1、： 第第6章章建筑鋼材建筑鋼材： 學習目的與任務： 本章應掌握建筑鋼材的力學性能（抗拉性能、沖擊韌性、耐疲勞性能和硬度）和工藝性能（冷彎性能、可焊性等），以及建筑結構用鋼材的技術標準。定義定義：建筑鋼材指在建筑工程結構中使用的各種鋼材，如型材、板材、鋼筋等。優(yōu)點：優(yōu)點： 強度高、塑性及韌性好、耐沖擊、性能可靠，易于加工成板材、型材和線材、良好的焊接和鉚接性能 。缺點缺點：易銹蝕、維護費用高，耐火性差， 生產(chǎn)能耗大。用途：用途：可用作主要的結構材料、也可以用作連接材料、圍護材料和飾面材料等。 ： 6.1鋼材的分類及其技術性質(zhì)鋼材的分類及其技術性質(zhì)6.1.1鋼材的分類鋼材的分類 碳素鋼碳素鋼合金鋼

2、合金鋼按化學組成分按化學組成分 低碳鋼（含C量0.60%） 低合金鋼（合金元素總量10%）按質(zhì)量分：按質(zhì)量分：普通碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼，普通碳素鋼，優(yōu)質(zhì)碳素鋼， 高級優(yōu)質(zhì)鋼。高級優(yōu)質(zhì)鋼。按用途分：按用途分：結構鋼，工具鋼，結構鋼，工具鋼， 特殊鋼。特殊鋼。按冶煉時脫氧程度分按冶煉時脫氧程度分沸騰鋼（F） 鎮(zhèn)靜鋼（Z） 半鎮(zhèn)靜鋼（b） 特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ） 6.1.2鋼材的技術性能鋼材的技術性能1）低碳鋼的抗拉性能低碳鋼的抗拉性能彈性階段彈性階段OA段段特點：荷載較小，應力和應變成比例增加，彈性變形。指標：A點所對應的應力稱為彈性極限，用 表示。 彈性模量 ， 反映鋼材的剛度。 屈服階段屈服階段AB

3、段段特點：由A點當荷載增大時應力與應變不再成比例變化，應變增大的速度大于應力增大的速度，即開始產(chǎn)生塑性變形。B上屈服上限；B下屈服下限屈服點屈服點。指標：屈服強度 B下對應的應力。pE s強化階段強化階段BC段段特點：過B點后變形速度較快，隨應力的提高而增加。指標：極限抗拉強度 最高點C對應的應力。屈強比n 反映鋼材的可靠率和利用率。（7-1） 屈強比小時，鋼材的可靠性大，結構安全。但屈強比過小，則鋼材有效利用率太低可能造成浪費。所以應合理選用屈強比，在保證安全可靠的前提下，盡量提高鋼材的利用率。bsbn（4）頸縮階段）頸縮階段CD段段特點：變形明顯，應變迅速增加而應力反而下降，鋼材被拉伸，并

4、在某一薄弱處斷面開始縮小，產(chǎn)生“頸縮頸縮”現(xiàn)象至D點斷裂。指標：伸長率 ，是衡量鋼材塑性的重要指標。（7-2）100100%LLL圖圖拉斷前后的試件拉斷前后的試件伸長率大表明鋼材的塑性好伸長率大表明鋼材的塑性好2）中碳鋼和高碳鋼的抗拉性能中碳鋼和高碳鋼的抗拉性能特點：沒有明顯的屈服階段，應力隨應變的增加持續(xù)增加，直至斷裂。屈服點：常用發(fā)生殘余變形0.2%時的應力作為規(guī)定的屈服極限，用 表示。0.2 概念：沖擊韌性是指鋼材抵抗沖擊荷載作用的能力。能較全面地反映鋼材材質(zhì)的優(yōu)劣程度。試驗：將鋼材制成中面V形槽口的試件，置于試驗機上，將試驗機中的擺錘揚起后，使其自由下落以沖斷試件，試件單位面積上所消耗

5、的功即為沖擊韌性的指標 。 該指標值越大說明鋼材的沖擊韌性越好。ka影響沖擊韌性的因素：影響沖擊韌性的因素：鋼中的S、P等有害雜質(zhì)含量；成分偏析程度；軋制與焊接質(zhì)量；鋼的加工硬化與時效；環(huán)境溫度等。其中環(huán)境溫度對鋼材性能的影響最為明顯。鋼材沖擊韌性與溫度的關系： 值與試驗溫度有關，某些材料在常溫時沖擊韌性并不低，破壞時呈現(xiàn)韌性破壞特征。但當試驗溫度降至某一溫度范圍時， 突然大幅度下降，材料無明顯塑性變形而發(fā)生脆性斷裂，這種性質(zhì)稱為鋼材的冷脆性冷脆性。 劇烈改變的溫度區(qū)間稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度。kakaka疲勞破壞：交變荷載反復作用，鋼材往往會在低于抗拉強度的情況下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。疲勞強度

6、：在多次反復交變荷載的作用下未產(chǎn)生疲勞破壞的最大應力，它是表明鋼材耐疲勞性的指標。疲勞極限：通常取交變應力循環(huán)次數(shù)N=107時，試件不發(fā)生破壞的最大應力 作為其疲勞極限。特點：鋼材承受交變應力越大，則鋼材至斷裂時所經(jīng)受的交變應力的循環(huán)次數(shù)越少，反之則多。當交變應力降至一定值時，鋼材可經(jīng)受無數(shù)次的應力循環(huán)變化而不發(fā)生疲勞破壞。n影響因素：鋼材疲勞強度的高低與其內(nèi)部組成狀態(tài)、成分偏析、雜質(zhì)含量及各種缺陷有關，鋼材的表面光潔程度及受腐蝕善等都會影響它的耐疲勞性能。疲勞破壞原因： 鋼材的疲勞破壞一般由拉應力引起的，首先在局部開始形成細小裂紋，隨后由于微裂紋尖端的應力集中而使其逐漸擴大，直至突然發(fā)生瞬時

7、疲勞斷裂。鋼材內(nèi)部的組織結構、成分偏析及其它缺陷，是決定其疲勞性能的主要因素。 鋼材的截面變化、表面質(zhì)量及內(nèi)應力大小等造成應力集中的因素，都與其疲勞極限有關。如鋼筋焊接接頭和表面微小的腐蝕缺陷，都可使疲勞極限顯著降低。 當疲勞條件與腐蝕環(huán)境同時出現(xiàn)時，可促使局部應力集中的出現(xiàn)，大大增加了疲勞破壞的危險。 鋼材抵抗另一硬物體壓入其內(nèi)的能力叫硬度，即受壓時抵抗局部塑性變形的能力。 有布氏法和洛氏法兩種方法測定。 洛氏硬度測量原理圖洛氏硬度測量原理圖 布氏硬度測量原理圖布氏硬度測量原理圖 2.鋼材的工藝性能 冷彎性能 可焊性 切削切工性能 鍛造性能 熱處理工藝性能 （1）鋼材的冷彎性能鋼材的冷彎性能

8、概念：冷彎性能是指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材的重要工藝性能，冷彎性能可以反映鋼材內(nèi)部組織是否存在不均勻內(nèi)應力和雜質(zhì)等缺陷。冷彎試驗：冷彎性能是將鋼材試件（圓形或板形）置于冷彎機上彎曲至規(guī)定角度（90或180）觀察其彎曲部位是否有裂紋、起層或斷裂現(xiàn)象，如無，則為合格。評價指標：用不同彎曲角度 和不同彎心半徑d相對于鋼材厚度a的比值（d/a）表示。 越大， d/a比值越小，則表示鋼材的冷彎性能越好。： P鋼材的冷彎試驗ad外拱面冷彎檢驗的意義： 鋼材的冷彎性能和其伸長率一樣，也是表示鋼材在靜荷載條件下的塑性。但冷彎是鋼材處于不利變形條件下的塑性，而伸長率是反映鋼

9、材在均勻變形下的塑性。故冷彎試驗是一種比較嚴格的檢驗。 它能揭示鋼材內(nèi)部組織的均勻性，以及存在內(nèi)應力或夾雜物等缺陷的程度。在拉力試驗中，這些缺陷常因塑性變形導致應力重分布而反映不出來。 在工程實踐中，冷彎試驗還被用作檢驗鋼材焊接質(zhì)量的一種手段，能揭示焊件在受彎表面存在的未熔合、微裂紋和夾雜物 。（2 2）可焊性）可焊性 定義：鋼材在焊接后，焊頭聯(lián)結的牢固程度和硬脆傾向大小的性能；測量：將焊接的鋼材試件進行拉伸試驗，要求斷裂處不在焊接點上。影響因素： 化學成分（含碳量、S、P和氣體雜質(zhì)）； 冶煉質(zhì)量（鎮(zhèn)靜鋼） 冷加工等。 ： 鋼材的可焊性試驗焊接點斷裂點斷裂點合格不合格： 冷加工強化冷加工強化

10、將金屬材料于常溫下進行冷拉、冷拔或冷軋，使之產(chǎn)生一定的塑性變形，其強度可明顯提高，塑性和韌性有所降低，這個過程稱為金屬材料的冷加工強化。包括冷拉和冷拔。6.1.3鋼的化學成分對鋼材性能的影響鋼的化學成分對鋼材性能的影響： 6.2建筑用鋼的技術要求建筑用鋼的技術要求： 建筑鋼材主要有三大類： 鋼結構用鋼； 鋼筋混凝土結構用鋼； 其它用途用鋼。6.2.1 鋼結構用鋼 碳素結構鋼 低合金結構鋼等： 1. 1.碳素結構鋼碳素結構鋼（1）碳素結構）碳素結構鋼的牌號鋼的牌號 根據(jù)國標GB700-1988，碳素結構鋼按照屈服強度分為Q195、Q215、Q235、Q255和Q275五個牌號，每個牌號又根據(jù)硫、

11、磷等雜質(zhì)含量分為A、B、C、D四個質(zhì)量等級。 牌號的順序：屈服強度字母Q、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級（A、B、C、D）、脫氧程度符號（F、b、Z、TZ）。 例如Q235AF，表示屈服強度為235MPa，A級沸騰鋼。（2）鋼牌號與性能的關系）鋼牌號與性能的關系 鋼牌號越大，鋼的含碳量增加，強度與硬度增高，塑性和韌性降低，可焊性變差。 ： （3）選用原則）選用原則 應根據(jù)鋼結構的工作條件、荷載類型、連接方式、環(huán)境溫度與介質(zhì)的腐蝕情況等綜合因素選用。例如： Q195和Q215號鋼強度較低，塑性和韌性較大，易彎加工，可用于鋼釘、螺栓等。Q235A使用于承受靜載作用的鋼結構；Q235B可用于承受動載焊接的普通鋼結構；Q235C可用于承受動載焊接的重要鋼結構；Q235D可用于低溫承受動荷載焊接的鋼結構。Q255和Q275強度較高，塑性和韌性較差，主要用于機械零件等： 2. 2. 橋梁用結構鋼橋梁用結構鋼 橋梁鋼的牌號由代表屈服漢語拼音字母Q、屈服點數(shù)值、橋梁鋼的漢語拼音字母q、質(zhì)量等級符號4個部分組成。 如Q345qc。3. 3. 低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼 低合金結構鋼是在碳素鋼的基礎上加入小于總量5的