钢材

建筑材料常见问题解答

第9章建筑钢材

１．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。

２．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。

３．根据脱氧程度不同，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。

４．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，常将钢按不同角度进行分类：

（1

（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：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。

（６）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。

５．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。

６．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。

（１）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。

（２）冲击韧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。

（３）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）。

（４）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疲劳破坏所能承受的最大应力值。

７．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f y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f u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σ与应变ε的比值为常数，该常数为弹性模量E（E=σ/ε），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。

９．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f y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f y/f u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0.60～0.75。

11．伸长率如何计算？伸长率表征了钢材的什么能力？δ5和δ10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δ。

δ=[( L1－L0 )/ 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δ5和δ10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，δ5大于δ10。

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