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情境六 建筑钢材 本章重点掌握建筑钢材的力学性能、钢材的冷加工强化以及钢材的标准与选用。 一、钢材的概念及分类 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，以及混凝土结构用钢筋、钢丝、钢铰线。 钢材的分类： 1、按冶炼方法分为转炉钢、平炉钢和电炉钢三种。 2、按脱氧方法分为沸腾钢、镇静钢和半镇静（半脱氧）钢。 3、按压力加工方式分为热加工钢材和冷加工钢材。 4、按化学成分分为非金属钢、低合金钢和合金钢。 5、按主要质量等级分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。 6、按用途分：建筑钢材一般分为钢结构用钢和混凝土结构用钢两种。 二、钢材的性质 1、钢材的性质：包括强度、弹性、塑性、韧性以及硬度等内容。 （1）抗拉强度： 建筑钢材的抗拉强度包括：屈服强度、极限抗拉强度、疲劳强度。 屈服强度（屈服极限）：是指钢材在静载作用下，开始丧失对变形的抵抗能 力，并产生大量塑性变形时的应力。 屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。 极限抗拉强度（抗拉强度）：是钢材在拉力作用下能承受的最大拉应力。 屈服强度和抗拉强度是钢材力学性质的主要检验指标。 疲劳强度：钢材承受交变荷载的反复作用下，可能在远低于屈服强度时突然 发生的破坏。 （2）弹性：钢材在静荷作用下，受拉初始阶段，应力与应变成正比例变化， 具有这种变形特征的性质称为弹性。其比值就是弹性模量E。弹性模量是衡量钢材低抗变形能力的指标。 （3）塑性：常用伸长率（或断面收缩率）和冷弯来表示。 伸长率是衡量钢材塑性的重要指标，伸长率越大，钢材塑性越好。 冷弯是钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 （4）冲击韧性：是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。 （5）硬度：是在表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的 能力。 2、钢材组成对其性质的影响： （1）钢材的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。 铁素体：它赋予钢材以良好的延展性、塑性和韧性，但强度、硬度很低。 渗碳体：性质硬而脆，是碳钢的主要强度成分。 珠光体：强度较高，塑性和韧性介于铁素体、渗碳体之间。 （2）化学成分对钢材性质的影响： 碳：随着含碳量增加，钢材的强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。 磷、硫：磷能使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。磷是降低钢材可焊性的元素之一。硫使钢材产生热脆性，大大降低了钢的热加工性和可焊性；硫偏析较严重，降低了冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。 氧、氮：严重降低钢的韧性，促进时效，降低可焊性。 硅、锰：当含量较低时（小于1%），可提高钢的强度，对塑性、韧性影响不 大。 三、冷加工、时效及焊接 冷加工：是钢材在常温下进行的加工。常见方式有冷拉、冷拔、冷扭、 刻痕等。 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 得越多。 时效：是钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现 象。 因时效而导致钢材能改变的程度称为时效敏感性。承受振动、冲击荷载作用 的重要性结构（如吊车梁、桥梁等），应选用时效敏感性小的钢材。 3、焊接：焊接质量取决于焊接工艺、焊接材料及钢的可焊性能。 四、建筑钢材的标准与选用 1、钢结构用钢：品种主要是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。 （1）碳素结构钢： 牌号及其表示方法：牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值（195、215、 235、255和275MPa五种）、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法等四部分按顺序组成。 选用：主要应用的是Q235；Q215钢强度低、塑性大、受力产生变形大，经 冷加工后可代替Q235钢使用；Q275钢虽然强度高，但塑性较差，有时轧成带肋钢筋用于混凝土中。 （2）低合金高强度结构钢： 牌号的表示方法：由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D、 E五级）三个部分组成。 应用：合金元素加入后，提高了钢材的屈服点，同时具有良好的塑性、冲击 韧性、可焊性及耐低温、耐蚀性等，可节约用钢量。 混凝土结构用钢：主要有热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、冷 轧带肋钢筋、热处理钢筋和预应力混凝土用钢丝及钢绞线。 （1）热轧钢筋：有较高的强度，具有一定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。 主要有用Q235轧制的光圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋。 （2）冷拉热轧钢筋：将热轧钢筋在常温下拉伸至超过屈服点小于抗拉强度 的某一应力，然后卸荷，即制成的钢筋。 冷轧带肋钢筋：是用低碳钢热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后，在其表 面冷轧成三面有肋的钢筋。 热处理钢筋：是指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。 （5）冷拔低碳钢丝：是将直径6.5~8mm的Q235