第2章建筑钢材..ppt

第 2 章 建筑钢材钢材概述u 优点：强度高，表现在抗压、拉、弯、剪强度都高 塑性好，有较大的塑性变形，可进行冷加工 韧性好，能承受冲击荷载的作用 品质均匀，性能可靠 可焊接、铆接和切割，便于使用 可进行热处理u 缺点：易锈蚀，维修费用大 能耗大，成本高 耐火性差 三大建材：钢材、木材、混凝土三大建材：钢材、木材、混凝土l本章的教学目标是：了解建筑钢材的微观结构及其与性质的关系；熟悉建筑钢材的强化机理及强化方法；熟练掌握建筑钢材的力学性能（包括强度、弹性及塑性变形，耐疲劳性）的意义，测定方法及影响因素；掌握土木工程中常用的建筑钢材的分类及其选用原则。本章的难点是钢材的塑性、韧性、耐疲劳性，以及微量组分对钢材性能的影响。建议在学习中需联系钢材的组成结构分析其性能，来理解其应用。l2.1金属的微观结构及钢材的化学组成l2.2建筑钢材的主要力学性质l2.3建材的冷加工及时效强化、热处理和焊接l2.4钢材的防火和防腐蚀l2.5建筑钢材的品种和选用1 金属的微观结构及钢材的化学组成l1.1 金属的微观结构概述l金属的晶体结构 金属晶体的晶格有三种类型：面心立方晶格FCC（Face-centered cubic）：r-Fe、铜、银、铝 体心立方晶格BCC(Body-centered cubic)a-Fe、锌、镍、镁 密集六方晶格HCP（Hexagonal close-packed）r-Fe 面心立方；面心立方；-Fe 体心立方体心立方l 金属晶体结构中的缺陷：金属晶体中的缺陷会对金属的强度、塑性和其他性能带来明显影响，这也是金属强化的机理所在。点缺陷：点缺陷：由于晶体中的热振动等原因，个别能量较高的原子克服了临近原子的束缚，离开了原来的平衡位置，形成了“空位”，跑到另一个结点或结点间的不平衡位置上导致晶格畸变，某些杂质的嵌入，形成间隙原子，也会导致晶格畸变。线缺陷：在金属晶体中某晶面间原子排列数目不相等，在晶格中形成缺列，这种晶体缺陷称为“位错”。位错有刃位错和螺位错。面缺陷：晶界处的原子排列规律受到严重干扰，使晶格发生畸变，畸变区形成一个面，这些面又交织成三维网状结构，这些缺陷称为面缺陷。晶界：多晶体中各晶粒的分界面。l 金属强化的微观机理金属强化的微观机理 改变微观晶体的缺陷数量和分布状态，以提高其屈服强度和其他力学性能。细晶强化：细晶强化：增加单位体积中晶界面积来提高屈服强度的方法。加入某些合金元素，形成较多的晶核以达到细晶的目的。固溶强化：固溶强化：固溶体形成较多缺陷，使位错运动的阻力增大，屈服强度提高。如铁中加入碳。弥散强化：弥散强化：散入第二相质点，增大位错运动阻力，提高屈服强度。变形强化：变形强化：晶体内部缺陷密度增加，导致屈服强度增加。也叫冷加工强化。1.2 钢材的化学组成l 钢与生铁的区分：钢与生铁的区分：含碳量的大小，含碳量小于2.11的铁碳合金称为钢钢。含碳量大于2.11的铁碳合金称为生铁生铁。l 钢材的分类钢材的分类：按钢材的组成元素中仅次于铁元素的成分不同：低碳钢（含碳量小于0.25）碳素钢 中碳钢（含碳量0.250.6）高碳钢（含碳量大于0.6）低合金钢（合金元素小于5）合金钢 中合金钢（合金元素510）高合金钢（合金元素大于10）l 按冶炼时脱氧程度分类沸腾钢：沸腾钢：是脱氧不完全的钢，浇铸后在钢液冷却时有大量一氧化碳气体外逸，引起钢液剧烈沸腾。沸腾钢内部杂质和夹杂物多，化学成分和力学性能不够均匀、强度低、冲击韧性和可焊性差，特别是低温冲击韧性的降低更为显著但生产成本低，可用于一般建筑结构。镇静钢：镇静钢：是指在浇铸时，钢液平静地冷却凝固，基本无一氧化碳气泡产生,是脱氧较完全的钢。钢质均匀密实，品质好，但成本高。镇静钢可用于承受冲击荷载的重要结构。特殊镇静钢：特殊镇静钢：比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，其质量最好，适使用于特别重要的结构工程。、半镇静钢半镇静钢：脱氧程度与质量介于镇静钢和沸腾钢之间的钢。两钢锭（沸腾钢和镇静钢）的纵剖面图两钢锭（沸腾钢和镇静钢）的纵剖面图（A）沸腾钢（B）镇静钢l钢的基本晶体组织 碳素钢冶炼时在钢水冷却过程中，其Fe和有以下三种结合形式：固溶体铁（Fe）中固溶着微量的碳(C)；化合物铁和碳结合成化合物Fe3；机械混合物固溶体和化合物的混合物。以上三种形式的Fe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像，故也称显微组织。l由于铁与碳的组合方式的不同，碳素钢形成的基本组织有铁素体、渗碳体、珠光体。钢材的显微组织钢材的显微组织l钢材在常温下主要有三种显微组织：铁素体铁素体:钢材中的铁素体铁素体系碳在-Fe中的固溶体固溶体，由于-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:渗碳体渗碳体为铁和碳的化合物化合物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，是钢中的主要强化组分。珠光体珠光体:珠光体珠光体为铁素体和渗碳体的机械混合物机械混合物，性能介于铁素体和渗碳体之间。片状珠光体铁针状和块状铁素体z 建筑工程中，钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢，含碳量一般0.8%，所以常温下，基本组织为铁素体和珠光体，含碳量 ，铁素体 ，珠光体 ，强度 ，塑性和韧性 。铁素体铁素体渗碳体渗碳体珠光体珠光体00.82.0基基本本组组织织的的相相对对含含量量，%含碳量，含碳量，%图图 碳素钢基本组织相对含量和含碳量的关系碳素钢基本组织相对含量和含碳量的关系钢材的成分对性能的影响钢材的成分对性能的影响l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。钢材的成分对性能有重要影响。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，主要有硅、锰、钛、钒、铌等；另一类能劣化钢材的性能，属钢材的杂质，主要有磷、硫、氧、氮等。改善优化钢材的元素：改善优化钢材的元素：硅：硅：我国低合金钢中的主加合金元素。大部分溶于铁素体中。当硅含量小于1时，可提高钢材的强度，对塑性、韧性影响不大；大于1时，塑性、韧性下降，可焊性降低。锰：锰：低合金钢的主加合金元素。一般含量在12之间，溶于铁素体中，并细化珠光体，起强化作用。能消弱硫和氧引起的热脆性，且改善钢材的热加工性。钛、钒、铌：钛、钒、铌：钛是强脱氧剂，钒、铌是碳化物和氮化物的形成元素，三者皆能细化晶粒，提高强度，在建筑常用的低合金钢中，三者为常用合金元素。劣化钢材性能的元素：劣化钢材性能的元素：磷：磷：主要溶于铁素体中起强化作用，同时可提高钢材的耐磨、耐蚀性，但塑性、韧性显著降低，当温度很低时，对后两者影响更大。磷的偏析倾向强烈，使铁素体晶格严重畸变，钢材冷脆性显著增大。可在低合金钢中配合其他元素作为合金元素使用。硫、氧：硫、氧：主要存在于非金属夹杂物中，降低各种力学性能，硫化物造成的低熔点使钢材在焊接时易于产生热裂纹，显著降低可焊性，且有强烈的偏析作用；氧有促进时效时效倾向的作用，氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变坏。劣化钢材性能的元素：劣化钢材性能的元素：氮：氮：溶于铁素体中或呈氮化物形式存在，对钢材性质影响与C、P相似，使钢材强度提高，使塑性和韧性下降。溶于铁素体中的氮，有向晶格缺陷处富集的倾向，加剧时效敏感性和冷脆性，降低可焊性。二者在低合金钢中可配合其它元素作为合金元素。化学元素对钢材性能的影响化学元素强度硬度塑性韧性 可焊性其他碳（碳（C）1%冷脆性 锰（锰（Mn）脱氧、硫剂 钛（钛（Ti）强脱氧剂 钒（钒（V)时效 磷（磷（P）偏析、冷脆 氮（氮（N）冷脆性 硫（硫（S）热脆性氧（氧（O）2 建筑钢材的主要力学性能2.1抗拉性能2.2冷弯性能2.3冲击韧性2.4硬度2.5耐疲劳性拉拉 伸伸 试试 验验2.1 抗拉性能l从低碳钢的应力-应变关系中可看出，低碳钢从受拉到拉断，经历了四个阶段：图图 低碳钢受拉时的应力低碳钢受拉时的应力-应变图应变图（1）弹性阶段）弹性阶段0 A（2）弹塑性阶段）弹塑性阶段A B（3）塑性阶段）塑性阶段B C（4）应变强化阶段）应变强化阶段C D（5）颈缩破坏阶段）颈缩破坏阶段:D点后点后CDRAAR mR eHR e L(1)弹性阶段弹性阶段0 A此阶段为弹性形变；弹性极限：与A点对应的应力称为弹性极限。在钢材的拉伸试验初始阶段，卸去外力后，试件变形能立即消失，不产生残留塑性变形的最大应力，称为弹性极限弹性极限。应力超过弹性极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，弹性模量：在稍低于A点对应的应力时，应力与应变之比为常数，用E表示，E=/，反映了材料受力时抵抗弹性变形的能力，即钢材的刚度。(2)弹塑性阶段弹塑性阶段A B此阶段应力不增加，而形变继续增加；屈服强度：屈服强度：又称又称屈服极限屈服极限（R eL），），应力不增加而形变继续增加时对应的应力；上、下屈服点：上、下屈服点：试样发生屈服而力首次下降前的最大应力为上屈服点(R eH)；不计初始瞬时效应屈服阶段中的最小应力为下屈服点(R eL)；并以下屈服作为屈服强度屈服强度的标准值。此阶段弹性变形和塑性变形都存在，应力应变不再成正比。(3)塑性阶段塑性阶段B C(4)变形强化阶段变形强化阶段C D 此阶段材料抵抗变形的能力又重新提高。当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，(5)塑性阶段：塑性阶段：D点之后点之后D点后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并出现颈缩现象，直至断裂破坏。颈缩：试件薄弱处产生的局部横向收缩变形。抗拉强度：抗拉强度：试样拉断过程中最大力所对应的应力称试样拉断过程中最大力所对应的应力称为为抗拉强度抗拉强度(R m)。可可靠靠性性参参数数：值值越越大大可可靠靠性性越越高高，安安全全性性越越高高，但但利利用用率率降降低低，浪浪费费增增大大。值值越越小小，可可靠靠性性越越低低，安全性越低。安全性越低。钢钢材材的的强强屈屈比比一一般般大大于于1.21.2，抗抗震震结结构构一一般般大大于于1.251.25。几个重要的概念几个重要的概念l 强屈比强屈比l 条件屈服极限条件屈服极限(R0.2)硬钢无明显的屈服现象，通常以发生0.2塑性变形时的应力作为该钢材规定的的屈服极限，称为条件屈服极限。用R0.2表示。图 硬钢的屈服点R0.2 断后伸长率：用A表示，试样拉断后，标距的伸长与原始标距长度的百分率。伸长率是衡量钢材塑性变形能力的指标，数值越大，表示钢材塑性越好。良好的塑性，可将结构上的应力(超过屈服强度的应力)重新分布，从而避免结构过早破坏。l 伸长率伸长率L0LU图图 伸长率的测定伸长率的测定式中：L0试件的原始标距长度 Lu试件拉断后的标距长度l 断面收缩率断面收缩率式中：F 0原始横截面积；F 1断裂后颈缩处的横截面积。冷冷 弯弯 试试 验验2.2 冷弯性能l冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材重要的工艺性能。用弯曲程度来表示。l弯曲程度用试件被弯曲的角度和弯心直径d对试件厚度(或直径)的比值来区分。l钢材冷弯时的弯曲角度越大，弯心直径越小，即弯曲程度越大，则表示冷弯性能越好。l按规定的弯曲角度和弯心直径进行试验时，若试件弯曲处，无裂纹、断裂及起层无裂纹、断裂及起层等现象，则认为冷弯性能合格。反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。冷弯试验也能对钢材的冶炼质量焊接质量进行严冷弯试验也能对钢材的冶炼质量焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝等缺陷。裂缝等缺陷。l钢材的冷弯试验意义钢材的冷弯试验意义冲击韧性试验冲击韧性试验2.3 冲击韧性冲击韧性l冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。l通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定。l以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，以试件打段时所吸收的能量作为钢材的冲击韧性值。用Kv表示，值愈大，冲击韧性愈好。图图 钢材的冲击试验钢材的冲击试验关于冲击韧性的几个概念关于冲击韧性的几个概念l冷脆性：冷脆性：冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始时下降平缓，当达到某一温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种性现象称为钢材的冷钢材的冷脆性脆性，这时的温度称为脆性临界温度脆性临界温度。它的值越低，表明钢材的低温冲击性能愈好。l时效时效：钢材随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲击韧性下降，这种现象称为时效。l时效敏感性时效敏感性：因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性。影响冲击韧性的因素影响冲击韧性的因素l化学成分、内部组织状态：尤其是磷、硫含量；存在偏析或非金属夹杂物；l冶炼、轧制质量l温度：随温度降低，冲击韧性下降；l时效：随时间延长，冲击韧性下降。2.4 硬度硬度l硬度：是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力。l常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法。l布氏法：布氏法：是利用直径为（）的淬火钢球，以P（）的荷载将其压入试件表面，经规定的持续时间后卸除荷载，即得到直径为（）的压痕，以压痕表面积（）除荷载，所得的商即为试件的布氏硬度值，无单位。l洛氏法：洛氏法：测定的原理与布氏法相似，但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值。洛氏法压痕很小，常用于判定工件的热处理效果。l金属材料等的硬度常用压入法测定，陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性较强，但不易加工。l工程中有时用硬度来间接推算材料的强度。对于碳素钢：HB175时，Rm=3.5HB。2.5 耐疲劳度耐疲劳度l疲劳破坏：疲劳破坏：在反复荷载作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。l疲劳极限：疲劳极限：疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。l一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，因此，钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。l首先在局部开始形成细小裂纹，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大，直至突然发生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏一般是断裂突然发生的。l由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面质量有关。3钢材的冷加工强化钢材的冷加工强化及时效强化、热处理和焊接及时效强化、热处理和焊接3.1钢材的冷加工强化及时效强化3.2钢材的热处理3.3钢材的焊接3.1钢材的冷加工强化及时效强化l冷加工强化：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形，从而提高屈服强度，这个过程称为冷加工强化处理。原理：钢材在冷加工过程中，塑性变形使晶格的缺陷增多，而缺陷的晶格严重畸变，对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用，故钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低。由于塑性变形中产生内应力，故钢材的弹性模量降低。建筑工程中大量使用的钢筋采用冷加工强化具有明显的经济效益。冷拔钢丝的屈服点可提高4060。由此可适当减小钢筋混凝土结构设计截面，或减小混凝土中配筋数量，从而达到节约钢材的目的。冷拔作用比纯拉伸的作用强烈，钢筋不仅受拉，而且同时受到挤压作用。l 时效处理：时效处理：将冷加工处理后的钢材，在常温下存放1520 d，或加热至100200 后保持一定时间，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。性能变化：屈服强度进一步提高，且抗拉强度也提高，同时塑性和韧性也进一步降低，弹性模量则基本恢复。原理：C、N原子向有有缺陷移动、集中甚至呈碳化物或氮化物析出的倾向。3.2 钢材的热处理l 热处理：热处理：是将钢材按一定规则，进行加热、保温和冷却处理，以改变其组织，得到所需要的性能的一种工艺措施。热处理包括退火退火、正火正火、淬火淬火和回火回火。图图 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 退火：退火：包括低温退火和完全退火。位错 ，内应力 ，HB ，塑性和韧性 。淬火：淬火：加热至基本组织转变温度以上，保温使组织完全转变，而后急冷。内应力 ，硬度和耐磨性 ，塑性和韧性 。回火：回火：将淬火后的钢材加热至基本组织转变温度以下，保温后按一定速度冷却至室温。促进淬火后的组织转变为所需的组织，消除内应力。内应力 ，塑性和韧性 。低温退火3.3 钢材的焊接l焊接：钢结构的主要连结方式。类型：电弧焊（用焊条）；电渣压力焊（不用焊条）焊件质量：焊接工艺、适当的焊接材料和 钢材本身的可焊性。检验方法：取样试件试验和原位非破损检测手工电弧焊手工电弧焊4 钢材的防火和防腐蚀4.1钢材的防火4.2钢材的锈蚀与防止1.钢材被腐蚀的原因化学腐蚀电化学腐蚀应力腐蚀2.防止钢材腐蚀的措施 4.1钢材的防火钢材的防火l 钢材是不燃性材料，但需考虑温度与高温持续时间对钢材性能的影响。l耐火试验与火灾案例表明：以失去支持能力为标准，无保护层时钢柱和钢屋架的耐火极限只有0.25 h，而裸露钢梁的耐火极限为0.15 h。温度在200 以内，可以认为钢材的性能基本不变；超过300 以后，弹性模量、屈服点和极限强度均开始显著下降，应变急剧增大；至达600 时已经失去承载能力。l防火原理：是采用绝热或吸热材料，阻隔火焰和热量，推迟钢结构的升温速率。l防火方法：以包覆法为主，即以防火板、涂刷防火涂料或混凝土和砂浆将钢构件包裹起来。l美国纽约的世贸大厦为钢结构，2001年9月11日被恐怖主义者袭击、倒塌，给人们提出了钢结构防火、防袭击破坏的课题。4.2 钢材的锈蚀与防止钢材的锈蚀与防止锈蚀：锈蚀：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。钢材腐蚀的现象普遍存在，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。影响：影响：腐蚀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。l 钢材被腐蚀的原因钢材被腐蚀的原因 化学腐蚀：化学腐蚀：钢材与周围的介质（如氧气）直接发生化学而引起的腐蚀，称为化学腐蚀。主要是生成氧化铁。在干燥环境中化学腐蚀的速度缓慢，但在温度高和湿度较大时腐蚀速度加快。（空气中二氧化碳、二氧化硫)。电化学腐蚀：电化学腐蚀：金属在潮湿气体以及导电液体（电解质）中，由于电子流动而引起的腐蚀称为电化学腐蚀。钢材腐蚀的主要形式。酸碱盐溶液、海水中的腐蚀、土壤中的腐蚀等。应力腐蚀：应力腐蚀：钢材在应力状态下腐蚀加快的现象，称为应力腐蚀。钢筋冷弯处、预应力钢筋都会因应力存在而加快腐蚀。l 防腐措施l钢材的防腐 钢材的腐蚀既有内因（材质），又有外因（环境介质的作用），因此要防止或减少钢材的腐蚀可以从改变钢材本身的易腐蚀性，隔离环境中的侵蚀性介质或改变钢材表面的电化学过程三方面入手。具体措施有采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖和混凝土用钢筋的防锈。l钢材的防腐合金化制得耐候钢：合金化制得耐候钢：又名耐大气腐蚀钢，耐候钢是在碳素钢和低合金钢中加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素而制成。表面覆盖：表面覆盖：刷漆覆盖、涂搪瓷：刷漆覆盖、涂搪瓷：与环境介质隔离，以避免或减缓腐蚀；常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧低漆等；常用面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。金属覆盖：金属覆盖：用耐腐蚀性好的金属，以电镀或喷镀的方法覆盖在钢材表面，提高钢材的耐腐蚀能力。镀锌（如白铁皮）、镀镍（如马口铁）、镀铜和镀铬等。混凝土中钢筋：混凝土中钢筋：提高混凝土密实度；确保保护层厚度；限制氯盐外加剂；加入防锈剂。5 建筑钢材的品种与选用l5.1建筑钢材的主要钢种1.碳素结构钢2.低合金高强结构钢l5.2常用建筑钢材1.钢筋2.型钢5.1 建筑钢材的主要钢种l 碳素结构钢：碳素结构钢：碳素结构钢的牌号：碳素结构钢的牌号：按国家标准GB/T700-2006规定，碳素结构钢可分为4个牌号，即195、Q215、Q235和Q275。含碳量在0.06-0.24%之间。各牌号钢又按其硫、磷等有害杂质的含量分为若干等级。建筑钢材 碳素结构钢和低合金高强度结构钢。钢筋混凝土用钢筋、钢丝等钢结构用型钢碳素结构钢的牌号组成：由钢材屈服点代号、屈钢材屈服点代号、屈服点数值、质量等级代号、脱氧程度代号服点数值、质量等级代号、脱氧程度代号四部分按顺序组成。其中以“Q”代表屈服点；屈服点数值共分195 MPa、215 MPa、235 MPa和275 Mpa 4种；质量等级以硫、磷等杂质含量由多到少，分别分A、B、C、D四级；脱氧方法以F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z、TZ表示镇静钢和特殊镇静钢。如：Q235-AF碳素钢随着牌号的增大，屈服强度和抗拉强度增高（也即随牌号增大含碳量增加），但伸长率降低，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。常用牌号：Q235Q235、Q275主要用途：钢结构、耐磨构件、机器零件、工具等。Q195、Q215主要用途：钢钉、铆钉、螺栓、铁丝等；l低合金高强度结构低合金高强度结构 低合金钢的牌号：根据国家标准低合金高强度结构钢（GB1591-2008）规定，共有8个牌号：Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690，以屈服强度划分。每个牌号又根据所含硫、磷等有害物质含量分成五个质量等级：A、B、C、D、E。牌号由三部分构成：屈服点代号、屈服点数值、质量等级符号。组成：组成：低合金钢中的合金元素主要有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素等，总含量一般不超过5%。性能：性能：由于合金元素的细晶强化和固溶强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。应用：应用：低合金高强度结构钢广泛应用于大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。5.2 常用建筑钢材常用建筑钢材l l钢筋：钢筋：钢筋：钢筋：热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋 钢筋混凝土用热轧带肋钢筋钢筋混凝土用热轧带肋钢筋钢筋混凝土用热轧带肋钢筋钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 预应力混凝土用钢棒预应力混凝土用钢棒预应力混凝土用钢棒预应力混凝土用钢棒 预应力混凝土用钢丝与钢绞线预应力混凝土用钢丝与钢绞线预应力混凝土用钢丝与钢绞线预应力混凝土用钢丝与钢绞线l l型钢：型钢：型钢：型钢：热轧型钢热轧型钢热轧型钢热轧型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢钢板和压型钢板钢板和压型钢板钢板和压型钢板钢板和压型钢板(1)热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋Hot-rolled Plain BarHot-rolled Plain Bar 主要型号：主要型号：主要型号：主要型号：HPB235HPB235（Q235Q235级钢级钢级钢级钢筋）筋）筋）筋）热轧光圆钢筋可由热轧光圆钢筋可由碳素结构钢碳素结构钢或或低合金结构低合金结构钢经热轧而成。其强度较钢经热轧而成。其强度较低，但塑性及焊接性好，广泛用中、低，但塑性及焊接性好，广泛用中、小型钢筋混凝土，或作为冷加工原料。小型钢筋混凝土，或作为冷加工原料。（2）钢筋混凝土用）钢筋混凝土用热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋螺纹钢螺纹钢是是热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋的俗称。的俗称。有有HRB335、HRB400、HRB500、HRBF335、HRBF400、HRBF500 6个牌号。具有较高的强度、个牌号。具有较高的强度、塑性和较好的可焊性。钢筋表面的纵肋和横肋加强了钢筋与混凝塑性和较好的可焊性。钢筋表面的纵肋和横肋加强了钢筋与混凝土之间的握裹力，可用于钢筋混凝土结构中的受力钢筋以及预应土之间的握裹力，可用于钢筋混凝土结构中的受力钢筋以及预应力钢筋。力钢筋。Hot-rolled Ribbed Bar（3）冷轧带肋钢筋）冷轧带肋钢筋Cool-rolled Ribbed Bar 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋采用采用热轧圆盘条热轧圆盘条经冷轧而成。表面带有沿经冷轧而成。表面带有沿长度方向均匀分布的二面或三面的月牙肋。长度方向均匀分布的二面或三面的月牙肋。按抗拉强度分为按抗拉强度分为4个等级：个等级：CRB550、CRB650、CRB800、CRB970，其中数，其中数值表示其应达到的最小抗拉强度值。适用于中、小型预应力值表示其应达到的最小抗拉强度值。适用于中、小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件。混凝土结构构件和普通混凝土结构构件。（4）预应力混凝土用钢棒）预应力混凝土用钢棒 预应力混凝土用钢棒是用预应力混凝土用钢棒是用低合金钢热轧圆盘条低合金钢热轧圆盘条经经淬火、回火调质处理而得。通常卷成弹性盘条供应，淬火、回火调质处理而得。通常卷成弹性盘条供应，开盘后可自行伸直。开盘后可自行伸直。（5）预应力混凝土用钢丝与钢绞线）预应力混凝土用钢丝与钢绞线 预应力混凝土用钢丝采用预应力混凝土用钢丝采用优质碳素钢或其他性能相优质碳素钢或其他性能相应的钢种应的钢种，经冷加工、时效处理或热处理而值得的高强，经冷加工、时效处理或热处理而值得的高强度钢丝。将两根、三根或七根圆形断面的钢丝捻成一束，度钢丝。将两根、三根或七根圆形断面的钢丝捻成一束，即成钢绞线。即成钢绞线。抗拉强度抗拉强度远远超过热轧钢筋和冷轧钢筋、并且远远超过热轧钢筋和冷轧钢筋、并且柔性柔性好好、成盘供应无需接头。适用于大荷载、大跨度及需曲、成盘供应无需接头。适用于大荷载、大跨度及需曲线配筋的预应力混凝土结构。线配筋的预应力混凝土结构。热轧热轧H型钢型钢热轧角钢热轧角钢（1 1）热轧型钢：角钢（等边、不等边）、）热轧型钢：角钢（等边、不等边）、）热轧型钢：角钢（等边、不等边）、）热轧型钢：角钢（等边、不等边）、工字钢、槽钢、工字钢、槽钢、工字钢、槽钢、工字钢、槽钢、T T型钢、型钢、型钢、型钢、H H型钢、型钢、型钢、型钢、Z Z型钢型钢型钢型钢2.型钢钢结构构件一般选用型钢。连接方式有铆接、螺栓连接或焊接。（2）冷弯薄壁型钢）冷弯薄壁型钢 冷弯薄壁型钢是用2mm6mm的薄钢板经冷弯或模压而制成，有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、矩形等空心薄壁型钢。用于轻型钢结构。（3）钢板）钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢材称为钢板。土木工程用钢板主要是碳素结构钢碳素结构钢，某些重型结构或大跨度桥梁也采用低合金钢。钢板有热轧热轧和冷轧冷轧两类。热轧钢板又有厚、薄板厚、薄板之分。压型钢板压型钢板压型钢板是用薄板经辊压或冷弯成波形、双曲线、V形等形状。压型钢板有有机涂层、镀锌、防腐等薄板。在建筑上常用作工业厂房的屋面板和墙板及装饰板等。思考题1.金属晶体结构中的微观缺陷有哪几种？他们对金属的力学性能会有何影响？主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。其中点缺陷包括空位、间隙原子。线缺陷包括刃型位错和螺形位错。面缺陷主要是晶界处晶格发生畸变。晶体缺陷对金属既有有利的一面，也有不利的方面。通常工业上常用的多晶材料都是通过增加缺陷数目来提高材料的机械性能，如加入合金元素形成固溶体，通过增加点缺陷进行强化；通过冷加工变形增加线缺陷位错的数目提高强度；金属通过细化晶粒增加晶界数目和面缺陷也可提高强度。但上述措施增加了微观缺陷，会使晶体中滑移面减少，金属的塑性下降，抗拉强度降低。