土木工程材料-钢材

热轧带肋钢筋的公称直径范围为6~50mm，《热轧带肋钢 筋》（GB 1499.2-2007）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、 12、16、20、25、32、40和50mm。
热轧带肋钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合 同中注明，按定尺长度交货时的长度允许偏差为±25mm，当 要求最小长度时，其偏差为+50mm，当要求最大长度时，其 偏差为－50mm。热轧带肋钢筋也可以盘卷交货，每盘应是一 条钢筋，允许每批有5%的盘数由两条钢筋组成。
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2.4.1.1 热轧光圆钢筋
经热轧成型，横截面通常为圆形，表面光滑的成品钢筋，称为
热轧光圆钢筋（HPB——Hotrolled Plain Bars）。
钢筋按屈服强度特征值分为235、300级。
热轧光圆钢筋牌号由HPB和屈服强度特征值构成，分为为
HPB235、HPB300两个牌号。
热轧光圆钢筋的公称直径范围为6~22mm，《热轧光圆钢筋》
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2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢材质量的影响
冶炼原理：将生铁在1700℃ 左右熔融，进行氧化，使碳 的含量降低到一定的限度， 同时把其他杂质含量降低到 允许范围内。
生铁硬而脆，无塑 性和韧性，不能进行焊 接、锻造、轧制等加工， 在建筑中很少应用。
碳素钢——含碳量在0.02%～2.06%，含有害杂质较少
100 000
50 源自文库00
0 1997
万吨 45 000 40 000 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000
5 000 0
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1999
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2001
2002
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2004
2006年世界粗钢产量
中国,41 878
1 中国
2 日本, 116 219 3 美国, 98 480
100
0 0
• 伸长率是钢材发生断裂时 所能承受的永久变形的能 力
式中 δ——试件的伸长率，%；
l0 ——拉伸前的标距长度，mm；
l1——拉断后的标距长度，mm。
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• 断面收缩率 • 塑性是指钢材在受力破坏之前可以经受永
久变形的能力。以ψ表示 。 • 断面收缩率是试件断裂后，缩颈处横断面
面积的最大缩减量占横截面的百分率。 • 在工程中钢材的塑性指标通常用伸长率和
土木工程材料 第二章 钢材
教学目标
本章内容
2.1 建筑钢材基本知识
通过本章的学习， （1）了解铁和钢的
2.1.1 建筑钢材概述
概念、钢的分类、 2.1.2 钢的冶炼加工及其对钢
钢的冶炼加工及其
材质量的影响
对钢质量的影响； （2）掌握建筑钢材 的主要技术性质 （力学性质、工艺 性能）及其对钢材 性能的影响；（3） 掌握主要建筑钢材
课 堂 练 习
复 习 思 考 题
2
2.1 建筑钢材基本知识
2.1.1 建筑钢材概述
定义：建筑钢材主要是指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、钢绞线等。
性能及应用：建筑钢材有较 高的强度，有良好的塑性和 韧性，能承受冲击和振动荷 载，易于加工和装配，可以 焊接或者铆接，便于装配广 泛应用于建筑工程中。
近年来，伴随我国经济持续高 速增长，建筑业作为我国国民 经济支柱产业之一也得到了快 速的发展。由于目前我国建筑 主要为钢筋混凝土结构形式， 钢筋的生产与消费量增长很快 。
我国建筑用钢占钢材的消 费比例约为53.3%，其中 长材的消费占76%以上。 钢筋占建筑用长材的61% 。
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6
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化学锈蚀 化学锈蚀指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二
氧化硫和水等）直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引 起的腐蚀。
4 俄罗斯, 70 645 5 韩国, 48 437
2005
2006
印度,4 400 德国,4 723 韩国,4 844 俄罗斯,7 065 美国,9 848
日本,11 622
2~7
1996年以来，我国钢 产量一直居世界第一 位。2006年中国粗钢 产量突破4亿吨,占世 界钢产量的34.4%， 相当于前六大钢铁生 产国日本、美国、俄 罗斯、韩国、德国、
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三面月牙形冷轧带肋钢筋
冷轧带肋钢筋
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冷轧带肋钢筋
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螺旋肋钢丝外形示意图
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三面刻痕钢丝外形示意图
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预应力混凝钢绞线
预应力混凝钢绞线是以数根优质碳素结构钢丝在绞线机上以绞 捻,再经低温回火和消除应力等热处理工序制成。预应力钢绞线是用 两（或三、或七、19 ）根钢丝捻制后，钢绞线与混凝土的粘结力较 好。钢铰线的捻向一般为左（S）捻。
预应力钢绞线以盘或卷状态交货,每盘钢铰线应由一整根组成， 如无特殊要求，每盘钢铰线的长度不小于200m 。成品钢铰线的表 面不得有润滑剂、油渍等降低钢铰线与混凝土粘接力的物质。钢铰 线表面允许有轻微的浮锈，但不得锈蚀成目视可见的麻坑 。
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2.4.5 型钢
热轧型钢
常用品种：工字钢、H型 钢、T型钢、槽钢、等边 角钢、不等边型钢等。
按照表面形态可以分为光面钢绞线、刻痕钢绞线、模拔钢绞线 (compact)、镀锌钢绞线、涂环氧树脂钢绞线等。在多数后张预应力 及先张预应力工程中，光面钢绞线是最广泛采用的预应力钢材。模 拔钢绞线主要用于提升工程，也用于核电之类的工程。镀锌钢绞线 常用于桥梁的系杆、拉索及体外预应力工程。涂环氧树脂的钢绞线 用途和镀锌预应力钢绞线类似。
专用无缝钢管一般用于锅炉和耐热工程中。
（2）焊接钢管 在工程中用量最大的是焊接钢管。供低压流体
输送用的直缝钢管，分焊接钢管和镀锌焊接钢管两大 类；按壁厚分为普通焊管和加厚焊管；按管端形式分 螺纹钢管和无螺纹钢管。
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2.4 钢材的锈蚀及防止
2.4.1 钢材的锈蚀
定义：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称 作锈蚀。
特点：截面形式合理，材 料在截面上分布对受力最 为有利，且构件间连接方 便，所以是钢结构中采用 的主要钢材。
规格：通常以反映其断面 形状的主要轮廓尺寸来表 示。
工字钢
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2.4.6 钢管
（1）无缝钢管 无缝钢管是经热轧、挤压、热扩或冷拔、冷轧
而制成的周边无缝的管材。分为一般用途和专门用途 两类。一般结构用的无缝钢管，以外径×壁厚表示规 格,详见GB8162-1987规定。
印度的总和。 钢筋混凝土用热轧带 肋钢筋是重要的钢铁 产品，它应用范围广， 生产量大。据粗略的 统计：2006年我国钢 筋实际产量已达8792 万吨左右，约占我国
钢产量的20.8%。
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万吨 12000
年产量
表观消费量
10000
8000
6000
4000
2000
0 年 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
180°后，钢筋受弯部位表面不得产生裂纹。
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热轧光圆钢筋的力学性能 和工艺性能（GB 1499.1-2008）
牌号
ReL
Rm
A
（Mpa） （Mpa） （%）
不小于
Agt （%）
冷弯试验180° d—弯芯直径 a—钢筋公称直 径
HPB235 235
370
25.0
10.0
d=a
HPB300 300
特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等
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。
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根据脱氧程度不同，浇铸的钢锭可分为:沸腾钢、镇静钢和 半镇静钢。
脱氧程度不同的三种钢锭的比较
名称
脱氧程度
质量
沸腾钢（F）
不完全
组织不够致密，气泡多，化学偏析 大，成分不均匀，硫、磷杂质较多 质量较差，成本较低。广泛用于一 般建筑工程。
断面收缩率表示。
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2.4 常用建筑钢材
混凝土具有较高的抗压强度，但抗拉强度很低。用钢 筋增强混凝土，可大大扩展混凝土的应用范围，而混凝土 又对钢筋起保护作用。钢筋混凝土结构的钢筋，主要由碳 素结构钢和优质碳素钢制成。
8.4.1 热轧钢筋
混凝土结构用热轧钢筋应有较高的强度，具有一 定的塑性、韧性、冷弯和可焊性。热轧钢筋是经热轧 成型并自然冷却的成品钢筋，主要有用Q235轧制的光 圆钢筋和用合金钢轧制的带肋钢筋两类。
按质量（杂质含量）分类
普通钢：含硫量≤0.055％～0.065％；含磷量≤0.045％
优质钢：含硫量≤0.03％ ～0.045％；含磷量≤0.035％
高级优质钢：含硫量≤0.02％ ～0.03％；含磷量≤0.027％
按用途分类
结构钢：建筑工程用结构钢、机械制造用结构钢
工具钢：用于制作道具、量具、模具等
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2.4.1.2 热轧带肋钢筋 (HRB——Hotrolled Ribbed Bars)
经热轧成型并自然冷却的横截 面为圆形的，且表面通常带有两条 纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋 的钢筋，称为热轧带肋钢筋。包括 普通热轧钢筋和细晶粒热轧钢筋两 种。
热轧带肋钢筋按屈服强度特征 值分为335、400、500级。
（GB 1499.1-2008）推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16和
20mm。可按直条或盘卷交货，按定尺长度交货的直条钢筋其长度
允许偏差范围为0~+50mm；按盘卷交货的钢筋，每根盘条重量应不
小于1000kg 。
热轧光圆钢筋钢筋的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、 最大拉力总伸长率Agt等力学性能特征值应符合规定。各力学性能特 征值，可作为交货检验的最小保证值。按规定的弯芯直径弯曲
缺点：易锈蚀，耐火性差。
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前言
450 000 400 000 350 000 300 000 250 000 200 000
千吨
世界主要产钢国粗钢产量变化
6 德国 4 俄罗斯 3 美国 1 中国 2 日本
9 意大利 8 乌克兰 10 巴西 7 印度 5 韩国
1 中 国 , 418 782
150 000
2.1.3 钢的分类 2.1.4 钢材的加工 2.2 建筑钢材的主要技术性能 2.2.1 力学性能 2.2.2 工艺性能 2.3 建筑钢材的技术标准及应用
的性质及应用；（4） 2.3.1 碳素结构钢
了解钢的锈蚀、钢 2.3.2 优质碳素结构钢
材防锈的要点。
2.3.3 低合金高强度结构钢
2.4 常用建筑钢材
的铁碳合金。
炼钢方法：大规模的炼钢方法主要有转炉法、平炉炼 钢法和电弧炼钢法三种。
钢材交货时，必须对所用炉种以规定的代号做出标志， 脱氧状态也是钢质标志的内容之一。
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顶吹氧气转炉
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2.1.3 钢的分类
按化学成分分类 碳素钢：低碳钢：含碳量< 0.25％ 中碳钢：含碳量为0.25％～0.60％ 高碳钢：含碳量> 0.60％ 合金钢：低合金钢：合金元素总含量< 5.0％ 中合金钢：合金元素总含量为5.0％～10％ 高合金钢：合金元素总含量> 10％
普通热轧钢筋的牌号由HRB和 屈服强度特征值构成，分为 HRB335（20Mnsi）、 HRB400(20MnSiV、20MnSiNb或 20MnsiTi)、HRB500三个牌号，。
带肋钢筋 (a)月牙肋钢筋(b)等高肋钢筋
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(a)等高肋钢筋；(b)月牙肋钢筋
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• 伸长率
• 指金属材料受外力（拉力） 作用断裂时，试棒伸长的 长度与原来长度的百分比， 伸长率按试棒长度的不同 分为：试棒的标距等于5 倍直径，短试棒求得的伸 长率，代号为δ5；试棒的 标距等于10倍直径，长试 棒求得的伸长率，代号为 δ10，。
l1 l0 l0
镇静钢（Z）
充分
组织致密，成分均匀，机械性能好， 质量较好，成本较高。适用于预应 力混凝土等重要结构工程。
半镇静钢（b）
均介于上二者之间
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• 建筑钢材的产品一般分为型材、板材、 线材和管材等几类。型材包括钢结构用的 角钢、工字钢、槽钢、方钢、轨道钢等。 线材包括钢筋混凝土和预应力混凝土用的 钢筋、钢丝和钢铰线等。板材包括用于水 利水电工程金属结构、房屋、桥梁及建筑 机械的中厚钢板；用于屋面、墙面、楼板 等的薄钢板。管材主要用于钢桁架和供水、 供气（汽）管线等。
发生：钢材锈蚀的现象普遍存在，如在大气中生锈，特别 是当环境中有各种侵蚀性介质或湿度较大时，情况就更为 严重。
后果：不仅使钢材有效截面积均匀减小，还会产生局部锈 坑，引起应力集中；腐蚀会显著降低钢的强度、塑性韧性 等力学性能。
分类：根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学 锈蚀和电化学锈蚀。