建筑钢材

建筑钢材建筑钢材概述建筑用黑色和有色金属材料以及它们与其他材料所组成的复合材料的统称。建筑用金属材料是构成土木工程物质基础的四大类材料（钢材、水泥混凝土、木材、塑料）之一。在钢铁流通行业，建筑钢材如无特殊说明，一般指建筑类钢材中使用量最大的线材以及螺纹钢。理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称为钢。含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业纯铁。钢的特点具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。简史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建造桥梁、房屋等。这些材料因强度低、综合性能差,在使用上受到限制,但已是人们采用钢铁结构的开始。19世纪中期以后，钢材的规格品种日益增多，强度不断提高，相应地连接等工艺技术也得到发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了基础，带来了土木工程的一次飞跃。19世纪50年代出现了新型的复合建筑材料──钢筋混凝土。至20世纪30年代，高强钢材的出现又推动了预应力混凝土的发展，开创了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的新的历史时期，使土木工程发生了新的飞跃。与此同时，各国先后推广具有低碳、低合金（加入5％以下合金元素）、高强度、良好的韧性和可焊性以及耐腐蚀性等综合性能的低合金钢。随着桥梁大型化，建筑物和构筑物向大跨、高层、高耸发展以及能源和海洋平台的开发，低合金钢的产量在近30年来已大幅度增长,其在主要产钢国的产量已占钢材总产量的7～10％，个别国家达20％以上，其中35～50％用于房屋建筑和土木工程，主要为钢筋、钢结构用型材、板材，而且土木工程钢结构用低合金钢的比例已从10％提高到30％以上。近年来，各国大力发展不同于普通钢材品种的各种高效钢材，其中包括低合金钢材、热强化钢材、冷加工钢材、经济断面钢材以及镀层、涂层、复合、表面处理钢材等，经在建筑业中使用，已取得明显的经济效益。主要性能力学性能：有明显流幅的钢筋，塑形好、延伸率大。技术指标：屈服强度、延伸率、强屈比、冷弯性力学性能是最重要的使用性能，包括抗拉性能、冲击韧性、耐疲劳性等。工艺性能包括冷弯性能和可焊性。（1）抗拉性能：抗拉性能钢材最重要的力学性能。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）σb／σs，是评价钢材使用可靠性的一个参数。对于有抗震要求的结构用钢筋，实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3；强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。钢材受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性，它是钢材的一个重要指标。钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率随钢筋强度的增加而降低。冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。（2）冲击韧性，是指钢材抵抗冲击荷载的能力，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度为低的钢材。（3）耐疲劳性：钢材在应力远低于其屈服强度的情况下突然发生脆断破裂的现象，称为疲劳破坏。危害极大，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。分类及应用1、钢材按品质分类(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2)优钢材质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按化学成分2.、按化学成份分类(1)碳素钢：钢材a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）；b.中合金钢（合金元素总含量5~10%）；c.高合金钢（合金元素总含量10%）。按成形方法3、钢材按成形方法分类：(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。按金相组织4、钢材按金相组织分类(1)退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共钢材析钢（珠光体+渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)钢材无相变或部分发生相变的5、按用途分类(1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。(2)钢材结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢(3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。(4)特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢。(5)专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。综合分类6、综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.钢材结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。按冶炼方法7、按冶炼方法分类(1)按炉种分a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或(a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。c.电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。(2)钢材按脱氧程度和浇注制度分a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢分类及应用建筑用金属材料，包括黑色和有色金属材料，以及近年发展起来的钢铁材料与各种有色金属及其合金或与其他材料相配合的复合材料。建筑业主要采用黑色金属材料中的钢材，铸铁主要用作铸铁制品(如压力管等)。中国建筑用钢多数是采用平炉和氧气顶吹转炉冶炼的低碳钢(碳含量小于0.25％)、中碳钢（碳含量0.25～0.60％）及低合金钢，并以沸腾钢或镇静钢工艺生产，其中沸腾钢因冲击、时效、冷脆性能较镇静钢为差，使用时在某些结构中有所限制，如铁路桥梁、重级工作制吊车梁等。半镇静钢机械性能优于沸腾钢而接近镇静钢,其成品收得率却接近沸腾钢,在中国已被推广使用。建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材（包括钢带）、管材和金属制品四类：①型材。钢结构用钢,主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金属门窗、钢板桩型钢等（见热轧型钢、冷弯型钢、门窗用金属）。钢筋混凝土结构用钢筋，有线材(直径5～9毫米)或小型材（直径＞9毫米）之分，前者呈热轧盘条（包括热处理钢筋），后者为直条的光圆或螺纹钢筋（见热轧钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋）。②板材。主要是钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与薄板。中厚板广泛用于建造房屋、塔桅、桥梁、压力容器、海上采油平台、建筑机械等建筑物、构筑物或容器、设备。薄板经压制成型后广泛用于建筑结构的屋面、墙面、楼板等（见钢板、压型钢板）。③管材。主要用于桁架、塔桅等钢结构中(见钢管)。④金属制品。土木工程中主要使用的产品有钢丝（包括焊条用钢丝）、钢丝绳以及预应力钢丝及钢绞线。钢丝中的低碳钢丝主要用作塔架拉线、绑扎钢筋和脚手架，制作圆钉、螺钉等，以及供钢筋网或小型预应力构件用的冷拔低碳钢丝。预应力钢丝及其绞线是预应力结构的主要材料。◆角钢◆角钢俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。等边角钢的两个边宽相等。其规格以边宽×边宽×边厚的毫米数表示。如“∠30×30×3”，即表示边宽为30毫米、边厚为3毫米的等边角钢。也可用型号表示，型号是边宽的厘米数，如∠3#。型号不表示同一型号中不同边厚的尺寸，因而在合同等单据上将角钢的边宽、边厚尺寸填写齐全，避免单独用型号表示。热轧等边角钢的规格为2#-20#。角钢可按结构的不同需要组成各种不同的受力构件，也可作构件之间的连接件。广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。◆圆钢◆圆钢是指截面为圆形的实心长条钢材。其规格以直径的毫米数表示，如“50”即表示直径为50毫米的圆钢。圆钢分为热轧、锻制和冷拉三种。热轧圆钢的规格为5.5-250毫米。其中：5.5-25毫米的小圆钢大多以直条成捆供应，常用作钢筋、螺栓及各种机械零件；大于25毫米的圆钢，主要用于制造机械零件或作无缝钢管坯。◆螺纹钢◆钢筋混凝土用钢筋是指钢筋混凝土配筋用的直条或盘条状钢材，其外形分为光圆钢筋和变形钢筋两种，交货状态为直条和盘圆两种。光圆钢筋实际上就是普通低碳钢的小圆钢和盘圆。变形钢筋是表面带肋的钢筋，通常带有2道纵肋和沿长度方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。用公称直径的毫米数表示。变形钢筋的公称直径相当于横截面相等的光圆钢筋的公称直径。钢筋的公称直径为8-50毫米，推荐采用的直径为8、12、16、20、25、32、40毫米。钢筋在混凝土中主要承受拉应力。变形钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的粘结能力，因而能更好地承受外力的作用。钢筋广泛用于各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。◆槽钢◆槽钢是截面为凹槽形的长条钢材。其规格表示方法，如120*53*5，表示腰高为120毫米，腿宽为53毫米的槽钢，腰厚为5毫米的槽钢，或称12#槽钢。腰高相同的槽钢，如有几种不同的腿宽和腰厚也需在型号右边加abc予以区别，如25a#25b#25c#等。槽钢分普通槽钢和轻型槽钢。热轧普通槽钢的规格为5-40#。经供需双方协议供应的热轧变通槽钢规格为6.5-30#。槽钢主要用于建筑结构、车辆制造和其它工业结构，槽钢还常常和工字钢配合使用。建筑钢材一般以钢号及相应强度级别表示，强度级别一般以分子式表示:分子代表最小屈服点(无明显屈服台阶用条件屈服点σ0.2)；分母代表最小抗拉强度，单位为兆帕。例如20MnSi钢筋34/52级，即最小屈服点约340兆帕，最小抗拉强度约520兆帕。建筑用有色金属材料主要包括铝、铜、锌、铅、镁、稀有金属等。铜、铅、锌主要用作小五金或作钢板涂层料。铝在建筑结构中主要采用变形铝合金板，广泛用于屋面、墙面等围护结构。稀有金属一般作为钢中添加元素，可改善钢的性能。发展方向由于各类建筑物、构筑物对在各种复杂条件下的使用功能的要求日益提高，建筑用金属材料的发展趋势将是：①以高效钢材为主体的低合金钢将得到进一步的发展和应用。低合金钢用作结构材料，比普通碳素钢节约钢材20～60％，各种冷、热加工钢材（如热处理钢筋、调质钢板等）,经济断面钢材（如轧制H型钢、压型钢板或铝板、薄壁冷弯型钢等），镀（涂）层钢板和多种复合钢板等，在建筑业将进一步得到推广、应用。②随着冶金工业生产技术的发展，建筑钢材将向具有高强、耐腐蚀、耐疲劳、易焊接、高韧性或耐磨等综合性能的方向发展。例如，耐大气腐蚀钢所轧成的型材和板材，用于建筑结构和桥梁时，与普通碳素钢相比，它具有强度高、耐腐蚀、耐疲劳等综合性能，可减轻结构自重，提高使用寿命，降低工程造价。③各种焊接材料及其工艺将随低合金钢的发展不断完善和配套，例如，低合金易焊接、高强高韧性的CF钢、海洋平台用钢、Z向钢、输油输气管线用钢等的发展，必然促进焊接材料向高抗裂、高韧性、低杂质方向发展。