论文2

建筑材料之建筑钢材

工程102班 邢亚敏 101694

摘要

钢结构工程中钢材的选用，直接关系到产品的质量和整体工程的经济性和安全性，本文通过对钢材的发展应用、生产过程、钢材的分类和钢材性能的影响因素等对钢材进行了分析和研究，对钢材有了一定的认识。

关键字：钢材 应用 分类 性能 1.概况

1.1建筑钢材的发展应用

随着建筑行业的发展进步，建筑钢结构因其独特结构形式，与钢筋混凝土结构相比，钢结构建筑具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性好、环境污染少、可重复利用等优势，广泛用于高层建筑、厂房、体育场馆、机场、海洋平台等领域。特别是近年来，随着北京奥运的成功举办，“水立方”、“鸟巢”、国家大剧院、CCTV新台址等一大批令世界瞩目的建筑钢结构主体项目的出现，日益凸显出钢结构建筑的绿色低碳特

征，其必将引领“创造绿色城市生活”的建筑方向。

建筑钢材是保障建筑工程结构质量安全重要材料之一。17世纪70年代，人类就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。

我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应用有了很大的发展，不论在数量上还是质量上都远远超过了过去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平，掌握了各种复杂建筑物的设计和施工技术，在全国各地已经建造了许多规模巨大而且结构复杂

的钢结构厂房、大跨度钢结构民用建筑及铁路桥梁等。我国的人民大会堂钢屋架，北京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆的三铰钢拱架和北京的鸟巢等。随着我国钢结构的发展，我国建筑用钢在数量、品种和质量上也都发展迅速，热轧Ｈ型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧Ｈ型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。我国自1996年开始钢产量超过一亿吨，居世界首位，1998年投产轧制Ｈ型钢系列。根据市场需求，今后二三年将有一批彩色钢板生产线建成，热轧Ｈ型钢也将增加一条生产线，大型冷弯机组也即将上马。到那时候我国能自行生产彩色钢板100多万吨、热轧Ｈ型钢100多万吨及冷弯大中型矩形管、圆管。

展望未来，随着经济建设的蓬勃发展和交流的进一步扩大，要建造更多的高层建筑、桥梁和大型公共场所等大空间和超大空

间建筑物的需求十分旺盛，为适应建筑市场的需要，我国建筑钢材也将蓬勃发展。 1.2钢材的定义

钢是以铁为主要材料，含碳量在

0.04%-2.3%之间的铁碳合金，为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%，钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。建筑钢材是指建筑工建筑中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，是构成土木工程物质基础的四大类材料之一。 1.3钢材的生产 1.3.1钢的冶炼

钢是由生铁精炼而成，是将炼钢生铁和废钢材等原料在炼钢炉内经高温氧化作用使含碳量降低到预定范围、杂质含量降低到允许范围的铁碳合金的总称。高炉炼铁是现代炼铁生产的主要方法，钢的大规模冶炼方法主要有：

(1)转炉炼钢法：其特点是不从外部引入热源，而是利用对已经有一定温度的铁水（必须与化铁设备或炼铁设备联用）吹入氧

气和高压热空气，利用氧气与铁水中的各种元素（例如碳、硅、锰、磷等）的化学反应放出小量热量维持冶炼必需的温度。转炉钢主要生产的是低碳结构钢、普通碳素钢和少量的合金钢等要求不严格的钢种。

(2)平炉炼钢法：以煤气、油料等燃料从外部引入热源进行冶炼，按照炉体所用耐火材料的性质分为碱性与酸性平炉钢，主要生产低合金钢和优质碳素钢等。

(3)电弧炉炼钢法：以电能为热源，即令强大的电流通过电极与炉料之间的放电电弧产生冶炼所需要的热量，按照炉体所用耐火材料的性质也分为碱性与酸性电炉钢，主要冶炼优质合金钢和特殊钢等。

(4)电渣重熔炼钢法：将初步冶炼出来的粗钢作为电极，在电渣重熔炉中（水冷结晶器内）利用电流通过熔池渣层产生电阻热，使插在熔池内（在熔渣保护下）的金属电极（粗钢）从端部开始熔化，熔化的金属液滴经过渣液的强烈洗涤，在结晶器内自下而上地凝固成质地优良、组织均匀致密的钢，主要是高级优质合金钢，特别是高温合金以及

有色金属（例如钛合金）等要求很高的金属材料。电渣重熔冶炼常常是在真空中进行以保障冶炼金属的纯洁度，由于这种方法是以粗钢自身为电极并逐渐熔化，因此又称为自耗电极，在真空中冶炼时就称为真空自耗熔炼。

(5)真空感应熔炼法：在真空状态下，利用电磁感应作用在金属炉料中产生交变感应电流，依靠炉料自身的电阻热达到熔炼金属或合金的要求，并浇铸成锭，主要用于冶炼纯净度要求很高的金属。

(6)真空电子束熔炼法：在真空炉壳内部，对高熔点金属丝或金属片通以高压直流电并加热到高温时，阴极将发射高速电子流，这种电子流被金属炉料吸收时可将炉料熔化，其熔滴落入水冷结晶器内凝固成锭，主要用于炼制成分要求均匀、纯洁度高、显微组织良好的高熔点金属。 1.3.2脱氧与铸锭

精炼后的钢水除少部分直接铸成铸件外，一般都铸成柱状的钢锭供生产加工使用。在铸锭冷却的过程中，溶于钢水中的杂

质由于在铁的固、液态中的溶解度不同，随之钢水的铸件凝固，将向凝固较迟的中心部分富集，导致化学成分在钢锭截面上的分布不均匀，形成所谓的偏析现象，该现象增加钢的脆性和时效敏感性，降低可焊性，影响钢质。

冶炼过程中，杂质氧化的同时使钢水中不可避免的残留有部分氧化铁，氧含量超出0.05%时，会降低钢的机械性能。因此在铸锭前要先进行脱氧，即在炼钢的后阶段加少量脱氧剂于炉内或盛钢桶内的钢水中达到去氧目的。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁和铝等。

1.3.3热压力加工

对钢进行加热、保温和冷却的综合操作工艺称为热处理。热处理的目的是提高钢的性能。热处理的方式有退火、正火、淬火、回火等。

2.建筑钢材的分类 2.1按化学成分分类

根据钢材中合金元素的含量不同，可分为碳素钢和合金钢。

2.1.1碳素钢

碳素钢是铁和碳的合金。其中除铁和碳之外，还含有硅、锰、磷和硫等元素。按含碳量不同可分为低碳(C<0.25%)、中碳(C：0.25%-0.60%)和高碳(C>0.60%)钢三类。碳含量小于0.04%的钢称工业纯铁。 2.1.2普通低合金钢

在低碳普碳钢的基础上加入少量合金元素（如硅、钙、钛、铌、硼和稀土元素等，其总量不超过3%），而获得较好综合性能的钢种。

2.1.3合金钢

合金钢是含有一种或多种适量合金元素的钢种，具有良好和特殊性能。按合金元素总含量不同可分为低合金（总量<5%）、中合金（合金总量在5%-10%）和高合金（总量>10%）钢三类。 2.2按质量等级分类

除铁、碳元素外，由于原料燃料以及冶炼过程的影响，钢材组织中往往还存在着一定量的其他的元素，其中硫和磷为钢材的有害杂质，硫、磷含量越少钢的质量越好。按

有害杂质硫和磷的含量多少，钢的冶金质量等级分为普通钢、优质钢和高级优质钢。普通钢的硫、磷含量高，硫含量≤0.055%，磷含量≤0.045%；优质钢的硫、磷含量均≤0.04%；高级优质钢硫含量≤0.03%，磷含量≤0.035%。高级优质钢分为A、B、C、D四个质量等级；E表示特级优质钢。 2.3按冶炼时脱氧程度分类

钢在冶炼过程中不可避免的产生部分氧化铁并残留在钢水中，降低了刚的质量，因此在生产过程中需要进行脱氧处理。脱氧的方法不同，钢材的性能就有所差异，因此钢材可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。 2.3.1沸腾钢：

脱氧不完全的钢，炼钢炉内加锰铁进行部分脱氧，铸锭时钢中的碳与FeO反应，生成大量CO气泡，造成钢水表面沸腾现象。沸腾钢成材率高，成本低，但是这种钢组织不够致密，成分偏析较大，尤其是硫、磷偏析严重，成分不均匀，冷脆性和时效敏感性明显，钢的质量较差。沸腾钢钢号最后用

“F”表示。 2.3.2镇静钢

脱氧充分，炼钢炉内加锰铁、硅铁和铝块进行脱氧，于铸锭时钢水表面平静而称为镇静钢。这种钢组织致密,化学成分均匀，机械性能好，冷脆性和时效敏感性较低，抗疲劳强度高，可焊性较好。镇静钢钢号后加“Z”。

2.3.3半镇静钢

脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间的钢，其性能与质量介与两者之间。 2.3.4特殊镇静钢

脱氧更充分的钢，性能与质量比镇静钢更好、更充分彻底。 2.4按冶炼炉种分类

按照冶炼炉的不同将钢分为转炉钢、平炉钢、电炉钢、电渣重熔钢、真空感应钢和真空电子束熔钢。平炉钢：包括碳素钢和低合金钢。按炉衬材料不同又分酸性和碱性平炉钢两种。

转炉钢：包括碳素钢和低合金钢。按吹氧位置不同又分底吹、侧吹和氧气顶吹转炉

钢三种。

电炉钢：主要是合金钢。按电炉种类不同又分电弧炉钢、感应电炉钢、真空感应电炉钢和电渣炉钢四种。 2.5按金相组织分类

按金相组织分类的钢材按照平衡状态或退火组织可分为亚共析钢(其金相组织为铁素体和珠光体)、共析钢(其金相组织为珠光体)、过共析钢(其金相组织为珠光体和二次碳化物)和莱氏体钢(其金相组织类似白口铸铁，即组织中存在着莱氏体)。按正火组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。但由于空冷的速度随钢试样尺寸大小而有所不同，所以这种分类法是以断面不大的试样(通常选用0.25mm)为准。按加热及冷却时有无相变和室温时的金相组织可分为铁素体钢(加热和冷却时，始终保持铁素体组织)、奥氏体钢(加热和冷却时，始终保持奥氏体组织)和复相钢(如半铁素体或半奥氏体钢)。

2.6按用途分类 2.6.1结构钢

2.6.1.1建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。

2.6.1.2机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 2.6.2工具钢

一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。 2.6.3特殊钢

具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。 2.6.4专业用钢

这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。 2.7按形成方法分类 2.7.1铸钢

铸钢是指采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件。 2.7.2 锻钢

锻钢是指采用锻造方法而生产出来的各种锻材和锻件，质量高于铸钢件，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他力学性能也都比铸钢件高 多用于一些重要的机器零件。

2.7.3热轧钢

热轧钢是指用热轧方法而生产出来的各种热轧钢材，大部分钢材都是采用热轧轧成的，常用来生产型钢、钢管、钢板等大型钢材，也用于轧制线材。 2.7.4冷轧钢

冷轧钢是指用冷轧方法而生产出来的各种冷轧钢材，与热轧钢相比，冷轧钢的特点是表面光洁、尺寸精确、力学性能好，常用来轧制薄板、钢带和钢管。 2.7.5冷拔钢

冷拔钢是指用冷拔方法而生产出来的各种冷拔钢材。冷拔钢的特点是精度高、表面质量好，主要用于生产钢丝，也用于生产直径在50mm以下的圆钢和六角钢，以及直径在76mm以下的钢管。 2.8综合分类

2.8.1建材包括普线高线和螺纹钢 。

2.8.2型材包括工字钢、槽钢、角钢、方钢重轨、高工钢、H型钢、圆钢、不等边角钢、扁钢、轻轨、齿轮钢、六角钢、耐热钢棒、合结圆钢、合工圆钢、方管、碳工钢轴承钢 、碳结圆钢、不锈圆钢、轴承圆钢、矩型管和弹簧钢。 2.8.3板材：中厚、板容器板、中板、碳结板、锅炉板、低合金板、花纹板、冷板、热板、冷卷板、热卷板、镀锌板、电镀锌板、电镀锌卷、锰板、不锈钢板、钢片、涂板、彩钢瓦、铁 镀锌卷板和热轧带钢。

2.8.4管材：焊管、不锈钢管、热镀锌管冷镀锌管、无缝管、螺旋管和热轧无缝。 3钢材性能的影响因素

3.1建筑钢材的主要技术性质

钢材作为主要的结构受力材料，同时具备良好的力学性能和工艺性能。 3.1.1力学性能

在建筑结构中，建筑钢材经常受到静荷载和动荷载的作用，在承受静荷载作用时，不仅要求钢材具有一定力学强度，还要求所产生的变形不至于会影响结构的正常工作和安全使用，受动荷载的时候，还要求钢材具有比较高的韧性 （1）抗拉性能

拉伸作用是建筑钢材的主要受力形式 特别是重要的大跨度建筑结构，所以，抗拉性能是表示钢材性质和选用钢材的最重要的指标。钢材受拉的时候，在产生应力的同时，也会相应地产生应变应力和应变的关系，反应出钢材的主要力学特征建筑工程中常用的低碳钢受拉时候的应力-应变曲线是非常重要的钢材受拉直到破坏，一共经历以下四个阶段

① 弹性阶段

这个阶段试件的应力与应变成正比关系 产生的变形是弹性变形，变形可以在卸掉力后复原 弹性阶段的最高点所对应的应力称为弹性极限 弹性极限与相对应的应变之比 称为弹性模量E 对于同一种钢材，E为一个常数 弹性模量是钢材在静荷载作用下计算结构变形的一个重要指标 也就是E值越大的钢材，在一定的荷载作用下 发生的弹性变形量越小，表示钢材的抵抗变形能力越强也就是钢材的刚度越大。

② 屈服阶段

在这个范围内，钢材试件的应力与应变不再成正比关系 钢材在静荷载的作用下同时发生了弹性变形和塑性变形 当应力达到不再增长的点时，塑性变形仍然在明显地增长 钢材出现了屈服现象，这个点称为屈服点，也叫做屈服强度 。屈服强度是钢材力学性质的最重要的指标 它表明钢材如果在屈服点以上工作，虽然没有断裂，但是会产生比较大的塑性变形。 因此在钢结构设计的时候，屈服点是确定钢材容许能力的主要依据 。对于不出现屈服现象的硬钢，例如高碳钢、预应力钢丝等 通常以产生残余应变为0.2%的应力值作为屈服点或称为条件屈服点。 ③ 强化阶段

钢材又恢复了抵抗变形的能力，所以称为强化阶段。其中可以达到一个点，称为抗拉强度或者强度极限 ，抗拉强度是钢材抗断裂破坏能力的重要指标。虽然在结构设计的时候一般不利用，但是却可以根据屈服强度和抗拉强度的比值来评价钢材的利用率和

安全工作的程度。如果屈服强度和抗拉强度的比值小，钢材在偶然超载的时候就不会破坏，但是屈服强度和抗拉强度的比值过小，钢材的利用率低，是不经济的。适宜的屈服强度和抗拉强度的比值应该是在保持安全使用的前提下，让钢材有比较高的利用率。通常情况下，屈服强度和抗拉强度的比值（屈强比） 在0.60-0.75的范围内是比较合适的。 ④ 颈缩阶段

钢材抵抗变形的能力明显降低，并且在受拉试件的某处，迅速发生较大的塑性变形， 出现颈缩现象，直到钢材发生断裂。 ⑤ 伸长率

钢材的伸长率为（钢材断裂后拼合起来

的长度-钢材原长度）/（钢材原长度） 的百分比 。伸长率是衡量钢材塑性的重要指标 ，在工程中有着重要的意义 。具有一定塑性的钢材，在工作中遇到超载的情况 ，钢材产生一定的塑性变形，使得内力重新分布，可以避免钢材过脆而断裂，同时在常温下面可以加工成要求的形状 。

⑥ 冲击韧性

a) 冲击韧性是指在冲击荷载作用下，钢材抵抗破坏的能力规范规定，冲击韧性试验是在摆锤式冲击试验机上进行的 中间带刻槽的冲击钢材试件放在试验台， 将重力为P的摆锤升到高度H 让它自由旋转落下， 让钢材试件从刻槽的地方断裂之后 摆锤自由回升到高度h H与h的值都由指针在刻度盘上读出冲击韧性用冲断试件的时候的单位面积所消耗的功来表示，冲击韧性

=P(H-h)/A， P为摆锤重力N， H、h分别为冲击前后摆锤的高度m， A标准试件槽口处的截面积（平方厘米）。冲击韧性的数值越大， 那么就表示击断试件的消耗的能量就越大 ，也就是钢材抵抗冲击荷载的能力越强。

b) 影响因素

化学成分、冶金质量、环境温度、冷加工时效等影响因素，其中环境温度对钢材性能的影响最为明显。硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。 （3）耐疲劳性

在交变应力作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是指疲劳试验中试件在交变应力作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。设计承受反复荷载且需进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳极限。

钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，―般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的，故钢材的疲劳极限不仅与其后部组织有关，也和表面质量有关。如钢筋焊接接头的卷边和表面微小的腐蚀缺陷，都可使疲劳极限显著降低。

（4） 硬度

硬度是指钢材表面局部体积内抵抗变形或者抵抗破裂的能力，利用硬度与抗拉强度之间比较固定的关系，可以通过测定硬度值来推知钢材的抗拉强度，硬度的测定方法很多，常用的有布氏法和洛氏法。布氏法是在布氏硬度试验机上测定，也就是把直径为

D的淬火硬钢球，在一定的荷载作用下压入被测钢件光滑的表面，持续一定的时间之后卸去荷载，测量被压钢件表面上的压痕直径d，所加的荷载与压痕面积A之比，就是布氏硬度了，用HB表示。布氏法试验简便，操作方便迅速，数据稳定准确，属于无损检验。当压痕直径d在0.25-0.60D的范围之内的时候，测得硬度值比较准确，为此，测定之前要估计它的硬度范围，根据试件厚度按照规定选择钢球直径、荷载以及加荷持续时间。受到淬火钢球硬度的限制，布氏法只能测定HB小于450的钢件，布氏硬度HB与抗拉强度之间有如下的近似关系： 当HB小于175的时候，抗拉强度约为0.36HB；

当175＜HB＜450的时候，抗拉强度约为0.35HB。

（5） 应力松弛

在高温条件下受力的钢构件，若保持其总变形不变，可发生构件中的应力随时间的延长自行降低的现象，成为应力松弛。发生原因一般认为是金属在高温下由于晶界的

扩散和晶粒内部缺陷的变化，是弹性变形逐步转变为塑性变形，从而使应力不断降低。应力松弛对消除集中应力有利，但将造成预应力钢筋混凝土中钢丝的预应力损失。在预应力钢筋混凝土结构设计和施工中，必须考虑这一因素。 3.1.2工艺性能

工艺性能表现钢材在各种加工过程中的行为。良好的工艺性能是钢制品和构件的质量保证，也关系到成品率的提高和成本的降低。

3.1.2.1可焊性

一般是指钢在某种焊接方法下得到的优质焊接接头的能力，常把钢在焊接缝区产生脆性的倾向作为衡量钢的可焊性的主要指标。钢的可焊性是相对的，它主要决定于钢的化学成分。一般碳钢以含碳量，合金钢以含碳量或含碳量Ch％估价钢的可焊性。 3.1.2.2冷弯性能

钢材的冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比值d/a；弯

曲角度（90°或180°）；试样弯曲外表面无肉眼可见裂纹则冷弯合格。弯曲角度越大，弯心直径对试件厚度（直径）比值越小，则表示钢材的冷弯性能越好。 3.2钢材性能的主要影响因素

3.2.1钢的化学成分及其对钢材性能的影响

钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量少，但对钢材性能有很大影响：

（1）碳（C）

碳是钢中的主要元素，当钢中含碳量在0.8%以下时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，而延伸率下降，塑性、韧性降低；但当含碳量在1.0%以上时，随着含碳量的增加，抗拉强度提高减缓，以致于随含C量增加而降低。随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%的钢材，可焊性显著下降），碳钢的耐腐蚀性降低，焊接性能和冷加工（冲压、拉拔）性能变坏。

（2）锰（Mn）

锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的，是钢中的有益元素，锰在碳钢中的含量一般为0.25-0.80%，在具有较高含Mn量的碳钢中，Mn含量可以达到1.2%。锰具有很强的脱氧去硫能力，能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性，也可以和S结合形成MnS，从而在相当大程度上消除S的有害影响，大大改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。钢中的Mn，除一部分形成夹杂物（硫化锰及锰的氧化物），其余部分溶于铁素体和渗碳体中。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。

Mn对碳钢的力学性能有良好影响，它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性，在Mn含量不高时，可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性，在碳钢的Mn含量范围内，每增加0.1%Mn，大约使热轧钢材的抗拉强度增加7.8-12.7兆牛/米2，使屈服点提高7.8-9.8兆牛/米2，伸长率减小0.4%。

（3）硅（Si） 硅是一种脱氧剂，脱氧作用比Mn还强，在钢中的含量≤0.50%。Si能增大钢液的流

动性，碳钢中每增加0.1%的Si，可使热轧钢材的抗拉强度提高约7.8-8.8兆牛/米2，屈服点提高约3.9-4.9兆牛/米2，伸长率下降约0.5%，面缩率和冲击韧性下降不明显，但是Si含量超过0.8-1.0%时，则引起面缩率下降，特别是冲击韧性显著降低。Si以硅酸存在于钢中，对钢丝拉拔是有害的。

（4）硫（S）

一般来说，硫是有害元素，它主要来自生铁原料、炼钢时加入的矿石和燃料产物中的SO2，炼钢时难以除尽。硫以硫化物夹杂的形式存在于固态钢中。硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，即产生热脆，造成热脆的原因是由于硫的严重偏析。通过加入Mn来避免钢中形成FeS，以防止热脆，Mn比Fe对S有较在的亲和力，所以钢液中S与Mn优先形成MnS。

硫通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发生影响，增加钢中的含S量，使硫化物的含量增高，钢的范性和韧性将降低，同时钢材力学性能的方向性增大，钢的热加工性能变坏。

硫对钢的焊接性能有不良影响，容易导致焊缝热裂，在焊接过程中，S易于氧化生成SO2，造成焊缝中产生气孔和疏松。

硫能提高钢材的切削加工性，这是S的有益作用，所以在制造要求表面粗糙度较细而强度要求不十分严格的零件时，可采用含S高的易切削钢。

（5）磷（P）

一般说来，P是有害杂质元素，它来自于矿石和生铁等炼钢原料，炼钢时难以除尽。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，显著加大钢材的冷脆性，P的有害影响主要在此。P能提高切削性能和抗蚀性，故在易切削钢中可适当增加P含量。

磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用。

（6）氧（O）

氧是钢中的有害元素。氧在钢中的溶解度很小，在钢中，氧几乎全部以氧化物的形

式存在，至于形成什么样的氧化物是由所加入的脱氧元素的种类和数量而定，钢种各种氧化物的总量随着钢中含氧量增加而增加，含氧量对钢力学性能的影响夹杂对力学性能的影响实质上也就是氧化物夹杂对力学性能的影响，总的来说，随钢中含氧量增加，钢材的强度有所提高，但钢的范性、韧性降低，氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低，可焊性变差，使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变坏。氧的存在会造成钢材的热脆性。

（7）氮（N）

钢中的N来自于炉料，也来自于炉气中。氮对钢材性能的影响与碳、磷相似。N引起碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能产生影响。由于N的时效作用，钢的硬度、强度升高，范性和韧性降低，可焊性变差，冷脆性加剧对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而N是有害元素。氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。向钢中加入足够数量的

Al，使之除与O结合外，还有有相当数量的Al溶解在固溶体中，通过热轧后的缓冷或700-800℃保温，能与N结合形成AlN，减弱或完全消除在较低温度发生的时效现象。

（8）铝（Al）

是作为脱氧剂加入钢中。碳钢中Al的含量一般小于0.10%，加入钢中的Al部分与O形成Al2O3或含有的各种夹杂物，部分溶于固态铁中随加热或冷却条件的不同，形成AlN，可阻止奥氏体晶粒的长大。

（9）钛（Ti）

钛是强脱氧剂。钛能显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。钛是常用的微量合金元素。

（10）钒（V）

钒是弱脱氧剂。钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响，有效地提高强度，但有时也会增加焊接淬硬倾向，钒也是常用的微量合金元素。

（11）其它杂质元素

常见的有Ni、Cr、Cu等，由废钢和矿石带入，一般控制在0.3%以下。Cu对抗腐

蚀有良好作用，Cr提高钢的淬透性、抗腐蚀稳定性和抗氧化性。

3.2.2冶金和轧制的影响钢材在冶金和轧制过程中的缺陷在所难免缺陷格严重降低钢材的塑性、韧性和冷弯性能能性增加。 3.2.3钢材的硬化比如偏析、夹杂、裂纹、分层等。这些尤其是产生应力集中时使脆性破坏的可钢材的硬化包括时效硬化、冷化硬化和应变时效硬化。硬化虽然可以提高钢材的强度，但却降低了钢材的塑性和韧性，使脆性破坏的可能性增加。

3.2.4.温度的影响当钢材从。霓起升温，当c＝250Y左右时，钢材出现“蓝脆现象”，强度赂有提高，但塑性和韧性下降，在此时进行热加工钢材易发生裂纹；当?：枷℃左右时，钢材完全丧失承裁力。

当钢材从o℃下降时，钢材强度提高，塑性和韧件降低。当温度下降到某一温度区域时，钢材的冲击韧性急剧降低，破坏特征明显由塑性破坏变为脆性破坏，即出现通称的低温脆断。

3.2.5应力集中的形响钢材虽然有良好的塑

性，但当钢材制作成钢构件时，一般都存在孔洞、刻槽、角、截面突变以及裂纹等构造缺陷，这些构造缺陷将引起应力集中。应力集中越严重，钢结构脆性破坏的可能性越大。由此可见，构造的合理性十分重要。 4 结论

(通过对这个课题的研究，了解了建筑材料——建筑钢材的一些基本知识，包括应用、分类、性能等。对该建筑材料有了一些基础的认识，不只是停留在原先的仅仅认为它们就是一堆冰冷的钢铁块的简单层面上，而是从各个方面深入的了解到了该种建材的几乎所有的性质、特点等也认识到其在当今建筑行业的地位。从而更加深切的体会到建筑钢材的发展势头之猛，也明确了其在未来建筑行业的远景之美好。除此之外，更加重要的是在查阅相关资料的过程中，懂得了怎么去迅速、准确的找到有用的资料，并且进行必要的删减。力求快速、准确的完成相关资料的检索。这样一来就能够在短时间内完成相应的课题研究，从而把时间得以最大化利用)。

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