第8章-建筑钢材-n+1

8.2 建筑钢材的力学性能 和工艺性能
8.2.1 力学性能
建筑钢材的力学性能主要有：抗拉性能、 建筑钢材的力学性能主要有：抗拉性能、硬 度和冲击韧性等
（一）抗拉性能
O→A：弹性阶段； ：弹性阶段； A→B ：屈服阶段； 屈服阶段； B→C：强化阶段； ：强化阶段； C→D：颈缩阶段。 C→D：颈缩阶段。 弹性极限； σp：弹性极限； 屈服点； σs：屈服点； 抗拉强度。 σb：抗拉强度。
（二） 冷弯性能
冷弯： 冷弯：是指钢材在常温下承受静力弯曲时所容 许的变形能力。 许的变形能力。 冷弯性能合格是指钢材试件在受到规定的弯曲 角度和弯芯直径条件下， 角度和弯芯直径条件下，弯曲试件的外拱面不发生 裂缝、断裂或起层现象。 裂缝、断裂或起层现象。 钢材含C、 较高 或曾经过不正常冷热处理， 较高， 钢材含 、P较高，或曾经过不正常冷热处理， 则其冷弯性能往往不合格。 则其冷弯性能往往不合格。 冷弯性能通过冷弯试验检测。 冷弯性能通过冷弯试验检测。
π 结构钢(包括机械结构用钢及工程结构用钢 ： 结构钢 包括机械结构用钢及工程结构用钢)： 包括机械结构用钢及工程结构用钢 包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、 包括碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高 强度结构钢及合金结构钢等。碳素结构钢及低 强度结构钢及合金结构钢等。碳素结构钢及 是建筑工程用钢的主要钢种， 合金高强度结构钢是建筑工程用钢的主要钢种 合金高强度结构钢是建筑工程用钢的主要钢种， 大多数型钢、钢板、钢筋等是用这些钢轧制的。 大多数型钢、钢板、钢筋等是用这些钢轧制的。 工具钢：主要用于刀具，模具等各种工具， 工具钢：主要用于刀具，模具等各种工具， 含碳量一般较高，便于进行热处理。 含碳量一般较高，便于进行热处理。 特殊性能钢及专门用途钢：主要有桥梁钢、 特殊性能钢及专门用途钢：主要有桥梁钢、 压力容器用钢、铁道用钢、船舶用钢等。 压力容器用钢、铁道用钢、船舶用钢等。
六、氧
氧也是钢中的有害杂质。 氧也是钢中的有害杂质。 使钢材强度下降； 使钢材强度下降； 热脆性增加，冷弯性能变坏； 热脆性增加，冷弯性能变坏； 热加工性能和焊接性能下降
七、氮
可提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度； 可提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度； 使钢材的塑性和冲击韧性显著下降； 使钢材的塑性和冲击韧性显著下降； 增大冷脆性、 热脆性和时效敏感性， 增大冷脆性 、 热脆性和时效敏感性 ， 使钢的 焊接性能和冷弯性能变坏。 焊接性能和冷弯性能变坏。
钢
筋
工字钢
圆钢、角钢 圆钢、
钢丝绳
钢 管
三、钢材的分类
（一）按化学成分分
非合金钢（碳素钢） 非合金钢（碳素钢） 低合金钢 合金钢
（二） 按含碳量分
低碳钢（含碳量 低碳钢（含碳量<0.25%) 中碳钢（含碳量 中碳钢（含碳量0.25%~0.6％) ％ 高碳钢（含碳量 高碳钢（含碳量>0.6%) 。
第8章 建筑钢材
8.1 概 述
一、金属材料
金属材料可分为： 金属材料可分为： 有色金属： 有色金属 ： 铜 、 铝 、 铅 、 锌 、 镁 、 锡 ……； ； 黑色金属：钢 、铁。 黑色金属：
二、钢铁材料
(一) 生铁
铁矿石在高炉内通过焦炭还原而得含C量大于 铁矿石在高炉内通过焦炭还原而得含 量大于 2％ 的铁碳合金。 并有较多Si、 Mn、 S、 P等杂质 。 ％ 的铁碳合金 。 并有较多 、 、 、 等杂质。 等杂质
冷弯试验
第三节 化学元素对钢材性能的影响
一、碳
随着含C量的增加： 随着含 量的增加： 量的增加
钢的伸长率， π 钢的伸长率，断面 收缩率和冲击韧性 逐渐下降； 逐渐下降；
π 硬度增大； 硬度增大； π C=0.8％ 左右抗拉 ％
强度最高 冷弯性能、 π 冷弯性能、焊接性 能和抗腐蚀性能下 降。
五、硫
在钢材热加工过程中产生晶粒的分离， 在钢材热加工过程中产生晶粒的分离 ， 引起 钢的断裂，即所谓热脆现象； 钢的断裂，即所谓热脆现象； 硫的存在也降低了钢的冲击韧性、 疲劳强度、 硫的存在也降低了钢的冲击韧性 、 疲劳强度 、 可焊性和抗腐蚀性。 可焊性和抗腐蚀性。
硫为钢的有害成分， 其含量受严格控制， 硫为钢的有害成分 ， 其含量受严格控制 ， 普 通碳素钢中最高含量不得大于0.065％。 通碳素钢中最高含量不得大于 ％
四、磷
使钢的屈服点和抗拉强度提高； 使钢的屈服点和抗拉强度提高； 塑性降低、韧性显著下降； 塑性降低、韧性显著下降； 增加钢的冷脆性(韧性随温度下降而急剧恶化的 增加钢的冷脆性 韧性随温度下降而急剧恶化的 现象)， 现象 ，对于承受冲击荷载或低温下使用的钢材是 有害的； 有害的； 使钢的冷弯性能急剧下降，可焊性变坏。 使钢的冷弯性能急剧下降，可焊性变坏。 普通碳素钢中磷的含量最多不得超过0.085％ 。 ％ 普通碳素钢中磷的含量最多不得超过
(三) 冲击韧性
冲击韧性指材料抵抗冲击荷载作用的能力。 冲击韧性指材料抵抗冲击荷载作用的能力。 建筑钢材的冲击韧性通过夏比(v形缺口 冲击试 建筑钢材的冲击韧性通过夏比 形缺口)冲击试 形缺口 验来测定。 验来测定。
冲击韧性的指标及其计算
(1) 冲击吸收功 kv (J) 冲击吸收功A
A kv = W（h 1 ― h 2） （
1.
抗拉屈服强度(屈服点σ 抗拉屈服强度 屈服点σs) 屈服点
指钢材在拉力作用下，开始产生塑性变形时 指钢材在拉力作用下， 的应力。 的应力。设计中一般以屈服点作为强度取值的依 据。 当某些钢材的屈服点不明 显时， 显时，按规定以产生残余应 变为0.2％ 变为 ％时的应力作为屈服 强度，记为σ 强度，记为 0.2 。 2. 抗拉极限强度 σb) 抗拉极限强度(σ 试件在破坏前，应力－ 应变图上的最大应力值。 应变图上的最大应力值 。 也 称抗拉强度。 称抗拉强度。
8.5 钢的压延加工及热处理
一、压力热加工
压 力 热 加 工 是 将 钢 锭 ( 或 钢 材 ) 加 热 到 900 ～ 1200'C， 通过碾轧或锻压 （ 压延加工 ） ， 以获得一 ， 通过碾轧或锻压（ 压延加工） 定大小或形状的钢材或零件。 定大小或形状的钢材或零件。 压力热加工可消除钢锭中的某些缺陷， 压力热加工可消除钢锭中的某些缺陷，从而带 来机械性能的提高。 来机械性能的提高。
A kv值可由试验机刻度盘上直接读出。 值可由试验机刻度盘上直接读出。 (2) 冲击韧性值 a kv (J／cm 2 )。 ／ 。 为单位面积的试样断口所吸收的冲击功： 为单位面积的试样断口所吸收的冲击功：
a kv ＝ A kv／A
A kv (或 a kv )值愈大，表示冲断时吸收的功愈多， 或 值愈大，表示冲断时吸收的功愈多， 值愈大 钢材的冲击韧性愈好。 钢材的冲击韧性愈好。
二、硅
使钢的硬度、强度提高， 含量超过1.0％ 使钢的硬度 、 强度提高 ， 含量超过 ％ 时 ， 钢的塑性和冲击韧性显著降低， 冷脆性增加， 钢的塑性和冲击韧性显著降低 ， 冷脆性增加 ， 焊 接性能变差。 塑性、 冲击韧性显著降低， 冷脆性 接性能变差 。 塑性 、 冲击韧性显著降低 ， 增加，焊接性变差。 增加，焊接性变差。
三、锰
炼钢过程中， 锰可形成MnO及MnS， 成为钢 炼钢过程中 ， 锰可形成 及 ， 渣而排出， 起着脱氧去硫作用， 渣而排出，故Mn起着脱氧去硫作用，能消除钢的 起着脱氧去硫作用 热脆性改善热加工性； 热脆性改善热加工性； 过剩的Mn固溶于钢内 ， 形成含 固溶于钢内， 形成含Mn的合金铁 过剩的 固溶于钢内 的合金铁 素体和合金渗碳体， 素体和合金渗碳体 ， 能提高钢的屈服强度和抗拉 强度； 强度； 有害作用是使钢的伸长率略有下降， 有害作用是使钢的伸长率略有下降 ， 当锰的 含量较高时，还会显著降低可焊性。 含量较高时，还会显著降低可焊性。
三、钢的热处理
钢的热处理是通过对钢进行加热、保温、 钢的热处理是通过对钢进行加热、保温、冷却等 手段，来改变钢材组织结构， 手段，来改变钢材组织结构，以达到改善性质的一 种工艺。基本的热处理工艺如下。 种工艺。基本的热处理工艺如下。 (1)退火。将钢材加热到一定温度，保温若干时间， 退火。将钢材加热到一定温度，保温若干时间， 退火 而后缓慢冷却，称为退火。 而后缓慢冷却，称为退火。 (2)淬火。将钢材加热到一定温度，保温一段时间后， 淬火。将钢材加热到一定温度，保温一段时间后， 淬火 在盐水、冷水或油中急速冷却的处理过程， 在盐水、冷水或油中急速冷却的处理过程，称为淬 火。 淬火的目的是要获得更高强度和硬度的钢材。 淬火的目的是要获得更高强度和硬度的钢材。
π π
四、建筑钢材的应用
钢铁材料是应用最广、产量最大的金属材料， 钢铁材料是应用最广、产量最大的金属材料， 也是建筑工程中主要材料之一。 也是建筑工程中主要材料之一。 （ 1）用型钢制作厂房 、 桥梁 、 闸门及高压管 ） 用型钢制作厂房、桥梁、 道等， 安全性强、 质量轻， 适于大跨度及多、 道等 ， 安全性强 、 质量轻 ， 适于大跨度及多 、 高 层结构； 层结构； （2）用钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构， ）用钢筋和混凝土组成的钢筋混凝土结构， 强度高、耐久性好，适用范围广。 强度高、耐久性好，适用范围广。
(二 ) 钢
将生铁(及废钢 在熔融状态下进行氧化，除去 将生铁 及废钢)在熔融状态下进行氧化， 及废钢 在熔融状态下进行氧化 过多的碳及杂质即得钢液， 过多的碳及杂质即得钢液 ， 进行脱氧后浇铸成钢 量小于2％ 锭。 含C量小于 ％。 量小于
(三) 钢材
钢经冷、热加工而得到的各种定型产品。 钢经冷、热加工而得到的各种定型产品。
钢材的屈强比σ σ 钢材的屈强比σs/σb: 比值小，结构安全度大；比值过小，不经济。 比值小，结构安全度大；比值过小，不经济。 3. 伸长率（δ） 伸长率（ 钢材拉断后， 试件标距长度的伸长量∆ 与 钢材拉断后 ， 试件标距长度的伸长量 ∆L与 原始标距L 的比值。 原始标距 0的比值。