建筑钢材概述：构成土木工程基础材料之一，你了解多少？

建筑钢材

概述

建筑中使用的黑色金属和有色金属材料，以及由它们与其他材料组合而成的复合材料，总称为此类材料。建筑金属材料是土木工程物质基础中的四大类材料之一，包括钢材、水泥混凝土、木材和塑料。

钢铁流转领域中，凡未特别指明，建筑用钢材通常是指建筑类别钢材里应用最普遍的盘条和螺纹钢。

根据理论,凡是含碳量低于2%,杂质含量较低的铁碳合金,都属于钢的范畴。

碳含量若高于百分之二,即为生铁；碳含量若低于百分之零点零八,则属于工业纯铁。

钢的特点

这种材料强度很大，延展性优异，并且抗弯能力很强；制作工艺方面表现突出，可以方便地进行加工；然而，它容易生锈，防火能力不足。

简史

十七世纪七十年代起,人们广泛采用生铁作为建筑原料,到了十九世纪初,已经能够用熟铁来建造桥梁和房屋等设施。这些材料因为抗力不足、整体性能欠佳,在实际应用中存在局限,不过它们标志着人类开始运用钢铁结构。19世纪中期往后,钢的品类愈发丰富,承压能力持续增强,连带焊接等制造方法也随之进步,为构造向更宽更承重的方向演进提供了支撑,促成了土木领域的一次重大革新。

19世纪五十年代，新型的复合建筑材料问世，它由钢筋和混凝土组合而成。到了20世纪三十年代，高强度的钢材被研发出来，这又促进了预应力混凝土技术的进步。这一系列创新，使得钢筋混凝土和预应力混凝土在建筑领域占据了主导地位，开启了新的历史阶段。土木工程也因此迎来了巨大的发展变革。

这时候,各个国家陆续研发了兼具低碳特质、合金成分低于百分之五、材质坚韧、焊接方便、抗腐蚀能力强的复合型钢材。桥梁趋向大型化，建筑和构筑物朝着大跨度、高层、高耸方向发展，同时能源和海洋平台建设也在推进，近三十年来低合金钢的产量显著提升，在主要钢铁生产国的产量已占总钢材产量的百分之七至十，有些国家甚至超过百分之二十，其中百分之三十五到五十用于房屋建筑和土木工程项目，主要作为钢筋、钢结构用型材和板材，而且土木工程钢结构中使用低合金钢的比例已经从百分之十增加到了百分之三十以上。近些年,许多国家积极研发特殊用途的钢材,它们不同于常规的钢材,种类繁多,例如低合金钢、热强化钢、冷加工钢、经济断面钢,还有经过镀层、涂层、复合、表面处理等工艺的钢材,这些材料在建筑领域得到广泛应用,并带来了显著的经济回报。

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

机械特性涵盖拉伸指标、抗冲击能力、抗疲劳程度等方面。加工特性涉及冷弯效果和焊接适应性。

(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。

衡量钢材应用稳固性的一个指标是抗拉力与屈折力之间的比率，即强屈比σb/σs。

抗震性能达标的构造需配置钢筋,其实际承受拉力时的最大值与开始变形时的最大值之比,应当不低于1.25倍。

实测屈服响度与理论屈服强度之比不大于1.3;

钢材的强屈比数值越高，当它在超过屈服点状态下工作时，表现出的稳定程度越强，保障程度也越可靠；然而，如果强屈比数值过大，那么钢材在应用中的性能发挥就会不充分，导致材料的使用效率不高，造成资源上的损失。

钢材在承受外力直至断裂时仍能发生不可逆形变的能力,叫做延性,这是衡量钢材特性的关键参数之一。延性程度一般通过延伸率来量化。延伸率会随着钢筋强度的提升而呈现下降趋势。

冷弯也是考核钢筋塑性的基本指标。

冲击韧性体现为钢材承受冲击负荷的性能,在低温环境下服役的结构,需要挑选抗脆断能力更强的钢材,其脆性转变点应低于实际工作温度。

钢材承受的应力远小于其屈服能力时，会突然出现脆性断裂现象

断裂的情况,叫做疲劳断裂。这种损伤非常严重,钢材所能承受的最大循环应力,与其所能承受的最大静态应力相关,通常静态强度越强,循环耐力也越好。

分类及应用

钢材根据品质进行区分,分为三种类型,分别是普通钢,优质钢材质钢,以及高级优质钢,其中普通钢的磷含量不超过百分之零点零四五,硫含量不超过百分之零点零五,优质钢材质钢的磷含量和硫含量均低于百分之零点零三五,高级优质钢的磷含量不超过百分之零点零三五,硫含量不超过百分之零点零三

按化学成分

根据化学成分进行区分，包含碳素钢和合金钢，前者涵盖低碳钢，含碳量不超过百分之零点二五；中碳钢，含碳量介于百分之零点二五和百分之零点六之间；以及高碳钢，含碳量超过百分之零点六，后者则包括低合金钢，合金元素总量不超过百分之五；中合金钢，合金元素总量介于百分之五和百分之十之间；还有高合金钢，合金元素总量超过百分之十。

按成形方法

钢材可以依据加工工艺进行区分，具体包括以下几种类型：首先有锻造的钢材，其次有铸造的钢材，再者有经过热轧处理的钢材，最后还有通过冷拉方式制成的钢材。

按金相组织

钢材可依据其金相构造进行归类，具体包括以下几种情况，首先是经过退火处理后的类型，其中亚共析钢由铁素体和珠光体构成，共析钢则完全由珠光体组成，过共析钢包含珠光体和渗碳体，而莱氏体钢则由珠光体与渗碳体混合构成，其次还有经过正火处理后的类型，这类钢材可分为珠光体钢，贝氏体钢，马氏体钢以及奥氏体钢四种。钢材不发生相变或仅部分发生相变，分为以下类别：依据用途划分，包含建筑用钢和工程用钢，建筑用钢又细分，有通用的碳素结构钢，有低合金成分的结构钢，还有专门用于构建的钢筋材料。钢材结构钢包括机械制造用钢,机械制造用钢有调质结构钢,机械制造用钢还包括表面硬化结构钢,表面硬化结构钢包含渗碳钢,表面硬化结构钢也包含渗氨钢,表面硬化结构钢还包含表面淬火用钢,机械制造用钢还有易切结构钢,机械制造用钢也包含冷塑性成形用钢,冷塑性成形用钢有冷冲压用钢,冷塑性成形用钢还包括冷镦用钢,钢材结构钢还有弹簧钢,钢材结构钢也包含轴承钢,工具钢有碳素工具钢,工具钢还包括合金工具钢,工具钢还包含高速工具钢。特种用途钢材：包括抗腐蚀合金钢，以及抗氧化合金钢，还有高温性能合金钢，和热稳定性合金钢，和气阀专用合金钢，和电热元件合金钢，和抗磨损能力合金钢，和低温适应性合金钢，和电气工程用合金钢。另外还有专门用途的合金钢，比如用于建造桥梁的合金钢，用于制造船舶的合金钢，用于制造锅炉的合金钢，用于制造压力容器的合金钢，以及用于农业机械的合金钢。

综合分类

总体归类 其中 常规钢材 包含 碳质构造钢, 具体型号有 Q195, Q215包含A和B等级, Q235涵盖A B C等级, Q255含有A和B等级, 以及Q275。b.合金成分较少的钢材，c.为特定任务设计的普通型钢材，(2)品质较高的钢材，包含特别优质的种类，a.用于建筑结构的钢材，包括，a.含碳量适宜的钢材，b.含有多种合金元素的钢材，c.适用于制造弹簧的钢材，d.易于加工的钢材，e.用于制造轴承的钢材，f.为特殊用途而优化的钢材，b.用于制造工具的钢材，包括，a.含碳量较高的钢材，b.含有多种合金元素以增强硬度的钢材，c.能够承受高速切削的钢材特种用途钢材包括，一类是抗腐蚀不锈钢，二类是耐高温钢材，三类是电热元件用钢，四类是电力系统用钢，五类是高锰抗磨钢材。

按冶炼方法

根据熔炼工艺进行归类，首先可以区分炉型，具体包括以下几种情况，平炉炼制的钢材分为两种类型，分别是酸性平炉产品和碱性平炉产品，转炉炼制的钢材也可以细分为多种，例如酸性转炉产品，碱性转炉产品，还有底部吹炼的转炉产品，侧面吹炼的转炉产品，以及顶部吹炼的转炉产品电炉冶炼的钢材包括，电弧炉冶炼的钢材，电渣炉冶炼的钢材，感应炉冶炼的钢材，真空自耗炉冶炼的钢材，电子束炉冶炼的钢材，这些属于电炉钢的范畴，钢材还可以按照脱氧程度和浇注方式来分类，分为沸腾钢，半镇静钢，镇静钢，以及特殊镇静钢

分类及应用

建筑领域所用的金属物质,涵盖了黑色金属与有色金属,还涉及新近出现的钢铁材料,以及多种有色金属的合金,或者它们同其他材料组合而成的复合类型。

建筑行业大量使用黑色金属里的钢材,铸铁主要用来制造铸铁件,比如压力管道等。国内建筑钢材主要经由平炉和氧气顶吹转炉进行冶炼,产出低碳钢、中碳钢以及低合金钢,碳含量分别低于0.25%、介于0.25至0.60%之间,并采用沸腾钢或镇静钢工艺制造,其中沸腾钢因抗冲击性、抗时效性、抗冷脆性均不如镇静钢,在应用时受到一些限制,例如用在铁路桥梁、重级工作制吊车梁等场合会受制约。这种钢材的机械特性比沸腾钢好，跟镇静钢差不多，但是它的最终产品获取量跟沸腾钢接近，在中国已经得到广泛采纳。

建筑钢材的品类通常涵盖型材、板材，板材又包含钢带，管材以及金属制品这四种：

钢结构所用的钢材种类繁多,包括角钢、工字钢、槽钢,还有方钢,以及吊车轨道,金属门窗用料,和钢板桩等(具体可参考热轧型钢、冷弯型钢、门窗金属)。钢筋混凝土结构中用到钢筋,有细钢筋(直径 5~9毫米)和粗钢筋(直径>9毫米)两种,前者是热轧盘条(含热处理钢筋),后者是直条的光面或带肋钢筋(参考热轧钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋)。

钢结构主要使用板材,建筑结构主要采用中厚板和薄板。中厚板大量用于建造房屋、塔桅、桥梁、压力容器、海上采油平台、建筑机械等建筑、构筑物或设备。薄板经过压制成型后,常用于建筑结构的屋面、墙面、楼板等部分(参考钢板、压型钢板)。

③ 管材。主要