建筑钢材的性能与检测，你了解多少？

建筑钢材是建筑工程中重要的工程原材料。 其性能、质量和适当的选择对于工程的承载性能和结构安全至关重要。 钢材质量检测是工程质量控制的重要手段和保证措施。 在钢材检测中如何正确检测、准确检测，需要了解钢材的基本性能，了解各种材料的取样、检测和数据处理。 对于常用的建筑钢材，我们整理了《建筑钢材的性能与检测》，为您总结了检测时需要掌握的知识和注意事项。 由于篇幅较大，计划分五篇丛书出版。 以下是本系列的第一部分，建筑钢材基础知识。

第1部分 建筑钢材基础知识

1、金属材料

金属材料是指金属元素或主要由金属元素组成的具有金属性质的材料。 金属材料包括黑色金属和有色金属两大类。 黑色金属是指以铁为主要成分的金属及其合金。 常用的黑色金属材料包括钢和生铁。

2. 钢铁

钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素（如磷、硫、氧、氮、硅、锰）的材料。 其优点是抗拉、抗压、抗冲击性能好； 加工性能好，可切割、焊接、铆接，组装方便； 它的缺点是容易生锈。

3、钢材的分类

1、按炉型分

(1)转炉炼钢：以铁水为原料，从转炉底部或侧面向转炉内吹入高压热空气(或氧气)来冶炼钢。 空气中的氮、氢等杂质在吹炼时很容易混入空气中，因此建筑上常用氧气转炉钢。 转炉钢的熔化时间短，杂质含量难以控制，因此质量较差。

（2）平炉炼钢：以固态或液态生铁、铁矿石或废钢为原料，以煤气或重油为燃料，在平炉中冶炼而制得的钢。 冶炼时间长，质量容易控制，因而质量好，但成本比转炉钢高。

(3)电炉炼钢：用电热高温冶炼获得的钢； 一般采用高压电弧作为热源，因此熔化温度高，而且温度可以自由调节，而且更容易去除杂质，所以电炉钢的质量最好，但价格也最贵。

2、按脱氧程度分类

(1)沸腾钢：脱氧不完全的钢，组织不够致密，气泡多，硫、磷杂质较多，化学成分和力学性能不够均匀，强度低，冲击韧性和焊接性差很穷。 质量较低，成本较低。 广泛应用于一般建筑工程。

(2)镇静钢：脱氧充分，组织致密，化学成分均匀，力学性能好，质量较好，成本较高。 适用于预应力混凝土结构、承受冲击荷载的结构等重要结构工程。

(3)半镇静钢：脱氧程度和钢的质量介于上述两者之间。

此外，还有比镇静钢脱氧更充分、更彻底、质量最好的钢。 它被称为特种镇静钢，用于特别重要的结构工程。

3、压力加工方法

(1)热加工钢：将钢锭加热到一定温度(1150℃～1300℃)，使钢锭进入塑性状态，然后进行压力加工(如热轧、热锻)。

建筑钢材一般以热轧为主。 焊接钢管是由钢板加工焊接而成。 无缝钢管是由实心钢坯穿孔，经过热轧、挤压、冷轧、冷拔等工序制成的。

热轧钢塑性好，易于成型。 钢材成型后无内应力，易于加工。 如建筑用钢筋、冲压用钢板以及需要机械加工和热处理的钢材等。

(2)冷加工钢：在再结晶温度以下进行塑性变形加工的钢。 一般采用冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等加工方法，在常温下通过机械加工达到钢材变形、矫直、除锈的效果。 冷加工具有较高的变形抗力。 在金属成形时，可以使用加工硬化来增加工件的硬度和强度。

冷轧钢具有冷加工硬化的性能。 由于冷轧钢具有较好的力学性能，因此很多直接使用的钢材产品都采用冷轧钢。 如冷轧钢丝、冷轧钢板、冷轧钢筋等。 钢筋冷拔后屈服强度可提高20%-30%，冷拔后屈服强度可提高40%-60%。

4、按化学成分分

(1)碳钢(含碳量)

①低碳钢：含碳量<0.25﹪；

②中碳钢：0.25﹪＜碳含量＜0.6﹪；

③高碳钢：0.6﹪＜碳含量＜2%。

(2)合金钢(含合金元素含量)

①低合金钢：合金元素含量<5﹪；

②中合金钢：5%＜合金元素含量＜10%；

③高合金钢：10%＜合金元素含量。

建筑用钢主要分为普通碳素钢和普通低合金钢两大类。

5、按质量分

(1)普通碳素钢：硫含量≤0.055%~0.065%，磷含量0.045~0.085%；

(2)优质碳素钢：硫含量≤0.030%~0.045%，磷含量0.035~0.040%；

(3)高级优质钢：硫含量≤0.020%~0.030%，磷含量0.027~0.035%。

钢中的化学元素对钢的性能有重大影响。 钢中常见元素的作用如下：

碳：含碳量不大于0.8%。 随着碳含量的增加，钢的强度和硬度相应提高，而塑性、韧性和冷弯性能相应降低。 当碳含量超过0.8%时，强度下降。 碳还能显着降低钢的焊接性，增加钢的冷脆性和时效敏感性，降低耐大气腐蚀性能。

磷：磷是钢中的有害元素。 随着含量的增加，钢的强度增加，而塑性和韧性显着下降。 特别是增加钢材的冷脆性，使焊接性能变差，塑性降低，冷弯性能变差。

硫：硫在正常情况下也是一种有害元素。 降低各种机械性能。 它使钢产生热脆性，降低钢的塑性和韧性，并在锻造和轧制时引起裂纹。 硫还会损害焊接性能并降低钢的耐腐蚀性能。

氧、氮：降低钢材的强度、冷弯性能和焊接性能。 氧还会增加钢的热脆性，氮会增加冷脆性和时效敏感性。

6、按用途分

（1）结构钢：建筑工程用结构钢（建筑用钢）、机械制造用结构钢；

(2)工具钢：用于制造切削工具、量具、模具等；

(3)特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。

例如，钢筋混凝土中使用的钢筋，从用途分类上属于结构钢； 按质量分类属于普通钢； 按碳含量分类属于低碳钢。

4、建筑钢材

钢筋混凝土结构用线材（如各种钢筋、钢丝、钢绞线等）及钢结构用各种型材（如方钢、圆钢、扁钢、角钢、槽钢、工字钢等） 、轨道钢等）、板材（如中厚钢板、薄钢板）、管材（如钢桁架及供水、燃气（蒸汽）供应用钢管）。

5、建筑钢材的性能

1. 拉伸性能

拉伸性能是建筑钢最重要的性能。 通过钢材拉伸试验测得的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和延伸率是钢材的四个重要技术性能。

从低碳钢的应力应变关系可以看出，低碳钢从拉伸到拉伸破坏经历了四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。

(1) 灵活的舞台

在这个阶段，Oa线段是一条直线线段。 此时的应力和应变成正比。 该材料符合胡克定律。 直线段的斜率就是材料的弹性模量。 直线段最高点对应的应力值记为σp，称为材料的比例极限。 直线段接近A点的部分不再是直线，说明该材料不再符合胡克定律。 但当该截面发生卸载时，变形消失，说明该截面也发生弹性变形。 A点对应的应力值记为σe，称为材料的弹性极限。

弹性极限和比例极限非常接近。 工程实践中，通常不严格区分两者，近似采用比例极限代替弹性极限。

(2)屈服阶段

这个阶段是锯齿形曲线。 此阶段，应力并未增加，但应变仍在增加。 材料似乎失去了抵抗变形的能力。 这种应力不增加而应变显着增加的现象称为屈服，AB段称为屈服。 投降阶段。 屈服阶段曲线最低点对应的应力称为屈服下限（或屈服极限）。 在屈服阶段卸载时，会发生无法消失的塑性变形。 工程中一般不允许构件产生塑性变形，塑性变形被视为塑性材料破坏的标志，因此屈服点是材料强度的重要指标。

对于没有明显屈服点和屈服台阶的钢材，如中碳钢、高碳钢，以残余变形为0.2%时的应力值作为屈服强度，称为条件屈服强度，用σ0表示.2.

(3)强化阶段

经过屈服阶段后，曲线从B点开始再次逐渐上升，表明要增大应变，就必须增大应力，材料已恢复了抵抗变形的能力。 这种现象称为强化，BC段称为强化阶段。 曲线最高点对应的应力值称为材料的抗拉强度（或强度极限），它是衡量材料强度的另一个重要指标。

(4) 颈部阶段

在曲线到达C点之前，试件均匀发生变形。 当曲线到达C点时，在试件的薄弱部分（材料不均匀或有缺陷的地方），变形显着增加，有效横截面急剧减小。 发生颈缩现象，试件很快断裂，故CD段称为颈缩阶段。

让我们总结一下拉伸性能：

钢的 σp 和 σs 越高，钢对少量塑性变形的抵抗力就越大。 因此，它能承受的应力越大而不产生塑性变形。 σs与σb之差越大，表明钢材超过屈服点后的强度储备能力越大，结构的安全性越高。

钢材的屈服点（屈服强度）与其抗拉强度的比值称为屈强比。 也代表着钢材强度储备的大小。 屈服强度比越大，结构件的可靠性越高。 屈服强度比越小，强度储备就越大。 但屈强比过小，则钢材强度的有效利用率较低。 一般碳素钢的屈服强度比为0.6-0.65，低合金结构钢的屈服强度比为0.65-0.75，合金结构钢的屈服强度比为0.84-0.86。

钢材在使用时，为了避免在正应力作用下缺陷处发生应力集中而脆断，要求其具有良好的塑性，即具有一定的伸长率，这样当缺陷处的应力超过σs时，应力会随着塑性变形的发生而增加。 重新分布以避免结构损坏。

2、冲击韧性

钢材的冲击韧性是指钢材抵抗冲击载荷而不被破坏的能力。

冲击韧性试验：当试验机的重量从一定高度自由落下时，样品中部开一个V形缺口。 样品吸收的能量等于重物所做的功W。 冲击韧性的大小用缺口处单位面积消耗的功ak来表示。

ak值与测试温度有关。 有些材料在室温下的冲击韧性并不低。 但当试验温度低于一定值时，ak突然显着下降，材料没有明显的塑性变形而发生脆性断裂。 这种性质称为钢的冷脆性。

3、疲劳强度

钢材在交变载荷的反复作用下，当应力低于其屈服强度时突然发生脆性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。

钢材的疲劳损伤一般是由拉应力引起的。 首先，局部开始形成细小的断裂，然后由于微裂纹尖端的应力集中而逐渐扩展，直至突然发生瞬时疲劳断裂。

疲劳破坏是在低应力条件下突然发生的，因此危害性极大，常常造成灾难性事故。

4、硬度

硬度是指钢材抵抗硬物压入钢材表面的能力。 检测方法有布氏法、洛氏法和维氏法。 常用的方法有布氏法和洛氏法。

材料的硬度通常与材料的其他性能有关。 例如，钢材的HB值与其抗拉强度之间存在良好的相关性。

5、冷弯性能

是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以试验时的弯曲角度α和弯曲中心直径d为指标来表示。 试验按规定的弯曲角度和弯曲中心直径进行。 若试件弯曲处未出现裂纹、断裂或剥落，则认为冷弯性能合格。

弯曲角度越大、弯曲中心直径与试件厚度之比越小，冷弯性能越好。

钢材的冷弯性能和延伸率都是塑性变形能力的反映，但延伸率是在试件轴向变形均匀的情况下测量的，而冷弯性能是钢材在更严格的条件下局部变形的能力。 它可以揭示钢材内部组织是否均匀，是否存在内应力、夹杂物等缺陷，冷弯常用于检查焊缝。

6、焊接性能

焊接：将两块金属局部加热，使接合部分迅速熔化或半熔化，将它们牢固地连接起来。 它是钢结构钢筋与混凝土结构钢筋的主要连接形式。

焊接性能：是指在一定的焊接工艺条件下，焊缝及其附近过热区不产生裂纹和硬脆倾向，焊接钢材的机械性能，特别是强度不低于原钢的强度。

影响因素：钢的化学成分对钢的焊接性影响很大。 HPB300、HRB400、HRB500均为可焊接钢筋，焊接工艺成熟，质量可以保证。 HRBF钢筋的焊接工艺要求较高。 标准特别强调“HRBF500钢筋的焊接性能应进行专门检测”。 新纳入的HRB600规定仅允许机械连接。

选择：对于焊接结构钢，应选择含碳量较低的氧气转炉和平炉镇静钢。 对于高碳钢和合金钢，需采取焊前预热和焊后热处理等措施。

机械连接：机械连接操作简单，质量稳定，现场无污染。 对于连接大直径钢筋具有明显的优势。

为了保证机械连接的性能，应尽可能控制钢筋的形状（错位、不圆度）和尺寸偏差。 带肋钢筋应尽量消除有影响的纵向肋。

对于大直径RRB和HRBF钢筋，如果钢筋表面与内部硬度相差过大，也会影响机械连接的加工和性能。

7、锚地性能

钢筋的锚固性能与其形状有关。

光圆钢筋锚固性能较差，使用时需采用弯钩，增加了钢筋用量和施工成本，因此很少用作主要受力钢筋。

非光滑圆钢筋的锚固性能主要与相对筋高（或槽深）、筋面积比、相对筋面积等参数有关。 钢筋形状按粘结锚固性能分为螺旋肋、异形肋、月牙肋，刻痕（钢丝）混凝土构件的裂缝形状也与粘结锚固性能有关。 锚固性能好的钢筋混凝土构件会出现细而密的裂缝，反之则会出现宽而稀疏的裂缝。

8.冷加工和时效

(1)冷加工

钢材的冷加工，又称加工硬化或冷作强化，是指在室温下进行超过其屈服点但不超过抗拉强度的应力的冷拔、冷拔、冷轧等加工。 冷加工可以使钢材进行冷加工。 强化是指钢材冷加工后发生塑性变形，晶格缺陷增加并发生畸变，阻碍进一步变形。 钢的屈服点升高，抗拉强度不变，塑性、韧性和弹性模量降低。

冷加工钢材可以适当减小钢筋混凝土结构的设计截面或减少混凝土中钢筋的数量，从而节省钢材，降低成本。 钢筋冷拔还有利于钢筋除锈、校直，简化施工工艺。 但冷拔钢丝的屈服强度较大，相应的安全储备较小。

冷拔是利用冷拔设备对热轧钢筋进行拉伸，使其伸长。 钢筋冷拔后，屈服点一般可提高20%～30%，可节省钢材10%～20%。 冷拔后，钢材的屈服阶段缩短，延伸率降低，材料变硬。

请注意，预应力筋张拉和钢筋冷拔是有区别的。 不同之处在于：

①钢筋冷拔是为了提高钢筋的屈服强度，节约钢材。 冷拔是将钢筋拉至其应力应变曲线强化阶段的任意点，然后缓慢去除载荷。 当再次加载时，其产量上限将会增加。

②预应力钢筋张拉利用钢筋的弹力对受拉区混凝土建立预应力，提高结构的抗裂性、刚度和耐久性。

冷拔是在拉丝机中通过硬质合金制成的冷拔模对比钢筋直径小0.5~1.0mm的光滑圆钢进行强力拉拔。 各拉伸断面的收缩率应小于10%。 经过一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳钢丝的屈服点可提高40%～60%。

冷轧是将圆钢在轧机上轧制成断面形状规则的钢筋，可以提高其强度和与混凝土的附着力。 钢筋冷轧时，纵向和横向同时变形，因此能更好地保持其塑性和内部组织的均匀性。

(2)冷加工时效

冷作时效，简称时效，是指钢材放置较长时间，特别是冷作钢材放置一段时间后，其强度和硬度会自发增加，塑性和塑性下降的现象。韧性会逐渐降低。 时效可采用自然时效或人工时效。

自然时效：常温下存放15-20天，适用于强度较低的钢筋。

人工时效：加热至100℃-200℃，保温2-3小时，适用于强度较高的钢筋。

当钢材力学性能有争议时，应以时效后的试样进行仲裁。

6.建筑钢材检验的基本程序

钢材检测的基本流程如下图所示。

特别强调抽样注意事项：

1、钢材应有出厂合格证或检验报告，并从证明材料中确认钢材的型号、规格、牌号、材质、炉批号、执行标准等。

2、钢质包装应有合格标签。 检查标签，查看来料与物料清单内容是否一致。

3、根据抽样任务的检测项目，按照执行标准分批、分项目进行抽样。

过去的亮点：

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