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1、土木工程材料第二章第二章 金属材料金属材料土木材料建筑钢材最新|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
2、大于高碳钢（含碳量大于0.600.60）土木材料建筑钢材最新|（）合合金金钢钢。是是指指在在炼炼钢钢过过程程中中，有有意意识识地地加加入入一一种种或或多多种种能能改改善善钢钢材材性性能能的的合合金金元元素素而而制制得得的的钢钢种种。常常用用合合金金元元素素有有：硅硅、锰锰、钛钛、钒钒、铌铌、铬铬等等。按按合合金金元元素素总含量的不同，合金钢可分为总含量的不同，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）|中合金钢（合金元素总含量为中合金钢（合金元素总含量为1010）|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1010）。）。土木材料建筑钢材最新|2.
3、 2. 按冶炼时脱氧程度分类按冶炼时脱氧程度分类|（）沸沸腾腾钢钢。炼炼钢钢时时仅仅加加入入锰锰铁铁进进行行脱脱氧氧，则则脱脱氧氧不不完完全全。这这种种钢钢水水浇浇入入锭锭模模时时，会会有有大大量量的的气气体体从从钢钢水水中中外外逸逸，引引起起钢钢水水呈呈沸沸腾腾状状，故故称称沸沸腾腾钢钢，代代号号为为“。沸沸腾腾钢钢组组织织不不够够致致密密，成成分分不不太太均均匀匀，硫硫、磷磷等等杂杂质质偏偏析析较较严严重重，故故质质量量较较差差。但但因因其其成成本本低低、产产量量高，故被广泛用于一般建筑工程。高，故被广泛用于一般建筑工程。土木材料建筑钢材最新|（）镇镇静静钢钢。炼炼钢钢时时采采用用锰锰铁铁
4、、硅硅铁铁和和铝铝锭锭等等作作脱脱氧氧剂剂，脱脱氧氧完完全全，且且同同时时能能起起去去硫硫作作用用。这这种种钢钢水水铸铸锭锭时时能能平平静静地地充充满满锭锭模模并并冷冷却却凝凝固固，故故称称镇镇静静钢钢，代代号号为为“”。镇镇静静钢钢虽虽成成本本较较高高，但但其其组组织织致致密密，成成分分均均匀匀，性性能能稳稳定定，故故质质量量好好。适适用用于于预预应应力力混凝土等重要的结构工程混凝土等重要的结构工程。土木材料建筑钢材最新|（）半半镇镇静静钢钢。脱脱氧氧程程度度介介于于沸沸腾腾钢钢和和镇镇静静钢钢之之间间，为为质质量量较较好好的的钢钢，其其代代号号为为“”。|（）特特殊殊镇镇静静钢钢。比比镇镇
5、静静钢钢脱脱氧氧程程度度还还要要充充分分彻彻底底的的钢钢，故故其其质质量量最最好好，适适用用于于特别重要的结构工程，代号为特别重要的结构工程，代号为“TZ”“TZ”。土木材料建筑钢材最新|3. 3. 按有害杂质含量分类按有害杂质含量分类 接钢中有害杂质磷（）和硫接钢中有害杂质磷（）和硫（S S）含量的多少，钢材可分为以）含量的多少，钢材可分为以下四类：下四类：（）（）普通钢普通钢。磷含量不大于。磷含量不大于0.0450.045；硫含量不大于；硫含量不大于0.050%0.050%。（）（）优质钢优质钢。 磷含量不大于磷含量不大于0.035%0.035%；硫含量不大于；硫含量不大于0.035%0.
6、035%。（）（）高级优质钢高级优质钢。磷含量不大于。磷含量不大于0.025%0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%0.015%。（）（）特级优质钢特级优质钢。磷含量不大于。磷含量不大于0.025%0.025%；硫含量不大于；硫含量不大于0.015%0.015%。土木材料建筑钢材最新|第二节第二节 钢材的技术性质钢材的技术性质|1. 1. 抗拉性能抗拉性能|抗抗拉拉性性能能是是建建筑筑钢钢材材最最重重要要的的技技术术性性质质。其其技技术术指指标标为为由由拉拉力力试试验验测测定定的的屈屈服服点点、抗抗拉拉强强度度和和伸伸长长率率。低低碳碳钢钢（软软钢钢）受受拉拉的的应应力力一一应应
7、变变图图能能够够较较好好地地解解释释这这些些重重要要的的技技术术指指标标，见见图图2 2. .低低碳碳钢钢受受拉拉时时的的应应力力一一应应变变图图土木材料建筑钢材最新土木材料建筑钢材最新|（）屈服点：当试件拉力在（）屈服点：当试件拉力在 范围内时，如卸去拉力，试件能恢范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为常数，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。当因此，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对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段时，称屈服下限阶段时，称屈服下限下下所对应所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做的应力为屈服强度或屈服点，记做s s
8、。设计时一般以。设计时一般以s s作为强度取值作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以规定以0.20.2残余变形时的应力残余变形时的应力0.20.2作为屈服强度。作为屈服强度。土木材料建筑钢材最新|（）抗拉强度：从图（）抗拉强度：从图2 2中曲中曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶线逐步上升可以看出：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。对应于最高新提高，称为强化阶段。对应于最高点的应力称为抗拉强度，用点的应力称为抗拉强度，用b b表示。表示。| 设设计计中中抗抗拉拉强强度度虽虽然然不不能能利利
9、用用，但但屈屈强强比比s sb b有有一一定定意意义义。屈屈强强比比愈愈小小，反反映映钢钢材材受受力力超超过过屈屈服服点点工工作作时时的的可可靠靠性性愈愈大大，因因而而结结构构的的安安全全性性愈愈高高。但但屈屈强强比比太太小小，则则反反映映钢钢材材不不能有效地被利用。能有效地被利用。土木材料建筑钢材最新|(3) (3) 伸长率：图伸长率：图2 2中当曲线到达中当曲线到达点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生迅速增加，产生“颈缩现象颈缩现象”而断裂。而断裂。量出拉断后标距部分的长度量出拉断后标距部分的长度L Ll l，标距的，标距的伸长值与原始标距伸长
10、值与原始标距L L0 0的百分率称为伸长的百分率称为伸长率。即率。即土木材料建筑钢材最新|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
11、。土木材料建筑钢材最新|2. 2. 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变形的能力，是钢材的重要工艺性能。曲变形的能力，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、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。土木材料建筑钢材最新|
12、3. 3. 冲击韧性冲击韧性| 冲冲击击韧韧性性是是指指钢钢材材抵抵抗抗冲冲击击荷荷载载的的能能力力。冲冲击击韧韧性性指指标标是是通通过过标标准准试试件件的的弯弯曲曲冲冲击击韧韧性性试试验验确确定定的的。以以摆摆锤锤打打击击试试件件，于于刻刻槽槽处处将将其其打打断断，试试件件单单位位截截面面积积上上所所消消耗耗的的功功，即即为为钢钢材材的的冲冲击击韧韧性性指指标标，用用冲冲击击韧韧性性a ak k（/cm/cm2 2）表表示示。a ak k值愈大，冲击韧性愈好。值愈大，冲击韧性愈好。土木材料建筑钢材最新|钢材的化学成分、组织状态、内在钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲
13、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，其规律是开始下度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。称为钢材的冷脆性。土木材料建筑钢材最新| 发发生生冷冷脆脆时时的的温温度度称称为为临临界界温温度度，其其数数值值愈愈低低，说说明明钢钢材材的的低低温温冲冲击击性性能能愈愈好好。所所以以在在负负温温下下使使用用的的结结构构，应应当当选选用用脆脆性性临临界界温度较工作温度为低的钢材。温度较工作温度为低的钢材。| 随
14、随时时间间的的延延长长而而表表现现出出强强度度提提高高，塑塑性性和和冲冲击击韧韧性性下下降降的的现现象象称称为为时时效效。完完成成时时效效变变化化的的过过程程可可达达数数十十年年，但但是是钢钢材材如如经经受受冷冷加加工工变变形形，或或使使用用中中经经受受震震动动和和反反复复荷荷载载的的影影响响，时时效效可可迅迅速速发发展展。因因时时效效而而导导致致性性能能改改变变的的程程度度称称为为时时效效敏敏感感性性，对对于于承承受受动动荷荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。载的结构应该选用时效敏感性小的钢材。土木材料建筑钢材最新|4. 4. 硬度硬度| 钢钢材材的的硬硬度度是是指指其其表表面面局局部部体
15、体积积内内抵抵抗抗外外物物压压入入产产生生塑塑性性变变形形的的能能力力。常常用用的的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。| 布布氏氏法法的的测测定定原原理理是是利利用用直直径径为为（）的的淬淬火火钢钢球球，以以P P（）的的荷荷载载将将其其压压入入试试件件表表面面，经经规规定定的的持持续续时时间间后后卸卸除除荷荷载载，即即得得到到直直径径为为（）的的压压痕痕，以以压压痕痕表表面面积积（）除除荷荷载载，所所得得的的应应力力值值即即为为试试件件的的布布氏氏硬硬度度值值，以以数数字字表表示示，不不带带单单位位。 洛洛氏氏法法测测定定的的原原理理与与布布氏氏法法相相似似，但
16、但系系根根据据压压头头压压入入试试件件的的深深度度来来表表示示硬硬度度值值，洛洛氏氏法法压压痕痕很很小小，常常用于判定工件的热处理效果。用于判定工件的热处理效果。土木材料建筑钢材最新|5. 5. 耐疲劳性耐疲劳性| 在在反反复复荷荷载载作作用用下下的的结结构构构构件件，钢钢材材往往往往在在应应力力远远小小于于抗抗拉拉强强度度时时发发生生断断裂裂，这这种种现现象象称称为为钢钢材材的的疲疲劳劳破破坏坏。疲疲劳劳破破坏坏的的危危险险应应力力用用疲疲劳劳极极限限来来表表示示，它它是是指指疲疲劳劳试试验验中中，试试件件在在交交变变应应力力作作用用下下，于于规规定定的的周周期期基基数数内内不不发发生生断断
17、裂裂所所能能承承受受的的最最大应力。大应力。| 一一般般认认为为，钢钢材材的的疲疲劳劳破破坏坏是是由由拉拉应应力力引引起起的的，因因此此，钢钢材材的的疲疲劳劳极极限限与与其其抗抗拉拉强强度度有有关关，一一般般抗抗拉拉强强度度高高，其其疲疲劳劳极极限限也也较较高高。由由于于疲疲劳劳裂裂纹纹是是在在应应力力集集中中处处形形成成和和发发展展的的，故故钢钢材材的的疲疲劳劳极极限限不不仅仅与与其内部组织有关，也和表面质量有关。其内部组织有关，也和表面质量有关。土木材料建筑钢材最新|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
18、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。土木材料建筑钢材最新|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
19、）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。| 土木材料建筑钢材最新|（2 2）硅：当硅在钢中的含量较低）硅：当硅在钢中的含量较低（小于（小于1%1%）时，可提高钢材的强度，）时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性影响不明显。而对塑性和韧性影响不明显。|（）锰：锰是我国低合金钢的
20、主（）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元素，锰含量一般在加合金元素，锰含量一般在1%1%范围内，它的作用主要是使强度范围内，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。脆性，使钢材的热加工性质改善。土木材料建筑钢材最新|（）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纹，显著降低可焊性。裂纹，显著降低可焊性。| （）磷磷：为为
21、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。土木材料建筑钢材最新|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配合其他元素作为合金元素使用。可配合其他元素作为合金元素使用。| （）氧氧：为为有有害害元元素素。主主要要存存在在于于非非金金属属夹夹杂杂物物内内，可可降降低低钢钢的的机机械械性性能能，
22、特特别别是是韧韧性性，氧氧有有促促进进时时效效倾倾向向的的作作用用，氧氧化化物物造造成成的的低低熔熔点点亦亦使钢的可焊形变差。使钢的可焊形变差。| （）氮氮：氮氮对对钢钢材材性性质质的的影影响响与与碳碳、磷磷相相似似，使使钢钢材材的的强强度度提提高高，塑塑性性特特别别是是韧韧性性显显著著下下降降。氮氮可可加加剧剧钢钢材材的的时时效效敏敏感感性性和和冷冷脆脆性性，降降低低可可焊焊性。性。 土木材料建筑钢材最新|在在有有铝铝、妮妮、钒钒等等的的配配合合下下，氮氮可可作作为低合金钢的合金元素使用。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
23、善善韧韧性性和和可可焊焊性性，减减少时效倾向，是常用的合金元素。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。土木材料建筑钢材最新|2. 2. 钢材的晶体组织钢材的晶体组织| 钢钢是是铁铁碳碳合合金金晶晶体体。晶晶体体结结构构中中各各个个原原子子是是以以金金属属键键相相结结合合的的，这这是是钢钢材材具具有有较较高高强强度度和和良良好好塑塑性性的的基基础础。原原子子在在晶晶粒粒中中排排列列的的规规律律不不同同可可以以形形成成不不
24、同同的的晶晶格格，如如体体心心立立方方晶晶格格是是原原子子排排列列在在一一个个正正六六面面体体的的中中心心和和各各个个顶顶点点而而构构成成的的空空间间格格子子；面面心心立立方方体体晶晶格格是是原原子子排排列列在在一一个个正正六六面面体体的的各各个个顶顶点点和和六六个个面面的的中中心心而而构构成成的的空空间间格格子子。铁铁和和碳碳两两种种元元素素可可以以不不同同的的形形态态存存在在，这这种种形形态态称称为为晶体组织。晶体组织。土木材料建筑钢材最新|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程中中，其其FeFe和和有以下三种结合形式：有以
25、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。土木材料建筑钢材最新|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：| （）铁素体（）铁素体|
26、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、韧韧性性很很好好，但但强强度度、硬度很低。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，但但塑塑性性好好，在在高温下易于轧制成型。高温下易于轧制成
27、型。| 土木材料建筑钢材最新|（）渗碳体（）渗碳体| 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复杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。杂，塑性差，性硬脆，抗拉强度低。| （）珠光体（）珠光体| 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），层层状结构，塑性较好，强度和硬度较高。状结构，塑性较好，强度和硬度较高。土木材料建筑钢材最新|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
28、温下下进进行行冷冷拉拉、冷冷拔拔或或冷冷轧轧，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。由由于于塑塑性性变变形形中中产产生生内内应应力力，故故钢钢材材的弹性模量降低。的弹性模量降低。土木材料建筑钢材最新| 工工地地或或预预制制厂厂钢钢筋筋
29、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进行行冷冷拉拉或或冷冷拔拔加加工工，以以提提高高屈服强度。屈服强度。| 将将经经过过冷冷拉拉的的钢钢筋筋于于常常温温下下存存放放15152020，或或加加热热到到100100200200并并保保持持一一段段时时间间，这这个个过过程程称称为为时时效效处处理理。前前者称为自然时效，后者称为人工时效。者称为自然时效，后者称为人工时效。| 土木材料建筑钢材最新|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
30、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，而而弹性模量则基本恢复。弹性模量则基本恢复。土木材料建筑钢材最新|2.
31、 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
32、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，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。土木材料建筑钢材最新|( () ) 回回火火。将将淬淬火火后后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
33、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，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、韧性等性能均得以改善。韧性等性能均得以改善。土木材料建筑钢材最新|（）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，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
34、钢钢材材中中的的内内应应力力，细细化化晶晶粒粒，均均匀匀组组织织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高。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。钢钢材材正正火火后后强强度度和和硬度提高，塑性较退火为小硬度提高，塑性较退火为小土木材料建筑钢材最新|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
35、GB700-88GB700-88规规定定，我我国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分为为、四四个质量等级。个质量等级。土木材料建筑钢材最新|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（/mm/mm2 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
36、例如如Q235-A.F.Q235-A.F.，它它表表示示：屈屈服服点点为为235N235N2 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。| 碳碳素素结结构构钢钢的的力力学学性性能能指指标标规规定定见见表表2-1(“2-1(“土土木木工工程程材材料料”P36”P36表表2-2)2-2)所所示。示。土木材料建筑钢材最新土木材料建筑钢材最新|国国家家标标准准对对碳碳素素结结构构钢钢的的化化学学成成分分，包包括括C C、SiSi、MnMn、S S
37、、P P五五大大元元素素，按按质质量量等等级及脱氧方法也分别提出了要求。级及脱氧方法也分别提出了要求。|（2 2）低合金结构钢）低合金结构钢| 在在碳碳素素钢钢的的基基础础上上，加加入入总总量量小小于于的的合合金金元元素素炼炼成成的的钢钢，称称为为低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢，简简称称低低合合金金结结构构钢钢。常常用用的的合合金金元元素素有有硅硅、锰锰、钛钛、钒钒、铬铬、镍、铜等镍、铜等。| 土木材料建筑钢材最新|按按照照低低合合金金高高强强度度结结构构钢钢（GBGBT15911994T15911994）规规定定共共分分2020个个钢钢号号。牌牌号号由由代代表表钢钢材材屈屈服服强强度度
38、的的字字母母“”、屈屈服服强强度度数数值值、质质量量等等级级符符号号（、）三三个个部部分分按按顺顺序序组组成。成。| 例例如如：Q295AQ295A，表表示示屈屈服服强强度度为为不不小小于于295MPa295MPa，质质量量等等级级为为级级的的低低合合金结构钢。金结构钢。土木材料建筑钢材最新|2. 2. 钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢| (1) (1) 热轧钢筋热轧钢筋| 根根据据表表面面特特征征不不同同，热热轧轧钢钢筋筋分分为为光光圆圆钢钢筋筋和和带带肋肋钢钢筋筋。根根据据强强度度的的高高低低，热热轧轧钢钢筋筋又又分分为为不不同同的的强强度度等等级级，各各强强度度等等级级热热轧轧钢钢筋
39、筋的的技技术术标标准准见见表表2-2 2-2 (“(“土土木木工工程程材材料料”P39”P39表表2-62-6) ) 。我我国国热热轧轧钢钢筋筋标标准准，按按屈屈服服强强度度、抗抗拉拉强强度度等等力力学学性性能能分分为为I IIVIV级级，四四个个强强度度等等级级的的钢钢筋筋中中，除除I I级级钢钢筋筋为为低低碳碳钢钢外外，其其余余三三级级热热轧轧带带肋肋钢钢筋筋均均为为低低合合金金钢钢。其其牌牌号号由由HRBHRB和和规规定定屈屈服服强强度度最最小小值值构构成成。、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。|土木材料建筑钢材最新土木材料建筑钢材最
40、新|（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求。冷拉后不得有裂纹、起层等现象。要求。冷拉后不得有裂纹、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等调质处理而成，代号
41、为。火等调质处理而成，代号为。| 土木材料建筑钢材最新|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。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枕，也也用用于于预预应应力力梁梁、板板结结构及吊车梁等。构及吊车梁等。土木材料建筑钢材最新|（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
42、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CRB550CRB550、CRB650 CRB650 、CRB800 CRB800 、CRB970 CRB970 、和和CRB1170CRB1170，（CRBCRB为为Cold Cold rolling rolling ribbed
43、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。土木材料建筑钢材最新|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能应符合表性能应符合表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
44、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、箍箍筋筋和和构构造造钢钢筋筋。其其力力学性能应符合有关规定。学性能应符合有关规定。土木材料建筑钢材最新|（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.
45、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。铰捻方向一般为左捻铰捻方向一般为左捻。土木材料建筑钢材最新| 预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝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（代号）、矫直回火钢丝（代号）和矫直回火刻痕钢丝（代号矫直回火刻痕钢丝（代号JKJK）三种。前二）三种。前二种其公称直径有种其公称直径有 、三种，、三种，它们的抗拉强度它们的抗拉强度b b达达1500MPa1500MPa以上，屈服以上，屈服强度强度0.20.2可达可达1100MPa1100MPa以上。以上。| 预应力混凝土用钢绞线直径
46、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220kN220kN，屈服负荷可达，屈服负荷可达187kN187kN。钢绞线主要。钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、用于大跨度、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。桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。土木材料建筑钢材最新第六节第六节 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
47、机理理，钢钢材材的的锈锈蚀蚀可可分分为为化学锈蚀和电化学锈蚀两种：化学锈蚀和电化学锈蚀两种：| （）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疏松的氧化物。成疏松的氧化物。土木材料建筑钢材最新（）电化学锈蚀（）电化学锈蚀| 电电化化学学锈锈蚀蚀是是指指钢钢材材与与电电解解质质溶溶液液接接触触而而产产生生电电流流，形形成成微微电电池池而而引引起起的的锈锈蚀蚀。潮潮湿湿环环境境中中的的钢钢材材表表面面会会被被一一层层电电解解质质水水膜膜
48、所所覆覆盖盖，而而钢钢材材是是由由铁铁素素体体、渗渗碳碳体体及及游游离离石石墨墨等等多多种种成成分分组组成成，由由于于这这些些成成分分的的电电极极电电位位不不同同，首首先先，钢钢的的表表面面层层在在电电解解质质溶溶液液中中构构成成以以铁铁素素体体为为阳阳极极，以以渗渗碳碳体体为为阴阴极极的的微微电电池池。在在阳阳极极，铁铁失失去去电电子子成成为为FeFe2+2+进进入入水水膜膜；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。土木材料建筑钢材最新|随后两者结合生成不溶于水的随后两者结合生成不溶于水的|FeFe（OHOH）2 2，并并进进一一步步氧氧化化成成为为疏疏松松易易剥剥
49、落落的的红红棕棕色色铁铁锈锈FeFe（OHOH）3 3。由由于于铁铁素素体体基基体体的的逐逐渐渐锈锈蚀蚀，钢钢组组织织中中的的渗渗碳碳体体等等暴暴露露出出来来的的越越来来越越多多，形形成成的的微微电电池池数数目目也也越越来来越越多多，钢钢材材的的锈锈蚀蚀速度愈益加速。速度愈益加速。土木材料建筑钢材最新|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
50、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
51、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。在钢中加入铬、镍等合金元素，可制得不锈钢。土木材料建筑钢材最新|例2-1 从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4、42.8kN; 抗拉极限荷载分别为62.0kN、63.4kN，钢筋公称直径为12，标距为60，拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？|解：解： 1. 钢筋试样屈服点为：|钢筋试样抗拉强度为：|b =(548+561)2 = 555 N/mm2土木材料建筑钢材最新|钢筋试样伸长率为：钢筋试样伸长率为：|=(17
52、.7+19.0)2=18.4%|查表查表2-2知知s1、s2均大于均大于335N/mm2,|b1、b2均大于均大于490N/mm2,|钢筋试样伸长率均大于钢筋试样伸长率均大于16%|故该钢筋为故该钢筋为II级钢。级钢。|2.该钢筋的屈强比为：该钢筋的屈强比为：|s/b=385/555=0.69|该该II级钢筋的屈强比在级钢筋的屈强比在0.650.75范围内，范围内，表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。土木材料建筑钢材最新|例例2-2 2-2 为什么说屈服点（为什么说屈服点（ss）、抗拉强度）、抗拉强度（bb）和伸长率（）和伸长率（）是建筑工程用钢的重
53、）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？要技术性能指标？|解解|屈服点（屈服点（ss）是结构设计时取值的依据，表）是结构设计时取值的依据，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
54、，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。土木材料建筑钢材最新|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
55、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。土木材料建筑钢材最新|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？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（/mm/mm2 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
56、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
57、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。土木材料建筑钢材最新|例例2-5 2-5 何谓钢的冷加工强化及时效处理？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
58、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，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。土木材料建筑钢材最新|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。土木材料建筑钢材最新土木材料建筑钢材最新
