建筑材料常见问题解答第9章建筑钢材

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1、建筑材料常见问题解答第9章 建筑钢材建筑钢材主要指哪些材料？建筑钢材有哪些优缺点？答：建筑钢材主要指用于钢结构中的各种型材（如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等）、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。建筑钢材材质均匀，具有较高的强度、有良好的塑性和韧性、能承受冲击和振动荷载、可焊接或铆接、易于加工和装配，钢结构安全可靠、构件自重小，所以被广泛应用于建筑工程中。但钢材也存在易锈蚀及耐火性差等缺点。生铁与钢是如何冶炼成的？目前，常用的炼钢方法有哪几种？答：生铁的冶炼是把铁矿石、焦炭、石灰石（助熔剂）按一定比例装入高炉中，在炉内高温条件下，焦炭中的碳与矿石中的氧化铁发生化学反应，将矿石中的铁

2、还原出来，生成一氧化碳和二氧化碳由炉顶排出，使矿石中的铁和氧分离，通过这种治炼得到的铁中，仍含有较多的碳和硫、磷等杂质，故性能既硬又脆，影响使用。生铁又分为炼钢生铁（白口铁）和铸造生铁（灰口铁）。钢是由生铁冶炼而成。将生铁在炼钢炉中进一步熔炼，并供给足够的氧气，通过炉内的高温氧化作用，部分碳被氧化成一氧化碳气体而逸出，其他杂质则形成氧化物进入炉渣中除去，这样可使碳的含量降低，从而得到含碳量合乎要求的产品，即为钢，此过程称为炼钢。所以将含碳量在2%以下，含有害杂质较少的铁碳合金称为钢。目前，常用的炼钢方法有：空气转炉法、氧气转炉法、平炉法、电炉法。建筑钢材一般是采用前三种方法获得。根据脱氧程度不

3、同，浇铸的钢锭可分为哪几种？其质量如何？答：根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、特殊镇静钢（TZ）。沸腾钢脱氧不完全，钢水在浇铸时会产生大量一氧化碳气体逸出，引起钢水沸腾，故称沸腾钢。沸腾钢组织稀疏、气泡含量多、化学偏析较大、成份不均匀、质量较差，但成本较低。镇静钢脱氧充分，浇铸时钢水在锭模内平静的凝固，故称镇静钢。其组织致密，化学成分均匀，机械性能好，是质量较好的钢种。缺点是成本较高。半镇静钢的脱氧程度介于镇静钢和沸腾钢之间，其质量亦介于二者之间。钢的分类如何？目前，在建筑工程中常用的钢种是哪些？答：钢材的种类很多，性质各异，为了便于选用，常将钢按不

4、同角度进行分类：（1）钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两类。（2）碳素钢根据含碳量可分为：低碳钢（含碳量小于0.25%）；中碳钢（含碳量0.25%0.60%） ；高碳钢（含碳量大于0.60%）。（3）合金钢是在碳素钢中加入某些合金元素（锰、硅、钒、钛等），用于改善钢的性能或使其获得某些特殊性能。按合金元素含量分为：低合金钢（合金元素含量小于5%）；中合金钢（合金元素含量5%10%）；高合金钢（合金元素含量大于10%）。（4）按钢在熔炼过程中脱氧程度的不同分为：脱氧充分为镇静钢和特殊镇静钢（代为Z和TZ）；脱氧不充分为沸腾钢（代号为F）；介于二者之间为半镇静钢（代号为b）。（5）钢按用途可分为：

5、结构用钢（钢结构用钢和混凝土结构用钢）；工具钢（制作刀具、量具、模具等）；特殊钢（不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等。（）钢按主要质量等级分为：普通质量钢、优质钢、特殊质量钢。 目前，在建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢和普通低合金结构钢。钢材的性能主要有哪些方面？答：钢材的性能主要包括力学性能、工艺性能和化学性能等，其中力学性能是最主要的性能之一。钢材的力学性能主要有哪些方面？各用什么方法测定？各用什么表示？答：钢材的力学性能主要有：抗拉性能、冲击韧性、硬度和耐疲劳性。（）抗拉性能是表示钢材性能的重要指标。钢材抗拉性能采用拉伸试验测定。建筑用钢的强度指标，通常用屈服点和抗拉强度表示。（）冲击韧

6、性是指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。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。以摆锤冲击试件刻槽的背面，使试件承受冲击弯曲面断裂。将试件冲断的缺口处单位截面积上所消耗的功作为钢材的冲击韧性指标。用ak表示。ak值愈大，钢材的冲击韧性愈好。（）钢材的硬度是指其表面抵抗重物压入产生塑性变形的能力。测定硬度的方法有布氏法和洛氏法，较常用的方法是布氏法，其硬度指标为布氏硬度值（HB）。（）钢材承受交变荷载反复作用时，可能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。钢材疲劳破坏指标用疲劳强度或（疲劳极限）来表示，它是指疲劳试验中试件在交变应力作用下，在规定的周期内不发生

7、疲劳破坏所能承受的最大应力值。低碳钢受拉经历哪四个阶段？这四个阶段各有何特点？答：低碳钢受拉经历四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。 弹性阶段为一直线，说明应力和应变成正比关系。如卸去拉力，试件能恢复原状，这种性质即为弹性，该阶段为弹性阶段屈服阶段，应力应变不再成正比关系，开始出现塑性变形，该阶段的应力最低点称为屈服强度或屈服点,用fy表示。强化阶段，曲线逐步上升，表示试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性变形的能力又重新提高，这一阶段称为强化阶段。对应于最高点C的应力值称为极限抗拉强度，简称抗拉强度，用fu表示。颈缩阶段，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”，直到断裂

8、。何谓弹性模量？弹性模量反映钢材什么能力？答：应力与应变的比值为常数，该常数为弹性模量E（E=/），弹性模量反映钢材抵抗变形的能力，是计算结构受力变形的重要指标。钢结构设计时一般以什么作为强度取值的依据？何谓条件屈服强度？答：结构设计时一般以屈服强度fy作为强度取值的依据。而对屈服现象不明显的中碳和高碳钢（硬钢），则规定以产生残余变形为原标距长度的0.2%所对应的应力值作为屈服强度，称为条件屈服强度，用f0.2表示。10何谓屈强比？屈强比有何意义？答：设计中抗拉强度不能利用，但屈强比fy/fu即屈服强度和抗拉强度之比却能反映钢材的利用率和结构的安全可靠性，屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作

9、时的可靠性愈大，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，造成钢材浪费。建筑结构钢合理的屈强比一般为0.600.75。11伸长率如何计算？伸长率表征了钢材的什么能力？5和10的含义如何？答：试件拉断后测定出拉断后标距部分的长度L1，L1与试件原标距L0比较，按下式可以计算出伸长率。=( L1L0 )/ L0 100%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变形最大，故若原标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重愈小，因而计算所得的伸长率会小些。通常以5和10分别表示L0=5d0和L0=10d0时的伸长率，d0为试件直径。对同一种钢材，5

10、大于10。12影响钢材冲击韧性因素有哪些？何谓钢材的冷脆性、脆性临界温度？为什么“在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较工作温度低的钢材”？答：钢材的化学成分、内在缺陷、加工工艺及环境温度都会影响钢材的冲击韧性。试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始时下降较平缓，当达到一定温度范围时，冲击韧性会突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。此时的温度称为脆性临界温度。钢材的脆性临界温度数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较工作温度低的钢材。13为什么“对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材”？答：钢材随时间的延长，其强度提

11、高，塑性和冲击韧性下降，这种现象称为时效。因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性。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，或使用中经受震动和反复荷载的作用，时效可迅速发展。所以，对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材14为什么“对于直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构必须进行钢材的冲击韧性检验”？答：钢材如经受冷加工变形，或使用中经受震动和反复荷载的作用，时效可迅速发展，其强度提高，塑性和冲击韧性下降。试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降。所以，对于直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构必须进行钢材的冲击韧性检验。15什么是钢材的冷弯性能？冷弯试验有何作

12、用？答：冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷弯试验能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验也能对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合、裂缝及杂物等缺陷。影响钢材可焊性的主要因素16什么是钢材的可焊性？影响钢材可焊性的主要因素有哪些？选用焊接结构用钢应注意哪些？钢材焊接应注意的问题是什么？答：钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度。影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量。一般焊接结构用钢应注意选用含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对于高碳钢及合金钢，为了改善焊接性能，

13、焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。钢材焊接应注意的问题是：冷拉钢筋的焊接应在冷拉之前进行；钢筋焊接之前，焊接部位应清除铁锈、熔渣、油污等；应尽量避免不同国家的进口钢筋之间或进口钢筋与国产钢筋之间的焊接。17微量化学元素对钢材性能的影响如何？答：微量化学元素对钢材性能的影响（1）碳（C）：碳是决定钢材性质的主要元素。钢材随含碳量的增加，强度和硬度相应提高，而塑性和韧性相应降低。当含量超过1%时，钢材的极限强度开始下降。建筑工程用钢材含碳量不大于0.8%。此外，含碳量过高还会增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低抗腐蚀性和可焊性。（2）硅（Si）：硅是钢的主要合金元素，是为脱氧去硫而加入的。当

14、硅在钢材中的含量较低（小于1%）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。但若含硅量超过1%时，会增加钢材的冷脆性，降低可焊性。（3）锰（Mn）：锰是我国低合金钢的重要合金无素，锰含量一般在1%2%范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。（4）硫 (S)：硫是有害元素。作为非金属硫化物夹杂于钢中，具有强烈的偏析作用，会降低钢材的各种机械性能。硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易产生热裂纹，显著降低可焊性。（5）磷 (P)：磷为有害元素。含量提高，钢材的强度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度愈低，对韧性和塑性的影响愈大。磷的偏析较严重，使钢材的

15、冷脆性增大，可焊性降低。但磷可以提高钢的耐磨性和耐腐蚀性，在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。（6）氧 (O)：氧为有害元素。主要存在于非金属夹杂物内，可降低钢的机械性能，特别是韧性。氧有促进时效倾向的作用，使钢的可焊性变差。（7）氮 (N)：氮对钢材性质的影响与碳、磷相似，使钢材的强度提高，塑性、韧性及冷弯性能显著下降。氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。（8）铝、钛、钒、铌：均为炼钢时的强脱氧剂，能提高钢材强度，改善韧性和可焊性，是常用的合金元素。18什么是钢材的冷加工、冷加工强化处理和时效处理？钢筋经冷拉时效处理后，性能有何变化？答：冷加工是指钢材在常温下进行的加工。钢材经冷加工产生塑性变形，从而提高其屈服强度，这一过程称为冷加工强化处理。将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520d，或加热到100200并保持2h左右，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。钢筋冷拉以后再经过时效处理，其屈服点、抗拉强度及硬度进一步提高，塑性及韧性继续降低。19：建筑钢材可分为哪两类？所用钢种及其加工方式如何？答：建筑钢材可分为钢结构用型钢和钢筋混凝土结构用钢筋。