第2章建筑金属材料－金锄头文库

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1、建筑材料第二章第二章金属材料金属材料本章学习目标1）了解建筑钢材的微观结构及其性质的关系2）熟练掌握建筑钢材的力学性能（强度，弹塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素。3）熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法。4）掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。建筑是人类文明进程的缩影。它浓缩了人类的驾驭能力，沉淀着世界文化的根基，更凝结着艺术家智慧的结晶。钢结构建筑在建筑史上具有特殊的优势，在欧美已经有几十年的历史，凭借其良好的抗震性、灵活的空间划分、节能环保等优点在建筑业迅速壮大。在此，我们来了解世界各地的著名钢结构建筑，来感受人类建筑史探索与进步的节奏，感悟钢结构建筑史的丰富内涵。

2、巴黎艾菲尔铁塔巴黎艾菲尔铁塔巴黎艾菲尔铁塔巴黎艾菲尔铁塔建于建于18891889年年, , 高度高度320320米，原为举办万国米，原为举办万国博览会而建，是较早博览会而建，是较早应用钢结构的建筑物。应用钢结构的建筑物。艾菲尔铁塔得名于它艾菲尔铁塔得名于它的设计师：居斯塔夫的设计师：居斯塔夫艾菲尔。铁塔设计艾菲尔。铁塔设计造型独特，是世界建造型独特，是世界建筑史上的技术杰作，筑史上的技术杰作，成为世界艺术之都巴成为世界艺术之都巴黎乃至法国的标志性黎乃至法国的标志性建筑。建筑。纽约帝国大厦纽约帝国大厦纽约帝国大厦纽约帝国大厦建于建于19311931年，高度年，高度381381米米, ,

3、由由，建筑建筑事务所设计，总建事务所设计，总建筑面积为筑面积为2020万平方万平方米。它和自由女神米。它和自由女神像同为美国财富之像同为美国财富之都都纽约的标志性纽约的标志性建筑，保持世界最建筑，保持世界最高建筑称号达高建筑称号达4040年年之久，每年吸引世之久，每年吸引世界各地界各地500500万游客造万游客造访。访。旧金山金门大桥旧金山金门大桥旧金山金门大桥旧金山金门大桥建于建于193193年，由年，由斯特劳斯工程师斯特劳斯工程师设计，两桥塔之设计，两桥塔之间的主跨度为间的主跨度为12801280米，是世界米，是世界著名悬索桥之一，著名悬索桥之一，动用了动用了1010多万吨多万吨钢材建

4、成，每年钢材建成，每年通车量达通车量达1010万之万之多。桥塔高多。桥塔高227227米，米，是世界上最高的是世界上最高的桥塔。桥塔。悉尼歌剧院悉尼歌剧院悉尼歌剧院悉尼歌剧院建于建于19571957年，由丹年，由丹麦建筑师约农设计，麦建筑师约农设计，耗时年才兴建耗时年才兴建完成的音乐圣地是完成的音乐圣地是悉尼人的骄傲，椭悉尼人的骄傲，椭圆形钢结构的正门圆形钢结构的正门大厅给人以强烈的大厅给人以强烈的现代气息，正面看现代气息，正面看台的主门可同时并台的主门可同时并排着陆架波音排着陆架波音747747飞机。独特的飞机。独特的设计造就了世界建设计造就了世界建筑史上的经典之作筑史上的经典之作。香

5、港中银大厦香港中银大厦香港中银大厦香港中银大厦建于建于19901990年，年，高度高度368368米，由著米，由著名华裔建筑师贝名华裔建筑师贝聿铭先生设计，聿铭先生设计，是中国银行是中国银行( (香港香港) )的总部，贝聿铭的总部，贝聿铭先生设计的中银先生设计的中银大厦就像一根竹大厦就像一根竹子，寓意高峻挺子，寓意高峻挺拔、节节上升，拔、节节上升，外立面三角几何外立面三角几何形状，好像一个形状，好像一个个蓝色的水晶叠个蓝色的水晶叠放在一起，成为放在一起，成为香港的标志性建香港的标志性建筑。筑。上海金茂大厦上海金茂大厦上海金茂大厦上海金茂大厦建于建于19981998年，年，高度高度4204

6、20米，总建筑米，总建筑面积为面积为2929万平方米，万平方米，是目前世界第三、是目前世界第三、中国第一高楼，由中国第一高楼，由美国芝加哥美国芝加哥建筑事务所设计，建筑事务所设计，荟萃国际领先建筑荟萃国际领先建筑科技元素而建，代科技元素而建，代表了上海国际化大表了上海国际化大都市开放的胸襟和都市开放的胸襟和气度，成为中国改气度，成为中国改革开放、经济腾飞革开放、经济腾飞的象征之一。的象征之一。第一节第一节钢材的分类钢材的分类 1. 1. 按化学成分分类按化学成分分类（）碳碳素素钢钢。碳碳素素钢钢的的化化学学成成分分主主要要是是铁铁，其其次次是是碳碳，故故也也称称铁铁一一碳碳合合金金。其其含含

7、碳碳量量为为0.020.022.062.06。此此外外尚尚含含有有极极少少量量的的硅硅、锰锰和和微微量量的的硫硫、磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：磷等元素。碳素钢按含碳量又可分为：低碳钢（含碳量小于低碳钢（含碳量小于0.250.25）、）、中碳钢（含碳量为中碳钢（含碳量为0.250.250.600.60）高碳钢（含碳量大于高碳钢（含碳量大于0.600.60）（）合合合合金金金金钢钢钢钢。是是是是指指指指在在在在炼炼炼炼钢钢钢钢过过过过程程程程中中中中，有有有有意意意意识识识识地地地地加加加加入入入入一一一一种种种种或或或或多多多多种种种种能能能能改改改改善善善善钢钢钢钢材材材材性性性性能能能

8、能的的的的合合合合金金金金元元元元素素素素而而而而制制制制得得得得的的的的钢钢钢钢种种种种。常常常常用用用用合合合合金金金金元元元元素素素素有有有有：硅硅硅硅、锰锰锰锰、钛钛钛钛、钒钒钒钒、铌铌铌铌、铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为：铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为：铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为：铬等。按合金元素总含量的不同，合金钢可分为：低合金钢（合金元素总含量小于）低合金钢（合金元素总含量小于）低合金钢（合金元素总含量小于）低合金钢（合金元素总含量小于）中合金钢（合金元素总含量为中合金钢（合金元素总含量为中合金钢（合金元素总含量为中合金钢（合金元素总含量为

9、10101010）高合金钢（合金元素总含量大于高合金钢（合金元素总含量大于高合金钢（合金元素总含量大于高合金钢（合金元素总含量大于10101010）。）。）。）。2. 2. 2. 2. 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类（）沸沸沸沸腾腾腾腾钢钢钢钢。炼炼炼炼钢钢钢钢时时时时仅仅仅仅加加加加入入入入锰锰锰锰铁铁铁铁进进进进行行行行脱脱脱脱氧氧氧氧，则则则则脱脱脱脱氧氧氧氧不不不不完完完完全全全全。这这这这种种种种钢钢钢钢水水水水浇浇浇浇入入入入锭锭锭锭模模模模时时时时，会会会会有有有有大大大大量量量量的的的的气气气气体体体体从从从从钢钢钢钢水水水水中

10、中中中外外外外逸逸逸逸，引引引引起起起起钢钢钢钢水水水水呈呈呈呈沸沸沸沸腾腾腾腾状状状状，故故故故称称称称沸沸沸沸腾腾腾腾钢钢钢钢，代代代代号号号号为为为为“。沸沸沸沸腾腾腾腾钢钢钢钢组组组组织织织织不不不不够够够够致致致致密密密密，成成成成分分分分不不不不太太太太均均均均匀匀匀匀，硫硫硫硫、磷磷磷磷等等等等杂杂杂杂质质质质偏偏偏偏析析析析较较较较严严严严重重重重，故故故故质质质质量量量量较较较较差差差差。但但但但因因因因其其其其成成成成本本本本低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程。低、产量高，故被广泛用于一般建筑工程

11、。（）镇镇镇镇静静静静钢钢钢钢。炼炼炼炼钢钢钢钢时时时时采采采采用用用用锰锰锰锰铁铁铁铁、硅硅硅硅铁铁铁铁和和和和铝铝铝铝锭锭锭锭等等等等作作作作脱脱脱脱氧氧氧氧剂剂剂剂，脱脱脱脱氧氧氧氧完完完完全全全全，且且且且同同同同时时时时能能能能起起起起去去去去硫硫硫硫作作作作用用用用。这这这这种种种种钢钢钢钢水水水水铸铸铸铸锭锭锭锭时时时时能能能能平平平平静静静静地地地地充充充充满满满满锭锭锭锭模模模模并并并并冷冷冷冷却却却却凝凝凝凝固固固固，故故故故称称称称镇镇镇镇静静静静钢钢钢钢，代代代代号号号号为为为为“”。镇镇镇镇静静静静钢钢钢钢虽虽虽虽成成成成本本本本较较较较高高高高，但但但但其其其其组组

12、组组织织织织致致致致密密密密，成成成成分分分分均均均均匀匀匀匀，性性性性能能能能稳稳稳稳定定定定，故故故故质质质质量量量量好好好好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程适用于预应力混凝土等重要的结构工程适用于预应力混凝土等重要的结构工程适用于预应力混凝土等重要的结构工程。|（）（）半镇静钢半镇静钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为钢之间，为质量较好的钢，其代号为“”。|（）（）特殊镇静钢特殊镇静钢。比镇静钢脱氧程度还要充。比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要分彻底的钢，故其质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为的结构

13、工程，代号为“TZ”TZ”3. 3. 3. 3. 按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类按钢中有害杂质磷（）和硫（按钢中有害杂质磷（）和硫（按钢中有害杂质磷（）和硫（按钢中有害杂质磷（）和硫（S S S S）含量含量含量含量的多少，钢材可分为以下四类：的多少，钢材可分为以下四类：的多少，钢材可分为以下四类：的多少，钢材可分为以下四类：（）（）（）（）普通钢普通钢普通钢普通钢。磷含量不大于。磷含量不大于。磷含量不大于。磷含量不大于0.0450.0450.0450.045；硫含；硫含；硫含；硫含量不大于量不大于量不大于量不大于0.050%0.050%0.050%

14、0.050%。（）（）（）（）优质钢优质钢优质钢优质钢。磷含量不大于磷含量不大于磷含量不大于磷含量不大于0.035%0.035%0.035%0.035%；硫含；硫含；硫含；硫含量不大于量不大于量不大于量不大于0.035%0.035%0.035%0.035%。（）（）（）（）高级优质钢高级优质钢高级优质钢高级优质钢。磷含量不大于。磷含量不大于。磷含量不大于。磷含量不大于0.025%0.025%0.025%0.025%；硫含量不大于硫含量不大于硫含量不大于硫含量不大于0.015%0.015%0.015%0.015%。（）（）（）（）特级优质钢特级优质钢特级优质钢特级优质钢。磷含量不大于。磷含量不

15、大于。磷含量不大于。磷含量不大于0.025%0.025%0.025%0.025%；硫含量不大于硫含量不大于硫含量不大于硫含量不大于0.015%0.015%0.015%0.015%。第二节第二节第二节第二节钢材的技术性质钢材的技术性质钢材的技术性质钢材的技术性质1. 1. 1. 1. 抗拉性能抗拉性能抗拉性能抗拉性能抗抗抗抗拉拉拉拉性性性性能能能能是是是是建建建建筑筑筑筑钢钢钢钢材材材材最最最最重重重重要要要要的的的的技技技技术术术术性性性性质质质质。其其其其技技技技术术术术指指指指标标标标为为为为由由由由拉拉拉拉力力力力试试试试验验验验测测测测定定定定的的的的屈屈屈屈服服服服点点点点、抗抗抗

16、抗拉拉拉拉强强强强度度度度和和和和伸伸伸伸长长长长率率率率。低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢（软软软软钢钢钢钢）受受受受拉拉拉拉的的的的应应应应力力力力一一一一应应应应变变变变图图图图能能能能够够够够较较较较好好好好地地地地解解解解释释释释这这这这些些些些重重重重要要要要的的的的技技技技术术术术指指指指标标标标，见见见见图图图图2 2 2 2. . . .低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢受受受受拉拉拉拉时时时时的应力一应变图的应力一应变图的应力一应变图的应力一应变图低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：弹

17、性阶段（弹性阶段（弹性阶段（弹性阶段（OAOAOAOA）、）、）、）、屈服阶段（屈服阶段（屈服阶段（屈服阶段（ABABABAB）、）、）、）、强化阶段强化阶段强化阶段强化阶段（BCBCBCBC）和颈缩阶段（和颈缩阶段（和颈缩阶段（和颈缩阶段（CDCDCDCD）。）。）。）。弹性模量：在弹性阶段，应力和应变的比值为弹性模量：在弹性阶段，应力和应变的比值为常数称为弹性模量。常数称为弹性模量。E=/ E=/ 。A A点对应的应力点对应的应力称为弹性极限（称为弹性极限（ pp）。）。屈服点：当试件拉力在屈服点：当试件拉力在范围内时，如卸去范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为拉力，

18、试件能恢复原状，应力与应变的比值为常数，因此，该阶段被称为弹性阶段。常数，因此，该阶段被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段时，称屈服下限下所对应的应力为屈服强度时，称屈服下限下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做或屈服点，记做ss。设计时一般以设计时一般以ss作为强度作为强度取值的依据。在屈服阶段，外力不增大，而变取值的依据。在屈服阶段，外力不增大，而变形继续增加，这时相应的应力称为屈服极限或形继续增加，这时相应的应力称为屈服极限或屈服强度（屈服强度（s s ）。对屈服现象不明显的钢材对屈服现象不明显的钢材，规定以规定以0.20.2残余变残

19、余变形时的应力形时的应力0.20.2作为屈服强度。作为屈服强度。（）抗拉强度：从图（）抗拉强度：从图（）抗拉强度：从图（）抗拉强度：从图2 2 2 2中曲线逐步上中曲线逐步上中曲线逐步上中曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性升可以看出：试件在屈服阶段以后，其抵抗塑性升可以看出：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。对应于变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点的应力称为抗拉强度，用最高点的应力称为抗拉强度，用最高点的应

20、力称为抗拉强度，用最高点的应力称为抗拉强度，用b b b b表示。表示。表示。表示。设设设设计计计计中中中中抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度虽虽虽虽然然然然不不不不能能能能利利利利用用用用，但但但但屈屈屈屈强强强强比比比比s s s sb b b b有有有有一一一一定定定定意意意意义义义义。屈屈屈屈强强强强比比比比愈愈愈愈小小小小，反反反反映映映映钢钢钢钢材材材材受受受受力力力力超超超超过过过过屈屈屈屈服服服服点点点点工工工工作作作作时时时时的的的的可可可可靠靠靠靠性性性性愈愈愈愈大大大大，因因因因而而而而结结结结构构构构的的的的安安安安全全全全性性性性愈愈愈愈高高高高。但但但但屈屈屈屈强强

21、强强比比比比太太太太小小小小，则则则则反反反反映映映映钢钢钢钢材材材材不不不不能能能能有有有有效效效效地地地地被利用。被利用。被利用。被利用。屈屈屈屈强强强强比比比比越越越越小小小小，钢钢钢钢材材材材受受受受力力力力超超超超过过过过屈屈屈屈服服服服点点点点工工工工作作作作时时时时的的的的可可可可靠靠靠靠性性性性越越越越大大大大，安安安安全全全全性性性性越越越越高高高高；但但但但是是是是，屈屈屈屈强强强强比比比比太太太太小小小小，钢钢钢钢材材材材强度的利用率偏低，浪费材料。强度的利用率偏低，浪费材料。强度的利用率偏低，浪费材料。强度的利用率偏低，浪费材料。钢钢钢钢材材材材的的的的屈屈屈屈强强强强

22、比比比比一一一一般般般般不不不不大大大大于于于于1/1.21/1.21/1.21/1.2，而而而而用用用用于于于于抗抗抗抗震震震震结结结结构的普通实测的屈强比不应高于构的普通实测的屈强比不应高于构的普通实测的屈强比不应高于构的普通实测的屈强比不应高于0.80.80.80.8。(3) (3) 伸长率：图伸长率：图2 2中当曲线到达点后，中当曲线到达点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生产生“颈缩现象颈缩现象”而断裂。量出拉断后标距而断裂。量出拉断后标距部分的长度部分的长度L Ll l，标距的伸长值与原始标标距的伸长值与原始标距距L L0 0的百分率

23、称为伸长率。即的百分率称为伸长率。即|(3) (3) 断面收缩率：断面收缩率：伸伸长长率率表表征征了了钢钢材材的的塑塑性性变变形形能能力力。由由于于在在塑塑性性变变形形时时颈颈缩缩处处的的伸伸长长较较大大，故故当当原原始始标标距距与与试试件件的的直直径径之之比比愈愈大大，则则颈颈缩缩处处伸伸长长中中的的比比重重愈愈小小，因因而而计计算算的的伸伸长长率率会会小小些些。通通常常以以5 5和和1010分分别别表表示示L L0 0=5d=5d0 0和和 L L0 0=10d=10d0 0（0 0为为试试件件直直径径）时时的的伸伸长长率率。对对同同一一种种钢钢材材，5 5应应大大于于1010。2. 2.

24、冷弯性能冷弯性能冷冷弯弯性性能能是是指指钢钢材材在在常常温温下下承承受受弯弯曲曲变变形的能力，是钢材的重要工艺性能。形的能力，是钢材的重要工艺性能。冷冷弯弯性性能能指指标标是是通通过过试试件件被被弯弯曲曲的的角角度度（9090、180180）及及弯弯心心直直径径对对试试件件厚厚度度（或或直直径径）a a的的比比值值（/ /a a）区区分分的的，试试件件按按规规定定的的弯弯曲曲角角和和弯弯心心直直径径进进行行试试验验，试试件件弯弯曲曲处处的的外外表表面面无无裂裂断断、裂裂缝缝或或起起层层，即即认认为为冷弯性能合格冷弯性能合格。|伸伸长长率率反反映映的的是是钢钢材材在在均均匀匀变变形形下下

25、的的塑塑性性，而而冷冷弯弯性性能能是是钢钢材材处处于于不不利利条条件件下下的的塑塑性性，可可以以揭揭示示钢钢材材内内部部组组织织是是否否均均匀匀，是是否否存存在在内应力和夹杂物等缺陷。内应力和夹杂物等缺陷。 3. 3. 3. 3. 冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲击韧性冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性是是是是指指指指钢钢钢钢材材材材抵抵抵抵抗抗抗抗冲冲冲冲击击击击荷荷荷荷载载载载的的的的能能能能力力力力。冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性指指指指标标标标是是是是通通通通过过过过标标标标准准准准试试试试件件件件的的的的弯弯弯弯曲曲曲曲冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性试试试试验验验验确确确确定定定定的的

26、的的。以以以以摆摆摆摆锤锤锤锤打打打打击击击击试试试试件件件件，于于于于刻刻刻刻槽槽槽槽处处处处将将将将其其其其打打打打断断断断，试试试试件件件件单单单单位位位位截截截截面面面面积积积积上上上上所所所所消消消消耗耗耗耗的的的的功功功功，即即即即为为为为钢钢钢钢材材材材的的的的冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性指指指指标标标标，用用用用冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性a a a ak k k k（/ / / /cmcmcmcm2 2 2 2）表表表表示示示示。a a a ak k k k值值值值愈愈愈愈大大大大，冲冲冲冲击击击击韧韧韧韧性性性性愈好。愈好。愈好。愈好。|钢材的化学成分、组织状态、内

27、在缺陷及环境温度都钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷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，其规律是开始下降缓和，当达到一定的降低而下降，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，这种脆性称为温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。钢材的冷脆性。发发发发生生生生冷冷冷冷脆脆脆脆时时时时的的的的温温温温度度度度称称称称为为为为临临临临界界界界温温温温度度度度，其其其其数数数数值值值值愈愈愈愈低低低低，说说说说明明明明钢钢钢钢材材材材的的的的低低低低温温温温冲冲冲冲击击击击性

28、性性性能能能能愈愈愈愈好好好好。所所所所以以以以在在在在负负负负温温温温下下下下使使使使用用用用的的的的结结结结构构构构，应应应应当当当当选选选选用用用用脆脆脆脆性性性性临临临临界界界界温温温温度度度度较较较较工工工工作作作作温温温温度为低的钢材。度为低的钢材。度为低的钢材。度为低的钢材。冲击试验机4. 4. 4. 4. 硬度硬度硬度硬度钢钢钢钢材材材材的的的的硬硬硬硬度度度度是是是是指指指指其其其其表表表表面面面面局局局局部部部部体体体体积积积积内内内内抵抵抵抵抗抗抗抗外外外外物物物物压压压压入入入入产产产产生生生生塑塑塑塑性性性性变变变变形形形形的的的的能能能能力力力力。常常常常用用用用

29、的的的的测测测测定定定定硬硬硬硬度度度度的的的的方方方方法有布氏法和洛氏法。法有布氏法和洛氏法。法有布氏法和洛氏法。法有布氏法和洛氏法。布布布布氏氏氏氏法法法法的的的的测测测测定定定定原原原原理理理理是是是是利利利利用用用用直直直直径径径径为为为为（）的的的的淬淬淬淬火火火火钢钢钢钢球球球球，以以以以P P P P（）的的的的荷荷荷荷载载载载将将将将其其其其压压压压入入入入试试试试件件件件表表表表面面面面，经经经经规规规规定定定定的的的的持持持持续续续续时时时时间间间间后后后后卸卸卸卸除除除除荷荷荷荷载载载载，即即即即得得得得到到到到直直直直径径径径为为为为（）的的的的压压压压痕痕痕痕，以以

30、以以压压压压痕痕痕痕表表表表面面面面积积积积（）除除除除荷荷荷荷载载载载，所所所所得得得得的的的的应应应应力力力力值值值值即即即即为为为为试试试试件件件件的的的的布布布布氏氏氏氏硬硬硬硬度度度度值值值值，以以以以数数数数字字字字表表表表示示示示，不不不不带带带带单单单单位位位位。洛洛洛洛氏氏氏氏法法法法测测测测定定定定的的的的原原原原理理理理与与与与布布布布氏氏氏氏法法法法相相相相似似似似，但但但但系系系系根根根根据据据据压压压压头头头头压压压压入入入入试试试试件件件件的的的的深深深深度度度度来来来来表表表表示示示示硬硬硬硬度度度度值值值值，洛洛洛洛氏氏氏氏法法法法压压压压痕痕痕痕很很很很小

31、小小小，常常常常用用用用于于于于判判判判定定定定工件的热处理效果。工件的热处理效果。工件的热处理效果。工件的热处理效果。5. 5. 5. 5. 耐疲劳性耐疲劳性耐疲劳性耐疲劳性在在在在反反反反复复复复荷荷荷荷载载载载作作作作用用用用下下下下的的的的结结结结构构构构构构构构件件件件，钢钢钢钢材材材材往往往往往往往往在在在在应应应应力力力力远远远远小小小小于于于于抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度时时时时发发发发生生生生断断断断裂裂裂裂，这这这这种种种种现现现现象象象象称称称称为为为为钢钢钢钢材材材材的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏。疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏的的的的危危危危险险险险

32、应应应应力力力力用用用用疲疲疲疲劳劳劳劳极极极极限限限限来来来来表表表表示示示示，它它它它是是是是指指指指疲疲疲疲劳劳劳劳试试试试验验验验中中中中，试试试试件件件件在在在在交交交交变变变变应应应应力力力力作作作作用用用用下下下下，于于于于规规规规定定定定的的的的周周周周期期期期基基基基数数数数内内内内不不不不发发发发生生生生断断断断裂裂裂裂所所所所能能能能承承承承受的最大应力。受的最大应力。受的最大应力。受的最大应力。一一一一般般般般认认认认为为为为，钢钢钢钢材材材材的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳破破破破坏坏坏坏是是是是由由由由拉拉拉拉应应应应力力力力引引引引起起起起的的的的，因因因因此此此此，钢

33、钢钢钢材材材材的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳极极极极限限限限与与与与其其其其抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度有有有有关关关关，一一一一般般般般抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度高高高高，其其其其疲疲疲疲劳劳劳劳极极极极限限限限也也也也较较较较高高高高。由由由由于于于于疲疲疲疲劳劳劳劳裂裂裂裂纹纹纹纹是是是是在在在在应应应应力力力力集集集集中中中中处处处处形形形形成成成成和和和和发发发发展展展展的的的的，故故故故钢钢钢钢材材材材的的的的疲疲疲疲劳劳劳劳极极极极限限限限不不不不仅仅仅仅与与与与其其其其内内内内部部部部组组组组织织织织有有有有关关关关，也也也也和和和和表表表表面面面面质质质质量量量量有有有有

34、关关关关。6. 6. 焊接性能焊接性能钢钢材材的的可可焊焊性性是是指指焊焊接接后后在在焊焊缝缝处处的的性性质质与与母母材材性性质质的的一一致致程程度度。影影响响钢钢材材可可焊焊性性的的主主要要因因素素是是化化学学成成分分及及含含量量。如如硫硫产产生生热热脆脆性性，使使焊焊缝缝处处产产生生硬硬脆脆及及热热裂裂纹纹。又又如如，含含碳碳量量超超过过0.30.3，可可焊焊性性显显著著下下降降等。等。第三节第三节钢材的化学成分及晶体组织钢材的化学成分及晶体组织1. 1. 钢材的化学成分及对性能的影响钢材的化学成分及对性能的影响钢钢材材的的化化学学成成分分主主要要是是指指碳碳、硅硅、锰锰、硫硫、磷磷等

35、等，在在不不同同情情况况下下往往往往还还需需考考虑虑氧氧、氮及各种合金元素。氮及各种合金元素。（1 1）碳碳：土土木木工工程程用用钢钢材材含含碳碳量量不不大大于于0.80.8。在在此此范范围围内内，随随着着钢钢中中碳碳含含量量的的提提高高，强强度度和和硬硬度度相相应应提提高高，而而塑塑性性和和韧韧性性则则相相应应降降低低，碳碳还还可可显显著著降降低低钢钢材材的的可可焊焊性性，增增加加钢钢的的冷冷脆脆性性和和时时效效敏敏感感性性，降降低抗大气锈蚀性。低抗大气锈蚀性。（2 2）硅：当硅在钢中的含量较低（小）硅：当硅在钢中的含量较低（小于于1%1%）时，可提高钢材的强度，而对塑）时，可提高钢材的

36、强度，而对塑性和韧性影响不明显。性和韧性影响不明显。（）锰：锰是我国低合金钢的主加合（）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在金元素，锰含量一般在1%1%范围内，范围内，它的作用主要是使强度提高，锰还能消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，使钢材的热加减硫和氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改善。工性质改善。（）硫硫：硫硫是是很很有有害害元元素素。呈呈非非金金属属硫硫化化物物夹夹杂杂物物存存在在于于钢钢中中，具具有有强强烈烈的的偏偏析析作作用用，降降低低各各种种机机械械性性能能。硫硫化化物物造造成成的的低低熔熔点点使使钢钢在在焊焊接接时时易易于于产产生生热热裂裂纹

37、纹，显显著著降降低低可可焊焊性。性。（）磷磷：为为有有害害元元素素，含含量量提提高高，钢钢材材的的强强度度提提高高，塑塑性性和和韧韧性性显显著著下下降降，特特别别是是温温度度愈愈低低，对对韧韧性性和和塑塑性性的的影影响响愈愈大大，磷磷在在钢钢中中的的偏偏析析作作用用强强烈烈，使使钢钢材材冷冷脆脆性性增增大大，并并显显著著降降低低钢钢材材的的可可焊焊性性。磷磷可可提提高高钢钢的的耐耐磨磨性性和和耐耐腐腐蚀蚀性性，在在低低合合金金钢钢中中可可配配合合其其他他元元素作为合金元素使用。素作为合金元素使用。（）氧氧氧氧：为为为为有有有有害害害害元元元元素素素素。主主主主要要要要存存存存在在在在于于于于

38、非非非非金金金金属属属属夹夹夹夹杂杂杂杂物物物物内内内内，可可可可降降降降低低低低钢钢钢钢的的的的机机机机械械械械性性性性能能能能，特特特特别别别别是是是是韧韧韧韧性性性性，氧氧氧氧有有有有促促促促进进进进时时时时效效效效倾倾倾倾向向向向的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。的作用，氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差。（）氮氮氮氮：氮氮氮氮对对对对钢钢钢钢材材材材性性性性质质质质的的的的影影影影响响响响与与与与碳碳碳碳、磷磷磷磷相相相相似似似似，使使使使钢钢钢钢材材材材的的的的强强强强度度度

39、度提提提提高高高高，塑塑塑塑性性性性特特特特别别别别是是是是韧韧韧韧性性性性显显显显著著著著下下下下降降降降。氮氮氮氮可可可可加加加加剧剧剧剧钢钢钢钢材材材材的的的的时时时时效效效效敏敏敏敏感感感感性性性性和和和和冷冷冷冷脆脆脆脆性性性性，降降降降低低低低可可可可焊焊焊焊性性性性。在在在在有有有有铝铝铝铝、妮妮妮妮、钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。钒等的配合下，氮可作为低合金钢的合金元素使用。 |（）钛钛：钛钛是是强强脱脱氧氧剂剂。它它能能显显著著提提高高强强度度，改改善善韧韧性和可焊性，

40、减少时效倾向，是常用的合金元素。性和可焊性，减少时效倾向，是常用的合金元素。| （）钒钒：钒钒是是强强的的碳碳化化物物和和氮氮化化物物形形成成元元素素。能能有有效效提提高高强强度度，并并能能减减少少时时效效倾倾向向，但但增增加加焊焊接接时时的的淬淬硬硬倾向倾向。2. 2. 2. 2. 钢材的晶体组织钢材的晶体组织钢材的晶体组织钢材的晶体组织钢钢钢钢是是是是铁铁铁铁碳碳碳碳合合合合金金金金晶晶晶晶体体体体。晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构中中中中各各各各个个个个原原原原子子子子是是是是以以以以金金金金属属属属键键键键相相相相结结结结合合合合的的的的，这这这这是是是是钢钢钢钢材材材材具具具具有有

41、有有较较较较高高高高强强强强度度度度和和和和良良良良好好好好塑塑塑塑性性性性的的的的基基基基础础础础。原原原原子子子子在在在在晶晶晶晶粒粒粒粒中中中中排排排排列列列列的的的的规规规规律律律律不不不不同同同同可可可可以以以以形形形形成成成成不不不不同同同同的的的的晶晶晶晶格格格格，如如如如体体体体心心心心立立立立方方方方晶晶晶晶格格格格是是是是原原原原子子子子排排排排列列列列在在在在一一一一个个个个正正正正六六六六面面面面体体体体的的的的中中中中心心心心和和和和各各各各个个个个顶顶顶顶点点点点而而而而构构构构成成成成的的的的空空空空间间间间格格格格子子子子；面面面面心心心心立立立立方方方方体体体

42、体晶晶晶晶格格格格是是是是原原原原子子子子排排排排列列列列在在在在一一一一个个个个正正正正六六六六面面面面体体体体的的的的各各各各个个个个顶顶顶顶点点点点和和和和六六六六个个个个面面面面的的的的中中中中心心心心而而而而构构构构成成成成的的的的空空空空间间间间格格格格子子子子。铁铁铁铁和和和和碳碳碳碳两两两两种种种种元元元元素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织。素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织。素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织。素可以不同的形态存在，这种形态称为晶体组织。2.2 2.2 钢的基本晶体组织钢的基本晶体组织碳碳素素钢钢冶冶炼炼时时在在钢钢水水冷冷却却过过程

43、程中中，其其FeFe和和有以下三种结合形式：有以下三种结合形式：固固溶溶体体铁铁（FeFe）中中固固溶溶着着微微量量的的碳碳( (C)C)；化合物化合物铁和碳结合成化合物铁和碳结合成化合物FeFe3 3；机械混合物机械混合物固溶体和化合物的混合物。固溶体和化合物的混合物。以以上上三三种种形形式式的的FeFe合合金金，于于一一定定条条件件下下能能形形成成具具有有一一定定形形态态的的聚聚合合体体，称称为为钢钢的的组组织织，在在显显微微镜镜下下能能观观察察到到它它们们的的微微观观形形貌貌图图像像，故也称显微组织。故也称显微组织。钢的基本组织主要有以下几种：钢的基本组织主要有以下几种：（）铁

44、素体（）铁素体钢钢材材中中的的铁铁素素体体为为在在一一FeFe中中的的固固溶溶体体，由由于于一一FeFe体体心心立立方方晶晶格格的的原原子子间间空空隙隙小小，溶溶碳碳能能力力较较差差，故故铁铁素素体体含含量量很很少少（小小于于0.020.02），由由此此决决定定其其塑塑性性、韧性很好，但强度、硬度很低。韧性很好，但强度、硬度很低。（）奥氏体（）奥氏体奥奥氏氏体体为为在在一一FeFe中中的的固固溶溶体体，溶溶碳碳能能力力较较强强，高高温温时时含含碳碳量量可可达达2.062.06，低低温温时时下下降降至至0.80.8。其其强强度度、硬硬度度不不高高，但塑性好，在高温下易于轧制成型。但塑性好，

45、在高温下易于轧制成型。（）渗渗碳碳体体：渗渗碳碳体体为为铁铁和和碳碳的的化化合合物物FeFe3 3C C ，其其含含量量高高（达达6.676.67），晶晶体体结结构构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。（）珠珠光光体体：珠珠光光体体为为铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物，含含量量较较低低（0.80.8），层层状状结结构，塑性较好，强度和硬度较高。构，塑性较好，强度和硬度较高。第第4 4节节. . 钢材的冷加工和热处理钢材的冷加工和热处理1. 1. 钢材的冷加工钢材的冷加工将将钢钢材材在在常常温温下下进进行行冷冷拉拉、冷冷拔拔或或冷冷轧轧

46、，使使产产生生塑塑性性变变形形，从从而而提提高高屈屈服服强强度度，这这个过程称为钢材的冷加工强化。个过程称为钢材的冷加工强化。冷冷加加工工强强化化的的原原理理是是：钢钢材材在在塑塑性性变变形形中中晶晶格格的的缺缺陷陷增增多多，而而缺缺陷陷的的晶晶格格严严重重畸畸变变，对对晶晶格格的的进进一一步步滑滑移移将将起起到到阻阻碍碍作作用用，故故钢钢材材的的屈屈服服点点提提高高，塑塑性性和和韧韧性性降降低。低。工工地地或或预预制制厂厂钢钢筋筋混混凝凝土土施施工工中中常常利利用用这这一一原原理理，对对钢钢筋筋或或低低碳碳钢钢盘盘条条按按一一定定制制度度进行冷拉或冷拔加工，以提高屈服强度。进行冷拉或冷拔

47、加工，以提高屈服强度。2.4.2时效处理冷加工处理后的钢筋，在常温下存放15-20d，或加热至100-200后保持一定时间（2-3h），其屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性进一步降低，弹性模量则基本恢复，这个过程称为时效处理。时效处理有两种方法：（1）自然时效：在常温下存放15-20d。适宜于低强度钢筋。（2）人工时效：加热至100-200后保持一定时间（2-3h）。适宜于高强度钢筋。冷冷拉拉以以后后再再经经过过时时效效处处理理的的钢钢筋筋，其其屈屈服服点点进进一一步步提提高高，抗抗拉拉强强度度稍稍见见增增长长，塑塑性性继继续续有有所所降降低低。由由于于时时效效过过程程中中应

48、应力力的的消消减，故弹性模量可基本恢复。减，故弹性模量可基本恢复。钢钢材材产产生生时时效效的的主主要要原原因因是是，溶溶于于一一FeFe中中的的碳碳、氮氮原原子子，向向晶晶格格缺缺陷陷处处移移动动和和集集中中的的速速度度大大为为加加快快，这这将将使使滑滑移移面面缺缺陷陷处处碳碳、氮氮原原子子富富集集，使使晶晶格格畸畸变变加加剧剧，造造成成其其滑滑移移、变变形形更更为为困困难难，因因而而强强度度进进一一步步提提高高，塑塑性性和和韧韧性性则则进进一一步步降降低低，而而弹弹性性模量则基本恢复。模量则基本恢复。2. 2. 钢材的热处理钢材的热处理按按照照一一定定的的制制度度，将将钢钢材材加加热热到

49、到一一定定的的温温度度，在在此此温温度度下下保保持持一一定定的的时时间间，再再以以一一定定的的速速度度和和方方式式进进行行冷冷却却，以以使使钢钢材材内内部部晶晶体体组组织织和和显显微微结结构构按按要要求求进进行行改改变变，或或者者消消除除钢钢中中的的内内应应力力，从从而而获获得得人人们们所所需需求求的的机机械械力力学学性性能能，这一过程就称为钢材的热处理。这一过程就称为钢材的热处理。钢材的热处理通常有以下几种基本方法：钢材的热处理通常有以下几种基本方法： ( () ) 淬淬火火。将将钢钢材材加加热热至至723723（相相变变温温度度）以以上上某某一一温温度度，并并保保持持一一定定时时间间后后

50、，迅迅速速置置于于水水中中或或机机油油中中冷冷却却，这这个个过过程程称称钢钢材材的的淬淬火火处处理理。钢钢材材经经淬淬火火后后，强强度度和和硬硬度度提提高高，脆脆性性增增大，塑性和韧性明显降低大，塑性和韧性明显降低。( () ) 回回火火。将将淬淬火火后后的的或或比比较较热热脆脆, ,存存在在内内应应力力的的钢钢材材重重新新加加热热到到723723以以下下某某一一温温度度范范围围，保保温温一一定定时时间间后后再再缓缓慢慢地地或或较较快快地地冷冷却却至至室室温温，这这一一过过程程称称为为回回火火处处理理。回回火火可可消消除除钢钢材材淬淬火火时时产产生生的的内内应应力力，使使其其硬硬度度降降低低，

51、恢恢复复塑塑性性和和韧韧性性。回回火火温温度度愈愈高高，钢钢材材硬硬度度下下降降愈愈多多，塑塑性性和和韧韧性性等等性性能能均均得得以以改改善善。若若钢钢材材淬淬火火后后随随即即进进行行高高温温回回火火处处理理，则则称称调调质质处处理理，其其目目的的是是使使钢钢材材的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性等等性性能能均均得得以以改改善。善。（）退退火火。退退火火是是指指将将钢钢材材加加热热至至723723以以上上某某一一温温度度( (完完全全退退火火) )或或以以下下( (低低温温退退火火) )，保保持持相相当当时时间间后后，在在退退火火炉炉中中缓缓慢慢冷冷却却。退退火火能能消消除除钢钢材材中中的的内内

52、应应力力，细细化化晶晶粒粒，均均匀匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。（）正正火火。是是将将钢钢材材加加热热到到723723以以上上某某一一温温度度，并并保保持持相相当当长长时时间间，然然后后在在空空气气中中缓缓慢慢冷冷却却，则则可可得得到到均均匀匀细细小小的的显显微微组组织织。钢钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小第五节第五节建筑钢材的技术标准建筑钢材的技术标准1. 1. 建筑钢材的主要钢种建筑钢材的主要钢种（1 1）碳素结构钢）碳素结构钢按按国国家家标标准准GB700-88GB700-88规规定定，我我国

53、国碳碳素素结结构构钢钢分分五五个个牌牌号号，即即195195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255和和Q275Q275。各各牌牌号号钢钢又又按按其其硫硫、磷磷含含量量由由多多至至少少分为、四个质量等级。分为、四个质量等级。碳碳素素结结构构钢钢的的牌牌号号表表示示按按顺顺序序由由代代表表屈屈服服点点的的字字母母（Q Q）、屈屈服服点点数数值值（/ /mmmm2 2）、质质量量等等级级符符号号( (A A、B B、C C、D)D)、脱脱氧氧程程度度符符号号( (F F、B B、Z Z、TZ)TZ)等等四四部部分分组组成成。例例如如Q235-A.F.Q235-A.F.，它它表表示示：

54、屈屈服服点点为为235235N N2 2的的平平炉炉或或氧氧气气转转炉炉冶冶炼炼的的级级沸沸腾腾碳碳素素结结构构钢钢。当当为为镇镇静静钢钢或或特特殊殊镇镇静静钢钢时时，则则牌牌号号表表示示“”与与“Z”Z”符号可予以省略。符号可予以省略。表表2-32-3化学成分化学成分表表2-42-4力学性能力学性能表表2-52-5工艺性工艺性能能Q195-强度不高，塑性、韧性、加工性能与焊接性能较好，主要用于扎制薄板和盘条。Q215-基本与Q195相同，强度稍高，大量用作管坯、螺栓。Q235-强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，大量用于制作钢筋、型钢和钢板。Q255

55、-强度高、塑性和韧性稍差，不易冷弯加工，可焊性差，主要用作铆接或拴接结构，以及钢筋混凝土的配筋。2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢大部分为镇静钢，对有害杂质含量控制严格，质大部分为镇静钢，对有害杂质含量控制严格，质量稳定，综合性能好，但成本较高。分为普通含锰量稳定，综合性能好，但成本较高。分为普通含锰量量(0.35_0.8%)(0.35_0.8%)与较高含锰量与较高含锰量(0.7_1.2%)(0.7_1.2%)两大组两大组. .3131个牌号，如个牌号，如“ “1010F F” ” “ “45Mn 45Mn ” ” “ “3030” ”。性能主要取决于含碳量。含碳量越高，强度高，性能主要取决

56、于含碳量。含碳量越高，强度高，但塑性和韧性降低。但塑性和韧性降低。30304545号主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺号主要用于重要结构的钢铸件和高强度螺栓等，栓等，4545用作预应力混凝土锚具。用作预应力混凝土锚具。65658080号用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。号用于生产预应力混凝土用钢丝和钢绞线。按照低合金高强度结构钢（GBT15911994）规定共分20个钢号。牌号由代表钢材屈服强度的字母“”、屈服强度数值、质量等级符号（、）三个部分按顺序组成。例如：Q295A，表示屈服强度为不小于295MPa，质量等级为级的低合金结构钢2. 2. 2. 2. 钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用

57、钢钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢 (1) (1) (1) (1) 热轧钢筋热轧钢筋热轧钢筋热轧钢筋根根根根据据据据表表表表面面面面特特特特征征征征不不不不同同同同，热热热热轧轧轧轧钢钢钢钢筋筋筋筋分分分分为为为为光光光光圆圆圆圆钢钢钢钢筋筋筋筋和和和和带带带带肋肋肋肋钢钢钢钢筋筋筋筋。根根根根据据据据强强强强度度度度的的的的高高高高低低低低，热热热热轧轧轧轧钢钢钢钢筋筋筋筋又又又又分分分分为为为为不不不不同同同同的的的的强强强强度度度度等等等等级级级级，各各各各强强强强度度度度等等等等级级级级热热热热轧轧轧轧钢钢钢钢筋筋筋筋的的的的技技技技术术术术标标标标准准准准见见见见表表表表2-8

58、 2-8 2-8 2-8 。我我我我国国国国热热热热轧轧轧轧钢钢钢钢筋筋筋筋标标标标准准准准，按按按按屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度、抗抗抗抗拉拉拉拉强强强强度度度度等等等等力力力力学学学学性性性性能能能能分分分分为为为为I I I IIVIVIVIV级级级级，四四四四个个个个强强强强度度度度等等等等级级级级的的的的钢钢钢钢筋筋筋筋中中中中，除除除除I I I I级级级级钢钢钢钢筋筋筋筋为为为为低低低低碳碳碳碳钢钢钢钢外外外外，其其其其余余余余三三三三级级级级热热热热轧轧轧轧带带带带肋肋肋肋钢钢钢钢筋筋筋筋均均均均为为为为低低低低合合合合金金金金钢钢钢钢。其其其其牌牌牌牌号号号号由由由由HR

59、BHRBHRBHRB和和和和规规规规定定定定屈屈屈屈服服服服强强强强度度度度最最最最小小小小值值值值构构构构成成成成。、分分分分别别别别为为为为热热热热轧轧轧轧、肋肋肋肋、钢钢钢钢筋筋筋筋的的的的英英英英文文文文名名名名称的第一个字母称的第一个字母称的第一个字母称的第一个字母。（2 2）钢筋混凝土用冷拉钢筋钢筋混凝土用冷拉钢筋为为了了提提高高钢钢筋筋的的强强度度及及节节约约钢钢筋筋，工工地地上上常常按按施施工工规规程程，控控制制一一定定的的冷冷拉拉应应力力或或冷冷拉拉率率，对对热热轧轧钢钢筋筋进进行行冷冷拉拉。冷冷拉拉钢钢筋筋的的力力学学性性能能应应符符合合规规范范规规定定的的要要求求。冷冷

60、拉拉后后不不得得有裂纹、起层等现象。有裂纹、起层等现象。（3 3）预应力混凝土用热处理钢筋）预应力混凝土用热处理钢筋预预应应力力混混凝凝土土用用热热处处理理钢钢筋筋是是用用88、1010（）的的热热轧轧带带肋肋钢钢筋筋经经淬淬火火和和回回火火等等调质处理而成，代号为调质处理而成，代号为。预预应应力力混混凝凝土土用用热热处处理理钢钢筋筋的的优优点点是是：强强度度高高，可可代代替替高高强强钢钢丝丝使使用用；配配筋筋根根数数少少，节节约约钢钢材材；锚锚固固性性好好，不不易易打打滑滑，预预应应力力值值稳稳定定；施施工工简简便便，开开盘盘后后钢钢筋筋自自然然伸伸直直，不不需需调调直直及及焊焊接接。

61、主主要要用用于于预预应应力力钢钢筋筋混混凝凝土土轨轨枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。枕，也用于预应力梁、板结构及吊车梁等。（4 4）冷轧带肋钢筋）冷轧带肋钢筋冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋是是采采用用由由普普通通低低碳碳钢钢或或低低合合金金钢钢热热轧轧的的圆圆盘盘条条为为母母材材，经经冷冷轧轧减减径径后后在在其其表表面面冷冷轧轧成成二二面面或或三三面面有有肋肋的的钢钢筋筋。冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋是是热热轧轧圆圆盘盘钢钢筋筋的的深深加加工工产产品品，是是一一种新型高效建筑钢材。种新型高效建筑钢材。冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋按按抗抗拉拉强强度度分分为为5 5级级，其其代代号号为为CRB550CRB

62、550、CRB650 CRB650 、CRB800 CRB800 、CRB970 CRB970 、和和CRB1170CRB1170，（CRBCRB为为Cold Cold rolling rolling ribbed ribbed steel steel bar)bar)，后后面面的的数数字字表表示示钢钢筋筋抗抗拉拉强强度度等级数值。等级数值。冷轧带肋钢筋的公称直径范围为冷轧带肋钢筋的公称直径范围为- -1212。冷冷轧轧带带肋肋钢钢筋筋的的力力学学性性能能和和工工艺艺性性能能应应符合符合表表2-72-7（P40)P40)的要求。的要求。（5 5）冷拔低碳钢丝）冷拔低碳钢丝冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝

63、丝是是将将直直径径为为6.56.58 8的的Q235Q235热热轧轧盘盘条条钢钢筋筋经经冷冷拔拔加加工工而而成成。冷冷拔拔低低碳碳钢钢丝丝分分为为甲甲、乙乙两两级级，甲甲级级丝丝适适用用于于作作预预应应力力筋筋，乙乙级级丝丝适适用用于于作作焊焊接接网网、焊焊接接骨骨架架、箍箍筋筋和和构造钢筋。其力学性能应符合有关规定。构造钢筋。其力学性能应符合有关规定。（6 6）预应力混凝土用钢丝及钢绞线）预应力混凝土用钢丝及钢绞线大大型型预预应应力力混混凝凝土土构构件件，由由于于受受力力很很大大，常常采采用用高高强强度度钢钢丝丝或或钢钢绞绞线线作作为为主主要要受受力力钢钢筋筋。预预应应力力高高强强度度钢钢

64、丝丝是是用用优优质质碳碳素素结结构构钢钢盘盘条条，经经酸酸洗洗、冷冷拉拉或或再再经经回回火火处处理理等等工工艺艺制制成成，钢钢铰铰线线是是由由根根直直径径为为2.52.55.05.0的的高高强强度度钢钢丝丝，铰铰捻捻后后经经一一定定热热处处理理清清除除内内应应力力而而制制成成。铰铰捻捻方方向向一一般般为左捻为左捻。| 预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝（代号预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝（代号）、矫直回火钢丝（代号）和矫直回火刻）、矫直回火钢丝（代号）和矫直回火刻痕钢丝（代号痕钢丝（代号JKJK）三种。前二种其公称直径有三种。前二种其公称直径有、三种，它们的抗拉强度三种，它们的抗拉强度b b达达

65、15001500MPaMPa以上，屈服强度以上，屈服强度0.20.2可达可达11001100MPaMPa以上。以上。| 预应力混凝土用钢绞线直径有预应力混凝土用钢绞线直径有9.09.0、12.012.0和和15.015.0三种，整根破坏负荷可达三种，整根破坏负荷可达220220kNkN，屈服负荷可达屈服负荷可达187187kNkN。钢绞线主要用于大跨度、钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。结构的预应力筋。第六节第六节建筑钢材的锈蚀与防止建筑钢材的锈蚀与防止1 1 钢材的锈蚀钢材的锈蚀钢钢材材的的锈锈蚀蚀是是

66、指指其其表表面面与与周周围围介介质质发发生生化化学学反反应应而而遭遭到到的的破破坏坏。根根据据锈锈蚀蚀作作用用的的机机理理，钢钢材材的的锈锈蚀蚀可可分分为为化化学学锈锈蚀蚀和和电电化学锈蚀两种：化学锈蚀两种：（）化学锈蚀（）化学锈蚀化化学学锈锈蚀蚀是是指指钢钢材材直直接接与与周周围围介介质质发发生生化化学学反反应应而而产产生生的的锈锈蚀蚀。这这种种锈锈蚀蚀多多数数是是氧氧化化作作用用，使使钢钢材材表表面面形形成成疏疏松松的的氧氧化化物。物。（）电化学锈蚀（）电化学锈蚀（）电化学锈蚀（）电化学锈蚀电电电电化化化化学学学学锈锈锈锈蚀蚀蚀蚀是是是是指指指指钢钢钢钢材材材材与与与与电电电电解解

67、解解质质质质溶溶溶溶液液液液接接接接触触触触而而而而产产产产生生生生电电电电流流流流，形形形形成成成成微微微微电电电电池池池池而而而而引引引引起起起起的的的的锈锈锈锈蚀蚀蚀蚀。潮潮潮潮湿湿湿湿环环环环境境境境中中中中的的的的钢钢钢钢材材材材表表表表面面面面会会会会被被被被一一一一层层层层电电电电解解解解质质质质水水水水膜膜膜膜所所所所覆覆覆覆盖盖盖盖，而而而而钢钢钢钢材材材材是是是是由由由由铁铁铁铁素素素素体体体体、渗渗渗渗碳碳碳碳体体体体及及及及游游游游离离离离石石石石墨墨墨墨等等等等多多多多种种种种成成成成分分分分组组组组成成成成，由由由由于于于于这这这这些些些些成成成成分分分分的的的的电

68、电电电极极极极电电电电位位位位不不不不同同同同，首首首首先先先先，钢钢钢钢的的的的表表表表面面面面层层层层在在在在电电电电解解解解质质质质溶溶溶溶液液液液中中中中构构构构成成成成以以以以铁铁铁铁素素素素体体体体为为为为阳阳阳阳极极极极，以以以以渗渗渗渗碳碳碳碳体体体体为为为为阴阴阴阴极极极极的的的的微微微微电电电电池池池池。在在在在阳阳阳阳极极极极，铁铁铁铁失失失失去去去去电电电电子子子子成成成成为为为为FeFeFeFe2+2+2+2+进进进进入入入入水水水水膜膜膜膜；在在在在阴极，溶于水膜中的氧被还原生成阴极，溶于水膜中的氧被还原生成阴极，溶于水膜中的氧被还原生成阴极，溶于水膜中的氧被还原生

69、成。随随随随后后后后两两两两者者者者结结结结合合合合生生生生成成成成不不不不溶溶溶溶于于于于水水水水的的的的FeFeFeFe（OHOHOHOH）2 2 2 2，并并并并进进进进一一一一步步步步氧氧氧氧化化化化成成成成为为为为疏疏疏疏松松松松易易易易剥剥剥剥落落落落的的的的红红红红棕棕棕棕色色色色铁铁铁铁锈锈锈锈FeFeFeFe（OHOHOHOH）3 3 3 3。由由由由于于于于铁铁铁铁素素素素体体体体基基基基体体体体的的的的逐逐逐逐渐渐渐渐锈锈锈锈蚀蚀蚀蚀，钢钢钢钢组组组组织织织织中中中中的的的的渗渗渗渗碳碳碳碳体体体体等等等等暴暴暴暴露露露露出出出出来来来来的的的的越越越越来来来来越越越越

70、多多多多，形形形形成成成成的的的的微微微微电电电电池池池池数数数数目目目目也也也也越越越越来来来来越越越越多，钢材的锈蚀速度愈益加速。多，钢材的锈蚀速度愈益加速。多，钢材的锈蚀速度愈益加速。多，钢材的锈蚀速度愈益加速。|2 2 防止钢材锈蚀的措施防止钢材锈蚀的措施| 钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆。钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等。面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢面漆有调和漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁钢材可采用热浸镀锌等措施。材可采用热浸镀锌等措施。| 混凝土配筋的防锈措施，根据结

71、构的性质和混凝土配筋的防锈措施，根据结构的性质和所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、保所处环境条件等，主要是保证混凝土的密实、保证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量证足够的保护层厚度、限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等，还可掺用阻锈剂。和保证混凝土一定的碱度等，还可掺用阻锈剂。| 钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，因。通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素，可有效地提高钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时可有效地提高钢材的抗腐蚀能力。例如，炼钢时在钢中加入铬、镍等合金元素，可制得不锈钢。在钢中

74、据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过示钢材在正常工作时承受应力不超过ss值；值；屈服点与抗拉强度的比值（屈服点与抗拉强度的比值（ssb b）称为屈称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠强比。它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（程度；伸长率（）表示钢材的塑性变形能力。表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过ss时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免时，随着发生

75、塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。结构物的破坏。|例2-3 简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。|解| 碳素钢中基本组织的相对含量与其含量关系密切，当含量小于0.8时，钢的基本组织由铁素体和珠光体组成，其间随着含量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、韧性逐渐降低。| 当含C量为0.8时，钢的基本组织仅为珠光体。当含C量大于0.8时，钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成，此后随含量增加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增，从而使钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减小，且强度下降。|例例2-42-4碳素结构钢是如何划分牌号的？说明碳素结构钢是如何划分牌号的

76、？说明Q235Q235AFAF和和Q235Q235号钢在性能上有何区别？号钢在性能上有何区别？|解解|碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q Q）、）、屈服点数值（屈服点数值（/ /mmmm2 2）、）、质量等级符号质量等级符号( (A A、B B、C C、D)D)、脱氧程度符号脱氧程度符号( (F F、B B、Z Z、TZ)TZ)等四部分组成。等四部分组成。|Q235AFQ235AF和和Q235DQ235D均为均为235235碳素结构钢，是建筑碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要

77、表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235DQ235D磷、磷、硫含量均少于硫含量均少于Q235AF, Q235AF, 质量较好，按脱氧程度衡量质量较好，按脱氧程度衡量Q235DQ235D为震静钢，质量最好，为震静钢，质量最好，Q235AF Q235AF 为沸腾为沸腾钢。钢。Q235AFQ235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构。而的结构。而Q235DQ235D可适用于动荷载作用或处在低温环境可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件下的工作条件。|例例2-5 2-5 何谓钢的冷加工强化及时效

78、处理？冷拉并时效何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？处理后的钢筋性能有何变化？|解解|在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。|时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放15152020天，或者加热到天，或者加热到100100200200，并保持，并保持2 2小时以内，这小时以内

79、，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。理称为人工时效。|冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高冷拉并时效处理后的钢筋，其屈服点提高20202525，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。本恢复。在在建建筑筑工工地地和和混混凝凝土土预预制制厂厂，经经常常对对比比使使用用要要求求的的强强度度偏偏低低和和塑塑性性偏偏大大的的钢钢筋筋或或低低碳碳盘盘条条钢钢筋筋进进行行冷冷拉拉或或冷冷拔拔并并时时效效处处理理，以以提提高高屈屈服服强强度度和和利利用用率率，节节省省钢钢材材。同同时时还还兼兼有有调调直直、除除锈锈的的作作用用。这这种种加加工工所所用用机机械械比比较较简简单单，容容易易操操作作，效果明显，所以建筑工程中常采取此法。效果明显，所以建筑工程中常采取此法。

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第2章 建筑金属材料

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