1、土木工程材料第七章钢材7.1 钢的生产和分类 一、钢的冶炼 钢和铁的主要成分是铁和碳。含碳量大于2%的为生铁，含碳量小于2%的为钢。炼铁：将铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内，在高温的作用下进行还原反应和其他的化学反应，铁矿石中的氧化铁形成金属铁，然后再吸收碳而成生铁。炼钢：以铁水或生铁作为主要原料，在转炉、平炉或电炉中冶炼，用氧化的方法来除去铁中的碳及部分杂质。7.1 钢的生产和分类 二、钢材的加工方法 根据钢材加工温度不同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有如下几种：轧制 锻造 拉拔 挤压7.1 钢的生产和分类 三、钢的分类 钢的分类常根据不同的需要而采用不同的分类方法。常用
2、的分类方法有以下几种。碳素钢按照碳的含量分类 合金钢按照掺入合金元素（一种或多种）的总量分类 按钢材品质分类 按用途分类 按冶炼时脱氧程度分类7.1 钢的生产和分类 四、钢材的分类 型钢类：一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。钢板类：一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。钢管类：一种中空截面的长条钢材。钢丝类：是线材的再一次冷加工产品。7.2 化学成分对钢材性能的影响 碳：是影响钢材性能的主要元素之一，为最重要的硬化元素。在碳素钢中随着含碳量的增加，其强度和硬度提高，塑性和韧性降低。当含碳量大于l%后，脆性增加，硬度增加，强度下降。含碳量大于0.3%时钢的可焊性显著降低。此外，含碳量增加，
3、钢的冷脆性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性降低。7.2 化学成分对钢材性能的影响 硅：硅含量在l以内时，可提高钢的强度、疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性，对塑性和韧性影响不大，但对可焊性和冷加工性能有所影响。硅可作为合金元素，用以提高合金钢的强度。磷：磷是碳素钢中的有害杂质。常温下能提高钢的强度和硬度，但塑性和韧性显著下降，低温时更甚，即引起所谓“冷脆性”。磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能。硫：硫是碳素钢中的有害杂质。在焊接时，易产生脆裂现象，称为热脆性，显著降低可焊性。含硫过量还会降低钢的韧性、耐疲劳性等机械性能及耐腐蚀性能。氧：氧是碳素钢中的有害杂质。含氧量增加，使钢的机械强度降低、塑性和韧性降低
4、，促进时效作用，还能使热脆性增加，焊接性能变差。氮：氮能使钢的强度提高，塑性特别是韧性显著下降。氮还会加剧钢的时效敏感性和冷脆性，使可焊性变差。7.3 钢材的技术性质 一、力学性能 抗拉性能：抗拉性能是钢材最主要的技术性能，通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率，这些是钢材的重要技术性能指标。弹性阶段屈服阶段强化阶段颈缩阶段7.3 钢材的技术性质 冲击韧性：是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。耐疲劳性：钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏。硬度：表示钢材表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。有布氏硬度（HBW）法、洛氏硬度（HR）
5、法和维氏硬度（HV）法等三种。7.3 钢材的技术性质 二、工艺性能 钢材的工艺性能指钢材承受各种冷热加工的能力。包括：铸造性、切削加工性、焊接性、可锻性、冲压性、顶锻性、冷弯性、热处理工艺性等。对土木工程用钢材而言，其中只涉及焊接和冷弯性能。7.4 钢材的冷加工和热处理 一、冷加工：是在常温下进行机械加工。冷拉：7.4 钢材的冷加工和热处理 二、时效处理：自然时效：钢材在常温下搁置而产生的时效称为自然时效。一般强度较低的钢筋采用自然时效，冷拉钢筋自然时效需1520天。人工时效：将冷加工的钢筋加热至100200，保持2小时，称为人工时效。强度较高的钢筋采用人工时效。时效敏感性：因时效而导致钢材性
6、能改变的程度称为时效敏感性。7.4 钢材的冷加工和热处理 三、钢材的热处理：将钢材按一定的制度加热、保温、冷却以改变钢材的内部组织，消除内应力，从而获得所需性能的处理工艺称为热处理。淬火：将钢材加热至组织转变温度（723）以上，保温一定时间后，在水中或油中急剧冷却。回火：将淬火后的钢材加热至组织转变温度（723）以下，保温一定时间后，再缓慢冷却。退火：将钢材加热至组织转变温度（723）以上，保温一定时间后，在退火炉中缓慢冷却。正火：是褪火的一种变态或特例，两者仅冷却速度不同，正火是在空气中冷却。7.5 土木工程用钢的品种和选用 一、土木工程用钢的主要类别 碳素结构钢：碳素结构钢是碳素钢中的一类
7、，可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程。构件可进行焊接、铆接和栓接。低合金高强度结构钢：在碳素结构钢的基础上加入总量小于5的合金元素而形成的钢种。优质碳素结构钢：优质碳素结构钢对有害杂质含量（S0.035%，P0.035%）控制严格、质量稳定，性能优于碳素结构钢。合金结构钢：合金结构钢均含有Si和Mn，生产过程中对硫、磷等有害杂质控制严格，并均为镇静钢。7.5 土木工程用钢的品种和选用 二、钢结构用钢材 热轧型钢：角钢、L型钢、工字钢、槽钢、H型钢和扁钢。冷弯型钢：冷弯等边、不等边角钢、冷弯等边、不等边槽钢、冷弯槽钢、冷弯内、外卷边槽钢、冷弯Z型钢、冷弯卷边Z型钢、圆形冷弯空心型
8、钢、方形冷弯空心型钢、矩形冷弯空心型钢等。钢管和钢板7.5 土木工程用钢的品种和选用 三、钢筋混凝土用钢材 热轧钢筋 冷轧带肋钢筋 预应力筋 混凝土用钢纤维7.5 土木工程用钢的品种和选用 四、特种结构用钢材 桥梁结构钢：桥梁结构钢除了必须具有较高的强度外，还要求有良好的塑性、韧性、可焊性及较高的疲劳强度，具有良好的抗大气腐蚀性。钢轨钢：钢轨不仅应具有较高的强度以承受较高的压力和抗剥离的能力，而且还应具有较高的耐磨性、冲击韧性和疲劳强度。7.6 钢材的腐蚀与防护 一、化学腐蚀：是指钢材在常温和高温时发生的氧化或硫化作用。由O2产生：Fe+O2FeO，Fe2O3，Fe3O4；由CO2产生：Fe+CO2 FeO，Fe3O4+CO；由H2O产生：FeH2OFeO，Fe3O4+H2。二、电化学腐蚀：是由于电化学现象在钢材表面产生局部电池作用的腐蚀。7.6 钢材的腐蚀与防护 三、防腐 采用耐候钢 金属覆盖 非金属覆盖 四、钢筋的防锈 五、防火
