韧性无明显影响。 （2）锰 提高强度、硬度，略微降低塑性和韧性。
碳的影响
b,MPa
300 1200Fra bibliotek250 1000
200 800
,,%
60 240 HB
50 200
b
40 160
150 600
30 120
100 400

20 80
200 ak
10 40
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
钢材厚度 (直径) (mm)
16 >16 >40 >60 >100 >150 ~40 ~60 ~100~150
抗拉强度
b
(N/mm)

伸 长 率 5 (%)
钢材厚度 (直径) (mm)
16
>16 ~40
>40 ~60
>60 >100 ~100 ~150
>150
温 度
(℃)
V型 冲击 功
(纵向) J
7.6 钢结构用钢材
7.6.1 热轧型钢
钢结构中采用的主要钢材。 常用：工字钢、H型钢、T型钢、槽钢、等边角钢、不 等边角钢。 型钢规格常以反映其断面形状的主要轮廓尺寸表示：
7.6.2 冷弯薄壁型钢
（1）结构用冷弯空心型钢 （GB6728—86）
（2）通用冷弯开口型钢 （GB6723—86）
7.6.4 钢管
S 上屈服点：屈服阶段最大应力；
S′ 下屈服点：屈服阶段最小应力，
数值稳定，称为屈服 点或屈服强度。 屈服点是钢材力学性质最重要的指 标，是结构设计确定钢材容许应力的 主要依据。
7.2.1.2 塑性 钢材在外力作用下产生塑像变形而不破坏的能力。 是钢材的一个重要性能指标。通常用拉伸试验时的 伸长率或断面收缩率来表示。 （1）伸长率（δ）
弯曲程度或冷弯性能指标是通过弯曲角度及弯心直径d对 试件厚度a或直径的比值来衡量。弯曲角度愈大，弯心直 径对试件厚度或直径的比值愈小则钢材的冷弯性能愈好。
7.2.2.2 焊接性能（可焊性）
可焊性良好的钢材，焊缝处的性质应 与钢材尽可能相同，焊接才牢固可靠。
影响焊接性能的因素：
钢的化学成分、冶炼质量和冷加工。 碳质量分数小于0.25%碳素钢可焊性良 好；碳质量分数超过0.3%，可焊性变 差。硫、磷及气体杂质和过多的合金 元素也可降低可焊性。
7.4 钢材的冷加工与热处理
7.4.1 冷加工
冷加工：指钢材在常温下进行的机械加工。有冷 拉、冷轧、冷拔、冷扭和冷冲等加工形 式。
冷加工对钢材性能的影响：提高屈服强度；降低 塑性和韧性。 冷加工强化： 钢材经冷加工后，产生塑性变形，屈服点明显 提高，而塑性、韧性和弹性模量明显降低的现象。
7.4.2 时效处理： 时效：钢材经冷加工后，屈服强度和抗拉强度随 时间延长而提高，塑性和冲击韧性逐渐降低而弹性 模量基本恢复的现象。 自然时效：经过冷拉后的钢筋在常温下存放15~20
（3）用途 不同牌号的碳素结构钢有不同的用途。
7.5.2 优质碳素钢（ＧＢ６９９－８８）
性能：主要取决含碳量。含碳量高，强度高， 但塑性和韧性降低。
用途：用作钢铸件、高强度螺栓、预应力混凝 土锚具、预应力混凝土用钢丝和钢绞线。
7.5.3 低合金高强度结构钢（ＧＢ１５９１－９４）
（1）牌号 低合金钢牌号由三个要素组成
b－抗拉强度； ak－冲击韧性；HB－硬度；
－伸长率； －面积缩减率
7.3.3 有害杂质
（1）硫
降低强度、韧性和疲劳强度，产生热裂。偏析最严重 的杂质之一。
（2）磷
偏析倾向严重，显著降低塑性和韧性，特别是降低低温冲 击韧性，产生冷脆性。使焊接性能变差。
（3）氮、氧、氢
显著降低钢材的塑性和韧性。氮含量增加，塑性、韧性大 大降低，焊接性能变坏；氧化物存在使强度、塑性和可 焊性降低；氢会引起白点和内部裂纹。
质量等级符号分： A，B，C，D，E5级 屈服点数值 屈服点代号“ Q”
（2）技术性能与应用 在碳素结构钢的基础上添加总量小于5%合金元素 的钢材。强度高，塑性和低温冲击韧性好，耐锈蚀。
由于合金元素的强化作用，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。
广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大 型结构、重型结构、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。
低合金钢 合金元素 < 5％
7.1.2.2 按冶炼时脱氧程度分类 （1）镇静钢；（2）沸腾钢；（3）半镇静钢。
7.1.2.3 按品质(杂质含量)分类 （1）普通质量钢；（2）优质钢； （3）高级优质钢; （4）特级优质钢。 7.1.2.4 按用途分类
（1）结构钢；（2）工具钢；（3）轴承钢。
建筑上常用的是普通碳素结构钢（低碳钢）和普 通低合金结构钢。
26
25
24
23
22
21
0
D
-20
A
－－
Q255 255 245 235 225 215 205 410~510 24 23 22 21 20 19
B
20 27
Q275 － 275 265 255 245 235 225 490~610 20 19 18 17 16 15 － －
（2）技术性能 随着牌号的增大，对钢材屈服强度和抗拉强 度的要求增大，对伸长率的要求降低。
天； 人工时效：经过冷拉后的钢筋加热到100~200ºC并
保持一定时间。
7.4.3 热处理
热处理：将钢材在固态范围内进行加热、保温和冷 却，以改变其金相组织和显微结构组 织，从而获得需要性能的一种综合工艺。
热处理的方法：褪火、正火、淬火和回火。
（1）褪火 加热到一定温度，保温后随炉缓慢冷 却的一种热处理工艺。
钢法
7.1.2 钢的分类
7.1.2.1 按化学成分分类
（1）碳素钢：高、中、低碳钢； （2）合金钢：高、中、低合金钢。
高碳钢 C > 0.6％ 碳素钢 中碳钢 C ＝ 0.25%～0.6％
建筑钢材
低碳钢 C < 0.25％ 高合金钢 合金元素 > 10％
合金钢 中合金钢 合金元素 ＝5％～ 10％
影响钢材耐疲劳性能的因素有：
（1）内部组织；（2）成分偏析；（3）各种缺 陷；（4）钢材表面质量；（5）截面变化和受腐 蚀程度。
7.2.2 工艺性能
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、冷弯性、热处理工艺性等。 7.2.2.1 冷弯性能 概念：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。
转变温度越低，说明钢的低温冲击韧性越 好。
脆性转变温度一般为 20℃～ 60℃
160 120 80
40 0 -80 -40 0 40
t℃
含锰低碳钢 ak值与温度的关系
7.2.1.4、硬度
钢材硬度指其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。 常用的硬度测定方法 ： 布氏法(HBW)：压入法，指标为布氏硬度HBW，数 值越大表示钢材越硬。用于厚钢。



Q195 － (195) (185) － － － － 315~390 33 32 － － － － － －
A
－－
Q215 215 205 195 185 175 165 335~410 31 30 29 28 27 26
B
20 27
A
－－
B
20
Q235 C
235
225
215
205
195
185
375~460
洛氏法(HR)：刻痕法，指标为洛氏硬度HR，数值
越小表示钢材越硬。用于薄钢。
维氏硬度法（HV)
7.2.1.4、耐疲劳性
疲劳破坏指钢材在交变荷载反复作用下， 在远小于抗拉强度时发生的突然破坏。 疲劳破坏的危险应力用疲劳极限或疲劳强度表。
疲劳强度的概念：指在交变荷载作用下，于规定 的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。
第七章
钢
材
steels
土木工程中使用的各种钢材：型钢、钢板、 钢筋钢丝、钢门窗、 建筑五金 特点： 1.强度高，塑性、韧性好，能承受冲击和
振动荷 载，易于加工和装配。 2.易锈蚀，耐火性差。
7.1 钢的冶炼和分类
7.1.1 钢的冶炼
钢：含碳量为0.06~2.0%并含有某些其它元素的铁碳合 金。
土木结构用钢管有无缝钢管和焊接钢管两类。 在 （1）无缝钢管:采用热轧或冷拔无缝方法制造， 热轧无缝钢管的长度通常为3-12m,冷拔钢管的长 度通常为2-10.5m.材质通常为碳素钢或合金钢。
（2）焊缝钢管：由钢板（钢带）卷焊而成。
l1 l0 100 %
l0
l0——试件原始标距长度，ｍｍ； l1——断裂试件拼合后标距的长度，ｍｍ。
l0 = 5d0 或 10d0 d0——试件原始直径，ｍｍ。
l0 l1
试件断后标距的测量
（2）断面收缩率 （Ψ） ：
A0 A1 100 %
A0
A0 —— 试件原始截面积； A1—— 试件拉断后颈缩处的截面积。
目的：得到高强度和高硬度的组织。
（4）回火：淬火结束之后，随后进行回火，加 热温度在转变温度以下（150~650℃内选定）， 保温后按一定速度在空气中冷却至室温的一种 热处理操作。
目的：促进不稳定组织转变为需要的组织；
消除淬火产生的内应力，降低脆性，
改善机械性能。
7.5 土木工程用钢
7.5.1 碳素结构钢（ＧＢ７００－８８）
伸长率和断面收缩率表示钢材断裂前经受变形的 能力。伸长率越大或断面收缩率越高表示钢材塑 性越大。钢材塑性越大，不仅便于加工，而且能 保证钢材在建筑上的安全使用。