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建 筑 钢 材

建筑钢材是指建筑上所用钢材的总称，包括：型钢 （工字钢、角钢、槽钢、T型钢、H型钢等）。钢板：钢筋混凝土用钢筋等。
建筑钢材的特点：
1 组织均匀密实
2、强度（拉、压）硬度高
3、加工及可焊性好
4、易腐蚀、维护费用高

6．1钢的、冶炼脱氧及分类

一、钢的冶炼方法：
1、转炉钢（空气转炉、氧气转炉），钢的质量较好；
2、平炉钢，钢的质量好，但成本较高；
3、电炉钢，钢的质量最好，成本高。
二、脱氧：
在炼钢炉内加入锰萜、硅铁、铝块等脱氧剂，使铁从FeO中还原成金属铁，此过程称为脱氧。
脱氧的目的主要是除去钢中的氧化铁FeO。
根据脱氧程度分为：1、沸腾钢 （ F ），脱氧不完全的钢，这种钢组织不够致密，成分偏析较大，成分不均匀，冷脆性和时效敏感性明显，钢的质量较差。
2、镇静钢（ Z ），脱氧充分，组织致密化学成分均匀，机械性能好，冷脆性和时效敏感性较低。
3、半镇静钢（ bZ ），脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢，其性能与质量介与两者之间。
4、特殊镇静钢（ TZ ），脱氧更充分的钢，质量最好。
三、钢的分类
1、按化学成分分类：
碳素钢（低碳钢 C＜0．25% ； 中碳钢C 025%～0．60%； 高碳钢 C＞0．6%。
合金钢 （ 低合金钢，合金总量＜5%； 中合金钢 合金总量5%～10%； 高合金钢，合金总量＞10%）。
2、按加工方法分类：
热加工钢材 （热轧、热煅）。
冷加工钢材 （冷轧、冷拉、冷拔、冷扭、冷冲、冷压等）。
3、按冶炼方法分类：转炉钢、平炉钢、电炉钢。
4、按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。
5、按质量等级分：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢、特级优质碳素钢。

6．2钢材的主要性能

建筑钢材的主要性能：1、力学性能（抗拉性能、冲击韧性、抗疲劳性能、硬度等） 2、工艺性能 （冷弯性能、焊接性能、加工性能等）
一、钢材的力学性能
1、强度：在外力作用下，材料抵抗塑性变形或断裂的能力。
抗拉强度是建筑钢材的主要力学性能指标，这项指标可通过低碳钢的拉伸试验来阐明。
钢材抗拉强度包括弹性极限、屈服强度、极限抗拉强度及伸长率等。下面将通过应力—应变曲线重点掌握钢材抗拉性能的四个阶段及特点。
* （钢筋拉伸过程分几个阶段？各阶段有何特点？
（1）弹性阶段 ，OA阶段,是一直线，应力应变成比例增加，此范围内的变形为弹性变形，应力与应变比值为一常量，A点对应的应力为弹性极限σp。
（2）屈服阶段，AB阶段，应力与应变不成比例变化，应力达到上屈服点B上后，变形急剧增加，应力在不大的范围内波动，呈现塑性变形。屈服阶段下限的应力称为屈服点（即屈服强度）σs （什么是屈服强度）
（3）强化阶段，BC阶段，材料抵抗塑性变形的能力提高，变形随应力提高而增加，达到最大应力C点，C点的应力称为抗拉强度σb
（4）颈缩阶段，CD阶段，过C点后，材料抵抗变形的能力明显降低，应力下降，应变迅速增加，在变形最大处发生“颈缩”直至断裂（如图）

钢筋拉伸 应力——应变图

2、塑性：钢的塑性是指在外力作用下钢破坏前产生塑性变形的能力。
塑性大小用拉断时的 伸长率“δ”表示。

L1 - L0
δ= ————————×100%
L0
式中：L1——试件拉断后的长度 mm
L0——试见原始长度 mm
δ越大，钢材塑性越大，钢质软，呈延性断裂。
δ越小，钢材塑性越小，钢质硬，呈脆性断裂。
δ值对不同钢材有不同规定，见钢材标准。
3、冲击韧性：是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。用冲击韧性аk（J/cm2）表示。аk越大，冲断钢材消耗的功越大，冲击韧性越好。
4、硬度：钢材表面局部体积内抵抗变形或破坏的能力。
是衡量钢材软硬程度的指标。常用布氏硬度、洛氏硬度表示硬度大小。
5、疲劳强度：钢构件承受重复交变荷载作用时，可能在低于屈服强度的应力作用下突然发生断裂的破坏现象。
二、钢材的工艺性能
1、冷弯性能：是指钢材在常温下承受弯曲的能力。
冷弯性能用弯曲角度а及不同的弯心直径d与钢材厚度α（或直径）的比值d/α表示。
当钢材的弯曲外恻无裂纹 、起层、断裂时，弯曲角度а越大，比值d/α越小，钢材的冷弯性越好。
*钢材的伸长率是表示钢材什么性质，它和冷弯有何共同点？
钢材的伸长率是表示钢材的塑性性质，冷弯也是检验钢材塑性性能的。一般情况下伸长率越大，冷弯性能越好，钢材的塑性越好
2、可焊性：是指钢材在焊接后，其接头联接的牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。
可焊性好的钢：焊后接头牢固；
硬脆倾向小；
能保持与母材基本相同的性质。

6．3化学成分对钢性能的影响
钢中所含的元素：碳素钢含有碳C、硅Si、锰Mn、硫S、磷P等；
合金钢中含有钛Ti、钒V、铜Cu、铬Cr、镍Ni等。
*钢中含碳量的多少对钢材性能的影响？
碳是影响钢性能的主要元素，当含碳量小于1．0%时，随着含碳量的增加，钢的强度硬度提高，塑性韧性降低。还会增大钢的冷脆性和时效敏感性，降低可焊性和耐腐蚀性。
硅元素可提高钢的强度、硬度，是有益元素。但当含量大于1．0%时，钢的塑性韧性降低，冷脆性增大可焊性降低。
锰元素可提高钢的强度、硬度，是有益元素。但当猛含量1．0%时，降低钢的塑性、韧性、可含性。
硫元素在钢中是有害元素几，能降低钢的强度和疲劳强度，在高温下使钢变边脆并沿晶界开裂，热脆性增加可焊性降低。
磷元素在钢中是有害元素，能使钢的可焊性降低，冷脆性增大。
*什么是钢的热脆性和冷脆性？影响热脆性和冷脆性的因素是什么？
热脆性：在高温下使钢变脆开裂的性质。产生热脆性的主要因素是钢中的硫元素含量。含量越多，热脆性越大
冷脆性：钢材在低温下变脆裂纹的性质。产生冷脆性的主要因素是磷元素含量。含量越多，冷脆性越大

6．4钢材的冷加工和热处理
1、冷加工硬化
冷加工是在再结晶温度以下（通常是常温下）进行的机械加工。
冷加工硬化：由于塑性变形引起的屈服强度增高而塑性和韧性降低的现象。钢筋冷加工的目的是提高屈服强度，节约钢材。
钢筋冷加工的方法有：冷拉、冷拔、冷扭、冷冲、冷压等。
*钢材冷加工的目的是什么？冷加工有几种方法？
钢筋冷加工的目的是提高屈服强度，节约钢材。
钢筋冷加工的方法有：冷拉、冷拔、冷扭、冷冲、冷压等。
2、时效
经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和极限强度逐渐提高，塑性韧性逐渐降低的现象称为时效。
时效也能提高钢筋的屈服强度和抗拉强度，也是提高钢筋强度的一种手段。
经冷拉后的钢筋在常温下存放15～20d的时效处理称为自然时效。
经冷拉后的钢筋，再加热到100～200℃，并保持一定时间（2小时）的时效处理称为人工时效。
*什么是时效？什么是自然时效？什么是人工时效？
经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和极限强度逐渐提高，塑性韧性逐渐降低的现象称为时效。
经冷拉后的钢筋在常温下存放15～20d的时效处理称为自然时效。
经冷拉后的钢筋，再加热到100～200℃，并保持一定时间（2小时）的时效处理称为人工时效。
含碳量越大，时效敏感性越大，影响最大的是氮、氧含量，含量越多时效敏感性越大。
钢材产生时效的难易程度称为时效敏感性。对直接承受动载作用或经常在中温条件下的钢结构，要求钢材的时效敏感性小，避免脆性过大产生突然断裂破坏。
建筑钢材则急于通过时效处理来提高其屈服强度，尽快取得强化效果，节约钢材。

6．5建筑钢材的技术标准与选用

建筑钢材包括：钢结构用钢
钢筋混凝土用钢筋

一、 碳素结构钢
1、 牌号及表示方法和符号
牌号表示方法：按国标«碳素结构钢»GB/T700—2006规定，钢的牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度数值，质量等级符号，脱氧方法符号4个部分按顺序组成。
例如Q235AF表示屈服强度为235MPa、质量等级为A级的沸腾钢。
Q215B表示屈服强度为215MPa、质量等级为B级的镇静钢。
Q275C表示屈服强度为275MPa、质量等级为C级的镇静钢。
符号：Q—钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母；
A、B、C、D—分别为质量等级；
F—沸腾钢“沸” 字汉语拼音首位字母；
Z—镇静钢“镇” 字汉语拼音首位字母；
TZ—特殊镇静钢“特镇” 字汉语拼音首位字母；
在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。
按GB/T700—2006标准规定，碳素结构钢分四个牌号，分别为Q195、Q215、Q235、Q275。相应的统一数字代号见标准的表1。
2、技术标准
力学性质：屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、冲击韧性。各牌号钢材力学指标数值见标准表2。
工艺性能：冷弯性能。见标准表3。
取样方法见标准表4

*碳素结构钢有几个牌号？牌号如何表示？
GB/T700——2006标准规定，碳素结构钢有四个牌号，分别为Q195、Q215、Q235、Q275。
牌号表示方法：按国标«碳素结构钢»GB/T700—2006规定，钢的牌号由代表屈服强度的字母，屈服强度数值，质量等级符号，脱氧方法符号4个部分按顺序组成。
牌号数值越大，含碳量越高，强度硬度越高，但塑性韧性降低。D、C级钢质量优于A、B级，镇静钢优于沸腾钢。
建筑工程中主要以Q235牌号钢为主，这种钢含碳量小于0．25%。为低碳钢，塑性、韧性、可焊性、工艺性等性能良好，成本低。
二、 低合金高强度结构钢
合金钢：在碳素钢中加入硅Si、锰Mn、钛Ti、钒V、铬Cr、铜Cu等合金元素的钢。低合金结构钢是合金元素总量＜5%的结构钢。
加入合金元素的目的是提高钢的屈服强度、抗拉强度、耐腐蚀性、耐磨性和耐低温性，得到综合性能理想的建筑钢材。
1、 牌号表示方法
按国标«低合金高强度结构钢»GB1591—94规定，其牌号由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”、屈服点数值（三位数字）、质量等级符号（A、B、C、D、E五级）三个部分依次组成。
例如Q295-A表示屈服点为295MPa、质量等级为A级的低合金高强度结构钢 Q345D表示屈服点为345 MPa、质量等级为D级的低合金高强度结构钢。
牌号按屈服点数值分为Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。
2、 技术标准
力学性能：屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击功。其数值见表
6—4
工艺性能：冷弯性能，见表6—4。
*低合金高强度结构钢牌号如何表示？
按国标«低合金高强度结构钢»GB1591—94规定，其牌号由代表屈服点的汉语拼音字母“Q”、屈服点数值（三位数字）、质量等级符号（A、B、C、D、E五级）三个部分依次组成。
三、 优质碳素结构钢
优质碳素结构钢是对钢中有害元素（P、S）控制严格的钢材。
1、 牌号及表示方法
按«优质碳素结构钢»GB/T699—1999规定，优质碳素结构钢按含碳量划分牌号，以两位数字表示，数字代表平均含碳量万分数的近似值。例如10F、1520、30、45、75、20Mn等。45表示平均含碳量为0．045%的优质碳素结构钢。沸腾钢在牌号后面加“F”，含锰量较高的钢在钢号后面加Mn。
力学性能和工艺性能见标准表3。
*优质碳素结构钢的牌号如何表示？
优质碳素结构钢按含碳量划分牌号，以两位数字表示，数字代表平均含碳量万分数的近似值。例如10F、1520、30、45、75、20Mn等。45表示平均含碳量为0．045%的优质碳素结构钢。沸腾钢在牌号后面加“F”，含锰量较高的钢在钢号后面加Mn。

6．6钢筋混凝土结构用钢

钢筋混凝土用钢有热轧钢筋、冷拉热轧钢筋、冷拔低碳钢丝、冷扎带肋钢筋、热处理钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线等。
1、热轧钢筋包括：热轧光圆钢筋
热轧带肋钢筋
（1） 热轧光圆钢筋是用Q235轧制的光圆钢筋，现行标准为GB13013—91，牌号为HPB235。牌号由HPB和屈服强度数值组成，HPB是热轧光圆钢筋的英文缩写。规格及技术要求见表6—6。
低碳热轧圆盘条现行标准为GB/T701—1997，其力学性能见标准。
（2）热轧带肋钢筋，用低合金钢轧制的钢筋，现行国家标准为GB1499．2—2007
分类、牌号
钢筋按屈服强度特征值分为335、400、500级。
牌号的构成及含义见表1
类别
牌号
牌号构成
英文字母含义
普通热
轧钢筋
HRB335
HRB+屈服强度特征值构成
HRB—热轧带肋钢筋的的英文缩写
HRB400
HRB500
细晶粒热轧钢筋
HRBF335
HRBF+屈服强度特征值构成
HRBF—热轧带肋钢筋的的英文缩写后加“细”的英文首位字母。
HRBF400
HRBF500
注 细晶粒热轧钢筋：在热轧过程中，通过控轧和控冷工艺形成的细晶粒钢筋。其金相组织主要是铁素体加珠光体，不得有影响使用性能的其他组织存在，晶粒细度不粗于9级。
特征值：在无限多次的检验中，与某一规定概率所对应的分位值。
力学性能见下表
牌号
屈服强度
ReL/MPa
抗拉强度
Rm/MPm
断后伸长率
A/%
最大里总伸长率 Agt/%
不小于
HRB335
HRBF335
335
455
17

7．5

HRB400
HRBF400
400
540
16
HRB500
HRBF500
500
630
15
公称面积与理论重量
公称直径/mm
公称截面面积/mm
理论重量/（kg/m）
6
8
10
12
14
16
18
20
22
25
28
32
36
40
50
28．27
50．27
78．54
113．1
153．9
201．1
254．5
314．2
380．1
490．9
615．8
804．2
1018
1257
1964
0．222
0．395
0．617
0．888
1．21
1．58
2．00
2．47
2．98
3．85
4．83
6．31
7．99
9．87
15．42

工艺性能见标准表7
HPB235强度不高，但塑性、可焊性良好主要用作非预应力混凝土的受力筋。HRB335、HRB400钢筋强度高，焊接性能较好，主要用于大型预应力混凝土及非预应力混凝土的受力筋，HRB500主要用于大型预应力混凝土。
2、 冷拔低碳钢丝
冷拔低碳钢丝是用Q235或Q195拔制而成，现行标准GB50204—92
技术性能见表6—9。主要用作预应力钢筋。

3、 冷轧带肋钢筋
用普通低碳钢或低合金钢经多道冷轧制成的钢筋。现行标准GB13788—2000。牌号有CRB550、 CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170。
CRB是冷轧带肋钢筋的英文缩写。
用于普通混凝土结构及构件和预应力混凝土。
4、热处理钢筋
用热轧带肋钢筋经淬火和高温回火调质处理处理制成。牌号RRB500。
5、 预应力混凝土用钢丝和钢绞线
预应力混凝土用钢丝和钢绞线是用优质碳素结构钢经冷加工、回火、冷轧等制成的专用产品，专用于预应力混凝土。
*掌握钢材拉伸试验方法，试验结果计算及评定
例1、一批牌号为HPB235的钢筋，直径为14mm的一组试件，试验时屈服荷载分别为38．2KN、36．6KN，抗拉极限荷载为59．6KN和58．2KN。断后标距长为94mm和96mm，冷弯试验合格，该批钢筋是否合格？
解：

检验项目符合GB13013—91技术标准，该批钢筋合格。

例2、一批牌号为HRB335的钢筋，直径为20mm的一组试件。试验时屈服荷载分别为138．4KN和142．6KN，极限荷载为178．8和184．2KN，断后标距长度为128mm和130mm，冷弯合格，该批钢筋是否合格？
解：

检验项目符合GB1499—98技术标准，该批钢筋合格。
*
*焊件按新标准钢材的抗拉强度试验。

例3、有一批Ф8的低碳热轧圆盘条，冷弯合格，钢筋拉伸试验时屈服荷载为13．4KN，极限荷载为23．4KN，断后标距长度为105mm，评定该批钢筋是否合格？
解：

该钢筋符合GB/T701-1997低碳热轧圆盘条标准要求，钢筋合格。
GB/T701-1997 ：

若四项指标中有一项不合格，加倍取样复试。