建筑材料建筑鋼材第八章建筑鋼材

鋼的分類鋼的化學成分對鋼材性能的影響1建筑鋼材的主要技術(shù)性能2鋼材的冷加工、時效及應用3鋼材的標準及選用4鋼材試驗567

建筑鋼材的技術(shù)性能力學性能工藝性能化學性能抗拉性能沖擊韌性疲勞強度硬度冷彎性能第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能可焊性第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、拉伸性能拉伸性能是建筑鋼材最重要的性能。從低碳鋼的應力-應變關(guān)系中可看出，低碳鋼從受拉到拉斷，經(jīng)歷了四個階段：彈性階段、屈服階段、強化階段和頸縮階段。標準試件按照一定的要求，對表面進行車削加工后的試件。l0

A0d0l非標準試件不經(jīng)過加工，直接在線材上切取的試件。頭部頭部工作段第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、拉伸性能第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、拉伸性能鋼材的拉伸演示過程以低碳鋼為例L0F1F1F2F2F3F3d0L0=5d0或10d0ΔL1ΔL2第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、拉伸性能7應力

應變FFAΔLL0L1建筑鋼材的抗拉性能第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能9建筑鋼材的抗拉性能1.彈性階段OA

一條通過原點的直線，應力與應變成正比。彈性彈性模量

E值的大小反映了鋼材抵抗彈性變形的能力。

A點對應的應力。αOA低碳鋼受拉的應力－應變圖E1

＞E2圖形的特點：

試件的特點：計算的指標：ABCD彈性極限第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能10建筑鋼材的抗拉性能2.屈服階段AB

一條波動的曲線，應力增加很小，而應變增加很大。所能承受的拉力增加很小，而塑性變形迅速增加，似乎鋼材不能承受外力——

屈服強度（也叫屈服點）點對應的應力。圖形的特點：試件的特點：計算的指標：αOA低碳鋼受拉的應力－應變圖ACDBB上B下屈服。113.強化階段BC

一段上升的曲線。抵抗塑性變形的能力又重新提高——抗拉強度

圖形的特點：試件的特點：計算的指標：αOA低碳鋼受拉的應力－應變圖ACDBB上B下C點對應的應力。建筑鋼材的抗拉性能強化。124.頸縮階段CD

一段下降的曲線。變形迅速發(fā)展，在有雜質(zhì)或缺陷處，斷面急劇縮小——

，直到斷裂。伸長率δ：

圖形的特點：試件的特點：計算的指標：αOAACDBB上B下L1L0建筑鋼材的抗拉性能計算的指標：頸縮第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能135.三個重要的指標（1）屈服強度σs

結(jié)構(gòu)設計中鋼材強度取值的依據(jù)2.抗拉強度σb

鋼材所能承受的最大應力屈強比

屈強比，利用率，安全可靠程度3.伸長率δ

衡量鋼材塑性的指標，越大說明鋼材的塑性越好

↑αOAACDBB上B下↑↓第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能一、拉伸性能鋼材的σe和σs越高，表示鋼材對小量塑性變形的抵抗能力越大。因此，在不發(fā)生塑性變形的條件下，所能承受的應力就越大。σe與σb差值越大的鋼，說明超過屈服點后的強度儲備能力越大，結(jié)構(gòu)的安全性高。屈強比（σs/σb）

鋼材的屈服點（屈服強度）與抗拉強度的比值，稱為屈強比。它也代表了鋼材強度儲備的大小，屈強比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，屈強比越小，強度儲備大。但屈強比太小則鋼筋強度的有效利用率低。一般碳素鋼屈強比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75,合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。15第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能16指金屬材料受外力（拉力）作用斷裂時，試棒伸長的長度與原來長度的百分比，伸長率按試棒長度的不同分為：試棒的標距等于5倍直徑，短試棒求得的伸長率，代號為δ5；試棒的標距等于10倍直徑，長試棒求得的伸長率，代號為δ10，。伸長率是鋼材發(fā)生斷裂時所能承受的永久變形的能力式中δ——試件的伸長率，%；

——拉伸前的標距長度，mm；

——拉斷后的標距長度，mm。式中δ——試件的伸長率，%；

——拉伸前的標距長度，mm；

——拉斷后的標距長度，mm。式中δ——試件的伸長率，%；

——拉伸前的標距長度，mm；

——拉斷后的標距長度，mm。第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能斷面收縮率塑性是指鋼材在受力破壞之前可以經(jīng)受永久變形的能力。以ψ表示。斷面收縮率是試件斷裂后，縮頸處橫斷面面積的最大縮減量占橫截面的百分率。在工程中鋼材的塑性指標通常用伸長率和斷面收縮率表示。17第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能二、冷彎性能定義：指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，以試驗時的彎曲角度α和彎心直徑d為指標表示。檢驗：按規(guī)定的彎曲角和彎心直徑進行試驗，試件的彎曲處不發(fā)生裂縫、斷裂或漆層，即認為冷彎性能合格。18鋼材的冷彎

第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能二、冷彎性能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。第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能三、沖擊韌性沖擊韌性指鋼材抵抗沖擊荷載而不變形的能力。它是用試驗機擺錘沖擊帶有V形缺口的標準試件的背面，將其折斷后試件單位截面積上所消耗的功，作為鋼材的沖擊韌性指標，以αk表示(J/cm2)。αk值越大，表明鋼材的沖擊韌性愈好。沖擊韌性試驗視頻21圖2.3沖擊韌性試驗圖(a)試件尺寸；(b)試驗裝置；(c)試驗機1—擺錘；2—試件；3—試驗臺；4—刻度盤；5—指針第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能三、沖擊韌性影響鋼材沖擊韌性的因素很多，鋼的化學成分、組織狀態(tài)，以及冶煉、軋制質(zhì)量都會影響沖擊韌性。鋼的化學成分:S、P↑沖擊韌性↓冶煉及軋制質(zhì)量:質(zhì)量↑沖擊韌性↑溫度:溫度↓，沖擊韌性↓24第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能四、可焊性1.焊接：把兩塊金屬局部加熱，并使其接縫部分迅速呈熔融或半熔融狀態(tài)，而牢固的連接起來。它是鋼結(jié)構(gòu)的主要連接形式。2.焊接性能：是指在一定的焊接工藝條件下，在焊縫及其附近過熱區(qū)不產(chǎn)生裂紋及硬脆傾向，焊接后鋼材的力學性能，特別是強度不低于原有鋼材的強度。第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能四、可焊性3.影響因素：鋼材的化學成分對鋼材的可焊性有很大的影響。4.選擇：焊接結(jié)構(gòu)用鋼，選含碳量較低的氧氣轉(zhuǎn)爐或平爐鎮(zhèn)靜鋼。對高碳鋼及合金鋼，需要采用焊前預熱及焊后熱處理等措施。第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能五、疲勞強度受交變荷載反復作用，鋼材在應力低于其屈服強度的情況下突然發(fā)生脆性斷裂破壞的現(xiàn)象,稱為疲勞破壞。鋼材的疲勞破壞一般是由拉應力引起的，首先在局部開始形成細小斷裂，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)生瞬時疲勞斷裂。疲勞破壞是在低應力狀態(tài)下突然發(fā)生的，所以危害極大，往往造成災難性的事故。鋼材疲勞曲線示意圖第二節(jié)建筑鋼材的主要技術(shù)性能六、硬度硬度――是指鋼材抵抗硬物體壓入鋼材的表面的能力。測定方法：布氏法、洛氏法和維氏法，常用方法是布氏法和洛氏法。測定方法視頻小結(jié)：影響鋼材性能的主要因素（1）有益元素1）碳（C）。碳是形成鋼材強度的主要成分，是鋼材中除鐵以外最主要的元素。含碳量高，則鋼材強度高，但同時鋼材的塑性、韌性、冷彎性能、可焊性及抗銹蝕能力下降。因此，建筑鋼材對含碳量要加以限制，一般不應超過0.22﹪，在焊接結(jié)構(gòu)中還應低于0.20﹪。2）硅（Si）。硅是強脫氧劑，是制作鎮(zhèn)靜鋼的必要元素。硅適量時可提高鋼材的強度而不顯著影響其塑性、韌性、冷彎性能及可焊性。在碳素鎮(zhèn)靜鋼中硅的含量為0.12﹪～0.3﹪，在低合金鋼中為0.2﹪～0.55﹪。過量時會惡化鋼材的可焊性及抗銹蝕性。3）錳（Mn）。錳是有益元素，它能顯著提高鋼材的強度而不過多降低塑性和沖擊韌性。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。同時還可以消除硫引起的鋼材熱脆現(xiàn)象及改善冷脆傾向。錳是低合金鋼中的主要合金元素，含量一般為1.2﹪～1.6﹪，過量時會降低鋼材的可焊性。4）釩（V）。釩是鋼中合金元素，能提高鋼材的強度和抗銹蝕性，又不顯著降低塑性。3334含碳量對熱軋?zhí)妓劁撔再|(zhì)的影響σb—抗拉強度；αk—沖擊韌性；HB—硬度；δ—伸長率；φ—面積縮減率35（2）有害元素1）硫（S）是有害元素，屬雜質(zhì)。硫在鋼材溫度達到800～1000℃時生成硫化鐵而熔化，使鋼材變脆，易出現(xiàn)裂縫，稱為熱脆。硫還會降低鋼材的沖擊韌性、可焊性、疲勞強度及抗銹蝕能力。因此，對硫的含量必須嚴加控制，一般不超過0.045﹪～0.05﹪，Q235的C級與D級鋼要求更嚴。2）磷（P）可以提高鋼材的強度