2019岩土工程师《基础考试》考点串讲：建筑钢材

　　第五节 建筑钢材

　　钢和铁的主要成分均是铁和碳，其中含碳量大于2%的为生铁，含碳量小于2%的为钢。

　　一、钢材的分类：

　　1、按照化学成分划分：

　　碳素钢：主要为铁碳合金，按照含碳量分为

　　低碳钢(碳含量<0.25%)、

　　中碳钢(碳含量0.25~0.6%)

　　高碳钢(碳含量>0.6%)

　　合金钢：含有合金元素，按照合金元素量分为

　　低合金钢(合金元素<5%)

　　中合金钢(合金元素5~10%)

　　高合金钢(合金元素>10%

　　2、按照脱氧程度划分：

　　沸腾钢：脱氧不充分，质量差，尤其是韧性差，但是成本低。

　　镇静钢：脱氧很充分，质量好，成本高。

　　半镇静钢：性能介于沸腾钢和镇静钢。

　　3、按照质量(主要为硫和磷的含量)划分为：

　　普通钢、优质钢和高级优质钢等

　　二、主要力学性能

　　1、抗拉性能

　　2、冲击韧性：指钢材抵抗冲击荷载的能力。

　　(1)指标：冲击破坏时单位面积消耗的功。

　　(2)特点：钢材的冲击韧性会随温度降低而减低，当温度降低到一定范围时，会表现出脆性，这种现象称为钢材的冷脆性，发生脆性转变的温度称为脆性临界温度，脆性临界温度越低，低温冲击韧性越好。因此，对直接承受动荷载而且可能在负温下工作的重要结构，必须进行冲击韧性检验。脆性临界温度应低于使用环境的最低温度。

　　3、冷弯性能：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，反映了钢材在恶劣条件下的塑性。

　　冷弯性能的检测：以弯曲角度及弯心直径对试件厚度(或直径)的比值表示。检查弯曲处若没有无裂纹、断裂及起层等现象。则认为钢材的冷弯性能合格。

　　4、硬度：指材料表面局部抵抗压入产生塑性变形的能力。用布氏硬度HB表示。

　　5、耐疲劳性：材料在交变应力作用下，在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳极限：在规定的周期基数内不发生脆断所承受的最大应力值。

　　三、影响钢材性能的因素

　　1、钢材的晶体组织形态及其对钢材性能的影响

　　分为：铁素体、渗碳体和珠光体三种基本组织。

　　铁素体是碳在铁中的固溶体，塑性、韧性好，强度和硬度差。

　　渗碳体是铁碳化合物，脆硬，塑性、韧性差。

　　珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，具有较好的强度，较好的塑性和韧性。

　　含碳量小于0.8%：随含碳量增加，珠光体含量增加，铁素体减少，强度、硬度增加，塑性、韧性降低。

　　含碳量大于0.8%：随含碳量增加，珠光体减少，渗碳体增加，强度会降低硬度增大，塑性、韧性降低

　　2、化学成分

　　(1)含碳量：随着含碳量的增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性降低。当含碳量大于0.3%时，钢的可焊性显著降低;当含碳量大于1%时，脆性增大，硬度增加，强度下降。此外，含碳量增加，钢的冷脆性和时效敏感性增大，耐锈蚀性降低。

　　(2)合金成分：

　　Si：主加元素，硅含量的增加将显著提高钢材的强度和硬度，而对塑性和韧性无显著影响。

　　Mn：锰的增加可提高钢材的强度、耐腐蚀和耐磨性，消除热脆性。

　　有害成分：P、S、O、N

　　硫：是有害元素，引起热脆性，使机械性能、焊接性能及抗腐蚀性能下降。

　　磷：是有害元素，引起冷脆性，降低塑性、韧性、焊接性和冷弯性，提高耐磨性及耐腐蚀性。

　　2、加工处理：

　　冷加工：将钢材于常温下进行冷拉、冷轧或冷拔，使其产生塑性变形，从而提高屈服点的过程。可提高屈服点，抗拉强度不变，塑性、韧性、弹性模量降低。

　　时效处理：经过冷加工后的钢材，在常温下存放15~20天或加热到100~200℃并保持一定时间。时效可使屈服点进一步提高，抗拉强度也增大，塑性和韧性继续降低，弹性模量恢复。

　　四、建筑钢材的标准及其选用

　　(一)钢材原材

　　1、碳素结构钢：

　　(1)牌号划分：牌号包括四个部分：屈服点字母(Q)、屈服点数值、质量等级代号和脱氧程度符号。牌号增大，含碳量及强度增大，冷弯性和伸长率下降。Q235是常用钢材种类。

　　(2)特性：碳素结构钢冶炼方便，成本较低，具有良好的塑性及各种加工性能。在恶劣的条件下，如冲击、温度大幅度变化或超载时具有良好的安全性。但与低合金钢相比，其强度较低，在一些特殊情况下不能满足性能要求。

　　2、低合金高强度结构钢

　　(1)牌号划分：屈服点字母(Q)、屈服点数值、质量等级代号划分牌号。性能要求有屈服点、抗拉强度、伸长率、冲击韧性及冷弯。

　　(2)特性：强度较高，耐腐蚀、耐低温性、抗冲击韧性及使用寿命等综合性能良好，焊接性及冷加工性能好，易于加工和施工。

　　(二)常用建筑钢材

　　1、钢筋混凝土结构用钢筋

　　(1)热轧钢筋：Ⅰ级光圆，用Q235碳素钢轧制，做非预应力钢筋。Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级钢筋为带肋钢筋，由合金钢轧制而成，Ⅱ或Ⅲ做非预应力或预应力钢筋，Ⅳ做预应力钢筋。

　　(2)冷拉钢筋：为了提高钢筋的强度及节约钢筋，常对热轧钢筋进行冷拉，屈服点提高17~27%。

　　(3)冷拔低碳钢丝：将直径为6.5～8mm的Q235热轧盘条钢筋经过冷拔加工而制成冷拔低碳钢丝。屈服点提高40~60%，属硬钢。分为：甲、乙两级，甲级为预应力钢丝，乙级为非预应力钢丝。

　　(4)预应力混凝土用钢丝及钢绞线：预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条经酸洗、冷拉等工艺制成。钢胶线是用7根直径为2.5～7.0mm的高强度钢丝，铰捻后经一定热处理工艺后，清除内应力而制成。钢绞线主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力桥梁等结构的预应力筋。

　　(5)冷轧带肋钢筋：将热轧钢筋再冷轧成肋。强度提高，塑性较好，与混凝土的握裹力好。LL550用于非预应力混凝土受力主筋，LL650和LL800用于预应力混凝土受力主筋。

　　(6)热处理钢筋：热轧低碳钢筋经淬火和回火处理而成。强度提高，韧性好，塑性不小。不能焊接，电焊切割。用于预应力砼。

　　(7)冷轧扭钢筋：强度高，与砼握裹力大。用于预应力及承受较大荷载的部位如梁、柱。

　　2、钢结构用钢

　　(1)热轧型钢：角钢、I字钢、槽钢、T型钢、H型钢、Z型钢等。其标记包括型钢名称、横断面主要尺寸、型钢标准及钢号与钢种标准。主要用于钢结构中。

　　(2)冷弯薄壁型钢：有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。通常由2～6mm薄钢板冷弯或模压而成，用于轻型钢结构。

　　(3)钢板和压型钢板：热轧钢板按厚度分为中厚板(>4mm)和薄板(0.35～4mm);冷轧钢板只有薄板(厚度为0.2~4mm)一种。薄钢板可在面层镀锌(俗称白铁皮)、敷以有机涂层(或称彩色钢板)。薄钢板经冷压或冷轧成波形、双曲形、V型等形状，称为压型钢板。

　　五、钢材的防锈与防火

　　(一)钢材防锈

　　钢结构防锈方法：涂刷防锈漆，如底漆红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆，面漆有铅灰油、醇酸磁漆、酚醛磁漆。或表面镀锌或涂塑。

　　钢筋防锈：限制水灰比和水泥用量、限制氯盐外加剂、提高密实度、加防锈剂等。

　　(二)钢材防火

　　裸露的、表面未做防火处理的钢结构耐火极限为15min，所以对钢结构，尤其是有可能经历高温环境的钢结构，需要做好防火处理。

　　主要方法是涂敷防火隔热层。