第七章土木工程用钢材和铝合金第一节钢的生产和分类第二节钢材的技术性质第三节钢材的冷加工和热处理第四节土木工程用钢材的选用第五节铝及铝合金金属材料分为黑色金属（铁、钢、合金钢）、有色金属（铜、铝、铅等非铁金属及其合金）。人类使用金属材料始于青铜时代，随后进入铁器时代。1860年前后，发明了钢的冶炼技术。1889年建造的法国埃菲尔塔，标志着钢结构的兴起。1940年以后，铝合金、不锈钢等现代金属建筑材料迅速发展。目前用量较大的金属材料有500多种。建筑钢材指建筑工程中所用的各种钢材（型钢、钢板、钢筋、建筑五金）。建筑钢材是最重要的建筑材料之一。建筑钢材强度高，材性好，比强度高，施工便利，缺点是易锈蚀。第一节钢的生产和分类一、钢的冶炼1.生铁的冶炼铁矿石、石灰石、焦碳和少量锰矿石在高炉内进行还原反应，由氧化铁形成金属铁，再吸收碳而成生铁。铁渣排出时用水急冷，形成水淬矿渣。2.钢的冶炼生铁在转炉（最常用）、平炉或电炉中进行氧化反应，除去杂质而成钢。二、钢的分类1、按冶炼时脱氧程度分类：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。2、按化学成分分类：碳素钢（低碳钢、中碳钢、高碳钢）、合金钢（低合金钢、中合金钢、高合金钢）。3、按有害杂质分类：普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢。4、按用途分类：结构钢（结构构件、机械零件等，一般为低碳钢或中碳钢）、工具钢（工具、量具、模具等，一般为高碳钢）、特殊钢（不锈钢、耐热钢、耐酸钢、耐磨钢、磁性钢等，一般为合金钢）。建筑工程中常用普通碳素结构钢中的低碳钢（软钢）、普通合金结构钢中的低合金钢。第二节钢材的技术性质一、力学性质1.抗拉性能低碳钢（软钢）是建筑工程中广泛使用的一种钢材，其拉伸应力-应变曲线如上左图所示。中碳钢、高碳钢（硬钢）的拉伸应力-应变曲线与低碳钢不同，如上右图所示。硬钢的抗拉强度高，塑性变形小，屈服现象不明显。规范规定以产生相对于初始长度0.2%残余变形时的应力值作为名义屈服点，以σ0.2表示。低碳钢的拉伸应力-应变曲线反映了材料的许多重要技术性能：（1）弹性阶段：OA段，呈直线，应力与应变成正比，其比值即弹性模量（E=σ/ε），产生弹性变形，A点对应的应力为弹性极限（σP）。（2）屈服阶段：AB段，呈锯齿状，应力在不大的范围内波动，应变急剧增大，开始产生塑性变形，出现屈服现象。B下点对应的应力为屈服点或屈服强度（σS）。钢材受力达到屈服点后，由于变形迅速发展，尽管尚未破坏，但已不能满足使用要求，故设计中一般以屈服点作为强度取值的依据。（3）强化阶段：BC段，呈平缓上升曲线，应力持续上升，应变快速发展，C点对应的应力为极限强度或抗拉强度（σb）。工程上，不能直接利用抗拉强度，而是用屈强比（σS/σb）反映材料的安全可靠程度和利用率（常用碳素钢的屈强比0.58~0.63，低合金钢0.65~0.75）。（4）颈缩阶段：CD段，呈快速下降曲线，应力持续下降，应变快速增加，变形不再是均匀分布，在试件的薄弱处产生颈缩现象，直至在D点断裂。2.塑性钢材在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力。钢材的塑性指标：伸长率、断面收缩率。（1）伸长率：试件拉断后对接在一起，测得标距伸长值与原始标距的百分比。δ=（l1-l0）/l0*100%（2）断面收缩率：试件拉断后，颈缩处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。ψ=（A0-A1）/A0*100%伸长率反映钢材塑性大小。伸长率越大，塑性越好。钢材拉伸时的塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，故l0/d0越大，颈缩处的伸长值在总伸长值中所占比例越小，则计算所得伸长率越小。l0/d0通常取5或10，相应的伸长率分别为δ5、δ10。对于同一钢材，δ5＞δ10。3.冲击韧性钢材抵抗冲击荷载的能力。以缺口试件的冲击弯曲试验测定。钢材的冲击韧性与钢材的化学成分、冶炼质量、温度、时效等因素有关。当温度下降到一定范围时，钢材的冲击韧性值突然下降很多，这种性质称为钢材的冷脆性。如右图所示。北方寒冷地区需检验钢材的冷脆性，应选用脆性转变温度低于使用温度的钢材。4.疲劳强度钢材在交变荷载（大小、方向变化的荷载）的反复作用下，在应力远...
