伸试样的形状及尺寸如图7-1所示。低碳钢(软钢)是广泛使用的一种材料，它在拉伸试验中表现的力和变形关系比较典型，下面着重介绍。在试件两端施加一缓慢增加的拉伸荷载，观察加荷过程中产生的弹性变形和塑性变形，直至试件被拉断为止(如图7-2)。低碳钢在外力作用下的变形一般可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。1.弹性阶段7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回从图7-2中可看出，钢材受拉开始阶段，荷载较小，应力与应变成正比，OA是一条直线，此阶段产生的变形是弹性变形，A点的应力叫做弹性极限(

p）在弹性极限范围内应力

应变

的比值，称为弹性模量，用符号E表示，单位为MPa，即

E=

/

=tan

例如Q235钢E=0.21×106MPa，25MnSi钢的

E=0.2×106MPa。弹性模量是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。E越大，使其产生一定量弹性变形的应力值也越大。2.屈服阶段在AB范围内，应力与应变不再呈正比关系，钢材在静荷载作用下发生了弹性变形和塑性变形。当应力达到B上点时，即使应力不再增加，塑性变形仍明显增长，钢材出现了“屈服”现象。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回图中B下点对应的应力值

s被规定为屈服点(或称屈服强度)。钢材受力达到屈服点以后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点

s

作为强度取值的依据。它是工程结构计算中非常重要的一个因素。3.强化阶段当应力超过屈服强度后，钢材的内部组织又重新组合，钢材得到了强化，抵抗塑性变形的能力进一步提高。在BC阶段，钢材又恢复了抵抗变形的能力，故称强化阶段。其中C点对应的应力值称为极限强度，又叫抗拉强度，用

b表示。4.颈缩阶段过C点后，钢材抵抗变形的能力明显降低，在受拉试件的某处，迅速发生较大的塑性变形，出现“颈缩”现象[图7-1(b)]，直至D点断裂。根据拉伸图可以求出材料的强度与塑性指标。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回屈服强度和抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标，也是设计中的重要依据。在工程中，希望钢材不仅具有高的

s，并且应具有一定的“屈强比”(即屈服强度与抗拉强度的比值，用

s/

b表示)。屈强比是反映钢材利用率和安全可靠程度的一个指标。在同样抗拉强度下，屈强比小，说明钢材利用的应力值小(即

s小)，钢材在偶然超载时不会破坏，但屈强比过小，钢材的利用率低，是不经济的。适宜的屈强比应该是在保证安全可靠的前提下，尽量提高钢材的利用率。建筑结构钢屈强比一般应在0.60～0.75范围，如Q235碳素结构钢屈强比一般为0.58～0.63，低合金钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.85左右。中碳钢与高碳钢(硬钢)的拉伸曲线形状与低碳钢不同，屈服现象不明显，因此这类钢材的屈服强度常用规定残余伸长应力表示[图7-2(b)]。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回表征钢材塑性的指标有两个，都是表示外力作用下产生塑性变形的能力。一是伸长率(即标距的伸长与原始标距的百分比)；二是断面收缩率(即试件拉断后，颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比)。伸长率用δ表示，断面收缩率用表示，即

=(L1–L0)/L0×100%(7-2)

=(A1–A0)/A0×l00%(7-3)式中L0——试件标距原始长度，mm；

L1——试件拉断后标距长度，mm；

A0——试件原始截面积，mm2

；

A1——试件拉断时断口截面积，mm2

，塑性指标中，伸长率

的大小与试件尺寸有关，常用的试件计算长度规定为其直径的5倍或10倍，伸长率分别用

5或

10表示。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回对于同一种钢材，其

5

大于

10

。通常以伸长率

的大小来区别塑性的好坏。

越大，表示塑性越好。

＞2%～5%的称为塑性材料，如铜、铁等；

＜2%～5%的称为脆性材料，如铸铁等。低碳钢的塑性指标平均值约为

=15%～30%，

≌60%。对于一般非承重结构或由构造决定的构件，只要保证钢材的抗拉强度和伸长率即能满足要求；对于承重结构，则必须具有抗拉强度、伸长率、屈服强度三项指标合格的保证。二、冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。规范规定是以刻槽的标准试件，在冲击试验的摆锤冲击下，以破坏后缺口处单位面积上所消耗的功来表示，符号为

K，单位为J/cm2，如图7-3所示。

K越大，冲断试件消耗的能量或者说钢材断裂前吸收的能量越多，说明钢材的韧性越好。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回影响钢材冲击韧性的因素很多。如钢材的化学成分、冶炼与加工等。一般来说，钢中的P、S含量越高，夹杂物以及焊接中形成的微裂纹等都会降低冲击韧性。此外，钢材的冲击韧性还受温度和时间的影响。常温下，随温度的降低，冲击韧性降低的很少，此时破坏的试件断口呈韧性断裂状；当温度降至某一温度范围时，

K突然发生明显下降，钢材开始呈脆性断裂，这种性质称为冷脆性，发生冷脆性时的温度(范围)称为脆性临界温度(范围)。低于这一温度时，降低趋势又缓和，但此时aK值很小。在北方严寒地区选用钢材时，必须对钢材的冷脆性进行评定，此时选用的钢材的脆性临界温度应比环境最低温度低些。由于脆性临界温度的测定工作复杂，规范中通常是根据气温条件规定－20℃或－40℃的负温冲击值指标。钢材随时间的延长，强度会逐渐提高，冲击韧性下降，这种现象叫时效。因时效作用，冲击韧性还将随时间的延长而下降。通常，完成时效的过程可达数十年，但钢材如经冷加工或使用中受振动和反复荷载的影响，时效可迅速发展。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回因时效导致钢材性能改变的程度称时效敏感性。时效敏感性越大的钢材，经过时效后冲击韧性的降低就越显著。为了保证安全，对于承受动荷载的重要结构，应当选用时效敏感性小的钢材。总之，对于直接承受动荷载，而且可能在负温下工作的重要结构，必须按照有关规范要求进行钢材的冲击韧性检验。三、钢材的硬度钢材的硬度是指金属材料抵抗硬物压人表面的能力，即材料表面抵抗塑性变形的能力。测定钢材硬度采用压人法，即以一定的静荷载(压力)，把一定的压头压在金属表面，持续至规定时间后卸去荷载，然后测定压痕的面积或深度来确定其硬度，如图7-4所示。按压头或压力不同，有布氏法、洛氏法等，相应的硬度试验指标称布氏硬度(HB)和洛氏硬度(HR)。较常用的方法是布氏法，其硬度指标是布氏硬度值。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回各类钢材的HB与抗拉强度之间有较好的相关关系。材料的强度越高，塑性变形抵抗力越强，硬度值就越大。由试验得出当低碳钢的HB＜175时，其抗拉强度与布氏硬度的经验关系式如下：

b=0.36HB根据这一关系，可以直接在钢结构上测出钢材的HB值，并估算该钢材的

b。7.2.2工艺性质一、冷弯性能冷弯是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，冷弯是通过检验试件经规定的弯曲程度后，弯曲处拱面及两侧面有无裂纹、起层、鳞落和断裂等情况进行评定的，一般用弯曲角度

和弯心直径d对钢材的厚度(或直径a)的比值来表示。如图7-5所示，弯曲角度越大，d与a的比值越小，表明冷弯性能检验越严格。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回冷弯也是检验钢材塑性的一种方法，并与伸长率存在有机的联系，伸长率大的钢材，其冷弯性能必然好，但冷弯检验对钢材塑性的评定比拉伸试验更严格、更敏感。冷弯有助于暴露钢材的某些缺陷，如组织不均匀的应力、夹杂物和焊接裂纹等，在焊接时，局部脆性及接头缺陷都可通过冷弯而发现，所以也可以用冷弯的方法来检验钢的焊接质量。对于重要结构和弯曲成型的钢材，冷弯必须合格。二、可焊性焊接是使钢材组成结构的主要形式。焊接的质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢的可焊性能。可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热区是否产生裂缝及硬脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度是否与原钢材相近的性能。钢的可焊性主要受化学成分及其含量的影响，当含碳量超过0.3%，硫和杂质含量高以及合金元素含量较高时，钢材的可焊性降低。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回一般焊接结构用钢应选用含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇静钢，对于高碳钢及合金钢，为了改善焊接后的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。7.2.3化学成分对钢材性能的影响钢是铁碳合金，除铁、碳外，由于原料、燃料、冶炼过程等因素使钢材中存在大量的其他元素，如硅、氧、硫、磷、氮等，合金钢是为了提高性能而有意加入一些元素，如锰、硅、钒、钛等，这些元素的存在，对钢的性能都要产生一定的影响。1.碳碳元素对钢的强度、塑性、韧性影响都很大，是决定钢材性质的主要元素。一般地，当钢材含碳量不大于0.8%时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回当含碳量超过1%时，随着含碳量的增加，钢材的硬度提高，脆性增大，而强度和塑性降低，此外，含碳量过高还会增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗大气腐蚀性和可焊性。2.硅硅是我国钢材中的主加合金元素，它的主要作用是提高钢材的强度，而对钢的塑性及韧性影响不大，特别是当含量较低(小于1%)时，对塑性和韧性基本上无影响。但当硅元素含量超过1%时，其冷脆性增加，可焊接性能变差。通常，碳素钢的硅含量小于0.3%，低含金钢的硅含量小于1.8%。3.锰锰是我国生产低合金钢的主加合金元素，掺量一般在1%～2%范围。锰可提高钢的强度和硬度，当锰含量小于1.0%时，几乎不降低塑性和韧性。还可以起到去硫脱氧作用，从而改善钢的热加工性质。但锰含量较高时，在提高强度的同时，塑性和韧性有所下降，可焊性变差。

7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回4.磷磷是钢中很有害的元素，随着其含量的增加，钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降。显著增加钢的冷脆性，焊接时焊缝容易产生冷裂纹，所以磷是降低钢材可焊性的元素之一，但磷可使钢的耐磨性和耐腐蚀性提高。通常，磷含量要小于0.045%。5.硫硫在钢中以FeS形式存在，FeS是一种低熔点化合物，当钢材在红热状态下进行加工或焊接时，FeS已熔化，使钢的内部产生裂纹，这种在高温下产生裂纹的特性称为热脆性。热脆性大大降低了钢的热加工性和可焊性。此外，硫元素的存在，会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性，因此钢中要严格限制硫的含量。通常，硫含量要小于0.045%。

7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回6.氧氧是钢中的有害元素。随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。氧的存在会造成钢材的热脆性。通常，氧含量要小于0.03%。7.氮氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随着氮含量的增加，可使钢材的强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。氮在铝、泥、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。通常，氮含量要小于0.008%。8.钛钛是强脱氧剂。钛能显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。钛是常用的微量合金元素。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页下一页返回9.钒钒是弱脱氧剂。钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接悴硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。7.2建筑钢材的主要技术性质上一页返回建筑钢材可分为钢结构用型钢和钢筋混凝土结构用钢筋两大类。各种型钢和钢筋的性能主要取决于所用钢种及加工方式。本节将分别说明建筑工程中常用的钢种及常用型材的性能和选用原则。7.3.1碳素结构钢《碳素结构钢》(GB/T700－2006)规定，牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。其中，以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195Mpa、215Mpa、235MPa和275MPa四种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少、分别由A、B、C、D符号表示；脱氧方法以F表示沸腾钢、Z和TZ表示镇静钢和特种镇静钢；Z和TZ在钢的牌号中予以省略。各牌号钢的化学成分应符合表7-1的规定。各牌号钢的力学性能、工艺性能应符合表7-2和表7-3规定。7.3建筑钢材的技术标准和选用下一页返回碳素结构钢分为五个牌号、每个牌号又分为不同的质量等级。一般来讲，牌号数值越大，含碳量越高，其强度、硬度也就越高，但塑性、韧性降低，建筑中主要应用的是碳素钢Q235，即用Q235轧成的各种型材、钢板、管材和钢筋。(1)Q195和Q215。这两个牌号的钢材虽然强度不高，但具有较大的伸长率和韧性，冷弯性能较好，易于冷弯加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及铁丝等。(2)Q235。具有较高的强度和良好的塑性和加工性能，能满足一般钢结构和钢筋混凝土结构要求，可制作低碳热轧圆盘条等建筑用钢材，应用范围广泛，其中C、D质量等级可作为重要焊接结构用。(3)Q275。强度更高，硬而脆，适于制作耐磨构件、机械零件和工具，也可用于钢结构构件。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回工程结构的荷载类型、焊接情况及环境温度等条件对钢材性能有不同的要求，选用钢材时一方面要根据钢材的质量、性能及相应的标准；另一方面要根据工程使用条件对钢材性能的要求。一般情况下，沸腾钢在下述情况下是限制使用的：①在直接承受动荷载的焊接结构；②非焊接结构而计算温度等于或低于一20℃时。③受静荷载及间接动荷载作用，计算温度等于或低于－30℃时的焊接结构。7.3.2低合金钢《低合金高强度结构钢》(GB/T1591－2008)规定，低合金高强度结构钢共有八个牌号，即Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690。所加元素主要有锰、硅、钡、钛、泥、铬、镍及稀土元素。其牌号的表示方法由屈服点字母Q，屈服点数值、质量等级(分A、B、C、D、E五级)三个部分组成。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回低合金钢与碳素钢相比，不但具有较高的强度，而且具有良好的塑性、冲击韧性、可焊性及耐低温、耐腐蚀性等，因此它是综合性能较为理想的建筑钢材，尤其是对于大跨度、大柱网、承受动荷载和冲击荷载的结构更为适用。低合金高强度结构钢的化学成分、力学性能见表7-4和表7-5。7.3.3钢筋和钢丝1.热轧钢筋热轧钢筋主要有两类。(1)热轧光圆钢筋用Q235碳素结构钢轧制而成。其牌号为HPB235，热轧光圆钢筋按照强度等级分类为I级，它的技术要求见表7-6。它具有强度较低，塑性好，便于弯折成型，易焊接等特点。它的适用范围很广，可做中、小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋，构件的箍筋，还可作为冷轧带肋钢筋和冷拔低碳钢丝的原材料。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回(2)热轧带肋钢筋根据其横肋有月牙肋和等高肋之分。如图7-6所示。其牌号由HRB和钢材的屈服点最小值表示，牌号分别为HRB335、HRB400、HRB500。其中H表示热轧(hotrolled)，R表示带肋(ribbed)，B表示钢筋(bars)，占面的数字表示屈服点最小值(见表7-7)。HRB335和HRB400钢筋按照力学性能分类分别为II级、III级，用低合金镇静钢或半镇静钢轧制。其强度较高，塑性和可焊性均较好。钢筋表面轧有通长的纵肋和均分布的横肋，从而加强了钢筋与混凝土之间的黏结力。用II、III级钢筋作为钢筋混凝土结构的受力钢筋，比使用I级钢筋可节省钢材40%～50%，因此广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的主筋。II级、III级钢筋冷拉后也可作预应力筋。HRB500钢筋按照力学性能分类为IV级，用中碳低合金镇静钢轧制而成，加入的合金元素在提高强度的同时保证其塑性和韧性，IV级钢筋表面也轧有纵肋和横肋，是房屋建筑的主要预应力钢筋，冷拉时要同时控制冷拉应力和伸长率。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回2.冷拉热轧钢筋将热轧钢筋在常温下拉伸至超过屈服点的某一应力，然后卸荷，即制成了冷拉钢筋。冷拉可使屈服点提高17%～27%，材料变脆，伸长率降低，冷拉时效后强度略有提高。实际操作中，可将冷拉、除锈、调直、切断合并为一道工序，这样简化了流程，提高了效率。冷拉既可以节约钢材，又可以制成预应力钢筋，增加了品种规格，是钢筋加工的常用方法之一。冷拉钢筋技术性质应符合表7-8的规定。3.冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧后，在其表面带有沿长度方向均匀分布的二面或三面横肋的钢筋。《冷轧带肋钢筋》(GB13788－2008)规定，冷轧带肋钢筋的牌号由CRB和钢筋的抗拉强度最小值构成，C、R、B分别为冷轧(Coldrolled)、带肋(Ribbed)、钢筋(Bar)三个同的英文首位字母。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回冷轧带肋钢筋分为CRB550、CRB650、CRB800、CRB970四个牌号。CRB550钢筋的公称直径范围为4～12mm，CRB650及以上牌号钢筋的公称直径为4mm、5mm、6mm。冷轧带肋钢筋力学性能、工艺性能应符合表7-9的规定，反复弯曲试验的弯曲半径应符合表7-10的规定。冷轧带肋钢筋克服了冷拉、冷拔钢筋握裹力低的缺点，同时具有和冷拉、冷拔相近的强度。CRB550为普通钢筋混凝土用钢筋，其他牌号为预应力混凝土用钢筋。4.热处理钢筋热处理是将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得需要性能的一种工艺过程。热处理钢筋是将热轧的带肋钢筋(中碳低合金钢)经淬火和高温回火调质处理而成的。其特点是塑性降低不大，但强度提高很多，综合性能比较理想。特别适用于预应力混凝土构件的配筋，但对应力腐蚀及缺陷敏感性强。使用时应防止锈蚀及刻痕等。热处理钢筋的力学性能应符合表7-11的规定。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回5.冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径6.5～8mm的Q235(或Q215)圆盘条通过截面小于钢筋截面的钨合金拔丝模孔而制成。冷拔钢丝不仅受拉，同时还受到挤压作用，经过一次或多次的拔制而得的钢丝，其屈服强度可提高40%～60%，而塑性显著降低。冷拔低碳钢丝按强度分为甲级和乙级。甲级为预应力钢丝，普遍用于中小型预应力构件中作预应力钢筋；乙级为非预应力钢丝，主要用作焊接骨架、焊接网、箍筋和构造钢筋。冷拔低碳钢丝的力学性能应符合表7-12的规定。6.预应力混凝土用钢丝及钢绞线它们是用优质碳素结构钢经冷加工、再回火、冷轧或绞捻等加工而成的专用产品，也称为优质碳素钢丝及钢绞线。7.3

建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回《预应力混凝土用钢丝》(GB/T5223－2002)规定，预应力混凝土用钢丝按加工状态分为低松弛钢丝、普通松弛刻痕钢丝和冷拉钢丝三种。光圆钢丝直径有3mm、4mm、5mm、6mm、6.25mm、7mm、8mm、9mm、l0mm、l2mm一种规格，抗拉强度可达1500MPa以上，屈服强度可达1100MPa。钢绞线是由七根钢丝经绞捻热处理制成的，《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224－2003)规定，钢绞线直径为5～8mm，破坏荷载达220kN，屈服荷载可达185kN。钢丝和钢绞线均具有强度高、塑性好，使用不需要接头等优点，尤其适用于需要曲线配筋的预应力混凝土结构、大跨度或重荷载的屋架等。7.3.4常用型钢1.热轧型钢常用的热轧型钢有角钢(等边和不等边)、工字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回7.3建筑钢材的技术标准和选用热轧型钢的标记方式为在一组符号中需标出型钢名称、横断面主要尺寸如图7-7所示、型钢标准号及钢号与钢种标准。用碳素结构钢Q235－A轧制的，尺寸为160mm×160mm×16mm的等边角钢，应标示为：压型钢板具有单位质量轻、强度高、抗震性能好、施工快、外形美观等特点，主要用于围护结构、楼板、屋面等。热轧等边角钢钢结构用的钢种和钢号，主要根据结构与构件的重要性、荷载性质、连接方法、工作条件等因素予以选择。对于承受动荷载的结构、焊接的结构及结构中的关键构件，应选用质量较好的钢材。我国建筑用热轧型钢主要采用碳素结构钢Q235－A，强度适中，塑性和可焊性较好，而且冶炼容易，成本低廉，适合建筑工程使用。在钢结构设计规范中推荐使用的低合金钢，主要有两种：Q345及Q390。可用于大跨度、承受动荷载的钢结构。上一页下一页返回2.冷弯薄壁型钢通常是2～6mm薄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。冷弯薄壁型钢可用于轻型钢结构。3.钢板和压型钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢材，以平板状态供货的称钢板，以卷状供货称钢带。按轧制温度不同，又可分为热轧和冷轧两种。建筑用钢板及钢带的钢种主要是碳素结构钢，一些重型结构、大跨度桥梁、高压容器等也采用低合金钢钢板。按厚度来分，热轧钢板分为厚板(厚度大于4mm)和薄板(厚度为4mm以下)两种；冷轧钢板只有薄板(厚度为0.2～4mm)一种。厚板可用于焊接结构；薄板可用作屋面或墙面等围护结构，或作为涂层钢板的原料，如制作压型钢板等；钢板可用来弯曲型钢。薄钢板经冷压或冷轧成波形、双曲形、V形等形状，称为压型钢板。制作压型钢板的板材用有机涂层薄钢板(或称彩色钢板)、镀锌薄钢板、防腐薄钢板或其他薄钢板。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回4.钢管钢管按制造方法分无缝钢管和焊接钢管。无缝钢管主要作输送水、蒸汽和煤气的管道和建筑构件、机械零件及高压管道等。焊接钢管用于输送水、煤气及采暖系统的管道，也可用作建筑构件，如扶手、栏杆、施工脚手架等。按表面处理情况分镀锌和不镀锌两种。按管壁厚度可分为普通钢管和加厚钢管。7.3.5钢材的选用原则选用钢材时应综合考虑各种因素，一般应遵循以下原则。1.承受荷载性质及方式对经常承受动荷载或振动荷载的结构，易产生应力集中，引起疲劳破坏，须选用质量高的钢材。2.使用温度7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页下一页返回经常处于低温状态的结构，钢材易发生冷脆断裂，特别是焊接结构，冷脆倾向更明显，应要求钢材具有良好的塑性和低温冲击韧性。3.连接方式选择钢材时要考虑结构本身采用的连接方式是焊接还是铆接。焊接结构在温度变化或受力性质变化时，焊缝附近的母体金属出现冷、热裂缝，促使结构早期破坏。所以焊接结构对钢材的化学成分和机械性能要求较严，而非焊接结构可适当放宽。4.钢材厚度钢材轧制后的机械性能，一般随厚度的增多而降低。钢材经多次轧制后，内部结晶组织更加紧密，强度更高，故一般结构用钢材厚度不宜超过40mm。5.结构重要性选择钢材要考虑结构的重要性，如大跨度结构、重要的建筑物结构，为保证安全，应选用质量较好的钢材。7.3建筑钢材的技术标准和选用上一页返回7.4.1钢材的冷加工建筑施工中常常对钢材进行冷加工及时效处理，以改善钢的性能，提高焊接质量，达到节约钢材的目的。钢材在常温下进行的加工称为冷加工。建筑钢材常见的冷加工方式有冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、刻痕等。钢材在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧使其产生塑性变形，强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象称为冷加工强化。如图7-8所示，钢材的应力应变曲线为OBKCD，若钢材被拉伸至K点时，放松拉力，则钢材将恢复至O′点，此时重新受拉后，其应力应变曲线将为O′KCD

，新的屈服点将比原屈服点提高，但伸长率降低。在一定范围内，冷加工变形程度越大，屈服强度提高越多，塑性和韧性降低越多。建筑用钢筋，常利用冷加工、时效作用来提高其强度，增加钢材的品种规格，节约钢材。此外还可以简化施工工艺，盘圆钢筋可使开盘、矫直、冷拉三道工序合成一道工序，并使钢筋锈皮自行脱落。7.4钢材的冷加工与热处理下一页返回7.4.2时效钢材经冷加工后随时间的延长，强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称为时效，钢材在自然条件下的时效是非常缓慢的，若经过冷加工或使用中经常受到振动、冲击荷载作用时，时效将迅速发展。钢材经冷加工后在常温下搁置15～20d或加热至100～200℃保持2h左右，钢材的屈服强度、抗拉强度及硬度都进一步提高，而塑性、韧性继续降低直至完成时效过程，前者称为自然时效，后者称为人工时效。如图7-8所示，经冷加工和时效后，其应力一应变曲线为O′

K1C1D1，此时屈服强度(K1)和抗拉强度(C1)比时效前进一步提高。一般强度较低的钢材采用自然时效，而强度较高的钢材采用人工时效。因时效导致钢材性能改变的程度称为时效敏感性。时效敏感性大的钢材，经时效后，其韧性、塑性改变较大。因此，承受振动、冲击荷载作用的重要结构(如吊车梁、桥梁等)，应选用时效敏感性小的钢材。7.4钢材的冷加工与热处理上一页下一页返回7.4.3热处理热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构，来控制其性能的一种综合工艺过程。钢材热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等悴冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。7.4钢材的冷加工与热处理上一页返回回火是将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，目的是降低钢件的脆性。7.5.1钢材的检验钢材检验的主要内容有：(1)钢材的数量和品种是否与订货单符合。(2)钢材的质量保证书是否与钢材上打印的记号符合。每批钢材必须具备生产厂家提供的材质证书，写明钢材的炉号、钢号、化学成分和机械性能等。(3)核对钢材规格尺寸。(4)钢材表面质量检验，表面不允许由结疤、裂纹、折叠和分层等缺陷。钢材表面锈蚀深度，不得超过其厚度公差。7.5钢材的检验与堆放下一页返回7.5.2钢材的堆放钢材在堆放时所遵循的原则是：钢材堆放要减少钢材的变形和锈蚀，节约用地，也要使钢材提取方便。露天堆放时，堆放场地要平整，并高于周围地面，四周有排水沟，雪后易于清扫。堆放时尽量使钢材截面的背面向上或向外，以免积雪、积水。堆放在有顶棚的仓库内时，可直接堆放在地坪上(下垫楞木)，对小钢材亦可堆放在架子上，堆与堆之间应留出走道。堆放时每隔5～6层放置楞木，其间距以不引起钢材明显的弯曲变形为宜。楞木要上下对齐，在同一垂直平面内。为增加堆放钢材的稳定性，可使钢材互相勾连，或采取其他措施。这样，钢材的堆放高度可达到所堆宽度的两倍；否则，钢材堆放的高度不应大于其宽度。7.5钢材的检验与堆放上一页下一页返回同一堆内上、下相邻的钢材须前后错开，以便在其端部固定标牌和编号。标牌应表明钢材的规格、钢号、数量和材质验收证明书号，并在钢材端部根据其钢号涂以不同颜色的油漆。钢材的标牌应定期检查。选用钢材时，要顺序寻找，不准乱翻。考虑材料堆放时便于搬运，要在料堆之间留有一定宽度的通道以便运输。7.5钢材的检验与堆放上一页返回7.6.1钢材腐蚀与防护钢材表面与周围环境接触，在一定条件下，可发生化学或电化学作用而使钢材表面遭受侵蚀。腐蚀不仅造成钢材受力截面减小，表面不平整导致应力集中，降低了钢材的承载能力；还会使疲劳强度大为降低，尤其是显著降低钢材的冲击韧性，使钢材脆断。混凝土中的钢筋腐蚀后，产生体积膨胀，使混凝土顺筋开裂。因此为了确保钢材不产生腐蚀，必须采取防腐措施。根据钢材表面与周围介质的不同作用，一般把腐蚀分为下列两种。1.化学腐蚀由非电解质溶液或各种干燥介质(如(O2

、CO2

、SO2

、CI2等)所引起的一种纯化学性质的腐蚀，无电流产生。这种腐蚀多数是氧化作用，在钢材的表面形成疏松的氧化物FeO，在干燥的环境下进展很缓慢，但在温度和湿度较高的条件下，这种腐蚀进展很快。7.6钢材的防腐与防火下一页返回2.电化学腐蚀钢材与电解质溶液相接触产生电流，形成原电池而发生的腐蚀称电化学腐蚀，它是钢材锈蚀的最主要形式。钢材中含有铁素体、渗碳体、非金属夹杂物等，这些成分的电极电位不同，即活泼性不同，在电解质存在时，很容易形成原电池的两个极。钢材与潮湿介质空气、水、土壤接触时，表面覆盖一层水膜，水中溶有来至空气的各种离子，便形成了电解质。首先钢中的铁素体失去电子即Fe→Fe2++2e成为阳极，渗碳体成为阴极。在酸性电解质中H+得到电子变成氢气跑掉；在中性介质中，由于氧的还原作用使水中含有OH-离子，随之生成不溶于水的Fe(OH)2；进一步氧化成Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3，即红褐色铁锈的主要成分。7.6钢材的防腐与防火上一页下一页返回3.钢材腐蚀的防止(1)保护膜法。用保护模使钢材与周围介质隔离，从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。例如在钢材的表面喷刷涂料、搪