第2章

建筑金屬材料鋼鐵的區別鋼和鐵的主要區別是——含碳量的多少生鐵的含碳量在2.11%—4.30%，含雜質較多鋼的含碳量在0.03%—2.11%，含雜質較少2.1鋼材的分類1.按化學成分分類碳素鋼(含碳量在0.02%——2.06%）低碳鋼（C<0.25%）中碳鋼（0.25～0.6%）高碳鋼（C>0.6%）合金鋼：碳素鋼中加入一定量的合金元素。低合金鋼（合金<5%）中合金鋼（5～10%）高合金鋼（>10%）2.按冶煉時脫氧程度分類（１）沸騰鋼F（２）鎮靜鋼Z（３）半鎮靜鋼b（４）特殊鎮靜鋼TZ3.按有害雜質含量分類按鋼中有害雜質磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，鋼材可分為以下四類：普通鋼(S≤0.050%;p≤0.045%)優質鋼(S≤0.035%;p≤0.035%)

高級優質鋼(S≤0.025%;p≤0.025%)特級優質鋼(S≤0.015%;p≤0.025%)建筑鋼材建筑鋼材分為鋼結構用鋼和鋼筋混凝土結構用鋼。前者主要是型鋼和鋼板，后者主要是鋼筋、鋼絲、鋼絞線等。建筑鋼材的原料主要為碳素鋼結構鋼中的低碳鋼和合金鋼中的低合金鋼。2.2建筑鋼材的主要技術性能

力學性能工藝性能抗拉性能－拉伸試驗沖擊韌性－沖擊試驗耐疲勞性－疲勞試驗主要性能冷彎性能－冷彎試驗焊接性能1.抗拉性能－－拉伸試驗抗拉性能是建筑鋼材最重要的性能，表征抗拉性能的技術指標有屈服點、抗拉強度及伸長率。

（1）屈服點：設計時，一般以屈服強度或屈服點作為強度取值的依據。

通常用σs表示。對于硬鋼，取殘余變形為0.2％原始標距長度時的應力作為屈服點，稱為條件屈服點，用σ0.2表示。（２）抗拉強度與屈強比對應于最高點C的應力稱為抗拉強度，用σb表示。設計中抗拉強度雖然不能利用，但屈強比σs／σb有一定意義。屈強比愈小，反映鋼材受力超過屈服點工作時的可靠性愈大，因而結構的安全性愈高。但屈強比太小，則反映鋼材不能有效地被利用。(3)伸長率量出拉斷后標距部分的長度Ll，標距的伸長值與原始標距L0的百分率稱為伸長率。即表征了鋼材的塑性變形能力。越大越好。

2.沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。對直接承受動荷載而且可能在負溫下工作的重要結構，必須進行沖擊韌性檢驗。

鋼材沖擊韌性與溫度關系

沖擊韌性隨溫度的降低而下降。當達到某一溫度范圍時，沖擊值突然大幅度下降，材料無明顯塑性變形而發生脆性斷裂，這種性質稱為鋼材的冷脆性，這時的溫度稱為脆性臨界溫度。在負溫下使用的結構，應當選用臨界溫度比使用溫度低的鋼材。3.耐疲勞性在反復荷載作用下，鋼材在遠低于抗拉強度時突然發生斷裂，稱為疲勞破壞。疲勞破壞的危險應力用疲勞強度極限表示，其含義是：試件在2×106次應力循環作用下工作而不至引起斷裂的最大應力。疲勞破壞是在低應力狀態下突然發生的，所以危害極大，往往造成災難性的事故。4.冷彎性能冷彎性能指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力。試件按規定條件彎曲，若彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，即認為冷彎性能合格。它表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性，能揭示內應力，雜質等缺陷，可用于焊接質量的檢驗，能揭示焊件在受彎表面裂紋，雜質等缺陷。

注意：伸長率和冷彎性能所體現鋼材塑性的不同5.可焊性定義：指焊接后在焊縫處的性質與母材性質的一致程度。影響鋼材可焊性的主要因素是化學成分及含量。如硫產生熱脆性，使焊縫處產生硬脆及熱裂紋。又如，含碳量超過0.25％，可焊性顯著下降等。2.3鋼材的化學成分對性能的影響1．碳(C)；當含碳量小于0.8％時，C含量增加將使抗拉強度及硬度提高，但塑性與韌性將降低，焊接性能、耐腐蝕性能也下降。2．硅(Si)：當小于等于1％時，Si含量的增加可顯著提高強度及硬度，而對塑性及韌性無顯著影響。3．錳(Mn)：在一定限度內，隨Mn含量的增加可顯著提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性。改善熱加工性能。4．硫(S)：為有害元素，有強烈的偏析作用，使機械性能、焊接性能下降（引起熱裂紋）。5．磷(P)；為有害元素，含量的增加可提高強度，塑性及韌性顯著下降。有強烈的偏析作用，引起冷脆性，焊接性下降。但可提高耐磨性及耐腐蝕性。

2.4鋼材的強化與加工1.冷加工強化

將鋼材于常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋使其產生塑性變形，從而提高屈服強度，降低塑性韌性，這個過程稱為冷加工強化處理。

2.時效處理

將冷加工處理后的鋼筋，在常溫下存放15～20d，或加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），其屈服強度進一步提高，且抗拉強度也提高，同時塑性和韌性也進一步降低，彈性模量則基本恢復。這個過程稱為時效處理。

時效處理方法有兩種：在常溫下存放15～20d，稱為自然時效，適合用于低強度鋼筋；加熱至100～200℃后保持一定時間（2～3h），稱人工時效，適合于高強鋼筋。3.熱處理

熱處理是將鋼材按規定的溫度，進行加熱、保溫和冷卻處理，以改變其組織，得到所需要的性能的一種工藝。

基本方法：退火、正火、淬火、回火目的：通過改變鋼材組織，得到滿足工程建設要求的鋼材。2.5土木工程常用建筑鋼材2.5.1建筑鋼材的主要鋼種2.5.2建筑工程中鋼材主要用途2.5.1建筑鋼材的主要鋼種牌號表示方法應用優質碳素鋼低合金高強度結構鋼碳素結構鋼1.碳素結構鋼按國家標準GB700-2006規定，我國碳素結構鋼分四個牌號，即Ｑ195、Q215、Q235和Q275。各牌號鋼又按其硫、磷含量由多至少分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四個質量等級。碳素結構鋼的牌號表示:Q+數字+質量等級符號+脫氧程度符號組成

A、B、C、D

F、B、Z、TZ例如Q235-A.F.，它表示屈服點為235N／ｍｍ2的Ａ級沸騰碳素結構鋼。當為鎮靜鋼或特殊鎮靜鋼時，則牌號表示“Ｚ”與“ＴZ”符號可予以省略。碳素結構鋼的具體牌號Q195-Q195F、Q195b、Q195

Q215-Q215AF、Q215Ab、Q215A、Q215BF、Q215Bb、Q215B

Q235-Q235AF、Q235Ab、Q235A、Q235BF、Q235Bb、Q235B、Q235C、Q235D

Q275-Q275隨著牌號的增大，含碳量由小到大，抗拉強度逐漸提高，而伸長率及冷彎性能則隨著牌號的增大而降低。隨鋼材質量等級的提高（A→D），S、P含量越低，鋼的質量越好，其焊接性能和低溫抗沖擊性能都得到提高。應用建筑工程中主要應用的碳素鋼是Q235號鋼，可軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。Q235號鋼廣泛用于一般鋼結構。其中C、D級可用在重要的焊接結構。

Q195、Q215號鋼材強度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作鉚釘、鋼筋。Q275號鋼材強度高，但塑性、韌性、可焊性差，可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結構中的構件及螺栓等。選用鋼材時，還要根據工程結構的荷載類型(動荷載或靜荷載)、連接方式(焊接或鉚接)及環境溫度等，綜合考慮鋼材的牌號、質量等級、脫氧方法加以選擇。如受動荷載、焊接結構、在低溫情況下工作的結構，不能選用A、B質量等級鋼材及沸騰鋼。

2.優質碳素結構鋼按國家標準GB/T699－1999《優質碳素結構鋼》的規定，優質碳素結構鋼根據錳含量的不同可分為：普通錳含量（錳含量＜0.8％）鋼和較高錳含量（錳含量0.7％～1.2％）鋼兩組。

優質碳素結構鋼共有31個牌號，表示方法是：含碳量、含錳量、脫氧程度例：10F和45Mn、30

分別表示平均含碳量為0.10％沸騰鋼和平均含碳量為0.45％，較高含錳量的鎮靜鋼。優質碳素結構鋼的基本牌號

08F、10F、15F、08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、15Mn、20Mn、25Mn、30Mn、35Mn、40Mn、45Mn、50Mn、60Mn、65Mn、70Mn共31個。

在建筑工程中，30-45號鋼主要用于重要結構的鋼鑄件和高強螺栓，45號鋼用作預應力混凝土錨具，65-80號鋼用于生產預應力混凝土用碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線。3.低合金高強度結構鋼在碳素鋼的基礎上，加入總量小于５％的合金元素煉成的鋼，稱為低合金高強度結構鋼，簡稱低合金結構鋼。常用的合金元素有硅、錳、鈦、釩、鉻、鎳、等。牌號表示：由代表鋼材屈服強度的字母“Ｑ”、屈服強度數值、質量等級符號（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）三個部分按順序組成。例如：Q295A，表示屈服強度為不小于295MPa，質量等級為Ａ級的低合金結構鋼。應用低合金高強度結構鋼主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結構和鋼筋混凝土結構中，特別適用于各種重型結構、高層結構、大跨度結構及橋梁工程等。2.5.2建筑工程中鋼材主要用途用于混凝土結構：鋼筋主要用于鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土的配筋，是土木工程中用量最大的鋼材之一。用于鋼結構1.混凝土結構用鋼1）熱軋鋼筋熱軋光圓HPB235、HPB300Q235、Q300軋制熱軋帶肋HRB335HRBF500

低合金鋼

以上鋼筋除圓鋼外，其它也稱螺紋鋼，鋼筋的公稱直徑為8-50毫米，推薦采用的直徑為8、12、16、20、25、32、40毫米。

2）冷軋扭鋼筋4）預應力混凝土用鋼絲冷拔鋼絲和消除應力鋼絲5）預應力混凝土用鋼絞線以數根優質碳素結構鋼鋼絲經絞捻和消除應力的熱處理而制成。

3）冷軋帶肋鋼筋牌號：CRB+抗拉強度最小值CRB550為普通鋼筋混凝土鋼筋,d:4~12mmCRB650CRB800CRB970CRB1170為預應力鋼筋，d：(4，5，6)mm2.鋼結構用鋼1）熱軋型鋼主要用于各種承重構件，梁、柱等。2）鋼板和壓型鋼板主要用于維護結構、樓板、屋面。3）冷彎薄壁型鋼

主要用于輕型鋼結構。熱軋型鋼1）簡單斷面型鋼

①方鋼——熱軋方鋼、冷拉方鋼；②圓鋼——熱軋圓鋼、鍛制圓鋼、冷拉圓鋼；③線材；④扁鋼；⑤彈簧扁鋼；⑥角鋼——等邊角鋼、不等邊角鋼；⑦三角鋼；⑧六角鋼；⑨弓形鋼；⑩橢圓鋼

2）復雜斷面型鋼

①工字鋼——普通工字鋼、輕型工字鋼②槽鋼——熱軋槽鋼（普通槽鋼、輕型槽鋼）、彎曲槽鋼③H型鋼（又稱寬腿工字鋼）④鋼軌——重軌、輕軌、起重機鋼軌、其他專用鋼軌⑤窗框鋼⑥鋼板樁⑦彎曲型鋼——冷彎型鋼、熱彎型鋼⑧其他角鋼角鋼俗稱角鐵、是兩邊互相垂直成角形的長條鋼材。有等邊角鋼和不等邊角鋼之分。等邊角鋼的兩個邊寬相等。其規格以邊寬×邊寬×邊厚的毫米數表示。如“∠30×30×3”，即表示邊寬為30毫米、邊厚為3毫米的等邊角鋼。

槽鋼槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材。其規格表示方法，如120×53×5，表示腰高為120毫米，腿寬為53毫米的槽鋼，腰厚為5毫米的槽鋼，或稱12#槽鋼。

H、T型鋼的規格標記：高度H×寬度B×腹板寬度t1×翼緣厚度t2例：H340×250×9×14T248×199×9×142.6建筑鋼材的腐蝕與防護1、鋼材的防銹

混凝土配筋的防銹措施應考慮：限制水灰比和水泥用量，限制氯鹽外加劑的使用，采取措施保證混凝土的密實性，還可以采用摻加防銹劑(加重鉻酸鹽等)的方法。

2、鋼材的防火

裸露的、未作表面防火處理的鋼結構，耐火極限僅15min左右。防火處理主要的方法是在其表面上涂敷防火涂料。

防火涂料有STI—A型鋼結構防火涂料及LG鋼結構防火隔熱涂料等。

習題1.嚴寒地區受動荷載作用的焊接結構，應選用碳素結構鋼的品種是()。

A．Q235—AFB.Q235—B

C．Q235—A·bD．Q235—D

2.鋼材的化學成分中：在一定限度內，隨（

）含量的增加可顯著提高強度并可消減因氧與硫引起的熱脆性，改善熱加工性能。

A.S

B.Si

C.Mn

D.P3.鋼筋經冷拉和時效處理后，其性能的變化中，以下何種說法是不正確的？（）A.屈服強度提高 B.抗拉強度提高C.斷后伸長率減小D.沖擊吸收功增大4.關于冷彎性能正確的是（）。

A、指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力

B、表征在惡劣變形條件下鋼材的塑性

C、能揭示內應力，雜質等缺陷

D、可用于焊接質量的檢驗

E、指鋼材在低溫下承受彎曲變形的能力

5.普通碳素結構鋼Q235—A表示()。

A.抗拉強度為235MPa、A級

B．屈服強度為235MPa、A級

C．彈性極限為235MPa、A級

D．鎮靜鋼

E．沸騰鋼

6.混凝土配筋的防銹措施應考慮：（

）

A、限制水灰比

B、摻加氯鹽外劑

C、限制水泥用量

D、采取措施保證混凝土的密實性

E、刷防腐漆

答案:

1.D2.C3.D4.A,B,C,D5.B,D6.A、C、D9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Wednesday,February26,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。18:08:4518:08:4518:082/26/20256:08:45PM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學