鋼的種類和鋼材規格

一邪

1．鋼的種類

　　按冶煉方法，可分為轉爐鋼和平爐鋼。轉爐鋼主要採用氧氣頂吹轉爐鋼。平爐鋼質量好，但冶煉時間長，成本高。氧氣轉爐鋼質量與平爐鋼相當但成本較低。

　　按脫氧方法，可分為沸騰鋼（F）、半鎮靜鋼（b）、鎮靜鋼（Z）和特殊鎮靜鋼（TZ），鎮靜鋼和特殊鎮靜鋼的代號可以省去。鎮靜鋼脫氧充分，沸騰鋼脫氧較差，半鎮靜鋼介於鎮靜鋼和沸騰鋼之間。一般采用鎮靜鋼。

　　按化學成分，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。在建築工程中采用的是碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼和優質碳素結構鋼。

　　（1）碳素結構鋼　按質量等級分為A、B、C、D四級，A級鋼只保證抗拉強度、屈服點、伸長率，必要時尚可附加冷彎試驗的要求，化學成分碳、錳可以不作為交貨條件。B、C、D鋼保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎和衝擊韌性（分別為+20℃，0℃，-20℃）等力學性能，化學成分碳、硫、磷的極限含量。

      鋼的牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數值、質量等級符號（A、B、C、D）、脫氧方法符號四個部分按順序組成。根據鋼材厚度（直徑）＜l6mm 時的屈服點數值，分為Q195、Q2l5、Q235、Q255、Q275，鋼結構一般僅用Q235，鋼的牌號根據需要可為Q235－A；Q235－B；Q235－C；Q235－D等。冶煉方法一般由供方自行決定，設計者不再另行提出，如需方有特殊要求時可在合同中加以注明。

　　（2）低合金高強度結構鋼　采用與碳素結構鋼相同的牌號表示方法，仍然根據鋼材厚度（直徑）＜l6mm時的屈服點大小，分為 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。鋼的質量等級有A、B、C、D、E五個等級，E級要求－40℃的衝擊韌性。低合金高強度結構鋼一般為鎮靜鋼，鋼的牌號中不注明脫氧方法。冶煉方法也由供方自行選擇。

　　A級鋼應進行冷彎試驗，其他質量級別鋼，如供方能保證彎曲試驗結果符合規定要求，可不作檢驗。

　　（3）優質碳素結構鋼　以不熱處理或熱處理（退火、正火或高溫回火）狀態交貨，要求熱處理狀態交貨的應在合同中注明，未注明者，按不熱處理交貨，如用於高強度螺栓的45號優質碳素結構鋼需經熱處理，強度較高，對塑性和韌性又無顯著影響。

2．鋼材的選擇

　　（1）選用原則

　　選擇鋼材時考慮的因素有：

　　1）結構的重要性　重型工業建築結構、大跨度結構、高層或超高層的民用建築結構或構築物等重要結構，應考慮選用質量好的鋼材，對一般工業與民用建築結構，可按工作性質分別選用普通質量的鋼材。

　　2）荷載情況　直接承受動力荷載的結構和強烈地震區的結構，應選用綜合性能好的鋼材；一般承受靜力荷載的結構則可選用價格較低的Q235鋼。

　　3）連接方法　焊接過程會產生焊接變形、焊接應力以及其他焊接缺陷，存在導致結構產生裂縫或脆性斷裂的危險。因此，焊接結構對材質的要求應嚴格一些。

　　4）結構所處的溫度和環境　鋼材處於低溫時容易冷脆，因此在低溫條件下工作的結構，尤其是焊接結構，應選用具有良好抗低溫脆斷性能的鎮靜鋼。此外，露天結構的鋼材容易產生時效，有害介質作用的鋼材容易腐蝕、疲勞和斷裂，也應加以區別地選擇不同材質。

      5）鋼材厚度　薄鋼材輥軋次數多，軋制的壓縮比大，厚度大的鋼材壓縮比小，所以厚度大的鋼材不但強度較小，而且塑性、衝擊韌性和焊接性能也較差。因此，厚度大的焊接結構應采用材質較好的鋼材。

　　（2）鋼材的規格

　　鋼結構採用的型材有熱軋成型的鋼板和型鋼以及冷彎（或冷壓）成型的薄壁型鋼。

　　熱軋鋼板有厚鋼板（4.5～60mm）、薄鋼板（0.35～4mm）和扁鋼（厚度為4～60mm，寬度為30～200mm）。

　　熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管（圖2.15）。

　　角鋼分等邊和不等邊兩種。

　　工字鋼有普通工字鋼、輕型工字鋼和H型鋼。普通工字鋼和輕型工字鋼用號數表示，號數即為其截面高度的釐米數。20號以上的工字鋼，同一號數有三種腹板厚度分別為a、b、c三類，a 類腹板較薄。輕型工字鋼的腹板和翼緣均較普通工字鋼薄。H 型鋼與普通工字鋼相比，其翼緣內外兩側平行，便於與其他構件相連。各種H 型鋼均可剖分為T 型鋼。
槽鋼有普通槽鋼和輕型槽鋼兩種，也以其截面高度的釐米數編號。

　　鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管兩種。

　　薄壁型鋼是用薄鋼板（一般采用Q235或Q345鋼）經模壓或彎曲而制成，其壁厚一般為1.5～5mm。有防鏽塗層的彩色壓型鋼板，所用鋼板厚度為0.4～1.6mm，用作輕型屋面及牆面等構件。

一邪

鋼的主要類別有：

1. 低碳鋼 - 又稱軟鋼, 含碳量從0.10％至0.30%低碳鋼易於接受各種加工如鍛造, 焊接和切削, 常用於制造鏈條, 鉚釘, 螺栓, 軸等。

2. 中碳鋼 - 含碳量從0.30% 至0.60%, 用以制造重壓鍛件, 車軸, 鋼軌等。

3. 高碳鋼 - 常稱工具鋼 , 含碳量從0.60%至1.70%, 可以淬硬和回火。錘, 撬棍等由含碳量0.75%的鋼制造; 切削工具如鑽頭, 絲攻, 鉸刀等由含碳量0.90% 至1.00% 的鋼制造。

4. 合金鋼 - 鋼中加入其它金屬如鉻, 鎳, 鎢, 釩等, 使具有若干新的特性。 由於各種合金元素的摻入, 合金鋼可具有防 , 防腐蝕, 耐熱, 耐磨, 防震和抗疲乏等不同特性。

5. 高速鋼 - 含有各種成份和份量, 如鎢, 鉻, 釩, 鈷和鉬等。 高速鋼制成的切削工具, 可用高的速度求切削硬材料, 並能承擔強力的切削。 高速鋼切削工具在高的速度中仍能使刃口保持鋒利, 其他鋼材則可能變鈍。


煉鋼過程及性質比較：

熱處理(Heat Treatment) - 是利用加熱和冷卻以改變金屬物理性質的方法。 熱處理能改善鋼的顯微結構, 使達到所需的物理要求。韌性, 硬度 和耐磨性 是通過熱處理而獲得的特性中的幾種。 要獲得這些特性, 需使用熱處理中的淬硬<又稱淬火>, 回火, 退火<又稱朡化>和表面淬硬等操作。

淬硬(Hardening, 又稱淬火) - 是將金屬均勻地加熱至適當溫度, 然後迅速浸入水或油中急冷, 或在空氣中或冷凍區中冷卻, 使金屬獲得所需要的硬度。

回火 - 鋼件淬硬後會變脆, 同時由淬火急冷而引致的應力, 可使鋼件受到輕擊而斷裂。 要消除脆性, 可用回火處理法。 回火就是將鋼件重新加熱至適當的溫度或顏色, 然後予以急冷。 回火雖然使鋼的硬度略為減少, 但可增加鋼的韌性而降低其脆性。

退火 - 退火是消除鋼件的內在應力和勒化鋼件的方法。 退火法是將鋼件加熱至高於臨界溫度, 然後放入乾灰, 石灰, 石棉或封閉在爐內, 令它慢慢冷卻。

硬度(Hardness) - 是材料抵抗外物刺入的一種能力。試驗鋼鐵硬度的最普通方法是用銼刀在工件邊緣上銼擦, 由其表面所呈現的擦痕深淺以判定其硬度的高低。 這種方法稱為銼試法 這種方法不太科學。 用硬度試驗器來試驗極為准確, 是現代試驗硬度常用的方法。 最常用的試驗法有洛氏硬度試驗 洛氏硬度試驗機利用鑽石衝入金屬的深度來測定金屬的硬度, 衝入深度愈大, 硬度愈小。 鑽石衝入金屬的深度, 可從指針指出正確的數字, 該數字稱為洛氏硬度數。

鍛造 - 是用錘擊使金屬成為一定形狀<成型> 的方法, 當鋼件加熱達到鍛造溫度時, 可以從事鍛造, 彎屈, 抽拉, 成型等操作。 大多數鋼材加熱至鮮明櫻紅色時都很易鍛造。

脆性 - 表示金屬容易破裂的性質, 鑄鐵的脆性大, 甚至跌落地上亦會破裂。 脆性與硬度有密切關系, 硬度高的材料通常脆性亦大。

延性 - (又稱柔軟性) 是金屬受外力永久變形而不碎裂的性質, 延性的金屬可抽拉成細線。

彈性 - 是金屬受外力變形, 當外力消除之後又恢復其原有形狀的一種性質。 彈簧鋼是極富彈性的一種材料。

硬度 - 是金屬抵抗外物刺入或切削的一種能增加鋼材硬度常用的方法是淬火。

展性 - 又稱可鍛性, 是金屬延性或柔軟性的另一種表示法。 展性是金屬接受錘鍛或滾軋而變形時不致破裂的一種性質。

韌性 是金屬抵受震動或衝擊的能力。 韌性與脆性剛好相反。