土木工程材料第八章 建筑钢材
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➢ 钢主要用三种方法冶炼： ➢氧气转炉钢 用纯氧吹入铁液中是碳和杂质氧化 ➢电炉钢 主要用废钢返回熔炼活动各种特殊钢 ➢平炉钢 以煤气或重油作燃料，原料为铁液、废 钢铁和适量的铁矿石，利用空气或氧气和铁矿石 中的氧使碳和杂质氧化
钢的分类 低碳钢
碳素钢 中碳钢
一、按化学成
高碳钢
分
合金钢 低合金钢
中合金钢
普通钢
高合金钢
优质钢 二、按质量分 高级优质钢
特级优质钢
三、按用途分
结构钢 工具钢 特殊性能钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等
四、按冶炼方法分
按炉的种类
平炉钢 转炉钢 电炉钢
按脱氧程度
沸腾钢（F） 镇静钢（z） 半镇静钢（b）
建筑用钢主要用普通碳素结构钢中的低碳钢和低合金钢
承受动荷载的重要焊接结构，只能使用镇静钢
试题
4.钢的冶炼中加入少量的废钢的作用是( ). A.除去杂质 B.调整炉渣的粘度 C. 调整炉温 D.再次冶炼
5(多选).下列说法正确的是( ) A. 建筑钢材多为热轧钢 B.建筑钢材多为冷轧钢
C. 钢材加工包括轧制、锻造、冷拔、冲压、冷拉等 D.低碳钢比高碳钢的强度大
E. 低碳钢比高碳钢的韧性好
❖ 焊接结构，不得使用沸腾钢
试题
1.脱氧不完全,有害杂质磷、硫的偏析较严重的是( ). A. 沸腾钢 B.半镇静钢 C. 镇静钢 D.低碳钢
2.钢的含碳量为( ) A.>2.06% B.<0.04% C.0.02~0.03% D. 0.04~2.06%
3.低碳钢是指含碳量( ) A. <0.25% B.0.25~0.6% C.<0.6% D.>0.6%
❖ 钢材是在严格的技术控制条件下生产来自百度文库材料，与非 金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性 韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺 点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.
钢的冶炼
➢ 将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的 范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即 得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。
试题
6(多选).建筑工程中常用的钢是( ) A.高级优质钢 B.优质碳素钢 C. 普通碳素钢
D. 低合金钢 E.中高合金钢
钢的晶体组成和化学成分
钢是一种多晶体材料。但晶体具有各向异性的特 征，而多晶体则为各向同性。钢的宏观力学性能 由其内部晶体结构和化学成分所决定。
➢ 纯铁的晶格类型
钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是 铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立 方晶格和面心立方晶格(见图2-15)。其晶体结构 中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结 合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑 性。
❖ 土木工程钢材的基本知识 ❖ 土木工程常用钢材 ❖ 其他金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 铸铁
❖ 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于 2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁 碳合金称为生铁。
❖ 土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板、 钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。
钢晶格的两种构架
钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存 在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是 钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主 要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
➢ 钢的基本晶体组织
钢是以铁（Fe）为主的 Fe-C合金。Fe-C合金于 一定条件下能形成具有 一定形态的聚合体，称 为钢的组织，在显微镜 下能观察到它们的微观 形貌图象，故也称显微 组织。
化学元素对钢材性能的影响
试题
1(多选).钢材化学成分中的有害成分是( ) A.碳 B. 磷 C.硅 D.锰 E. 氧 F. 硫
2(多选).钢材中S含量的提高会导致( ) A. 热脆提高 B. 可焊性下降 C.韧性提高
D. 耐疲劳性下降 E.耐蚀性上升
3(多选).钢材中O含量的提高会导致( ) A.韧性下降 B. 可焊性下降 C.耐磨性上升
制成型。
➢ 化学成分对钢性能的影响
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一 些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢 材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，其中硅、锰、钛、钒、铌等为 合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。
属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分 含量少，但对钢的性能影响很大。
D. 强度下降 E.耐蚀性上升
珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含 碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬 度较高。
此外，钢材在温度高于723 ℃时，还存在奥氏体。奥氏体 为碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可 达2.06％，低温下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性 好。碳钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧
片状珠光体（1000倍）
针状和块状铁素体（100倍）
钢材在常温下主要有三种显微组织：
铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体， 由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力 较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此 决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。
渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高 达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉 强度低。
❖土木工程材 料第八章 建筑
钢材
本章考试大纲
❖ 1、了解钢材的分类 ❖ 2、了解建筑钢材的技术性能及其选用
钢结构用钢
建筑钢材
钢筋混凝土用钢
17世纪70年代人类开始大量应用生铁作建筑材料， 到19世纪初发展到用熟铁、软钢建造桥梁和房屋。 19世纪中叶起，钢材的品种、规格、生产规模大幅 度增长，钢材的强度不断提高，相应地其连接工艺 技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展 奠定了重要基础。与此同时，钢筋混凝土的问世和 20世纪30年代预应力混凝土的诞生，使近代建筑结 构的型式和规模发生了飞跃性进展,随着钢的冶炼和 加工技术的进步以及新型建筑结构对材料提出更高 性能的要求，促使高强耐蚀的合金钢产量从60年代 初开始大幅度增长。钢材及其与混凝土复合的钢筋 混凝土和预应力混凝土，已成为现代建筑结构的主 体材料。
钢的分类 低碳钢
碳素钢 中碳钢
一、按化学成
高碳钢
分
合金钢 低合金钢
中合金钢
普通钢
高合金钢
优质钢 二、按质量分 高级优质钢
特级优质钢
三、按用途分
结构钢 工具钢 特殊性能钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等
四、按冶炼方法分
按炉的种类
平炉钢 转炉钢 电炉钢
按脱氧程度
沸腾钢（F） 镇静钢（z） 半镇静钢（b）
建筑用钢主要用普通碳素结构钢中的低碳钢和低合金钢
承受动荷载的重要焊接结构，只能使用镇静钢
试题
4.钢的冶炼中加入少量的废钢的作用是( ). A.除去杂质 B.调整炉渣的粘度 C. 调整炉温 D.再次冶炼
5(多选).下列说法正确的是( ) A. 建筑钢材多为热轧钢 B.建筑钢材多为冷轧钢
C. 钢材加工包括轧制、锻造、冷拔、冲压、冷拉等 D.低碳钢比高碳钢的强度大
E. 低碳钢比高碳钢的韧性好
❖ 焊接结构，不得使用沸腾钢
试题
1.脱氧不完全,有害杂质磷、硫的偏析较严重的是( ). A. 沸腾钢 B.半镇静钢 C. 镇静钢 D.低碳钢
2.钢的含碳量为( ) A.>2.06% B.<0.04% C.0.02~0.03% D. 0.04~2.06%
3.低碳钢是指含碳量( ) A. <0.25% B.0.25~0.6% C.<0.6% D.>0.6%
❖ 钢材是在严格的技术控制条件下生产来自百度文库材料，与非 金属材料相比，具有品质均匀稳定、强度高、塑性 韧性好、可焊接和铆接等优异性能。钢材主要的缺 点是易锈蚀、维护费用大、耐火性差、生产能耗大.
钢的冶炼
➢ 将生铁在炼钢炉中冶炼，使碳的含量降低到预定的 范围，其他杂质含量降低到允许的范围，经烧铸即 得到钢锭，再经过加工工艺处理后、得到钢材。
试题
6(多选).建筑工程中常用的钢是( ) A.高级优质钢 B.优质碳素钢 C. 普通碳素钢
D. 低合金钢 E.中高合金钢
钢的晶体组成和化学成分
钢是一种多晶体材料。但晶体具有各向异性的特 征，而多晶体则为各向同性。钢的宏观力学性能 由其内部晶体结构和化学成分所决定。
➢ 纯铁的晶格类型
钢材和一切金属材料一样，也为晶体结构，它是 铁-碳合金晶体，钢的晶格有两种构架，即体心立 方晶格和面心立方晶格(见图2-15)。其晶体结构 中，各个原子以金属键相互结合在一起，这种结 合方式就决定了钢材具有很高的强度和良好的塑 性。
❖ 土木工程钢材的基本知识 ❖ 土木工程常用钢材 ❖ 其他金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 铸铁
❖ 钢与生铁的区分在于含碳量的大小。含碳量小于 2.06％的铁碳合金称为钢。含碳量大于2.06％的铁 碳合金称为生铁。
❖ 土木工程钢材是指用于钢结构的各种型钢、钢板、 钢管和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。
钢晶格的两种构架
钢材的晶格并不都是完好无缺的规则排列，而是存 在许多缺陷，它们将显著地影响钢材的性能，这是 钢材的实际强度远比理论强度小的根本原因。其主 要的缺陷有三种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。
➢ 钢的基本晶体组织
钢是以铁（Fe）为主的 Fe-C合金。Fe-C合金于 一定条件下能形成具有 一定形态的聚合体，称 为钢的组织，在显微镜 下能观察到它们的微观 形貌图象，故也称显微 组织。
化学元素对钢材性能的影响
试题
1(多选).钢材化学成分中的有害成分是( ) A.碳 B. 磷 C.硅 D.锰 E. 氧 F. 硫
2(多选).钢材中S含量的提高会导致( ) A. 热脆提高 B. 可焊性下降 C.韧性提高
D. 耐疲劳性下降 E.耐蚀性上升
3(多选).钢材中O含量的提高会导致( ) A.韧性下降 B. 可焊性下降 C.耐磨性上升
制成型。
➢ 化学成分对钢性能的影响
除铁、碳外，钢材在冶炼过程中会从原料、燃料中引入一 些的其他元素。这些成分可分为两类：一类能改善优化钢 材的性能称为合金元素，主要有Si、Mn、Ti、V、Nb等； 另一类能劣化钢材的性能，其中硅、锰、钛、钒、铌等为 合金元素。磷、氮、硫、氧等为杂质。
属钢材的杂质，主要有氧、硫、氮、磷等。这些成分 含量少，但对钢的性能影响很大。
D. 强度下降 E.耐蚀性上升
珠光体:珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物，含 碳量较低(0.8％)，层状结构，塑性较好，强度和硬 度较高。
此外，钢材在温度高于723 ℃时，还存在奥氏体。奥氏体 为碳在γ-Fe中的固溶体，溶碳能力较强，高温时含碳量可 达2.06％，低温下降至0.8％。其强度、硬度不高，但塑性 好。碳钢处于红热状态时即存在这种组织，这时钢易于轧
片状珠光体（1000倍）
针状和块状铁素体（100倍）
钢材在常温下主要有三种显微组织：
铁素体:钢材中的铁素体系碳在α-Fe中的固溶体， 由于α-Fe体心立方晶格的原子间空隙小，溶碳能力 较差，故铁素体含碳量很少（小于0.02％），由此 决定其塑性、韧性好；但强度、硬度低。
渗碳体:渗碳体为铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量高 达6.67％，晶体结构复杂，塑性差，性硬脆，抗拉 强度低。
❖土木工程材 料第八章 建筑
钢材
本章考试大纲
❖ 1、了解钢材的分类 ❖ 2、了解建筑钢材的技术性能及其选用
钢结构用钢
建筑钢材
钢筋混凝土用钢
17世纪70年代人类开始大量应用生铁作建筑材料， 到19世纪初发展到用熟铁、软钢建造桥梁和房屋。 19世纪中叶起，钢材的品种、规格、生产规模大幅 度增长，钢材的强度不断提高，相应地其连接工艺 技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展 奠定了重要基础。与此同时，钢筋混凝土的问世和 20世纪30年代预应力混凝土的诞生，使近代建筑结 构的型式和规模发生了飞跃性进展,随着钢的冶炼和 加工技术的进步以及新型建筑结构对材料提出更高 性能的要求，促使高强耐蚀的合金钢产量从60年代 初开始大幅度增长。钢材及其与混凝土复合的钢筋 混凝土和预应力混凝土，已成为现代建筑结构的主 体材料。