第二节 工程用钢及其应用
钢材的屈服强度
硅（Si）、锰（Mn）
（二）硅（Si）、锰（Mn）——有益元素
脱氧、降硫；硅提高钢材的强度，对塑性和
韧性没有明显影响。
硫（S）、磷（P）
（三）硫（S）、磷（P）——
有害元素 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。
硫（S）、磷（P）
硫的存在还使钢的冲击韧性、疲劳强
所以，拉伸性能是表示钢材性能 和选用钢材的重要依据。 以低碳钢为例。
图8-1为低碳钢拉伸过程的应力
－应变关系图。 从图中可以看出，低碳钢拉伸过 程经历了四个阶段： 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段 和颈缩阶段。
1、弹性阶段（0→A）
（1）特点：弹性。在该阶段，若缷
去外力，试件能恢复原来的形状。 （2）指标： ①A点所对应的应力值——弹性极限， 用σP表示。
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。
（二）冲击韧性
定义：冲击韧性——是指钢材抵抗
冲击荷载而不破坏的能力。 指标： 冲击韧性值ak（J/cm2），ak↑，冲 击韧性↑。 试验如图8-3。
冲击韧性实验：如图8-3
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。
2、时效
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，
（四）疲劳强度
钢结构钢结构快速入门教材第一、二章
第一章概论第一节钢结构的特点和应用钢结构的特点：钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，便于装拆、扩建。
适用于跨度大、高度高，承载重的结构。
1.钢材的材质均匀，质量稳定，可靠度高；2.钢材的强度高，塑性和韧性好，抗冲击和抗振动能力强；3.钢结构工业化程度高，工厂制造，工地安装，加工精度高，制造周期短，生产效率高，建造速度快；4.钢结构抗震性能好；5.耐腐蚀和耐火性差。
第二节钢结构的应用范围一、大跨度结构：体育场、馆、会展中心、会堂、剧场、飞机库、机车库等。
二、高层建筑：纽约的西尔斯大厦共110层，总高443m；深圳的地王商业大厦总高368m；上海金茂大厦共88层，总高420.5m。
三、工业建筑设有大吨位吊车，炼钢车间，船体车间，水压机车间。
四、轻钢结构后面重点讲解。
五、高耸结构(塔桅结构)高压输电塔，微波站，雷达站，火箭发射塔，海洋石油平台。
随着现代建筑技术发展，塔桅结构由单一功能向多功能方向发展，如加拿大多伦多的电视塔为全钢结构，我国黑龙江省336m高的全钢结构多功能电视塔。
六、活动式结构水工钢闸门，升船机，三峡的升船机120×18×3.5m，最大提升高度113m，重11800T。
七、可拆卸或移动的结构钢栈桥、移动式平台，发挥钢结构重量轻，便于运输和安装的优点。
加拿大已建成120多万吨，可容纳5000多人的海上采油平台。
八、高压容器和大直径管道三峡水利枢纽工程中的发电机组压力钢管内径达12.4m，钢管壁厚60mm。
九、抗震要求高的结构十、特种结构钢烟囱、钢水塔，纪念性建筑（北京的中华世纪坛）城市大型雕塑（南海大佛）。
第三节现代建筑钢材的发展一、高强度钢材随着人们对结构性能要求的提高，研制和应用高强度钢材、优质钢和各种低合金钢，如Q345（16锰钢）、Q390（15锰钒钢）、Q420（15锰钒氮钢），有些西方国家已把钢材的屈服强度为700～800Mpa或更高强度的低合金钢列入设计规范。
钢号表示方法及应用
我国钢号表示方法第二节我国钢号表示方法一、我国钢号表示方法概述钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。
我国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221—2000）中规定，并于2000年11月1日开始实施。
产品牌号的表示，一般采用采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。
混合稀土元素用“RE”（或“Xt”）表示。
②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示，③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。
采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。
当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。
暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。
二、我国钢号表示方法的分类说明1、碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和专用钢两大类。
牌号表示方法，由钢的屈服点或屈服强度的汉语拼音字母、屈服点或屈服强度数值，钢的质量等级等部分组成，还有的钢加脱氧程度，实际是4个部分组成。
①通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”。
屈服点数值(单位为MPa)和表1中规定的质量等级（A、B、C、D、E）、脱氧方法（F、b、Z、TZ）等符号，按顺序组成牌号。
例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF，Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C，Q345D。
Q235BZ表示屈服点值≥235MPa、质量等级为B级的镇静碳素结构钢。
Q235和Q345这两个牌号是工程用钢最典型,生产和使用量最大,用途最广泛的牌号。
这两牌号几乎世界各国都有。
碳素结构钢的牌号组成中，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可以省略，例如：质量等级分别为C级和D级的Q235钢，其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ，但可以省略为Q235C和Q235D。
工程构件用钢
≤ 0.50
0.50
≤
N-A-Xtra100 0.20 ~0.70 ~0.80
0.04
-
-
0.50 -
~0.70
0.03 Zr0.05
调
~0.08 ~0.15 >710 >840 - 质
注：1000MPa 级的高强度钢是将 800 级的合金成分适当提高，并将淬火后的回火温度适当降低来保证的；另外，通过适当的
正
-
- >350 >490 >22 火
≤ 0.15
≤
≤≤
Vanity 0.18 ~0.35
1.30 0.040 0.05
-
-
-
正 >0.02 Ti>0.005 >350 >650 >20 火
≤ 0.10
0.15
≤≤
HY80 0.22 ~0.40 ~0.35 0.035 0.04
-
2.0 ~2.75
0.90 0.23 -
345 325 295 275 470~630 22
34
d=2a
d=3a
D 0.18 1.00~1.60 0.55 0.030 0.030 0.02~0.15 0.015~0.060 0.02~0.20 0.015
345 325 295 275 470~630 22
34
d=2a
d=3a
E 0.18 1.00~1.60 0.55 0.025 0.025 0.02~0.15 0.015~0.060 0.02~0.20 0.015
B 0.20 1.00~1.60 0.55 0.040 0.040 0.02~0.20 0.015~0.060 0.02~0.20
4常用建筑材料的分类、基本性能及用途
二级造价工程师《建设工程计量与计价实务》（土木建筑工程）课程内容第二节常用建筑材料的分类、基本性能及用途一、结构材料（一）钢材钢材具有品质稳定、强度高、塑性和韧性好、可焊接和铆接、能承受冲击和振动荷载等优异性能。
常用的钢材品种有普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和低合金高强结构钢。
1.钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢主要是通过热轧、热处理、冷轧及冷拔加工等生产的钢筋、钢丝和钢绞线等。
表示钢筋性能的参数：屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。
常用的钢筋名称、类别与特性及应用范围如下表名称类别与特性适用性热轧钢筋光圆①HPB300②屈服强度较低，塑性性能较好各种非预应力常规钢筋混凝土钢筋。
带肋①HRB400、HRB500、HRB600HRB400E、HRB500E②强度相对高，相对节省钢筋，锚固性好，预应力稳定①HRB400：各种非预应力常规钢筋混凝土钢筋。
②HRB400、HRB500、HRB600：预应力钢筋混凝土钢筋，如预应力钢筋混凝土预制梁、预应力混凝土板、吊车梁等构件。
冷轧带肋钢筋①CRB550、CRB650、CRB800、CRB600H、CRB680H、CRB800H②强度高，相对节省钢筋，握裏力强，质量稳定①CRB550、CRB600H和CRB680H：普通钢筋混凝土。
②CRB650、CRB800和CRB800H：预应力混凝土用钢筋。
冷拔低碳钢丝甲级、乙级①甲级用于预应力混凝土结构构件中。
②乙级用于非预应力混凝土结构构件中。
热处理钢筋（带肋钢筋）强度高，用材省，锚固性好，预应力稳定主要用作预应力钢筋混凝土轨枕，也可以用于预应力混凝土板、吊车梁等构件。
预应力混凝土用钢丝强度高，柔性好适用于大跨度屋架、薄腹梁、吊车梁等大型构件的预应力结构。
钢绞线强度高，柔性好，与混凝土结合性能好多用于大型屋架、薄腹梁、吊车梁及大跨度桥梁等大负荷的预应力混凝土结构1.结构材料（钢材、水泥、混凝土）2.砌筑材料（砖、砌块、石材）3.装饰材料（饰面材料、玻璃、涂料、木材）【小结】钢材适用性汇总预应力非预应力HRB400、HRB500、HRB600HPB300、HRB400CRB650、CRB800、CRB800H CRB550、CRB600H、CRB680H甲级乙级热处理钢筋、钢丝、钢绞线---【例题1·多选】可用于预应力钢筋混凝土的钢筋有（）。
第二节 钢筋
b
e
P
a c
s
材料的比例极限增高， 延伸率降低，称之为冷作硬 化或加工硬化。
f h
o
d
g
1、弹性范围内卸载、再加载
2、过弹性范围卸载、再加载
目录
对于脆性材料（铸铁），拉伸时的应力 应变曲线为微弯的曲线，没有屈服和径缩现 象，试件突然拉断。断后伸长率约为0.5%。 为典型的脆性材料。
冷轧带肋钢筋的直径从4～12mm，按0.5mm变化； 其 抗 拉 强 度 分 别 为 550MPa ， 650MPa ， 800MPa ， 970MPa和 1170MPa几种。其中，550MPa的冷轧带肋 钢筋用作非预应力钢筋，其余的用作预应力钢筋。
力学性质：在外力作用下材料在变形和破坏方面所 表现出的力学性能 一 试 件 和 实 验 条 件
常 温 、 静 载
目录
§2-4
二 低 碳 钢 的 拉 伸
目录
钢筋的应力--应变曲线
e
b
b
f
e P
a c
s
2、屈服阶段bc（失去抵 抗变形的能力） s — 屈服极限 3、强化阶段ce（恢复抵抗 变形的能力） b — 强度极限
2、钢筋的塑性性能
钢筋的塑性性能指标： l l 延伸率： l 100 % 冷弯性能：是以规定的尺寸的试件，在常温条件下 进行弯曲试验。 冷弯是将直径为d的钢筋围绕某个规定直径D的 辊轴弯曲成一定角度后，钢筋应无裂纹、鳞落或 断裂的现象。
'
(1)伸长率 --- 试件断裂前的永久变形与原标定长 度的百分比. 伸长率是衡量钢筋塑性性能的一个指标，伸 长率越大，塑性越好。伸长率用δ表示，我国以往 用钢筋试样拉断后断口两侧的残留应变 (用百分率 表示)作伸长率，即
第二章_钢铁材料及其在汽车上的应用
钢中常存元素
常存元素
来源
影响
锰 有益元素
生铁、脱氧剂
降低钢的脆性 改善热加工性能 固溶强化铁素体
硅 有益元素
生铁、脱氧剂
降低钢的脆性 固溶强化铁素体
硫 有害元素
生铁、燃料
使钢产生热脆 改善钢切削加工性
磷（有害元素）
生铁
使钢产生冷脆
氮、氢、氧
大气、生铁
N：产生时效变脆 H：氢脆、白点 O：氧化物夹杂裂纹源
（2）硫、磷的影响
硫、磷是有害元素，它们会使
钢的塑性和韧性下降。硫还会使钢 在锻造、轧制等热加工时产生脆化， 导致工件开裂，即“热脆”现象； 磷虽能增强钢的硬度和强度，但磷 能使钢在低温时塑性和韧性大大下 降，这种现象称为“冷脆”。磷的 存在还会使钢的焊接性能变坏，焊 接时容易产生裂纹。因此，钢中应 严格控制硫、磷的含量。
二、碳钢的分类
钢是碳含量小于2。11%的铁碳合金。钢 具有必要的力学性能，可以扎制成各种 型材。
铁是碳含量大于2。11%的铁碳合金。钢 没有韧性，不能锻造。但是铁的铸造性 能良好，可以用来铸造各种结构复杂的 零件，也就是我们平时说的铸件。
我们所接触最多的铁以及铁的合金，根 据材料性能和组织分为碳素结构钢、合 金钢、等几大类，各个大类又分为各个 小类:
用途广泛，用于轧钢机机架、 轴承座、连杆、箱体、曲轴、 缸体、飞轮等
知识链接
优质碳素结构钢的分类：
渗碳钢：含碳量在0.15％～0.25％，常用于 制造渗碳零件。
调质钢：含碳量在0.25％～0.50％，通过调 质处理来提高其综合性能。
弹簧钢：含碳量在0.55％～0.9％，用于制 造弹簧等各种弹性元件及耐磨零件。
少量其他元素 性能特点： 较高的强度、塑性和韧性，
钢结构基础知识
厚板主要用于结构，薄板主要用于屋面板、楼板和墙板等。在钢结构中， 单块钢板一般较少使用，而是用几块板组合成工字形、箱形等结构形式来承 受荷载。
(11)摩擦面的处理:可采用喷砂、喷丸、酸洗、打磨等方法，严格按设计要 求和有关规定进行施工。
(12)涂装:严格按设计要求和有关规定进行施工。
（3）钢材进场验收
钢材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。进 口钢材产品的质量应符合设计和合同规定标准的要求。
检查数量：全数检查 检验方法：检查质量合格证明文件、中文标志及检验报告等。
二、钢结构用钢
钢结构用钢主要有型钢、钢板和钢索等，其中型钢是钢结构中采用的主
要钢材。型钢又分热轧型钢和冷弯薄壁型钢，常用热轧型钢主要有工字钢、 H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不等边角钢等。薄壁型钢是薄钢板经模压 或冷弯而制成，其截面形式多样，壁厚一般为1.5~5mm，能充分利用钢材的 强度，节约钢材。薄壁轻型钢结构中主要采用薄壁型钢、圆钢和小角钢。
■高强度螺栓连接副：高强度螺栓和与之配套的螺母、垫圈的总 称。
■抗滑移系数 ：高强度螺栓连接中，使连接件摩擦面产生滑动时 的外力与垂直于摩擦面的高强度螺栓预拉力之和的比值。
■预拼装 ：为检验构件是否满足安装质量要求而进行的拼装。
■空间刚度单元：由构件构成的基本的稳定空间的体系。
■焊钉（栓钉）焊接：将焊钉（栓钉）一端与板件（或管件）表 面接触通电引弧，待接触面熔化后，给焊钉（栓钉）一定压力完成焊 接的方法。
结构的钢铸件等。低合金高强度结构钢的牌号与碳素结构钢类似，不 逋其质量等级分为A、B、C、D、E五级，牌号有Q295、Q345、 Q390、Q420、Q460几种。主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及 钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结 构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。
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GB/T700-1988 标准
GB700-79 标准
化学成分和力学性能均须保证
A 类钢 —— 保证力学性能， B 类钢 —— 保证化学成分， C 类钢 —— 保证化学成分及力学性能。
Q195 Q215 Q235 Q255 Q275
A1；B1 A2；C2 A3；C3 A4；C4
C5
精品课件
用途
钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。
角钢
钢筋、螺纹钢
精品课件
螺钉、铆钉
3、低合金高强度结构钢
成分 —— wC≤0.2% ，wMe ＜5% ，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。 性能 —— 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。
低合金高强度结构钢的牌号、成分、性能 (摘自GB/T1591-1994)
抗拉
钢材厚度(直径), mm
击功
号
级
>40 >100 > 16 ~60 ~150 150
强度
b / MPa
温度 (纵向)
>40 >100 > ℃
J
16 ~60 ~150 150
不小于
不小于
不小于
Q195 － 195 － － － 315-390 33 － － － －
－
Q215 A/B 215 195 175 165 335-410 31 29 27 26 －/20 －/27
碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力 差，耐热、耐低温、耐蚀等性能差。
合金钢 ：在C钢中加入某些合金元素而成 精品课件
按质量分：
普通质量、优质、特殊质量钢。S，P含量低则质量高。
按用途分：
结构钢、工具钢、特殊性能钢等。
汽车曲轴
精品课件
医疗器械
2、钢的牌号（编号）
1）碳素结构钢和低合金高强度钢
第二节 工程用钢及其应用
概述 工程结构用钢 机械结构用钢 滚动轴承钢 工具钢 特殊性能钢
精品课件
一、 概述
1、钢的分类
碳素钢
按化学成分分：
低C wC 0.25% 中C wC = 0.25~0.6% 高C wC 0.6%
合金钢
低合金 wMe 5% 中合金 wMe =5~10% 高合金 wMe 10%
例：Q235AF 表示: σs≥235 MPa （碳素钢：Q235～275） 质量等级：A （分A～E，A级最差，P、S含量最高） 脱氧方法：沸腾钢
2）优质碳素结构钢
如,45 钢，wC = 0.45%
3）非合金易切钢
如 Y20，wC =0.2%，易切削结构钢。 精品课件
4、碳素工具钢
如, T12A ，wC =1.2 % ，A表示高级优质。
0.14-0.22 0.12-0.20
0.18 0.17 0.18-0.28
0.30-0.65 0.30
0.050
0.045 F,b,Z
0.30-0.70 0.30
0.045
0.045 F,b,Z
0.35-0.80 0.30
0.040
0.040 Z
0.35-0.80 0.30
0.035
0.035 TZ
5、合金钢
结构钢 —— 如 60Si2Mn （ wC =0.6% ， wSi =2% ， wMn＜1.5%） 工具钢、特殊性能钢——如 9SiCr（wC =0.9%，wSi、wCr 均＜1.5%）；CrWMn（wC＞1.0%） 专用钢 —— 如滚动轴承钢 GCr15（wC =1.0%，wCr =1.5% ）。
0.40-0.70 0.30 0.050 / 0.045 0.045 Z
Q275 －
0.28-0.38 0.50-0.80 0.35
精品课件
0.050
0.045 Z
碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)
拉伸试验
冲击试验
屈服点s ，MPa
伸长率 s , %
V型冲
牌
钢材厚度(直径)，mm 等
Q235
A/B C/D
235
215
195
185
375-460 26
24
22
21
－/20 0/-20
－/27
Q255 A/B 255 235 215 205 410-510 24 22 20 19 －/20 －/27
Q275 － 275 255 235 225 490-610 20 18 16 15 －
牌号
Q295 Q345 Q390 Q420 Q460
旧钢号
09MnNb 12Mn 16Mn
16MnRe 16MnNb 15MnTi 14MnVTiRe 15MnVN 14MnMoV 18MnMoNb
精品课件
3、钢中的杂质元素及合金元素
1）杂质元素对钢的性能的影响
硅：有益 ●脱氧→↓脆性；●固溶强化 锰（0.25--0.80%）：有益 ●脱氧剂；降低FeO→↓脆性；●
Mn+S→MnS（降低S的有害作用）↑热加工性能；●固溶强化
硫：有害 ● 985℃ 时形成（Fe+FeS）→热脆 磷：有害 ● Fe3P 在 <100℃时脆性大→冷脆 氧、氮、氢： 有害 ● 强度、塑性、韧性↓
精品课件
二、工程结构用钢
1、概述 特点：低C，塑性好，热轧或正火态使用。 用途：建筑、桥梁、车船等构件。
钢桥梁
精品课件
建筑构件
2、碳素结构钢 wC = 0.06～0.38% ，S、P含量较高，力学性能一般。
碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)
牌号 等级
w(C) %
化学成分
w( Mn) %
w( Si) %
w(S ) %
不大于
w( P) 脱氧方
%
法
Q195 －
0.06-0.12 0.25-0.50 0.30
0.050
0.045 F,b,Z
Q215 A / B 0.09-0.15 0.25-0.55 0.30 0.050 / 0.045 0.045 F,b,Z
Q235 Q255
A B C D A/B
精品课件
2）合金元素在钢中的作用
①存在形式
形成固溶体——在γ和α中无限固溶 形成碳化物——间隙相MC与间隙MC 形成非金属夹杂物——Al2O3、SiO2、AlN等 形成金属间化合物——FeSi、FeCr、Fe2W 以游离态形式存在——Cu、Ni
精品课件
②对钢中基本相的影响
强化铁素体 —— 形成合金F，产生固溶强化。
精品课件
形成碳化物——稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多。
类型
特殊碳化物
特征
rC/rM<0.59
合金渗碳体 rC/rM>0.59
举例 VC、TiC
(Fe, Mn)3C
特点
熔点高，分解温度高，稳 定性好
熔点较低，稳定性较差， 对相变影响较大
精品课件
③对Fe-C相图的影响
——研究合金元素对奥氏体的影响