奥鹏远程教育中心助学服务部 http://www.open.com.cn 材料的结构分微观结构和宏观结构。材料微观结构是材料的原子，分子层次的结构，肉眼看不见，只能通过电子显微镜，X衍射仪来观察和分析。材料微观结构可以分为晶体，玻璃体和胶体。

晶体结构—质点（原子，分子，离子）按照一定规则排列成晶体。分为原子晶体结构、离子晶体结构、分子晶体结构和金属晶体结构等四种。

玻璃体结构—质点之间无规则排列。在化学上是不稳定结构。

胶体结构—细小粒子（d=1~100μm）分散在介质中所形成的结构。

材料宏观结构（也称构造）是指材料的宏观状态和粗视组织。肉眼或放大镜可以分辨。材料宏观结构可以分紧密状构造、多孔状构造、微孔状构造、纤维状构造、散层状构造等。

材料的结构对材料性质影响很大，即使是化学成分和微观结构相同的材料，由于其构造不一，性质上差别很大，例如，玻璃的三种不同构造性能差别： 玻璃 玻璃纤维 泡沫玻璃 构造 紧密状 纤维状 多孔状 强度 低 高 很低 热性质 保温差 保温最好 保温好 光性质 透光 不透光 不透光 可以看出，材料的性质与材料的组成和结构的关系十分密切。

北航《建筑材料》第二章 建筑钢材 课堂笔记

? 主要知识点掌握程度

了解钢的冶炼和分类；掌握建筑钢材的技术性质；掌握钢材的工艺性能；掌握钢材的冷加工强化和时效处理；掌握化学成分对钢材性能的影响；掌握建筑钢材的标准和选用；了解钢筋混凝土结构用钢；了解钢材的腐蚀与防护。

? 知识点整理 一、钢的冶炼和分类

（一）钢的冶炼

钢铁的主要成分是铁和钢。含碳量小于2%的为钢，含碳量大于2%的为生铁。 钢铁的冶炼过程：

图1 钢的冶炼过程示意图

铁矿石经高炉熔炼后得到生铁液，再经氧化，取出生铁中的杂质，使碳含量及有害元素（硫、氨、磷等）降低到规定限度就的钢液。钢液浇铸成钢锭前，必须除去钢液中多余的氧方可浇铸钢锭，通常加入脱氧剂，如锰铁、硅铁、铝箔等进行脱氧。

按脱氧程度不同，可以把刚分为三类：

沸腾钢——用锰铁进行脱氧，脱氧不完全，留在钢液中的氧较多。当钢液注入钢锭模时，有大量CO逸出引钢液沸腾，制成钢的致密度较差，强度冲击韧性较差，但成品效率较高。

镇静钢——脱氧完全，钢液注入钢锭模时，钢液稳定，钢的致密度、塑性、韧性较好、强度高，但成品率较低。

半镇静钢——介于上述二者之间的钢。

钢锭再经热轧或冷轧成材，建筑钢材采用热轧成材。 （二）钢的分类

钢的分类有以下几种：

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奥鹏远程教育中心助学服务部 http://www.open.com.cn 1、碳素钢按碳含量分

低碳钢——含碳量小于0.25% 中碳钢——含碳量为0.25%~0.6% 高碳钢——含碳量大于0.6% 2、合金钢

定义：在炼钢过程中加入一种或多种合金元素的钢。 按合金元素的总量分：

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% 高合金钢——合金元素总含量大于10% 建筑钢材常用钢材是低碳钢和低合金。

3、按钢材品质（主要是硫、磷、有害杂质的限制不同）分为普通钢、优质钢和高级优质钢。 4、按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。 二、建筑钢材的技术性质

建筑钢材作为结构材料，应具有一定的力学性能，还应具有易于加工的性能。因此建筑钢材的技术性能包括：抗拉强度，抗冲击性能，耐疲劳性能，硬度，冷弯特性和可焊性等。

（一）力学性能 1、抗拉性能

建筑钢材的抗拉性能有弹性模量，屈服点（屈服强度），抗拉强度和伸长率。 以低碳钢为例，它的受拉时的应力—应变图如下：

从受拉到拉断可分为四个阶段：

（1）弹性阶段（OA阶段）。这个阶段材料的应力和应变成比例增加，卸去荷载，恢复原状。A点的应力称为弹性极限?p。用E表示弹性模量E=?，它表示钢材的刚度。 ?（2）屈服阶段（AB阶段）。应力与应变不成比例变化。应力超过?p后，材料在静荷载作业下，开始丧失对变形的抵抗力，即开始产生塑性变形。过B上以后，变形急剧增加，而应力则在不大的范围内波动，直至B点。B下点是屈服下限，即屈服点?S，?S是屈服阶段的最低值，即在?S 之前钢材不发生较大的塑性变形。在设计中以屈服点作为强度取值的依据，结构的设计强度。

（3）强化阶段（BC阶段）。过B点，材料抵抗塑性变形的能力提高，变形与应力均

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奥鹏远程教育中心助学服务部 http://www.open.com.cn 有较快提高。对应C点的应力是材料受拉应力的最高值，称为抗拉强度?b。

计算公式：

?b?Pb F0抗拉强度不能直接应用，但下屈服强度与抗拉强度的比值,也叫屈强比，能够反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈强比越小，表明材料的安全可靠性越高。防止结构破坏的潜力越大，结构不容易发生危险的脆性断裂。如果屈强比太小，表面材料的利用率太低。

(4)颈缩阶段（CD阶段）。过C点，材料抵抗变形的能力明显降低。此阶段在变形最大处发生颈缩，然后材料断裂。拉断后材料的变形称为伸长率δ，,它反映了钢材的塑性。

计算公式:： ??

l1?l0?100% l0lo——材料试件原始标距长度(mm)；

l1——材料试件拉断后标距部分长度（mm）。

2、冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。用冲击韧性值?k来表示。影响钢材冲击韧性的主要因素有：化学成分、冶炼质量、冷作及时效、环境温度等。

3、耐疲劳性

钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏，称之疲劳破坏。通常用规定周期基数内的疲劳强度或疲劳极限来表示，此强度远小于钢材抗拉强度。

4、硬度

表示钢材表面抵抗外物压入产生塑性变形的能力，衡量钢材表面软硬程度的一个指标。我国现行标准测定金属硬度的方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法等三种。常用的硬度指标为布氏硬度和洛氏硬度。

（二）工艺性能 1、冷弯性能

指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。通常用冷弯弯心直径和弯曲角度来表示材料冷弯性能，承受弯心直径越小和弯曲角度越大，材料的冷弯性能越好。

冷弯性能可以反映钢材内部组织状态，内应力及夹杂物等缺陷。 2、焊接性能

指钢材接受焊接的能力。通常钢材的可焊接性应良好，应通过焊接试验来确定。 三、钢材的冷加工强化和时效处理 （一）刚材的冷加工

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奥鹏远程教育中心助学服务部 http://www.open.com.cn 钢材冷加工是指钢材在常温下进行机械加工，包括冷拉、冷拔、冷扭、冷冲和冷压等方式，使钢材产生塑性变形，提高屈服强度，但相应降低塑性和韧性。

钢材冷加工把钢材拉至强化阶段某一点K，然后松弛应力，刚才则沿 KO?恢复部分弹性，保留 Oo?残余变形。冷加工后钢材的应力—应变曲线，屈服强度提高，抗拉强度也有 所提高，但塑性和弹性模量下降。

（二）钢材的时效处理

经冷加工后钢材在常温下存放一段时间（15-20d）或者加热到100~200℃，并保存一定时间，这种处理成为时效处理。

经过时效处理后的钢材，屈服点会进一步提高，抗拉强度稍有增长，弹性模量可基本恢复， 弹塑性降低。 四、化学成分对钢材性能的影响

碳素钢中除了铁和碳元素之外，还含有硅、锰、磷、硫、氮、氧等元素。 1、碳

在建筑钢材中，碳是主要元素之一，其含量一般不大于0.8%。碳在碳素钢中的基本形态有铁素体，渗碳体和珠光体。

铁素体——碳溶于??Fe晶格中的固溶体，铁素体晶格中原子间隙较小，融入的碳量少，故其强度低，塑性好。

渗碳体——铁与碳的化合物(Fe3C)，含碳量为6.67 %。质硬性脆，强度高，塑性差。

珠光体——介于铁素体和渗碳体之间的层状机械混合物。其性能介于铁素体和渗碳体之间，强度不高，有一定的塑性。

这三种形态的数量随着含碳量的变化而变化。当含碳量小于0.8％时，随着含碳量的增大，铁素体减少，珠光体增多，钢材强度提高，塑性和韧性下降。当含碳量大于0.8％时，随着含碳量的增大，渗碳体增多，钢材硬度增加，强度下降，质量变脆。

2、硅

硅可在钢中融入铁素体，使钢的硬度和强度提高，但不显著降低塑性和韧性。硅含量在1%以内，可提高钢的强度和耐腐蚀性，但对可焊性和冷加工性能有一定的影响。

3、锰

锰可溶入铁素体，提高钢材强度，减轻硫和氧所引起热脆性，改善可焊性和热加工性。 4、磷

磷是碳素钢中的有害杂质，它可溶入铁素体，有强化作用，但会使塑性和韧性下降，而引起低温脆性（冷脆性），还会使可焊性降低，但可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性。

5、硫

硫是碳素钢中的有害杂质，它会降低钢材的可焊性，尤其是高温下会引起脆裂（热脆性）。 6、氧

氧是碳素钢中的有害杂质，降低钢材的韧性及可焊性。 7、氮

氮可使钢材的强度提高，塑性和韧性下降，可焊性变差。

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