了解建筑材料的品种-建筑材料

2023-10-10 理论教育版权反馈

【摘要】：钢材韧性好，能承受冲击和振动荷载的作用。碳是决定钢材性质的主要元素。但磷可使钢材的强度、耐蚀性提高。硫在钢材中以FeS的形式存在，在钢的热加工时易引起钢的脆裂，称为热脆性。这些元素的存在降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。沸腾钢常含有较多杂质，且致密程度较差，因此品质较镇静钢差，其代号为“F”。查询资料，了解钢材的其他分类情况？

【任务背景】　钢材作为主要的结构施工材料，与其他建筑结构材料相比，有其自身独特、优异的性能，因而被广泛应用于建筑工程、桥梁工程、船舶、锅炉、机械制造等不同领域。在建筑工程中，大量采用钢材制作钢结构构件及混凝土结构中的增强材料，尤其是在当代迅速发展的大跨度、大荷载、高层建筑中，钢材已成为不可缺少的结构材料。随着技术的不断进步及工程需求的增长，钢筋的品种日渐繁多，对于钢材的概念、特点、分类、品种等基础知识的正确认识，是后期对其进行深入学习、应用的重要前提。

1.钢材的概念及特点

钢材是钢锭、钢坯或钢材通过压力加工制成的一定形状、尺寸和性能的材料。钢材中主要元素为铁，含碳量一般在2%以下，并含有少量硫、磷、硅、锰等其他化学元素。

作为目前建筑工程中的主要结构材料，钢材具有以下优异特性：

①钢材的抗拉强度、抗压强度、抗弯及抗剪强度都很高，在建筑中可用作各种构件和零部件。在钢筋混凝土中，能弥补混凝土抗拉、抗弯和抗裂性能较差的缺点。

②钢材塑性好，在常温下，钢材能承受较大的塑性变形；能进行冷弯、冷拉、冷拔、冷轧、冷冲等各种冷加工，进而改变钢材的断面尺寸、形状及性能。钢材韧性好，能承受冲击和振动荷载的作用。

③钢材品质均匀，性能可靠；可焊接、铆接，便于装配；能进行热轧和锻造；过热处理方法，可在相当大的程度上改变或控制钢材的性能。

但是，钢材也存在易锈蚀、维护费用高、耐火性差、生产能耗大等缺点。在使用中，需采取相应措施，才能改善这些缺点。

2.钢材的分类

钢材的种类很多，性能各异，为了便于应用，钢材可按以下几种方法进行分类：

1）按化学成分分类

按化学成分不同，钢材可分为碳素钢和合金钢两大类。

①碳素钢的化学成分主要是铁和碳，另外含有少量的硅、锰及微量的硫、磷。按碳的含量将碳素钢分为：低碳钢（含碳量小于0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%~0.6%）和高碳钢（含碳量大于0.6%）。

②合金钢化学成分除铁和碳外，还有一种或多种能够改善钢材性能的合金元素，常用的合金元素有锰、硅、铬、铌、钛、钒等。合金钢按合金元素的总含量分为低合金钢（合金元素总含量小于5%）、中合金钢（合金元素总含量为5%~10%）和高合金钢（合金元素总含量大于10%）。

碳是决定钢材性质的主要元素。当含碳量低于0.8%时，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度和硬度提高，而塑性、断面收缩率及韧性降低。同时，还使钢的冷弯、焊接及抗腐蚀等性能降低，并增加钢的冷脆性和时效敏感性。

磷与碳相似，能使钢的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降，显著增加钢的冷脆性。因为磷的偏析较严重，焊接时焊缝容易产生冷裂纹，所以磷是降低钢材可焊性的元素之一。但磷可使钢材的强度、耐蚀性提高。

硫在钢材中以FeS的形式存在，在钢的热加工时易引起钢的脆裂，称为热脆性。硫的存在还使钢的冲击韧度、疲劳强度、可焊性及耐蚀性降低，因此硫的含量需严格控制。

氧、氮也是钢中的有害元素，能显著降低钢的塑性和韧性，以及冷弯性能和可焊性。这些元素的存在降低了钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。氧还使钢材的热脆性增加，氮还使钢材的冷脆性及时效敏感性增加。

硅和锰是在炼钢时为了脱氧去硫而有意加入的元素。硅是钢的主要合金元素，含量在1%以内，可提高强度，对塑性和韧性没有明显影响。但含硅量超过1%时，可使其冷脆性增加，可焊性变差。锰能消除钢的热脆性，改善热加工性能。能使有害物质形成MnO和MnS而进入钢渣中，其余的锰溶于铁素体中，从而显著提高钢的强度。但其含量不得大于1%，否则，可降低塑性及韧性，使可焊性变差。

2）按脱氧程度分类

按照脱氧程度不同，钢材可分为镇静钢、沸腾钢、特殊镇静钢。

①镇静钢脱氧充分，浇注钢锭时钢水平静，钢的材质致密、均匀、质量好，用于承受冲击荷载或其他重要的结构，其代号为“Z”。

②沸腾钢是脱氧不充分的钢，在钢水浇注后，有大量CO气体逸出，引起钢水沸腾，故得名沸腾钢。沸腾钢常含有较多杂质，且致密程度较差，因此品质较镇静钢差，其代号为“F”。(www.chuimin.cn)

③特殊镇静钢脱氧程度比镇静钢更彻底，其质量最好，适用于特别重要的结构工程，其代号为“TZ”。

3）按加工工艺分类

按加工工艺不同，钢材可分为热加工钢材和冷加工钢材。

①热加工钢材是将钢锭加热至一定温度，使钢锭呈塑性状态时进行热轧、热锻等压力加工而制得的钢材。

②冷加工钢材是在常温下对钢材进行冷轧、冷拉、冷扭等加工制得的钢材。

4）按用途分类

按用途不同，钢材可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。

①结构钢主要用于土木工程结构构件及机械零件，一般属于低碳钢或中碳钢。