1、第第2章章 鋼構(gòu)造用鋼材鋼構(gòu)造用鋼材2.1 鋼材的根本要求和主要性能2.1.1 建筑鋼材的根本要求用于建筑的鋼材，在性能方面要求具有較高的強(qiáng)度、較好的塑性及韌性，以及良好的加工性能。對于焊接構(gòu)造還要求可焊性良好。在低溫下任務(wù)的構(gòu)造，要求鋼材在低溫下也能堅持較好的韌性。在易受大氣侵蝕的露天環(huán)境下任務(wù)的構(gòu)造，或在有害 介質(zhì)侵蝕的環(huán)境下任務(wù)的構(gòu)造，要求鋼材具有較好的抗銹才干。2.1.2 鋼材的拉伸實驗1)彈性階段圖2.1中OB段，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系,= E；該段稱彈性階段，B點的應(yīng)力p稱為比例極限，亦稱彈性極限；E為該直線段的斜率，為鋼材的彈性模量，E=2.06105 N/mm2。2)彈塑性階段圖

2、2.1中BC段，應(yīng)力與應(yīng)變呈曲線關(guān)系，闡明應(yīng)變的增長比應(yīng)力快，切線模量，曲線上任一點的切線斜率，隨應(yīng)變增加而降低。鋼材的變形包括卸荷后可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形兩部分。圖2.1 鋼材的拉伸實驗 (a)有明顯屈服點的鋼資料材 (b)沒有明顯屈服點的鋼材 彈性階段 彈塑性階段 屈服階段 強(qiáng)化階段 頸縮階段3)屈服階段4)強(qiáng)化階段5)頸縮階段2.1.3 鋼材的強(qiáng)度2.1.4 鋼材的塑性鋼材的伸長率是反映鋼材塑性的目的,是以試件拉斷后，標(biāo)距長度的伸長量(l1-l0)與原標(biāo)距長度l0的比值百分?jǐn)?shù)表達(dá),即 橫截面的收縮率是塑性性能的另一目的，是指橫截面面積減少值(A0-A1)與原截面面積A0比值

3、的百分率，即2.1.5 鋼材的冷彎性能鋼材的冷彎性能是衡量鋼材在常溫下彎曲加工產(chǎn)生塑性變形時,對產(chǎn)生裂紋的抵抗才干的一項目的。圖2.2是冷彎實驗表示圖。圖2.2 鋼材冷彎實驗表示圖2.1.6 沖擊韌度鋼材的沖擊韌度是衡量鋼材在沖擊荷載作用下,抵抗脆性斷裂的才干的一項力學(xué)性能目的。我國規(guī)定鋼材的沖擊韌性按V形試件沖擊功Axv確定如圖2.3所示。對于碳素構(gòu)造鋼(國家規(guī)范GB 7001988)Q235 A級鋼不做沖擊實驗；Q235 B、-C、D級鋼，分別要求20 、0 ，-20 的沖擊功AKV27J。圖2.3 鋼材沖擊韌性實驗表示圖2.1.7 焊接性能鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，獲得性

4、能良好的焊接接頭。2.2 影響鋼材性能的主要要素2.2.1 化學(xué)成分的影響鋼的根本元素是鐵(Fe)，普通碳素鋼中w(Fe)=99，其他為碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)；有害元素尚有硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等。合金鋼中還需摻入一定數(shù)量的鉻、鎳、銅、釩、鈦、鈮等元素以改善鋼的力學(xué)性能。2.2.2 冶煉、澆注和軋制過程的影響鋼因冶煉后澆注工藝過程和脫氧程度的不同而分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。 用于某些特殊用途的鋼材，在軋制后還常經(jīng)過熱處置進(jìn)展調(diào)質(zhì)，以改善鋼材性能。 2.2.3 剩余應(yīng)力的影響 熱軋型鋼在冷卻過程中，在截面尖角、邊緣及薄細(xì)部位，率先冷卻，其他部位漸次冷卻，先冷卻部位約

5、束阻止后冷卻部位的自在收縮，產(chǎn)生復(fù)雜的熱軋剩余應(yīng)力分布。不同外形和尺寸規(guī)格的型鋼剩余應(yīng)力分布不同。 鋼材經(jīng)過氣割或焊接后，由于不均勻的加熱和冷卻，也將引起剩余應(yīng)力。 鋼材中剩余應(yīng)力的特點是應(yīng)力自相平衡且與外荷載無關(guān)。 此外剩余應(yīng)力與外荷載應(yīng)力疊加經(jīng)常產(chǎn)生二向或三向應(yīng)力，將使鋼材抗沖擊斷裂才干及抗疲勞破壞才干降低。尤其是低溫下受沖擊荷載的構(gòu)造，剩余應(yīng)力存在更容易引起低任務(wù)應(yīng)力形狀下的脆性斷裂。對鋼材進(jìn)展“退火熱處置，在一定程度上可以消除一些剩余應(yīng)力。 2.2.4 應(yīng)力集中的影響 鋼構(gòu)造的鋼材存在孔洞、槽口、凹角裂紋、 厚度變化、外形變化及內(nèi)部缺陷等構(gòu)造缺陷，鋼材中的應(yīng)力在缺陷區(qū)域的某些部位將出現(xiàn)

6、部分頂峰應(yīng)力,而其他部位出現(xiàn)應(yīng)力降低，這種在較小區(qū)域內(nèi)應(yīng)力忽然增高的景象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中的高低取決于構(gòu)件截面改動的急劇程度，如槽孔尖端處的應(yīng)力集中較圓孔邊的應(yīng)力集中大得多。2.2.5 溫度影響溫度在100 以上時總的趨勢是強(qiáng)度降低，塑性增大；達(dá)250 左右時，鋼材的抗拉強(qiáng) 度fu略有提高,塑性和沖擊韌性降低，鋼材呈脆性破壞特征，這種景象稱為“藍(lán)脆，在此區(qū)域加工易產(chǎn)生裂紋。溫度在250350 時，鋼材強(qiáng)度開場顯著下降,鋼材將產(chǎn)生徐變景象；當(dāng)溫度超越400 時，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低；達(dá)600 時，其承載才干幾乎喪盡。2.2.6 鋼材的冷作硬化和時效鋼材在冷加工過程中使鋼材產(chǎn)生很大的塑性變

7、形甚至斷裂，再重新加荷時將使屈服點提高，但使塑性和韌性降低這種景象稱為冷 作硬化或應(yīng)變硬化。時效硬化是指鋼材僅隨時間增長而變脆的景象，冷作硬化的鋼材，同時伴生著時效硬化，故稱為應(yīng)變時效硬化。2.2.7 鋼材的防護(hù)1)鋼材脆性斷裂的預(yù)防2)鋼構(gòu)造的防火維護(hù)3)鋼構(gòu)造防腐蝕措施2.3 鋼材的種類、規(guī)格與選用2.3.1 鋼材的種類鋼材的種類或稱鋼種，按用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼和特殊用途鋼等；按化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼，碳素鋼按含碳量又分為低碳鋼(w(C)0.25)、中碳鋼(0.250.6)，以及熟鐵(w(C)0.06)、生鐵或鑄鐵(w(C)2)。1)碳素構(gòu)造鋼我國公布的“碳素構(gòu)造鋼(GB7001

8、988)，將公用于構(gòu)造的普通碳素鋼共分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五種。2)低合金構(gòu)造鋼我國公布的“低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼(GBT15911994)將低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼按屈服點數(shù)值分為五個牌號：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。 低合金構(gòu)造鋼是在冶煉碳素構(gòu)造鋼時加一種或幾種適量的合金元素而煉成的鋼種，可提高強(qiáng)度、沖擊韌性、耐腐蝕性又不太降低塑性。 3)公用構(gòu)造鋼 特殊用途的公用構(gòu)造鋼是在碳素構(gòu)造鋼或低合金構(gòu)造鋼的根底上冶煉而成，其有害元素含量低、晶粒細(xì)、組織致密、機(jī)械性能的附加保證工程較多，因此質(zhì)量更高、檢驗更嚴(yán)密，普通用于橋梁、船舶、壓力容器和鍋爐等特殊用途

9、的鋼構(gòu)造中。 鋼構(gòu)造銜接中鉚釘、高強(qiáng)度螺栓、焊條用鋼等，也是屬于公用構(gòu)造鋼。 4)Z向鋼和耐候鋼 2.3.2 鋼材的規(guī)格 鋼構(gòu)造采用的鋼材主要為熱軋成型的鋼板和型鋼，以及冷變成型的薄壁型鋼(圖2.4)。 1)熱軋鋼板 2)熱軋型鋼 常用方式有角鋼、工字鋼和槽鋼，如圖2.4(a)所示。 角鋼： 工字鋼： 槽鋼：可分為普通和輕型兩種。 鋼管： 3)冷彎薄壁型鋼 4)壓型鋼板圖2.4 鋼材的規(guī)格a常用熱扎型鋼 b冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板2.3.3 鋼材的選用和保證工程(1)選用的原那么 1)構(gòu)造的重要性。 2)荷載特性。 3)銜接方式。 4)構(gòu)造任務(wù)的溫度環(huán)境。 5)鋼材厚度。(2)鋼構(gòu)造對鋼材的要求

10、 1)較高的強(qiáng)度。 2)足夠的變形才干。 3)良好的加工性能。(3)鋼材的選用和保證工程 1)建筑構(gòu)造鋼材的選用。選用時應(yīng)思索以下情況并根據(jù)工程實踐情況參照表2.1選用。普通構(gòu)造多項選擇用碳素構(gòu)造鋼Q235F；大跨度或荷載重，尤其是低溫任務(wù)環(huán)境，以及接受較大動力荷載的構(gòu)造，宜采用強(qiáng)度高，沖擊韌性好的低合金鋼Q345或Q390鋼。假設(shè)動力荷載很大時可選用16Mnq或15MnVq鋼。平爐鋼和氧氣轉(zhuǎn)爐鋼兩者質(zhì)量相當(dāng)，訂貨和設(shè)計時不加區(qū)別，由鋼廠決議。鋼材出廠最少應(yīng)具有fy、fu、5三項力學(xué)性能和硫、磷含量兩項化學(xué)成分的合格保證；焊接構(gòu)造還應(yīng)有碳含量的合格保證。對于較大跨度的桁架、柱、托架等構(gòu)件，接受直接動力荷載的橋式起重機(jī)梁、儲罐等鋼材還要有冷彎實驗的合格保證。對于重級任務(wù)制橋式起重機(jī)和起分量大于50 t的中級任務(wù)制橋式起重機(jī)的橋式起重機(jī) 梁或類似構(gòu)件，應(yīng)具有常溫(20 )沖擊韌性的