第七章 建筑钢材
建筑钢材是重要的建筑材料，主要指在建筑工程中用于钢结构中各种型材（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。建筑钢材在道路工程中有着重要的作用，尤其在桥梁建造中更是有着举足轻重的地位。
7.1 钢材的冶炼与分类
7.1.1钢的冶炼
钢是由生铁冶炼而成。生铁又分为炼钢生铁（白口铁）和铸造生铁（灰口铁）。生铁硬而脆、无塑性和韧性、不能焊接、锻造、轧制。
炼钢的过程就是将生铁进行精练，使碳的含量降低到一定的限度，同时把其它杂质的含量也降低到允许范围内。所以，在理论上凡含碳量在2%以下，含有害杂质较少的铁碳合金可称为钢。常用的炼钢方法有空气转炉法、氧气转炉法、平炉法、电炉法。
1.空气转炉炼钢法
空气转炉炼钢法是以熔融状态的铁水为原料，在转炉底部或侧面吹入高压热空气，使杂质在空气中氧化而被除去。其缺点是在吹炼过程中，易混入空气中的氮、氢等有害气体，且熔炼时间短，化学成分难以精确控制，这种钢质量较差，但成本较低，生产效率高。
2.氧气转炉炼钢法
氧气转炉炼钢法是以熔融状态的铁水为原料，用纯氧代替空气，由炉顶向转炉内吹入高压氧气，能有效地除去磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，而成本却较低。常用来炼制优质碳素钢和合金钢。
3.平炉炼钢法
1
平炉炼钢法是以固体或液体生铁、铁矿石或废钢作原料，用煤气或重油为燃料进行冶炼。平炉钢由于熔炼时间长，化学成分可以精确控制，杂质含量少，成品质量高。但能耗大、成本高、冶炼周期长。
4.电炉炼钢法
电炉炼钢法是以生铁或废钢原料，利用电能迅速加热，进行高温冶炼。其熔炼温度高，而且温度可以由调节，清除杂质容易。因此，电炉钢的质量最好，但成本高。主要用于冶炼优质碳素钢及特殊合金钢。
在铸锭冷却过程中，由于钢内某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心集中，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀，这种现象称为化学偏析，其中尤以硫、磷最为严重。偏析现象对钢的质量有很大影响。
7.1.2钢的分类
钢材用途广泛，品种繁多。为了便于管理和使用，钢材的品种必须按各种属性和标志进行归类、分组，常见分类见表7-1。
钢材的分类 表7-1 分类方法 类别 低碳钢 碳素钢 中碳钢 按化学 成分分类 高碳钢 低合金钢 合金钢 中合金钢 高合金钢 沸腾钢 按冶炼 按脱氧方法分类 程度分 镇静钢 半镇静钢 特 性 含碳量 < 0.25％ 含碳量0.25％～0.60％ 含碳量 > 0.60％ 合金元素总含量 < 5％ 合金元素总含量5％～10％ 合金元素总含量 > 10％ 脱氧不完全，硫、磷等杂质偏析较严重，代号为“F” 脱氧完全，同时去硫，代号为“Z” 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，代号为“B” 2
特殊镇静钢 平炉钢 按炉种分 普通钢 按品质 分类 优质钢 高级优质钢 结构钢 工具钢 按用途 分类 特殊钢 转炉钢 电炉钢 比镇静钢脱氧程度还要充分彻底，代号为“TZ” 炼钢方法不同 含硫量≤0.055～0.065％，含磷量≤0.045～0.085％ 含硫量≤ 0.03～0.045％，含磷量≤0.035～0.045％ 含硫量≤ 0.02～0.030％，含磷量≤0.027～0.035％ 工程结构构件用钢、机械制造用钢 各种刀具、量具及模具用钢 具有特殊物理、化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等。 如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢。 碳素结构钢、低合金结构钢、特定用途普通结构钢。 结构钢、工具钢、特殊性能钢。 专业用钢 综合 分类 普通钢 优质钢 目前，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。 7.2我国钢材牌号表示方法
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。凡列入国家标准和行业标准的钢铁产品，均应按《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221—2000）规定的牌号表示方法编写牌号。
1．基本原则
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，具体含义及表示方法如下。
3
（1）钢号中化学元素采用国际化学符号表示。
（2）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，改取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。采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。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。
（3）钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。 2．常用建筑钢材的牌号表示方法 （1）碳素结构钢和低合金高强度钢
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，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可省略。根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量，以万分之几计）和化学元素符号按顺序表示。
（2）优质碳素结构钢
优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量，以万分之几计）或阿拉伯数字和元素符号组合成牌号。
① 沸腾钢和半镇静钢，在牌号尾部分别加符号“F”和“B”。 ② 镇静钢(S、P分别≤0.035%)一般不标符号。
③较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号。
④高级优质碳素结构钢(S≤0.030%、P≤0.030%)，在牌号后加符号“A”。 ⑤特级优质碳素结构钢(S≤0.020%、P≤0.025%)，在牌号后加符号“E”。 （3）合金结构钢
合金结构钢牌号采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量，万分之几计）和标准的化学元素符号表示。合金元素含量表示方法为：平均含量小于1.50%时，牌号中
4
仅标明元素，一般不标明含量； 平均合金含量为1.50%～2.49%、2.50%～3.49%、3.50%～4.49%……时，在合金元素后相应写成2、3、4……。 高级优质合金结构钢(S、P含量分别≤0.025%)，在牌号尾部加符号“A”表示。特级优质合金结构钢(S≤0.015%、P≤0.025%)，在牌号尾部加符号“E”。
（4）焊接用钢
焊接用钢包括焊接用碳素钢、焊接用合金钢和焊接用不锈钢等，其牌号表示方法是在各类焊接用钢牌号头部加符号“H”。高级优质焊接用钢，在牌号尾部加符号“A”。
7.3钢材的技术性质
钢材的技术性质主要包括力学性能（抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳和硬度等）和工艺性能（冷弯和焊接）两个方面。
7.3.1力学性能
1．拉伸性能
拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以拉伸性能是表示钢材性能和选用钢材的重要指标。图7-1是低碳钢材应力一应变关系曲线。
从图7-1可看出，低碳钢受拉至拉断经历了四个阶段：弹性阶段（O—A）、屈服阶段（A—B）、强化阶段（B—C）和颈缩阶段（C—D）等，各阶段变形特征如下。
弹性阶段：曲线中O－A段是一条直线，应力与应变成正比，卸去外力试件能恢复原来的形状，称此现象为弹性。与A点对应的应力称为弹性极限σp。应力与应变的比值为常数，即弹性模量E。E反映
5
图7-1 低碳钢受拉时的应力一应变曲线
相关推荐：
loading