7钢材

第7章建筑钢材

金属分为有色金属和黑色金属，应用广泛。

§7.1 建筑的冶炼及分类

一、铁和钢的冶炼和分类

钢材的使用和其优缺点

（一）铁的生产、性能和应用

生产：矿石+焦炭+助熔剂性能：其含碳2.5%--4.0%，杂质多

分类：白口、灰口、可锻、球墨铸铁。

（二）钢的生产及其分类

1、冶炼

（1）氧气转炉炼钢法：铁水、顶吹纯氧时间短质量一般

（2）平炉炼钢法：煤气、重油时间长，便于监控，质量易于控制。

（3）电炉炼钢法：特殊优质钢成本高

2、脱氧、铸锭：FeO存在锰、硅铁、铝、脱氧

（1）沸腾钢（F）不完全CO 裂缝

（2）镇定钢（Z）完成成本高

（3）半镇定钢（b）介于之间

（4）特殊镇定钢（TZ）更完全

3、热轧成型钢锭高温加工辗轧越多，强度越高

二、钢的分类

按化学成分分：碳素钢（低、中、高）和合金钢（低、中、高）。

按加工方式分为热加工和冷加工钢材

按主要质量等级（有害杂质多少）分为普通、优质、高级优质和特级优质钢。

§7.2 钢材的技术性质

一、钢材的力学性能

（一）抗拉性能低碳钢结构（1）L0=10d 0 (2) L0=5d 0

P或ζ

1、拉伸过程分为四个阶段

（1）弹性阶段 比例极限 弹性极限 E=

ε

σ

（2）屈服阶段 分为上下屈服点，以下屈服点定义屈服强度，呈现塑性状态

（3）强化阶段 抗拉强度

（4）颈缩阶段 尺寸发生明显的变形 2、两个强度指标

（1）屈服强度 为下屈服点强度 0

A p s s

=

σ

无明显屈服点 0.2%塑变 ζ

2

0⋅

（2）抗拉强度0

A p s b =

σ

（3）屈强比 b

s

σσ

在0.6—0.75之间，过大时降低了利用率，过小时，可靠性小。

3、塑性指标 伸长

%1000

1⨯-=

L L L n δ δ5>δ10

（二）冲击韧性

冲击功 冲击值 A )(h H F k -=

)

(A h H F A A k k -=

=

α

冷脆（-20℃、-30℃、-40℃） 时效敏感性(受动载作用时要小) （三）硬度

1、布氏硬度 HB

2、洛氏硬度 HR

3、维氏硬度 HV

（四）疲劳强度 周期基数 200万次， 400万次 二、钢材的工艺性能

(一)冷弯性能

指标：1、弯心直径d 2、弯折角度 不断不裂合格

（二）焊接性能可焊性

含C量杂质

三、热处理和冷加工

(一)冷加工

冷加工的应用

1、冷拉（1）盘条筋拉伸(2)制冷拉钢筋

2、冷拔

3、冷轧

4、冷轧扭

立即再拉伸

(二)时效不立即拉伸 15—20d后再拉伸自然时效

人工时效（100--200℃ 2h）

（三）热处理

退火：724℃以上，一定时间，炉缓冷，降低硬度，提高塑柔性正火：727以上，一定时间，空气中冷，消内力不均

淬火：727，一定时间，放水或油中急冷，提高硬度、耐磨

回火：727以下，一定时间，空气中冷却

低（150—250）、中（350—500）、高（500—600）温回火

调质处理淬火+高温回火

四、化学成分对钢材性能影响

（一）碳强硬塑性含碳量在0.8%之下

（二）硅不可过多含硅量在1%之下

（三）锰 1%--2% 减少热脆性能

(四)S 热脆性（加工）降可焊性

（五）P 冷脆性,降可焊性

（六）O 0.02%以下降韧性和可焊性增时效敏感性

（七）N 有利(用于合金)有害(与P相似)

(八) V Ti Nb

（九）H 氢脆（白点）

§7.3 建筑常用的钢及钢材

一、钢结构用钢

1、碳素结构钢

（1）钢号 Q 235--- B F

屈服代号屈服强度等级脱氧程度 195--275 A、B、C、D F、b、Z、TZ （2）技术标准（GB700—88）表8—1、8—2

号大，则含碳高，强度高，但塑性小

（3）选用 Q195、Q215、Q235、Q255、Q275

受动载、焊接及低温下结构不宜选用A、B等级钢及沸腾钢

2、低合金高强度结构钢（GB1591—94）

（1）钢号 Q295--A

（2）技术标准表8---4、8--5

（3）选用轻质高强、耐蚀、耐低温、抗冲击、寿命长，良好的可焊性和加工性。

不锈钢：铬含量11.5%,低导热、良好的耐蚀性，但温度变化性膨胀较大。

3、型钢、钢板、钢管

（1）型钢：热轧（用于大跨度、承受动荷载的钢结构）、

冷轧（用于轻型钢结构）成型

（2）钢板：热轧有厚（用于焊接）薄（屋面及墙体围护）之分，

冷轧只有薄板。

（3）钢管：分为无缝（压力管道）和焊接钢管（成本低）两大类

用

二、混凝土结构用钢材

≥6mm时为钢筋<6mm时为钢丝

1、热轧钢筋

(1)牌号R235、HRB335、HRB400、HRB500四个号

热轧光圆筋R235 盘条直条

热轧带肋钢筋月牙筋等高肋

（2）技术要求（GB13013—91、GB1499—98）表8--6

（3）选用Ⅰ级中小型

Ⅱ级中型以Ⅱ级代Ⅰ级节约用钢20%--30%

Ⅲ、Ⅳ级大型预

补充：HRB400、HRB500钢筋混凝土用热轧带肋钢筋σs=420-500Mpa,σs

实测与ζs

标准

值

之比＜1.25，σb/σs＞1.25,δ5≥20%,大大高于标准值，用于高层建筑、港口码头、高速公路等工程。是国家重点推广的建筑用主导钢筋的升级换代产品。

特点：

1、强度高、强屈比大、延伸率大，使钢筋的抗震能力大大的提高。

2、焊接性能优良，适合多种焊接工艺（电渣压力焊、闪光对焊、搭焊等）。

3、无时效敏感性：高强度是以微合金化（V、Ti、Nb），技术来实现的，原来影响钢中时效的[N]被微量元素V等有效吸收固溶，从而达到HRB400、HRB500时效为零。

4、品种规格齐全，从φ6.0盘条到φ50.0棒材，外形为月牙形，公称直径不小于10mm时，按直条交货，一般为9米、12米；公称直径不大于12mm时，盘圈交货，盘重为1000-1400kg。

5、综合经济效益高：由于HRB400、HRB500钢筋强度高于HRB335，因此在同等使用条件下仅HRB400就比HRB335节约用量14%~16%，随着布筋量的相对减少，使得浇灌混凝土施工也更加便利。，符合GB1499-1998的要求。

2、冷拉热轧钢筋

Ⅰ（非预应力）、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（预应力）级表8--7

性能：易脆断。塑性与韧性差，不用于负温、受冲击有重复荷载作用的结构。