道路建材课件第七章 建筑钢材和木材

屈强比一般在0.6~0.75之间。
④ 颈缩阶段
钢材薄弱处断面面积不断减小，塑性变 形不断增大，产生“颈缩”现象，最终导致 钢筋断裂。
中、高碳钢屈服现象 不明显，没有明显的 屈服阶段。
规定以残余应变为 0.2%时对应的应力作 为中、高碳钢的屈服
强度，用 0 .2 表示。
中、高碳钢拉伸应力应变曲线
钢材在1×106~1×107次交变荷载作用下，而不至 于引起断裂的最大循环应力值，称疲劳强度极限。
应力，％
120 100
80 60 40 20
0 0
静力抗拉强度
疲劳极限
2 4 6 8 10 12 14 16 18
应 力 循 环 次 数 (n)， lgn
（5）硬度——间接评价强度 指钢材抵抗硬物压入其表面的能力，也
弹性比例极限 p
弹性模量 E 反映钢材抵抗弹性变形的能力。
E
② 屈服阶段
下屈服点比较稳定，取屈服强度 s 作为钢筋
强度设计的依据。
③ 强化阶段
钢筋抗拉强度（抗拉强度极限值） b
s 屈强比——评价钢材可靠性的指标 b
屈强比越小，安全空间越大，安全性越高， 但屈强比过小，会使钢材强度的利用率偏低， 浪费材料。
（3）半镇静钢（b） 介于前两者之间，是建筑工程中应用最广
泛的钢材。 （4）特殊镇静钢（TZ）
质量最好，适用于特别重要的结构工程。
3、根据钢材的用途分：
结构钢：常用的结构钢为低碳钢和低合 金高强度结构钢
工具钢：主要用于各种切削工具、量具 及模具的钢材 特殊钢：具有某种特殊物理、化学性质 的钢，如耐酸钢、耐热钢和不锈钢等。
（3）冲击韧性 ——指钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验参考图7- 4：冲击试验机 用破坏后缺口处单位面积上所消耗的功
来表示 k(J /cm2) 。
影响冲击韧性大小的因素： ① S、P含量越多，冲击韧性越差； ② 杂质含量越多，冲击韧性越差； ③ 焊接中形成的微裂缝，会降低冲击韧性； ④ 环境温度越低，钢材呈现冷脆性，冲击韧 性降低。
道路建筑材料
一、钢材的分类
1、按化学成分分类 主要化学成分：Fe，还含少量C 、 Si、Mn、 Ti 、 V 、P、S、O等。 其中，P、S、O为有害元素，会增 加钢的冷脆性，降低焊接性能、塑性 和冲击韧性。
（1）根据含碳量高低：
低碳钢：＜0.25%
中碳钢： 0.25%～0.6%
高碳钢：＞0.6%
冲 击 韧 性 ， J /2 c m
200
脆性破坏 过渡区 塑性破坏
15
-40
0
40
试验温度，℃
温度对低合金钢冲击韧性的影响
（4）耐疲劳性──疲劳强度 受交变荷载反复作用，钢材的应力在远低
于其抗拉强度的情况下突然发生破坏的现象， 称疲劳破坏。
钢材能承受交变荷载循环作用的次数越多， 钢材的耐疲劳性能越强。
冷拔——将光圆钢筋通过拔丝模强行拉 拔，不仅受拉，同时还受到挤压作用。
（2）塑性 ★ ——钢材在外力作用下，能
承受的塑性变形的总能力。 用伸长率或断面收缩率表示。
① 伸长率
l ——断裂后钢筋拼合后的长度 l 0 ——钢筋的原长
② 断面收缩率
A0 A 100% A0
A 0 ——原有横截面面积; A ——断口处截面面积。
伸长率和断面收缩率越大，钢材的塑性越好。
镇静钢（Z） 半镇静钢（B） 特殊镇静钢（TZ）
（1）沸腾钢（F） 脱氧不完全的钢，FeO含量较高。 塑性较好，但韧性和可焊性较差，成本
低，可用于一般建筑结构中，但不适用于承
受冲击荷载、在低温下工作的焊接结构和其 他重要结构。
（2）镇静钢（Z） 脱氧充分，质量均匀，结构致密，可焊性
好，抗侵蚀性强，但成本较高。 可用于承受冲击荷载和其他重要结构。
性越差； ② 合金元素、杂质含量越多，可焊性越差； ③ S含量越多，焊口处易产生热裂纹，焊接
质量越差。
（3）冷加工性能及时效处理 ① 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、韧性会降低，这个过程称冷加工强化处 理。
常见的冷加工方法：
冷拉——将热轧钢筋用冷拉设备进行张 拉，使之伸长。屈服强度提高20%~30%， 节约钢材，但塑性降低。
★ 含碳量越高，钢材强度和硬度越大，但塑 性和韧性越低，焊接性变差，耐锈蚀性降低，
冷脆性变大。
（2）根据合金元素含量高低：
低合金钢：＜5%
中合金钢：5%～10%
高合金钢：10%
低合金钢具有良好的塑性、韧性、焊接性 及较好的耐蚀性，故在工程中应用广泛。
合金元素的作用：
硅（Si）：有助于提高钢材的抗腐蚀性、抗 氧化性，但含量增加会降低钢材的焊接性能；
二、建筑钢材的技术性质
力学性质：抗拉强度、塑性、冲击韧性、
耐疲劳性和硬度
工艺性质：加工性能（冷弯性能和焊接性能等）
1、力学性质 ★ （1）抗拉性能（低碳钢为例）
钢筋的拉伸试验分四个阶段： 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。
b
s
e
p
s'
应力
应变
低碳钢拉伸试验：应力—应变曲线
① 弹性阶段
反映钢材的耐磨性能。 测定钢材硬度采用压入法，根据压头压
在钢材表面的压痕面积或深度来确定。 硬度值越大，反映钢材强度越大，抵抗
塑性变形的能力越强。
2、钢材的工艺性能 （1）冷弯性能
指钢材在常温下承受一定程度弯曲变形 而不破坏的能力。
检查弯曲处，无裂缝、断裂及起皮现象 ，则认为冷弯性能合格。
评价指标：弯曲角 、弯心直径 d 越大， d 越小，冷弯性能越好。
（2）焊接性能 焊接——钢结构主要的连接方式，是将
两块金属局部加热，并使其接缝部分迅速呈 熔融或半熔融状态，而牢固地连接起来。
焊接性能指常规工艺条件下获得良好焊接 接头的性能。
焊接要求：焊口处没有裂缝、气孔、夹渣 等缺陷，焊缝及附近受热影响区力学性能不 低于母材。
影响可焊性的因素： ① 含碳量太高，焊接接头硬脆性增加，可焊
锰（Mn）：有助于提高钢材的强度、硬度、 韧性和耐磨性，但含量越高，会减弱钢材的抗 腐蚀能力，降低焊接性能；
钛（Ti）：强脱氧剂，使钢内部组织致密， 能显著提高钢材的强度，改善韧性、可焊性， 但略微降低塑性；
钒（V）：弱脱氧剂，提高强度和韧性。
2、根据炼钢过程中脱氧程度不同，分：
沸腾钢（F）