建筑钢材

4．按冶炼时脱氧程度分 镇静钢（ 炼钢时采用锰铁、 （1 ）镇静钢（Z ）（炼钢时采用锰铁、硅铁 和铝锭等作脱氧剂， 脱氧完全， 和铝锭等作脱氧剂 ， 脱氧完全 ， 且同时能 起去硫作用。 起去硫作用 。 这种钢水铸锭时能平静地充 满锭模并冷却凝固， 故称镇静钢， 满锭模并冷却凝固 ， 故称镇静钢 ， 代号为 镇静钢虽成本较高， “ Ｚ ” 。 镇静钢虽成本较高 ， 但其组织致 成分均匀， 性能稳定， 故质量好。 密 ， 成分均匀 ， 性能稳定 ， 故质量好 。 适 用于预应力混凝土等重要的结构工程） 用于预应力混凝土等重要的结构工程）
3.冷弯的意义：钢材的冷弯性能和伸长率 3.冷弯的意义： 均是塑性变形能力的反映， 均是塑性变形能力的反映，但伸长率是在 试件轴向均匀变形条件下测定的， 试件轴向均匀变形条件下测定的，而冷弯 性能则是在更严格条件下钢材局部变形的 能力，它可揭示钢材内部结构是否均匀， 能力，它可揭示钢材内部结构是否均匀， 是否存在内应力和夹杂物等缺陷， 是否存在内应力和夹杂物等缺陷，还经常 用冷弯来检验焊缝接头。 用冷弯来检验焊缝接头。
L1 − L0 δ= × 100% L0
伸长率表征了钢材的塑性变形能力。 伸长率表征了钢材的塑性变形能力。 由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大， 由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大， 故当原始标距与试件的直径之比愈大， 故当原始标距与试件的直径之比愈大， 则颈缩处伸长中的比重愈小， 则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算 的伸长率会小些。通常以δ 的伸长率会小些。通常以δ5和δ10分别 表示L 10d 为试件直径） 表示 L0=5d0 和 L0=10d0 （ ｄ 0 为试件直径 ） 时的伸长率。 对同一种钢材， 时的伸长率 。 对同一种钢材 ， δ5 应大 于δ10。
平炉炼钢法 空气转炉炼钢法 氧气转炉炼钢法 电炉炼钢法
二.钢材的分类
1.按化学成分分类 碳素钢： 碳素钢： 低碳钢（含碳量小于0 25％ 低碳钢（含碳量小于0.25％） 中碳钢（含碳量为0 25％ 60％ 中碳钢（含碳量为0.25％～0.60％） 高碳钢（含碳量大于0 60％ 高碳钢（含碳量大于0.60％） 合金钢：是指在炼钢过程中， 合金钢：是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种 能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。 能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种 。 常用合 金元素有： 金元素有 ： 硅 、 锰 、 钛 、 钒 、 铌 、 铬 等 。 按合金元 素总含量的不同，合金钢可分为： 素总含量的不同，合金钢可分为： 低合金钢（合金元素总含量小于５ 低合金钢（合金元素总含量小于５％） 中合金钢（合金元素总含量为５ 10％ 中合金钢（合金元素总含量为５％～10％） 高合金钢（合金元素总含量大于10 10％ 高合金钢（合金元素总含量大于10％）
四．耐疲劳性 1. 定义 ： 钢材在交变荷载反复多次作用下 ， 定义： 钢材在交变荷载反复多次作用下， 可在最大应力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。 然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。若σmax 越大，则次数N越小。 越大，则次数N越小。 2.疲劳破坏的原因：钢材的疲劳破坏是拉应力 疲劳破坏的原因： 引起的， 首先在局部开始形成微细裂纹， 引起的 ， 首先在局部开始形成微细裂纹 ， 其后由于裂纹尖端处产生应力集中而使裂 纹逐渐扩展直至疲劳断裂。 纹逐渐扩展直至疲劳断裂 。 钢材内部的晶 体结构、 体结构 、 成分偏析以及最大应力处的表面 光洁程度等因素均会明显影响疲劳强度。 光洁程度等因素均会明显影响疲劳强度。
2．按杂质含量（S、P）分 按杂质含量（ 普通碳素钢（ 硫含量0 055％ 065％ 普通碳素钢 （ 硫含量 0.055 ％ ～ 0.065 ％ ， 磷含量 0.045％～0.085％） 045％ 085％ 优质碳素钢（ 硫含量0 030％ 045％ 优质碳素钢 （ 硫含量 0.030 ％ ～ 0.045 ％ ， 磷含量 035％ 040％ 0.035％～0.040％） 高级碳素钢（硫含量不大于0 030％ 高级碳素钢（硫含量不大于0.030％，磷含量不大 035％ 于0.035％） 3．按冶炼方式分 平炉钢:应用较早的炼钢炉，质量好，冶炼时间长。 平炉钢:应用较早的炼钢炉，质量好，冶炼时间长。 氧气转炉钢：钢材质量稳定，冶炼周期短。 氧气转炉钢：钢材质量稳定，冶炼周期短。 电炉钢：质量最好，成本最高。 电炉钢：质量最好，成本最高。
极限抗拉强度
从图2 从图2－１中ＣＤ曲线逐步上升可以看出： ＣＤ曲线逐步上升可以看出： 曲线逐步上升可以看出 试件在屈服阶段以后， 试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能 力又重新提高，称为强化阶段。 力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高 的应力称为抗拉强度， 表示。 点Ｄ的应力称为抗拉强度，用σb表示。
（ 2 ） 沸腾钢 (F) （ 炼钢时仅加入锰铁进行脱氧 ， 沸腾钢(F) 炼钢时仅加入锰铁进行脱氧， (F)（ 则脱氧不完全。 这种钢水浇入锭模时， 则脱氧不完全 。 这种钢水浇入锭模时 ， 会有大 量的ＣＯ 气体从钢水中外逸， ＣＯ气体从钢水中外逸 量的 ＣＯ 气体从钢水中外逸 ， 引起钢水呈沸腾 故称沸腾钢。 沸腾钢组织不够致密， 状 ， 故称沸腾钢 。 沸腾钢组织不够致密 ， 成分 不太均匀， 磷等杂质偏析较严重， 不太均匀 ， 硫 、 磷等杂质偏析较严重 ， 故质量 较差。 但因其成本低、 产量高， 较差 。 但因其成本低 、 产量高 ， 故被广泛用于 一般建筑工程 特殊镇静钢（TZ） （3）特殊镇静钢（TZ）（比镇静钢脱氧程度还要 充分彻底的钢， 故其质量最好， 充分彻底的钢 ， 故其质量最好 ， 适用于特别重 要的结构工程） 要的结构工程） （ 4 ） 半镇静钢 （ b ） （ 脱氧程度介于沸腾钢和镇 半镇静钢（ 静钢之间） 静钢之间）
屈强比
屈强比σ 屈强比 σs ／ σb 有一定意义 。 屈强比愈小 ， 有一定意义。 屈强比愈小， 反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈 因而结构的安全性愈高。但屈强比太小， 大 ， 因而结构的安全性愈高 。 但屈强比太小， 则反映钢材不能有效地被利用。 则反映钢材不能有效地被利用。
伸长率
当曲线到达Ｄ点后，试件薄弱处急剧缩 当曲线到达Ｄ点后， 塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象” 小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象” 而断裂。量出拉断后标距部分的长度L 而断裂。量出拉断后标距部分的长度Ll，标 距的伸长值与原始标距L 距的伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长 率。即
5．按用途分 结构钢：碳素结构钢， 结构钢：碳素结构钢，合金结构钢 工具钢：碳素工具钢 ， 合金工具钢 ， 工具钢 ：碳素工具钢， 合金工具钢， 高速 工具钢 特殊钢：桥钢、 特殊钢：桥钢、钢轨钢等
土木工程中常用钢材主要是普通碳素钢 中的低碳钢和合金钢中的低合金钢 低碳钢和合金钢中的低合金钢。 Biblioteka Baidu的低碳钢和合金钢中的低合金钢。
4.时效 随时间的延长而表现出强度提高， 随时间的延长而表现出强度提高 ， 塑性和冲击韧性下降的现象称为时效 时效。 塑性和冲击韧性下降的现象称为 时效 。 完成时效变化的过程可达数十年， 完成时效变化的过程可达数十年 ， 但是 钢材如经受冷加工变形， 钢材如经受冷加工变形 ， 或使用中经受 震动和反复荷载的影响， 震动和反复荷载的影响 ， 时效可迅速发 展 。 因时效而导致性能改变的程度称为 时效敏感性， 时效敏感性 ， 对于承受动荷载的结构应 该选用时效敏感性小的钢材。 该选用时效敏感性小的钢材。
3.冷脆性 钢材的化学成分、组织状态、 3.冷脆性：钢材的化学成分、组织状态、 冷脆性： 内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击 韧性。试验表明， 韧性。试验表明，冲击韧性随温度的降低 而下降，其规律是开始下降缓和， 而下降，其规律是开始下降缓和，当达到 一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性， 一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性， 这种脆性称为钢材的冷脆性。 这种脆性称为钢材的冷脆性。 发生冷脆时的温度称为临界温度 临界温度， 发生冷脆时的温度称为临界温度，其 数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。 数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。 所以在负温下使用的结构 在负温下使用的结构， 所以在负温下使用的结构，应当选用脆性 临界温度较工作温度为低的钢材。 临界温度较工作温度为低的钢材。
金属材料
各类钢材
第一章
一．定义及分类
钢材
金属材料定义： 金属材料定义 ： 是由一种或一种以上的金 属元素与非金属元素组成的合金的总称。 属元素与非金属元素组成的合金的总称。 金属材料的分类： 可分为 黑色金属和 金属材料的分类 ： 可分为黑色金属 和 有色 金属。黑色金属主要为铁和钢。 金属。黑色金属主要为铁和钢。 工程中的钢材的分类：各种型钢（角钢、 工程中的钢材的分类：各种型钢（角钢、 槽钢、工字钢等）、钢板和用于钢筋混凝 槽钢、工字钢等）、钢板和用于钢筋混凝 土结构工程中的各种钢筋及钢丝。 土结构工程中的各种钢筋及钢丝。
第二节 钢材的力学性能 一. 抗拉性能
1.主要测试指标： 主要测试指标： 屈服强度 抗拉强度 伸长率（断面收缩率） 伸长率（断面收缩率）等 钢材（低碳钢）的抗拉过程主要包括： 2.钢材（低碳钢）的抗拉过程主要包括： 弹性阶段 屈服阶段 强化阶段 颈缩阶段
弹性模量
在 弹性阶段 ， 应力与应变成正比例关系 。 如 弹性阶段， 应力与应变成正比例关系。 在此阶段去掉外力， 钢材能恢复原状。 在此阶段去掉外力 ， 钢材能恢复原状 。 弹 性阶段的最高点（ 性阶段的最高点（A点）所对应的应力称为 比例极限或弹性极限， σp表示 表示。 比例极限或弹性极限，用σp表示。应力与 应变的比值为常数， 称为弹性模量， 应变的比值为常数 ， 称为弹性模量 ， 反映 钢材的刚度。 碳素结构钢的弹性模量E 钢材的刚度 。 碳素结构钢的弹性模量 E ＝ MPa。 （2.0～2.1）×105MPa。
三.冲击韧性
1.定义：是指钢材抵抗冲击荷载的能力。 定义：是指钢材抵抗冲击荷载的能力。 冲击韧性指标： 2.冲击韧性指标：是通过标准试件的弯曲冲击 韧性试验确定的。以摆锤打击试件， 韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处 将其打断，试件单位截面积上所消耗的功， 将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即 为钢材的冲击韧性指标， 用冲击韧性a 为钢材的冲击韧性指标 ， 用冲击韧性 ak （ Ｊ 表示。 值愈大，冲击韧性愈好。 /cm2）表示。ak值愈大，冲击韧性愈好。
二．冷弯性能 1. 定义 ： 冷弯性能是钢材在常温下承受弯曲 定义： 变形的能力，是钢材的工艺性能指标。 变形的能力，是钢材的工艺性能指标。 2.弯曲测试：弯心直径d与试件直径（或厚度） 弯曲测试：弯心直径d与试件直径（或厚度） a 的比值 d/a 越小 ， 弯曲角度 α 越大 ， 说明 的比值d/a 越小， 弯曲角度α 越大， d/a越小 试件受弯程度越高， 试件受弯程度越高 ， 对不同的钢材有相应 的标准要求， 试件受弯处不发生裂缝， 的标准要求 ， 试件受弯处不发生裂缝 ， 断 裂或起层，即认为冷弯性能合格。 裂或起层，即认为冷弯性能合格。
屈服点
当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段 ＢＣ时 屈服下限Ｃ 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σ 设计时一般以σ 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， 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σ 0.2％ 规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2作为屈服强 度。
二．钢材的优缺点
1.钢材的主要优点： 钢材的主要优点： 质量均匀，性能可靠。 质量均匀，性能可靠。 强度、硬度高。 强度、硬度高。 塑性、韧性好。 塑性、韧性好。 2.钢材的缺点： 钢材的缺点： 易锈蚀，维修费用高。 易锈蚀，维修费用高。 耐火性差。
第一节 钢材
一．钢的冶炼 原理：将生铁中的 碳含量降至 碳含量降至2 以下， 原理 ：将生铁中的碳含量降至 2.0 ％ 以下 ， 使 硫和 磷等杂质含量降至一定范围内即成为钢。 磷等杂质含量降至一定范围内即成为钢。 炼钢基本原理：除碳、造渣、脱氧。 炼钢基本原理：除碳、造渣、脱氧。 主要炼钢方法： 主要炼钢方法：