ss2建筑钢材

§2.3 影响钢材性能的主要因素
一、化学成分 基本成份为Fe，碳钢中Fe含量占99％，其余C、Si、 化学成份 Mn等为杂质元素，S、 P、N、O为冶炼过程中不易除 冶金 复杂应力 尽的有害元素。
轧制 应力集中
※ 碳（C）：含C↑使强度 ↑，塑性、韧性、可焊性↓， 影响因素 应控制在0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。
碳素结构钢材的应力-应变曲线

钢材可以简化为理想弹塑性体
fy
ε0 0.15%
ε 2.5%--3%
ε
强度计算以 fy 为依据; fu 为结构的安全储备 讨论：材料的强度设计值为何用 f u ，而不用 f y ？
伸长率δ10或δ5 伸长率是断裂前试件的永久变形与原 标定长度的百分比。伸长率代表材料断裂前具有的 塑性变形的能力。
E级钢—要求负温（－40℃ ）冲击值AKV ≥27J、
冷弯合格。
低合金高强度结构钢的A、B级属于镇静钢，
C、D、E级属于特殊镇静钢。
例：Q235－AF表示屈服强度为235N／mm2的A级沸腾钢；
Q235-Bb表示屈服强度为235N／mm2的B级半镇静钢；
Q235-C表示屈服强度为235N／mm2的C级镇静钢。 Q345-B表示屈服强度为345 N/mm2的B级镇静钢；
反弯点
试验温度T0C
T1
T0
T2
在低温工作的结构，钢材须具有0℃冲击韧性或负温（20 ℃ 或-40℃ ）冲击韧性的合格保证，以提高抵抗低 温脆断的能力！
五、应力集中 应力集中—在缺陷或截面变化处附近，应力线曲折、密
集、出现高峰应力。 应力集中的影响： 应力集中造成双向 或三向应力场的复杂
应力状态，从而使钢
H型钢与普通工字钢的区别:
1. 翼缘宽，故早期有宽翼缘工字钢一说； 2. 翼缘内表面无斜度、上下表面平行，便于与其它构件连接； 3. 从材料分布形式来看，工字钢材料主要集中在腹板附近，愈向 两侧延伸，钢材愈少，而在轧制H型钢中，材料分布侧重在翼 缘部分。 所以，H型钢的截面特性要明显优越于传统的工、 槽、角钢及它们的组合截面。
结构类型
2
3 4 5 6 7 8 9
焊 接 结 构
非 焊 接 结 构
l l0 100% l0
当l0/d=5时，用δ5表示， 当l0/d=10时，用δ10表示。
断面收缩率 A0 A1 100% A0
面缩率ψ也是钢材塑性的指标之一
A1
A0
冷弯性能 衡量钢材的冷加工性能，材质均匀性 ，塑性变形能力
d
a
d+2.1a
冲击韧性
衡量钢材的抗脆断、抗动载能力。
这些缺陷都将影响钢的力学性能。
（3）轧制
钢材的轧制能使金属的晶粒变细，也能使气泡、裂纹 等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数 多，其强度比厚板略高（332页，附表10、11）。
三、钢材硬化的影响 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。 ※冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生塑 性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。 ※钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成 碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之为时效 硬化。 这些都是使钢材转脆的性质。
Q390-D表示屈服强度为390 N/mm2的D级特殊镇静钢。
3、钢结构常用型材 1）钢板和钢带
钢带、钢板区别在成品形状 钢板分厚板及薄板两种 薄板厚度为0.35～4mm。是冷弯薄壁型钢的原料。
在图纸中钢板用“-厚×宽×长 ” 表示， (单位为毫
厚板的厚度为4.5～60mm，用来组成焊接构件和连接钢板，
§2.4 钢材的种类及选择
钢结构用的钢材主要有两种：碳素结构钢和低合金高强 度结构钢 1、碳素结构钢
F-沸腾钢
Q B-半镇静钢 脱氧方法的符号 Z-镇静钢 （Z、TZ可省略） TZ-特殊镇静钢 表示按质量划分的级别：A、B、C、D
2 N mm 阿拉伯字—表示屈服强度的大小
屈服强度中屈字汉语拼音的字首
钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，既
可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。 ※ 铝（Al）、铬（Cr）、镍（Ni） 铝是强脱氧剂，用
铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物，
而且能细化晶粒。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，
用于Q390钢和Q420钢。
※ 硫（ S） 硫是有害元素，当热加工及焊接使温度达
热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。
元素 性能
碳 锰 硅 钒 铝 铬 镍 铌 C Mn Si + + + + V + +
钛 铜 硫
磷 P + + —
氧 O
氮 N
Al Cr Ni Nb Ti Cu S + + + + + + + +
抗拉强度 + 屈服点 伸长率 + —
— —
— —
冲击韧性 — 可焊性 — —* —*
冶金缺陷：偏析—指金属结晶后化学成分分布不匀； 非金属夹杂—指钢中含有如硫化物等杂质； 气泡—指浇铸时由 FeO与C作用所生成的CO 轧制过程：轧制可减少缺陷，使金属
组织更为致密。 气不能充分逸出而留在钢锭内形成 轧制方法：高温加压 厚度大于 40mm需进行Z向试验。 的微小空洞。 经轧制后不均匀冷却会产生残余应力。
四、温度的影响 （1）正温范围
N/mm2 800 600
δ% Ex103
80 220 210
fu
400 200
E δ
fy
60 40 20
200 190
180
170 160
0
200
400
600
T(0C)
当结构表面长期受辐射热达150℃以上，应采用砖或 而热材料做成隔热层加以防护！
（2）负温范围
脆性破坏 转变过渡区段 塑性破坏
小结

钢材的五项主要机械性能指标
——
屈服点 fy
衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的指标。
抗拉强度 fu—— 钢材的强度极限，仅作为安全储备。
伸长率δ5—— 衡量钢材塑性变形能力的重要指标。
冷弯性能 —— 衡量钢材塑性性能和冶金质量的综合指标。 冲击韧性 —— 衡量钢材在动荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标。
(20±5℃)冲击韧性、0℃冲击韧性或负温(-20℃或-
40℃)冲击韧性的保证要求。
可焊性
钢材经过焊接后保持原有机械性能的能力
钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。
碳含量在0.12～0.20%范围内的碳素钢，可焊性最
好。Q235B的碳含量就定在这一适宜范围。碳含量 再高可使焊缝和热影响区变脆。 Q235A的碳含量 略高于B级，这一钢号通常不能用于焊接构件。
土木工程常用，但现在提高要求了，许多结构限 ※ 镇静钢 — 加强脱氧剂（硅、有时还加铝或钛）， 用：疲劳、低温下非焊接结构，焊接结构； ②镇静钢用硅脱氧，脱氧彻底，成本高，质量好； 保温时间得以加长，氧气杂质少且晶粒较细，偏析 ③半镇静钢介于前两者之间； 等缺陷不严重，所以钢材性能比沸腾钢好。 ④特殊镇静钢在锰硅脱氧后再用铝或钛补充脱氧。
钢号中质量分级由A到D，表示质量的由低到高。
A级钢——冲击韧性不作为要求条件，冷弯试验只在需 方要求时进行； B级钢——要求常温（20±5℃）冲击韧性值AKV ≥27J 冷弯合格； D级钢——要求负温（－20℃）冲击韧性值AKV ≥27J、 冷弯合格；
C 级钢 —— 要求（ 0℃）冲击韧性值 AKV ≥27J 、冷弯合格
冲击试验的试件主要有：
a.夏比试件(V形槽口)Akv(J) 。
b.梅氏试件(U形槽口)akv(J/mm2)；
梅氏试件 R=1.0
试件
试件
摆锤
夏比试件 R=0.25
缺口韧性值受温度影响较大，温度低于某值时将急
剧降低。设计处于不同环境温度的重要结构，尤其是受
动载作用的结构，要根据相应的环境温度对应提出常温
对Q235钢来说，A、B两级的脱氧方法可以是Z、b或F， C级只能是Z，D级只能是TZ。
2、低合金高强度钢 低合金高强度结构钢是在钢的冶炼过程中添加少量
几种合金元素（合金元素的总量低于5﹪），使钢的强 度明显提高，故称低合金高强度结构钢。Q345、Q390和 Q420是钢结构设计规范规定采用的钢种。这三种钢都包 括A、B、C、D、E五种质量等级。 A级同碳素钢,B、C、D级冲击值AKV ≥34J、冷弯合格；
冷作硬化 时效硬化 温度 残余应力 ※ 锰（Mn） 锰是有益元素，它能显著提高钢材强度 但不过多降低塑性和冲击韧性。锰是弱脱氧剂。但是 锰可使钢材的可焊性降低，故含量有限制。
※ 硅（Si）硅是有益元素，也是强脱氧剂。硅能使钢 材的粒度变细，控制适量时可提高强度而不显著影响 塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。硅的含量过量时则 会恶化可焊性及抗锈蚀性。 ※ 钒（V）、铌（Nb）、钛（Ti） 钒、铌、钛都能使
+
— —
— —
抗锈蚀性 —
—* +
+ —
+
注：+：表示有利影响； —：表示不利影响； —*：表示含量过多时，影响不利。
二、生产过程 （1）冶炼
钢材的冶炼方法:
平炉炼钢—质量好，但效率低；（已停产） 氧气顶吹转炉炼钢—质量好，效率高； 碱性侧吹转炉炼钢—质量差；（禁用） 电炉炼钢—质量好，但成本高；（不用） 冶炼这一冶金过程形成钢的化学成分与含量、钢的金 相组织结构，以及不可避免的冶金缺陷，从而确定不
材塑性降低，容易产 生脆性破坏！
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