土木工程材料-建筑钢材
土木工程材料建筑钢材复习题及答案
土木工程材料建筑钢材复习题及答案土木工程材料建筑钢材复习题及答案一、填空题1、建筑钢材是指建筑工程中所用的各种钢材。
2、建筑钢材按化学成分分：碳素钢、合金钢。
3、钢按脱氧程度分：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢、特殊镇静钢。
4、钢材硬度是指钢材表面局部体积内抵抗变形或破坏的能力。
5、钢材的工艺性能包括: 冷弯性能、焊接性能。
6、承受动荷载作用的钢结构不宜采用质量等级为 A 级沸腾钢。
7、写出下列钢筋弯曲试验的弯心直径：￠32HRB335： 128 mm ；￠12HRB335： 36 mm ；￠10Q235：5 mm ；￠12HPB335： 12mm 。
8、某品牌￠12HRB335钢筋，经拉伸试验测得其屈服荷载为42.1kN 、极限荷载为62.9kN, 则该钢筋的屈服强度和抗拉强度分别为370 MPa 、 555 MPa 。
9、在对钢筋进行拉伸时，初验时，每批应随机抽取 2 根试样，当初验不合格时，应在同批中重新随机抽取4 根试样进行不合格项复验。
10、低合金钢在拉伸过程中，其应力-应变的变化规律分为四个阶段，它们分别是弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和径缩阶段。
11、钢材经冷拉或冷拔和时效处理后，其屈服强度、抗拉强度均会提高，但其塑性、韧性、弹性模量均会降低。
12、建筑钢材的组批要求，应由同一生产单位生产的同一牌号、同一炉罐号、同一规格组成，且每批质量应≤60t 。
13、钢材拉伸试验的试样原始标距，国家规定采用比例试样，其值等于 065.5S （0S 为试样的截面面积），且应≥15mm 。
15、钢材的屈服强度可以由指针法、图解法或自动装置求得，但仲裁试验以图解法为准。
16、钢材的规定非比例延伸强度可用图解法和逐步逼进法求得。
二、判断题1、沸腾钢是用强脱氧剂，脱氧充分、液面沸腾，故质量好。
（× ）2、钢材经冷加工强化后其屈服点、抗拉强度、弹性模量均提高了，塑性降低了。
（× ）3、钢是铁碳合金。
建筑材料-钢材-钢材基本性能
3）疲劳破坏是在低应力状态下突然发
生的，所以危害极大，往往造成灾难性 的事故。
钢材疲劳曲线示意图
4）疲劳影响因素
疲劳受内部组织和表面质量双重那个影 响。
2.2.1.4 钢材的硬度
1）定义：
硬度是指钢材抵抗硬物体压入钢材的表面的能 力。是材料弹性、塑性、变形强化率、强度和 韧性等参数的综合指标。
布氏法
2.2.1.2 冲击韧性
4）影响冲击韧性的因素
硫、磷含量高，存在化学偏析，
含非金属夹杂物，焊接形成裂纹， 温度降低等，均会降低冲击韧性。
内部组织缺陷、冶金和轧制焊接
质量等关系大。
失效敏感性越大钢材，时效后冲
击韧性和强度降低迅速。
对于承受冲击荷载和振动荷载部
位的钢材，必须考虑冲击韧性。
冲击荷载 钢板 脆断 塑性变形
土木工程材料 第二章 建筑钢材
学习目标
通过本章的学习： （ 1）掌握钢材力学 性能的几个指标参 数：抗拉、冷弯、 冲击韧性、耐疲劳 和硬度等；
本章内容
2.1 建筑钢材基本知识 2.1.1 建筑钢材概述
2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢
材质量的影响 2.1.3 钢的分类 2.1.4 钢材的加工 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能
长度与原来长度的百分比，伸长率 按试棒长度的不同分为：试棒的标 距等于5倍直径，短试棒求得的伸长 率，代号为 δ5 ；试棒的标距等于 10 倍直径，长试棒求得的伸长率，代 号为δ10。伸长率是钢材发生断裂时 所能承受的永久变形的能力。
l1 l0 1000 0 l0
δ——试件的伸长率，%； l0——拉伸前的标距长度； l1——拉断后的标距长度； l0——拉伸前的标距长度； l1——拉断后的标距长度。
土木工程材料-建筑钢材
土木工程材料-建筑钢材土木工程材料建筑钢材在土木工程领域中，建筑钢材是一种至关重要的材料，其性能和应用对建筑结构的安全性、稳定性和耐久性起着决定性的作用。
建筑钢材具有许多优异的性能。
首先，它具备高强度。
与其他常见的建筑材料相比，钢材能够承受较大的荷载，这使得在相同的承载要求下，可以使用更少的材料，从而减轻结构的自重。
其次，钢材具有良好的塑性和韧性。
塑性使得钢材在受力超过屈服点后仍能产生较大的变形而不立即断裂，韧性则保证了在动荷载作用下结构的安全性。
再者，钢材的可焊性使其能够方便地连接成各种复杂的结构形式，增加了建筑设计的灵活性。
从化学成分上来看，建筑钢材主要包含铁和少量的碳，以及一些其他合金元素，如锰、硅、钒等。
碳含量的多少对钢材的性能影响显著。
低碳钢具有较好的塑性和韧性，但强度相对较低；中碳钢在强度和塑性之间取得了一定的平衡；高碳钢则强度较高，但塑性和韧性较差。
建筑钢材的种类繁多。
常见的有碳素结构钢、低合金高强度结构钢等。
碳素结构钢根据屈服强度的不同分为多个牌号，如 Q195、Q215、Q235 等。
Q235 钢由于其综合性能良好、价格适中，在建筑工程中应用广泛。
低合金高强度结构钢则通过添加少量的合金元素，显著提高了钢材的强度，并具有较好的塑性、韧性和焊接性能，常用于大跨度、高层建筑等对结构性能要求较高的场合。
在建筑工程中，建筑钢材的应用十分广泛。
钢结构建筑是其最直接的应用形式，如大型厂房、体育场馆、桥梁等。
在钢筋混凝土结构中，钢筋作为增强材料，与混凝土共同工作，承受拉力，提高了结构的承载能力和抗震性能。
此外，建筑钢材还用于制作各种构配件，如钢梁、钢柱、钢支撑等。
建筑钢材的质量直接关系到建筑结构的安全和使用寿命。
因此，在钢材的生产和使用过程中，需要进行严格的质量控制。
生产过程中，要控制化学成分、轧制工艺等，确保钢材的性能符合标准要求。
在使用前，要对钢材进行检验，包括外观检查、力学性能试验等。
建筑钢材在使用过程中也需要注意一些问题。
最新土木工程材料-建筑钢材ppt课件
脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(b)
镇静钢：
脱氧充分，成分均匀纯净、杂质少、组织致密；冷脆性 和时效敏感性较低，疲劳强度和可焊性较好。(Z)
特殊镇静钢：
脱氧很充分，晶粒细化，质量与性能比镇静钢更好。(TZ)
3. 按有害杂质含量分类
按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S） 含量的多少，钢材可分为以下四类： （１）普通钢。 （２）优质钢。 （３）高级优质钢。 （４）特级优质钢。
屈服强度（ σs） 表示钢材开始发生明显塑性变形 的抗力，是钢结构设计的依据。
条件屈服强度0.2 对于屈服现象不明显的硬钢，则 规定以产生残余变形为0.2%时的应力。
强度极限(抗拉强度σb ) 表示金属受拉时所能承受的 最大应力。
（１）屈服点
当对试件的拉伸进入塑性 变形的屈服阶段ＢＣ时， 称屈服下限Ｃ下所对应的应 力为屈服强度或屈服点， 记做σs。 设计时一般以σs作为强度 取值的依据。对屈服现象 不明显的钢材，规定以0.2 ％残余变形时的应力σ0.2作 为屈服强度。
钢牌号越大，钢的含碳量增加，强度与硬度增高， 塑性和韧性降低，可焊性变差。
碳素结构钢的牌号表示按顺序由代表屈服点 的字母（Q）、屈服点数值（Ｎ/mm2）、质 量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号 (F、b、Z、TZ)等四部分组成。
例如Q235-A.F，
表示：屈服点为235N／ｍｍ2的平炉或氧气转 炉冶炼的Ａ级沸腾碳素结构钢。
强度
韧性
塑性
C 增加 降 低
Si 增加 影响不大
Mn 增加 影响不大
P
稍有 增加
显著降低
S 降低 降 低
O 降低 降 低
N 提高 降 低
Ti 提高 改善 降低
土木工程材料第八章建筑钢材详解
钢的分类 低碳钢
碳素钢 中碳钢
一、按化学成
高碳钢
分
合金钢 低合金钢
中合金钢
制成型。
➢ 化学成分对钢性能的影响
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一 些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢 材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，其中硅、锰、钛、钒、铌等为 合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。
属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分 含量少，但对钢的性能影响很大。
强化阶段(BC段)：当荷载超过屈服点以后，由了试件
内部组织结构发生变化，抵抗变形能力又重新提高， 故称为强化阶段。对应于最高点C的应力，称为抗拉 强度。
工程上使用的钢材，不仅希望具有高的屈服强度 ，还希望具有一定的屈强比。屈强比越小，钢材在受 力超过屈服点工作时的可靠性越大，结构愈安全。
但如果屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成 浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢为 0．6～0．75。
钢晶格的两种构架
钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存 在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是 钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主 要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
➢ 钢的基本晶体组织
钢是以铁（Fe）为主的 Fe-C合金。Fe-C合金于 一定条件下能形成具有 一定形态的聚合体，称 为钢的组织，在显微镜 下能观察到它们的微观 形貌图象，故也称显微 组织。
土木工程材料-建筑钢材
土木工程材料-建筑钢材土木工程材料-建筑钢材1. 简介建筑钢材是土木工程中常用的一种材料，被广泛应用于房屋、桥梁、隧道等建筑结构中。
它具有高强度、耐腐蚀、易加工等特点，能够满足工程结构对强度和稳定性的要求。
本文将对建筑钢材的种类、分类、性能、应用等进行详细介绍。
2. 建筑钢材种类及分类建筑钢材按组成可分为碳素钢、合金钢、不锈钢等。
按形态可分为板材、型材、管材等。
具体包括角钢、槽钢、工字钢、钢板等。
2.1 碳素钢碳素钢是建筑钢材中使用最广泛的一种，其主要成分为铁和碳，其中碳含量小于2%。
碳素钢具有高强度、良好的可塑性和可焊性。
2.2 合金钢合金钢通过添加一定含量的合金元素，如钼、铬、镍等，来提高钢材的特殊性能。
合金钢常用于承受较大荷载和工作在较恶劣环境中的建筑结构。
2.3 不锈钢不锈钢具有优异的耐腐蚀性能，主要由铁、铬、镍等元素组成。
不锈钢建筑钢材常用于要求抗腐蚀的特殊环境中，如海洋工程等。
3. 建筑钢材性能与检验建筑钢材的性能主要包括力学性能、物理性能和化学性能。
力学性能指材料的强度、伸长率、冲击韧性等；物理性能包括密度、热膨胀系数等；化学性能指材料的化学成分和抗腐蚀性能等。
建筑钢材的检验包括化学成分分析、力学性能测试、非破坏性检测等。
4. 建筑钢材应用范围建筑钢材由于其高强度和稳定性，被广泛应用于建筑结构中。
具体应用包括：- 骨架结构：用于房屋、桥梁、高楼等的骨架结构，承受结构荷载。
- 桁架结构：用于悬索桥、钢制屋盖等的支撑结构，提供稳定支持。
- 防护结构：用于护坡、护岸等的防护结构，具有良好的抗冲击性和耐腐蚀性。
- 钢筋混凝土结构：用于加强混凝土构件的强度和稳定性，提高抗震性能。
附件：1. 建筑钢材标准及规范2. 建筑钢材性能报告样本3. 建筑钢材应用案例集法律名词及注释：1. 建筑法：指国家制定的有关建筑工程的法律法规，包括建设规划、建设许可、施工安全等方面的法律规定。
2. 建筑材料标准化法：指对建筑材料的生产、销售和使用进行监督管理的法律法规，保证建筑材料的质量和安全性。
土木工程材料3建筑钢材
时效：钢材随时间的延长而表现出强度提高，塑性和韧性下 降的现象。 时效敏感性：因时效而导致钢材性能改变的程度。时效敏感
性大的钢材，经过时效后，其冲击韧性和塑性降低显著。
对于承受动荷载的结构工程，如桥梁、吊车梁等，应选择时 效敏感性小的钢材。
2.2.3 耐疲劳性
受交变荷载反复作 用，钢材在应力低 于其屈服强度的情 况下突然发生脆性 断裂破坏的现象, 称为疲劳破坏，以 疲劳强度表示。 钢材疲劳曲线示意图
利用率小，安全性高。
硬钢的屈服点：产生残余变形达 到原始标距长度0.2%时所对应的 应力，用σ0.2 表示。 硬钢的屈服点σ0.2
塑性变形值（l１-l0）与原 标距长度l0的比率称为伸长
率δ
δ5与δ10 伸长率是塑性变形能力的 表征值，越大，塑性越好。 伸长率的测量
讨论：两种钢材的选用 (1) 若对于变形要求严格的构 件，Ⅰ、Ⅱ两种低碳钢选用谁 者更合适。
3
2.1 钢的生产与分类
铸锭：将冶炼好的钢液注入锭模，冷凝后形成柱状钢锭的
过程。 压力加工：降低偏析、缩孔、气泡、组织不致密对质量的 不利影响。 –热加工 –冷加工
2.1.2 钢的分类
按脱氧程度的分类
沸腾钢：质量较差，成本低，产量高。用于
一般土木工程中
镇静钢：质量较好，成本高。用于受冲击荷 载或重要结构中。 特殊镇静钢：质量最好，用于特别重要的结 构工程中
2.2.2 冲击韧性
低温冲击性能 冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降平 缓，当达到某一温度范围时，突然下降很多呈脆性， 这种现象称为钢材的冷脆性，这时的温度称为脆性临
界温度。
脆性临界温度越低，钢材低温冲击性能越好。
温度钢材冲击韧性 的影响
土木工程材料——项目八金属材料
• 式中δgt——最大力总伸长率（%）； • L——试件拉断后测量区标记间的距离（mm）； • Lo——试验前测量区标记间的距离（mm）； • σb——试件的抗拉强度（MPa）； • E——钢材的弹性模量。 • 断面收缩率是指试件拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积
的百分率，用φ表示：
• 式中φ——断面收缩率（%）； • A0——试件原始横截面积（mm2）； • A1——缩颈处最小横截面积（mm2）。 • 2.冲击韧性 • 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用下的塑性变形和断裂能力。通过标准试
件的冲击韧性实验，以试件冲断时单位面积上所吸收的能量来表示钢材的冲 击韧性指标，按式（8-5）计算。冲击韧性值αk越大，钢材的冲击韧性越好。
金属材料
• 任务一 建筑钢材 • 任务二 铝合金及制品
• 能力目标 • 熟悉钢材的分类 • 掌握钢材的主要技术性能 • 重点掌握钢材的拉伸性能 • 熟悉钢材的化学成分对钢材性能的影响 • 掌握钢材冷加工及时效 • 案例索引 • 1951年1月31日，加拿大魁北克钢桥突然断裂，其中3跨坠入河中，当时气温
为5%～10%）、高合金钢（合金元素总量>10%）。 • 建筑上常用低合金钢。 • （二）按有害杂质的含量分类 • （1）普通钢。硫含量≤0.050%，磷含量≤0.045%。 • （2）优质钢。硫含量≤0.035%，磷含量≤0.035%。 • （3）高级优质钢。硫含量≤0.025%，磷含量≤0.025%。 • （4）特级优质钢。硫含量≤0.025%，磷含量≤0.015%。 • 建筑中常用普通钢，有时也用优质钢。 • （三）根据冶炼时的脱氧程度分类 • 1.沸腾钢 • 炼钢时加入锰铁进行脱氧，脱氧很不完全，故称沸腾钢，代号为“F”。沸腾
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根据炼钢设备的不同，炼钢方法有转炉、平炉和电 炉三种方法：
三种主要炼钢方法的特点
炉种 原料
特点
生产钢种
平炉 生铁、废钢 时间长，成分稳定 质量较好、成本较高
碳素钢 低合金钢
氧气转炉 铁水，废钢 可有效除去磷、硫杂质少， 碳素钢
效率高 质量好。
低合金钢
电炉 生铁、废钢 产量低、耗电大，杂质少 合金钢
氧化 还原
2Fe+O2 FeO+C
2FeO Fe+CO
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• （2）1.造钢渣的冶炼
钢渣
Si、Mn
SiO2 、MnO2
P、S 加石灰石
2FeO+2P+3CaO
5Fe+Ca3(PO4)2
FeS+CaO
FeO+CaS
（3）脱氧 由于 FeO 降低钢的质量，需加脱氧剂（还原剂）：
锰铁、硅铁或铝锭等。
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• 半镇静钢：
脱氧程度与性能介于沸腾钢和镇静钢之间。(b)
• 镇静钢：
脱氧充分，成分均匀纯净、杂质少、组织致密；冷脆性 和时效敏感性较低，疲劳强度和可焊性较好。(Z)
• 特殊镇静钢：
脱氧很充分，晶粒细化，质量与性能比镇静钢更好。(TZ)
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3. 按有害杂质含量分类
• 按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S） 含量的多少，钢材可分为以下四类： （１）普通钢。 （２）优质钢。 （３）高级优质钢。 （４）特级优质钢。
冷加工； • 质量均匀，性能可靠； • 易锈蚀； • 高温时易丧失强度。
4
韧 性
明石海峡大桥
——20世纪最长的桥（主跨1990m）
好
、
抗
冲
击
能
力
强
5
强 度 高 、
韧 性 好
西尔斯大6厦
钢材的缺陷
• 容易腐蚀：
措施：表面涂层，电镀，与混凝土复合
• 耐火性差
7
8
世贸中心 钢筋铁骨为何不堪一击?
质量最好，成本高
优质碳素钢
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2.钢的加工
• 热轧（压力热加工） • 冷加工（常温冷拉、冷拔、冷轧） • 热处理 • 时效
自然时效：冷拉后常温下放15~20天 人工时效：加热100~200℃，存放一段时
间
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钢的晶体组织
金属的晶体结构
1、金属材料都是晶体结构，金属原子按几何形 状排列，形成体心立方、面心立方和密排六方 等三种晶格；
合金钢 低合金钢（合金<5%） 中合金钢（5～10%） 高合金钢（>10%）
18
轻 质 高 强 、 韧 性 好
埃菲尔铁塔
——铸铁
东京塔 ——钢材
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2. 按冶炼时脱氧程度分类
• （１）沸腾钢。
• （２）镇静钢。
• （３）半镇静钢。 • （４）特殊镇静钢。
脱氧
• 沸腾钢：
碳、磷、硫等成分偏析严重，钢致密程度、焊接性能、 低温下的冲击韧性较差。(F)
• 强度极限(抗拉强度σb ) 表示金属受拉时所能承受的 最大应力。
33
（１）屈服点
• 当对试件的拉伸进入塑性 变形的屈服阶段ＢＣ时， 称屈服下限Ｃ下所对应的应 力为屈服强度或屈服点， 记做σs。
• 几十吨飞机汽油引起的失火，导致大楼 钢结构软化甚至熔化，上层开始倒塌， 往下逐层传递，形成“多米诺骨牌效 应”，最后导致整座大楼坍塌。
9
双塔巨型的中心区钢柱，与外围钢柱，通过地板横梁以多重 锁扣和焊接的方式，紧密相连，形成相对轻盈而又异常坚固
10
谁能想象这栋曾被称为世 界建筑典范的双塔，却在 9/11当天，被飞机在82层 和96层撞击后，整栋大楼 以近乎完美的垂直方式自 我毁灭了呢？
2、晶格节点上的金属原子互相以金属键相结合， 所有的价电子为自由电子；
3、钢材内部结构是由很多晶粒组成的多晶体， 各晶粒之间存在晶界。
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钢中的晶体组织与性能
• 铁素体
碳溶于－Fe中的固溶体。 －Fe为体心结构，孔隙较 小，溶碳量较低，因而具有良好的塑性和韧性，强度与 硬度较低。
• 渗碳体
塑铁性和和碳韧的性化几合乎物为Fe零3C，，硬含度碳高量。高达6.69％，故性质硬脆，
15
•
周完 围美 建地 筑塌 物陷 产在 生其 如边 何界 损内 坏， 。没
有 对
16
建筑钢材的用途？
• 建筑工程中作为结构材料
用型材作钢结构； 用钢筋作钢筋混凝土结构。
17
钢材的分类
1. 按化学成分分类 • 铁 （C>2%）：炼钢生铁；铸造生铁；合金生铁 • 钢 （C<2% ）
碳素钢 低碳钢（C<0.25%） 中碳钢（0.25～0.6%） 高碳钢（C>0.6%）
• 珠光体
铁素体与渗碳体的混合物，两者相间存在于同一晶体 中，含碳量0.77％，其性质介于二者之间。
• 奥氏体
碳溶于－Fe中的固溶体，在7270C以上存在，含碳量 0.77％～2.11％，其强度与硬度不高，塑性好，故钢材 在高温下热加工。
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钢材的力学性能及工艺性能
一、力学性能 1. 抗拉性能 • 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。 • 技术指标：由拉力试验测定的屈服点、抗
拉强度和伸长率。
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强度指标
• 弹性极限（σe） 表示钢材保持弹性变形, 不产生塑 性变形的最大应力, 是弹性零件的设计依据。
• 屈服强度（ σs） 表示钢材开始发生明显塑性变形 的抗力，是钢结构设计的依据。
• 条件屈服强度0.2 对于屈服现象不明显的硬钢，则 规定以产生残余变形为0.2%时的应力。
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12
大楼轻易地承受了飞机的撞击。撞击口很快变黑， 提示中心区有大火。
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• 南塔在飞机 撞击后56分 钟，爆炸而 成巨大的粉 尘，各种碎 片向四周喷 射。
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• 北塔完完全全地在 半空中化为粉末， 形成了与火山碎屑 流非常相似的尘雾 云，并迅速扩张到 原来建筑物的数倍 之大(四张照片分别 为开始倒塌后 7， 13.3， 14.5，22 秒)。
4.根据性能及使用特性分类
• 结构钢 • 工具钢 • 特殊性能钢 • 专门用途钢
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主要建筑钢材
• 建筑上所用的主要是： • 属于碳素结构钢的低碳钢； • 属于普通钢的低合金结构钢。
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钢的冶炼、加工及 对钢材性能的影响
• 1.钢的冶炼
铁矿石
生铁
钢
去杂质（C 等）
除 C、P、S
炼钢：（1）除碳
大家好
1
建筑材料
第八章 建筑钢材
2
第一节 概述
• 什么是建筑钢材？ 钢பைடு நூலகம்是钢经过冷、热加工而得到的各种定
型产品。
建筑钢材是指用于钢结构的各种型材（如
圆钢、角钢、工字钢等）、钢管、钢板和用 于钢筋混凝土的各种钢筋、钢丝等。
3
建筑钢材的特点？
• 强度高； • 韧性、塑性好； • 抗冲击，能承受较大的塑性变形，便于