建筑钢材

将钢水中的FeO还原为铁，使氧变为锰、硅 或铝的氧化物而进入钢渣。
脱氧减少了钢材中的气泡，并克服了元素分 布不均（通常是偏析）的缺点，可明显改善 钢材的性质。
3. 钢材的冶炼方法
根据炼钢所用炉种的不同，钢材的冶炼方法可 分为
平炉炼钢、氧气顶吹转炉炼钢和电炉炼钢三种 平炉炼钢 是应用较早的一种炼钢方法，该方法冶炼得到
较差，尤其是低温时冲击韧性降低更显著。
（2）镇静钢 镇静钢是脱氧充分的钢。由于钢液中氧已经很少，当
钢液浇铸后在锭模内呈静止状态，故称为镇静钢。其 优点是化学成分均匀、机械性能稳定、焊接性能和塑 性较好、抗蚀性也较强。多用于承受冲击荷载及其它 重要的结构上
（3）特殊镇静钢 是一种脱氧程度比镇静钢更充分的钢，其性能与质量
伸长率δ是衡量钢材塑性的一个重要指标，
δ↑，塑性↑。
对于钢材来说，一定的塑性变形能力，可保证应力 重新分布，避免应力集中，从而使钢材用于结构的
安全性越大。
式中：δ——伸长率（当L0＝5d0时，为δ5；当L0 ＝10d0时，为δ10）；

L1——试件拉断后标距间的长度（mm）；

L0——试件原标距间长度（mm），
未经冷拉时，应力应变曲线为OABCD； 冷拉过程：OABKO′； 经过冷拉后立即进行拉伸：应力应变曲线为O′KCD，
屈服强度得到了提高，而塑性、韧性降低； 冷拉后再经时效处理： 应力应变曲线为O′KK1C1D1，屈服强度、硬度进一
步提高，抗拉强度也得到提高，而塑性和韧性进一 步降低
达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种 性质称为钢材的冷脆性。 这时的温度称为脆性临界温度，见图所示。 脆性临界温度值越低，钢材的低温冲击韧性越好。
所以，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度 较使用温度低的钢材。
3.疲劳破坏
——指钢材在交变荷载作用下，应力在远低于屈服 强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。

（3）耐火性差
钢材的冶炼及分类 1. 钢材的冶炼原理
由于铁和碳的化合力极强，所以工业上很难得 到纯铁。 含碳量低于0.04%的铁称为熟铁，熟铁软而 易于加工，但力学强度很低。 含碳量在2.0%以上的铁称为生铁，并含有较 多的硅、硫、磷、锰等杂质。 将生铁中的碳含量降至2.0%以下，使硫和磷 等杂质降至一定范围内即成为钢。
低合金高强度结构钢综合性能较为理想， 尤其在大跨度、承受动荷载和冲击荷载的结构中更适用
，而且与使用碳素钢相比， 可节约钢材20％～30％，但成本并不很高。
低合金高强度结构钢的牌号
与碳素结构钢对照掌握。
牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级 符号等三部分按顺序组成。
Q295号钢主要用于建筑工程中对强度要求不高的一 般工程。
表6.2 不锈钢的分类、化学成分和机械性能 （GB4360—84）
名称
马氏 体系
铁素 体系 奥氏 体系
化学成分
Cr
Ni
C
11~15 _ <0.12
16~27 _ <0.35
16 >7 <0.25
淬硬 性 有
无
无
耐腐 蚀性
可
佳
优
加工 性 可
尚佳
优
可焊 性
不可
尚可
优
磁性 有 有 优
不锈钢装饰制品

（1）不锈钢薄板 不锈钢薄板包括：
光面或镜面不锈钢、雾面板、丝面板、腐蚀雕刻

（2）不锈钢管材 不锈钢管材的产品包括
平管、花管、方管、圆管、圆管两端斜管、方管

（3）不锈钢角材与槽材 包括
等边不锈钢角材、等边不锈钢槽材、不等边不锈
2. 钢材的冶炼过程
钢材的冶炼过程为除碳、造渣和脱氧。 除碳过程是通过氧化法，将一部分铁变为 气体而逸出。 造渣过程为在氧化还原反应中可将生铁中 硅和锰变为钢渣，浮于钢水之上而排出。 铁水中的硫和磷杂质只能在碱性条件下才 能除去，通常加入一定量的石灰石。
因为锰、硅、铝与氧的结合力大于氧和铁的 结合能力，所以脱氧过程是在钢水中加入一 定量的锰铁、硅铁或铝锭作为还原剂，
钢材经冷加工后时效可迅速发展。 时效处理的方式有两种 自然时效——钢材冷加工后，在常温下存放15～20d。 人工时效——钢材冷加工后，加热至100～200℃保持
2h左右。 钢材经过冷加工后，一般进行时效处理，通常强度较
低的钢材宜采用自然时效，强度较高的钢材则应采用 人工时效。 建筑工程中常采用对钢筋进行冷拉和盘条进行冷拔的 方法，以达到节约钢材的目的。
Q345、Q390号钢主要用于工程中承受较高荷载的焊 接结构。
Q420、Q460号钢主要用于大型工程结构荷载大的轻 型结构。
§6.2 建筑装饰用钢材及其制品
建筑装饰用不锈钢及其制品
不锈钢

不锈钢是以铬元素为主要元素的合金钢，
通常是指含铬>12%的具有耐蚀性能的铁基合金。铬含量越高，钢的抗腐蚀性越好。
的钢质量高，但是该冶炼方法炼钢周期长，效 率低，成本高。 氧气顶吹转炉炼钢 得到的钢材质量稳定，另外该方法冶炼周期短 ，所以被广泛应用。 电炉炼钢 是可以精确控制成分，所生产的钢杂质含量低 ，质量最好，但成本也最高。

转炉炼钢法

平炉炼钢法

电炉炼钢法
钢材的分类
1. 按化学成分分类 （1）碳素钢。
E=σ/ε
E值越大，钢材的刚度越大。
弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是计算 钢材在受力条件下变形的重要指标
2）屈服阶段（A→B） 特点：塑性。 屈服——变形迅速增加，外力则大致在恒定的位置
波动，这就是所谓的“屈服现象”，似乎钢材不能 承受外力而屈服。 指标：屈服强度（也称为屈服点）——下屈服点B下 点所对应的应力值，用σs表示。
L1 L0 100 %
L0
屈服强度、抗拉强度、伸长率三项指标对钢材来 说具有重要意义：
屈服强度是确定钢材强度等级的主要依据 抗拉强度是钢材受拉时所能承受的最大极限破坏
值 屈服强度σs与抗拉强度σb的比值 σs/σb称为屈强比。 σs/σb↑，利用率↑，安全可靠程度↓。 σs/σb↓，利用率↓，安全可靠程度↑。 建筑结构用钢合理的屈强比一般为0.60～0.75。
s

Fs A0
3）强化阶段（B→C） 特点：强度极限。 强化——钢材抵抗外力的能力重新提高。 指标：抗拉强度——C点所对应的应力值，用σb表
示。
b

Fb A0
4）颈缩阶段（C→D） 特点：变形断裂。 颈缩——其抵抗变形的能力明显降低，在有杂
质或缺陷处，断面急剧缩小，直至断裂。 指标：伸长率—δ。
6.焊接
硫能够引起热脆性，热脆性严重降低了钢的热 加工性和可焊性。
7.钢材的牌号
1）碳素结构钢 牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符
号、脱氧方法等四部分按顺序组成。 字母“Q”：代表屈服点；屈服点数值： 195、215、235、255、275MPa五个强度等级。 质量等级：以硫、磷等杂质含量由多到少分为四个等
钢材疲劳破坏的应力指标用疲劳强度（或称疲劳极 限）来表示，
它是指试件在交变荷载的作用下，不发生疲劳破坏 的最大应力值。
4.冷弯性能
定义：冷弯性能——是指钢材在常温下承受弯曲变形 的能力。
指标：①弯曲的角度α；

②弯心直径d与试件直径（或厚度）a的比值d/a
来表示。
弯曲角度α越大，d/a越小，说明试件冷弯性能越好。
级，分别由A、B、C、D符号表示； 脱氧方法：F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z表示镇静
钢、TZ表示特殊镇静钢，Z和TZ在钢的牌号中予以省略。
例如： 1、Q215—A·F 屈服点为215MPa，质量等级为A级沸腾钢。 2、Q235—C
屈服点为235MPa，质量等级为C级镇静钢 牌号↑， 含碳量↑，强度和硬度↑，塑性、冲击韧性
以铁碳合金为主体，含碳量<2%（含碳 量>2%为生铁），除含有极少量的硅、 锰和微量的硫、磷之外，不含有别的合金 元素的钢称为碳素钢。
根据含碳量的高低， 将碳素钢分为： 低碳钢（碳含量低于0.25%） 中碳钢（碳含量介于0.25%-0.60%） 高碳钢（碳含量高于0.60%）。
如图6-4。
5、冷加工强化
定义： 冷加工——钢材在常温下，经过以超过其屈服强度但
不超过抗拉强度的应力进行的加工。 特点：冷加工强化——产生一定塑性变形，屈服强度、
硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低，这种现象 称为冷加工强化。 冷加工方式：冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。 以钢材的冷拉为例， 如图所示；
（1）不锈钢的耐腐蚀原理
（2）不锈钢的分类

按其化学成分可分为
铬不锈钢、铬镍不锈钢和高锰低铬不锈钢等。

按不同耐腐蚀特点，又可分为
普通不锈钢(简称不锈钢)和耐酸钢两类。
（3）不锈钢的钢号和性能 钢号用一位数字表示平均含碳量，以千分之几计，
小于千分之一的用“0”表示，后面是主要合金元素 符号及其平均含量。 如2Cr13Mn9Ni4表示 含碳量为0.2%，平均含铬、锰、镍依次为13%、 9%、4%。 不锈钢的分类、化学成分和机械性能见表 6.2。
比镇静钢更好。
钢材的性质：力学性质和工艺性质
力学性质：是指钢材在外力作用下，抵抗破坏和 变形的能力。
包括：抗拉性能 、冲击韧性和疲劳强度 工艺性质：是指钢材在加工过程中表现出的性能，
它直接影响钢材的加工质量。 包括：冷弯、冷加工和焊接
1.抗拉性能