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三、钢材的热处理 热处理是将钢材按规定的温度制度，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 热处理包括淬火、回火、退火和正火 ⑴ 淬火 将钢材加热至基本组织改变温度以上，保温，然后 投入水或矿物油中急冷，使晶粒细化，碳的固溶量增加， 强度和硬度增加，塑性和韧性明显下降。 ⑵ 回火 将比较硬脆、存在内应力的钢，再加热至基本组织 改变温度以下（150～650 ℃），保温后按一定制度冷 却至室温的热处理方法称回火。回火后的钢材，内应力 消除，硬度降低，塑性和韧性得到改善。
四、钢材的焊接
焊接是各种型钢、钢板、钢筋等钢材的主要连接 方式。土木工程的钢结构中，焊接结构要占90%以上。 在钢筋混凝土结构中，大量的钢筋接头、钢筋网片、 钢筋骨架、预埋铁件及钢筋混凝土预制构件的安装等， 都要采用焊接。
（一）钢材焊接的基本方法 钢材的焊接主要采用以下两种基本方法： 1．电弧焊。电弧焊的焊接接头是由基体金属和 焊条金属通过电弧高温熔化联接成一体。 2．接触对焊。接触对焊是通过电流把被焊金属 接头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而成一 体。 焊接过程的特点是：在很短的时间内达到很高的 温度；金属熔化的体积很小；由于金属传热快，故冷 却的速度很快。因此，在焊件中常发生复杂的、不均 匀的反应和变化；存在剧烈的膨胀和收缩。因而易产 生变形、内应力和组织的变化。
二、钢材的时效处理 将经过冷加工后的钢材，在常温下存放15～20 天，或加热至100～200℃并保持2h左右，其屈服强 度、抗拉强度及硬度进一步提高，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。 通常对强度较低的钢筋可采用自然时效，强度 较高的钢筋则需采用人工时效。 钢材经冷加工和时效处理后，其性能变化规律 在应力—应变图上明显地得到反映，如图所示。
第四节：钢材的冷加工、热处理和焊接
一、钢材的冷加工
将钢材于常温下进行冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、 刻痕等，使之产生一定的塑性为钢材的冷 加工（或冷加工强化、冷作强化）。 土木工程中对大量使用的钢筋，往往是冷加工和 时效处理同时采用，常用的冷加工方法是冷拉和冷拔。
OBCD：未冷拉钢筋曲线 O'KCD：冷拉钢筋曲线 O'K'C1D1：冷拉并经时效处 理钢筋曲线 B
K1 K
C1
C D1 D
O
图中OBCD为未经冷拉和时效处理试件的 曲线。当试件冷拉至超过屈服强度 的任意一个K点时卸荷载，此时由于试件已产生塑性变形，曲线沿KO'下降， KO'大致与BO平行。如果立即重新拉伸，则新的屈服点将提高至K点，以后的 曲线将与原来曲线KCD相似。如果在K点卸荷载后不立即重新拉伸，而将试件 进行自然时效或人工时效，然后再拉伸，则其屈服点又进一步提高至K1点， 继续拉伸时曲线沿K1C1D1发展。这表明钢筋经冷拉和时效处理后，屈服强度 得到进一步提高，抗拉强度亦有所提高，塑性和韧性则相应降低。
1．冷拉。将热轧钢筋用拉伸设备在常温下拉长，使之产 生一定的塑性变形称为冷拉。冷拉后的钢筋不仅屈服强 度提高20%～30%，同时还增加钢筋长度（4%～10%），因 此冷拉是节约钢材（一般10%～20%）的一种措施。 钢材经冷拉后屈服阶段缩短，伸长率减小，材质变 硬。 实际冷拉时，应通过试验确定冷拉控制参数。冷拉 参数的控制，直接关系到冷拉效果和钢材质量。 钢筋的冷拉可采用控制应力或控制冷拉率的方法。 当采用控制应力方法时，在控制应力下的最大冷拉率应 满足规定要求，当最大冷拉率超过规定要求时，应进行 力学性能检验。当采用控制冷拉率方法时，冷拉率必须 由试验确定，测定冷拉率时钢筋的冷拉应力应满足规定 要求。 冷拉仅能提高钢材的抗拉强度，不能提高抗压强度。
2．冷拔。将光圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉 拔。钢筋在冷拔过程中，不仅受拉，同时还受到挤 压作用。经过一次或多次冷拔后，钢筋的屈服强度 可提高40%～60%，但塑性大大降低，具有硬钢的性 质。经冷拔后，钢材的抗压、抗拉强度均有一定的 提高。 3.冷轧。将光圆钢筋在常温下用轧钢机上轧成断面 按一定规律变化的钢筋，轧制时，纵向与横向同时 产生变形，因而能较好的保持其塑性和内部结构的 均匀性。目前工程中使用的有冷轧带肋钢筋和冷轧 扭钢筋。 总的来说，冷加工钢筋尽管强度有一定提高， 但塑性、韧性均有所降低，且大多为作坊式生产， 质量不宜保证，目前使用量呈下降趋势。
经常发生的焊接缺陷有以下几种。 焊缝金属缺陷：裂纹（主要是热裂纹）、气孔、 夹杂物（脱氧生成物和氮化物）。 基体金属热影响区的缺陷：裂纹（冷裂纹）、晶 粒粗大和析出脆化（碳、氮等原子在焊接过程中形成 碳化物或氮化物，于缺陷处析出，使晶格畸变加剧所 引起的脆化）。 由于焊接件在使用过程中的主要力学性能是强度、 塑性、韧性和耐疲劳性，因此，对性能影响最大的焊 接缺陷是焊件中的裂纹、缺口和由于硬化而引起的塑 性和冲击韧性的降低。
⑶ 退火 将钢材加热至基本组织转变温度以下（低温退 火）或以上（完全退火），适当保温后缓慢冷却， 以消除内应力，减少缺陷和晶格畸变，使钢的塑性 和韧性得到改善。 ⑷ 正火 将钢件加热至基本组织改变温度以上，然后在 空气中冷却，使晶格细化，钢的强度提高而塑性有 所降低。 对于含碳量高的高强度钢筋和焊接时形成的硬 脆组织的焊件，适合以退火方式来消除内应力和降 低脆性，保证焊接质量。
（二）影响钢材焊接质量的主要因素 1．钢材的可焊性。可焊性好的钢材，焊接质量易 于保证。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性。 加入合金元素（如硅、锰、钒、钛等），将增大焊接 处的硬脆性，降低可焊性，特别是硫能使焊接产生热 裂纹及硬脆性。 2．焊接工艺。钢材的焊接由于局部金属在短时间 内达到高温熔融，焊接后又急速冷却，因此必将伴随 产生急剧的膨胀、收缩、内应力及组织变化，从而引 起钢材性能的改变。所以，必须正确掌握焊接方法， 选择适宜的焊接工艺及控制参数。 3．焊条材料。根据不同材质的被焊件，选用适宜 的焊条。但焊条的强度必须大于被焊件的强度。 钢材焊接后必须取样进行焊接质量检验，一般包 括拉伸试验和冷弯试验，要求试验时试件的断裂不能 发生在焊接处。