冷加工强化处理：将钢材在常温下进行冷加工，使之产生塑性变形，从而提高屈服强度，但钢材的塑性、韧性及弹性模量则会降低，这个过程称为冷加工强化处理。常用的冷加工方法有冷拉和冷拔。冷拉是将热轧钢筋用冷拉设备加力进行张拉，使之伸长。钢材经冷拉后屈服强度可提高20％～30％，可节约钢材10％～20％，钢材经冷拉后屈服阶段缩短，伸长率降低，材质变硬。冷拔是将光面圆钢筋通过硬质合金拔丝模孔强行拉拔，每次拉拔断面缩小应在10％以下。钢筋在冷拔过程中，
OO图7-7 钢筋冷拉时效后应力—应变图的变化 OK1KABC1CD1冷拉无时效冷拉经时效D未冷拉不仅受拉，同时还受到挤压作用，因而冷拔的作用比纯冷拉作用强烈。经
过一次或多次冷拔后的钢筋，表面光洁度高，屈服强度提高40％～60％，但塑性大大降低，具有硬钢的性质。
时效：钢材经冷加工后，在常温下存放15～20d或加热至100～200℃，保持2h左右，其屈服强度、抗拉强度及硬度进一步提高，而塑性及韧性继续降低，这种现象称为时效。前者称为自然时效，后者称为人工时效。钢材经冷加工及时效处理后应力应变变化规律见图7-7。图中OABCD为未经冷拉和时效试件的σ—ε曲线。当试件冷拉至超过屈服强度的任意一点K，卸去荷载，此时由于试件已产生塑性变形，则曲线沿KO’下降，K0’大致与AO平行。如立即再拉伸，则σ—ε曲线将成为0’KCD（虚线），屈服强度由B点提高到K点。但如在K点卸荷后进行时效处理，然后再拉伸，则σ—ε曲线将成为0’K1C1D1，这表明冷拉时效以后，屈服强度和抗拉强度均得到提高，但塑性和韧性则相应降低。
4．钢材的热处理
淬火：将钢材加热至723℃以上某一温度，并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却，这个过程称钢材的淬火处理。钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低。
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回火：将淬火后的钢材重新加热到723℃以下某一温度范围、保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温，这一过程称为回火处理。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。按回火温度不同，又可分为高温回火（500～650℃）、中温回火（300～500℃）和低温回火（150～300℃）种。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性恢复愈好，若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善。
退火：退火是指将钢材加热至723℃以上某一温度，保持相当时间后，就在退火炉中缓慢冷却。退火能消除钢材中的内应力，细化晶粒、均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高，从而达到改善性能。
正火：正火是将钢材加热到723℃以上某一温度，并保持相当长时间，然后在空气中缓慢冷却，则可得到均匀细小的显微组织。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小。
化学热处理：化学热处理是对钢材表面进行的热处理，它是利用某些化学元素向钢表层内进行扩散，以改变钢材表面上的化学成分和性能。常用的方法有渗碳法、氮化法、氰化法等。
7.4化学元素对钢材性能的影响
钢材性能主要取决于其化学成分。钢材中除了主要化学成分铁（Fe）以外，还含有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽然含量相对较少，但对钢材性能影响很大。下面就将这些化学元素对钢材性能的影响进行简要的说明。 1、碳
碳是决定钢材性能的最重要元素。当含碳量小于0.8%时，随着含碳量的增加，钢材的强度和硬度提高，塑性和冲击韧性降低；当含碳量超过0.8%时，随着含碳量的增加，除硬度度继续增加外，强度、塑性和冲击韧性都有所下降。此外，随着含碳量的增加，钢材的焊接性能变差（含碳量大于0.3%，可焊性显著下降），冷脆
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性和时效敏感性增大，耐大气锈蚀性下降。但热轧碳钢的疲劳极限会随着含碳量的增加而降低。一般工程所用碳素钢均为低碳钢，含碳量小于0.25%；工程所用低合金钢，含碳量小于0.52%。
2．硅
硅是作为脱氧剂而存在于钢中，属于有益元素。硅含量小于1.0%时，能提高钢材的强度，而对塑性和韧性无明显影响；当含量达到1.0%~1.2%时，随着钢材强度的增高，塑性与韧性迅速降低，可焊性降低，脆性加大。
3．锰
锰在钢中属于有益元素。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，改善钢材的热加工性能，同时能提高钢材的强度和硬度。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。
4．磷
磷在钢中属于有害的元素。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，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，使钢材发生脆断，称为冷脆现象。磷也会降低钢材的可焊性。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。
5．硫
硫在钢中属于有害的元素。硫的存在会加大削弱钢材晶粒间的粘结力，使钢在灼热状态下压力变形时碎裂，即所谓的热脆现象。同时，由于硫化铁和硫化锰等强度较低、较脆的夹杂物的生成，降低了钢材冲击韧性、耐疲劳性；此外，硫还会降低钢材的焊接性和抗腐蚀性。
6．氧
氧在钢中属于有害元素。随着氧含量的增加，钢材的强度有所提高，但塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差。氧的存在会造成钢材的热脆性。
7．氮
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氮对钢材性能的影响与碳、磷相似，随氮含量增加，钢材强度提高，塑性特别是韧性显著降低，可焊性变差，冷脆性加剧。氮在铝、铌、钒等配合下可减少其不利影响，改善钢材性能，可作为低合金钢的合金元素使用。
8．钛
钛是强脱氧剂。钛能够显著提高强度，改善韧性、可焊性，但稍降低塑性。钛是常用的微量合金元素。
9．钒
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。
7.5 道路建筑用钢的技术要求
道路建筑用钢主要有钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢材两大类。前者主要指桥梁结构用钢，后者主要包括钢筋、钢丝、钢绞线等。
1．桥梁结构用钢
桥梁结构用钢主要有板钢和型钢，以热轧、控轧或正火状态交货，其表面不应有裂纹、气泡、结疤、折叠、夹杂和分层现象。
（1）桥梁结构用钢的牌号及化学成分
桥梁结构用钢牌号及化学成分（熔炼分析）应符合表7-2要求。为改善钢材性能，可以加入钒、铌、钛、氮等微量元素，但其含量分别不得超过0.08％、0.045％、0.02％和0.018％，并应在质量证明书中注明。残余元素铬、镍、铜含量应各不大于0.30%。
桥梁结构用钢牌号及化学成分（GB/T 714－2000） 表7-2 牌号 质量 统一数化 学 成 分 % Si，≤ 0.30 0.30 0.60 0.60 Mn P，≤ S，≤ Ceq － 0.015 0.43 Als，≥ 0.40~0.70 0.035 0.035 0.50~0.80 0.025 0.025 1.00~1.60 0.035 0.035 1.10~1.60 0.025 0.025 14
等级 字代号 C，≤ Q235q C U32353 0.20 Q235q D Q345q C Q345q D
U32354 0.18 L13453 0.20 L13454 0.18 Q345q E Q370q C Q370q D Q370q E Q420q C Q420q D Q420q E L13455 0.17 L13703 0.18 L13704 0.17 L13705 0.17 L14203 0.18 L14204 0.17 L14205 0.17 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.60 0.60 1.20~1.60 0.020 0.015 1.20~1.60 0.035 0.035 1.20~1.60 0.025 0.025 0.44 1.20~1.60 0.020 0.015 1.20~1.60 0.035 0.035 1.30~1.70 0.025 0.025 0.45 1.30~1.70 0.020 0.015 （2）桥梁结构用钢的力学指标
桥梁结构用钢的各项力学性能应满足表7-3要求。
桥梁结构用钢的力学要求（GB/T 714－2000） 表7-3
屈服点 抗拉强伸长牌 号 质量 厚度 等级 mm σs MPa 度σb MPa 率δ5 % V型冲击功（纵向） 温度，℃ J 180°弯 时效J 曲试验 ≤16 ＞16 不 小 于 ≤16 C Q235q D 16~35 35~50 50~100 ≤16 16~35 35~50 50~100 ≤16 Q345q C 16~35 35~50 0~100 235 225 215 205 235 225 215 205 345 325 315 305 390 380 375 375 390 380 375 375 510 490 470 470 21 20 20 20 0 34 34 26 －20 26 0 27 27 d=1.5a d=2.5a d=2a d=3a 15
在公路工程中经常会用到碳素钢合金钢等钢材
