最新七章建筑钢材

2. 冲击韧性
❖ 定义及指标:
➢ 冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力。
➢ 其大小用冲击韧性值αk来表示。 αk越大，则冲击韧性越好。
k
Ak F
Ak—试件破坏时的冲击功 F —试件槽口处截面积
❖ 影响因素:
➢ 硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物，焊接形成裂纹， 温度降低等，均会降低冲击韧性。
废钢、 生铁
空气 空气
4-12小时 短
好 最好
成本 低 高 高
应用
优质碳素钢及 合金钢
同上及特殊用 途的钢
同上
钢种 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢
脱氧程度及钢材影响
脱氧程度 不充分
冷却情况
浇筑时有大量 CO 逸出
钢材质量 差
介于二者之间
好
充分
平静冷却，无CO 组织致密、成分均匀、
逸出
机械性能好
ε
应力。见左图。
中碳与高碳钢受拉时的σ-ε图
拉伸过程的主要参数
屈服强度
定义：是指钢材开始丧失随变形而抵抗外力的能力,并开始 产生大量变形的能力。
意义：是弹性变形转变为塑性的转折点。当外力超过屈服点 时，产生不可恢复的变形，钢材内部的应力自动分配至低应 力部位。所以说，屈服点是确定钢结构容许应力值的依据。
公式：
s
Fs A0
σs－屈服强度 Fs －屈服应力 Ao－试件截面积
抗拉强度
定义：是指钢材能够承受的最大拉应力。 意义：当外力大于拉伸强度时，钢材完全丧失对变形的抵抗 能力而断裂。因此在结构设计中不能应用。
屈强比
定义：σs/σb反映了钢材的可利用率和安全性的大小。
可利用率 安全性
σs/σb低 小 大
σB
σp
B A
0
弹性阶段
σp—比例极限，MPa σB—弹性极限，MPa
注：由于A、B两点相距较近， 一般认为σp=σB 。
ε
钢材拉伸弹性阶段示意图
σ
屈服阶段
C上
B
C
A C下
放大后
C上
C B C下
0
ε
钢材拉伸屈服阶段示意图
σ
σb
C上
B
C
A C下
0
D
强化阶段
σb— 抗拉强度或强度极限
ε
钢材拉伸强化阶段示意图
➢ 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考虑冲击韧性。
❖ 概念：钢材的冷脆性和临界温度。
3. 疲劳强度
❖ 在反复荷载作用下的结构构件，钢材往往在应力远小于 抗拉强度时发生断裂，这种现象称为钢材的疲劳破坏。
❖ 疲劳强度：在疲劳试验中，试件在交变应力作用下，于 规定的周期基数内不发生断裂时所能承受的最大应力值
七章建筑钢材
概述
❖ 定义
用于工程建设中的各种钢材。
❖ 特点
➢ 具有强度高，塑性好，具有良好的韧性； ➢ 工艺性能良好，易于加工； ➢ 钢材易锈蚀、耐火性差。
炉种的影响及氧化程度
炉种的影响
炉型
原料
吹入 气体
冶炼时间
钢材 质量
氧气 转炉
熔融铁水
氧气
15-30分钟
好
平炉 电炉
生铁、铁 矿石等
➢ 优质钢
➢ 工具钢
P≯0.035-0.04%, S≯0.04% 刀具、模具
➢ 高级优质钢
➢ 特殊钢
P≯0.035%,S≯0.03%
不锈钢、耐热钢、耐磨钢
四、 钢的主要化学成分对钢材性能的影响
一、碳
碳是决定钢材性能的主要元素。随着含碳量增加，钢的强度和硬度 提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于1.0%时，由于钢材变脆， 强度反而下降。
五、钛、钒、铌
钛、钒、铌是钢的强脱氧剂和合金元素。能改善钢的组织、细化晶 粒、改善韧性，并显著提高强度。
7.2 建筑钢材的主要性能
工程中的钢结构和 钢筋混凝土结构中 钢材的基本性能有
❖ 机械性能
➢ 拉伸性能 ➢ 冲击韧性 ➢ 疲劳强度
❖ 工艺性能
➢ 冷弯性能 ➢ 焊接性能
机械性能
1. 拉伸性能
• 标准试件
最充分
最好
三、钢的分类
❖ 按化学成分分类
碳素钢
钢
合金钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢
低合金钢 中合金钢 高合金钢
C＜0.25% C=0.25%～0.60％
C＞0.60％
合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％
❖ 按质量分类
❖ 按用途分类
➢ 普通钢 P≯0.045%,S≯0.055%
➢ 结构钢 各种工程构件及机械零件
(σr )。
❖ 钢材的疲劳强度与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高， 其疲劳强度也较高。
❖ 钢材的疲劳极限不仅与其内部组织有关，也和表面质量 有关。
4、硬度
硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬 度常用布氏法。 布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷载P(N)的作用下压入试件 表面，经规定的时间后卸去荷载，用读数放大镜测出压痕直径d， 以荷载P除以压痕表面积(mm2) ，即为布氏硬度值HB。HB值越大， 表示钢材越硬。
σ
D
C上
B
C
A C下
DE—颈缩阶段
E
0
ε
钢材拉伸颈缩阶段示意图
σ
➢ 硬钢强度高，塑性差，拉
伸过程无明显屈服阶段，
无法直接测定屈服强度。
oa——总变形。
用条件屈服强度σ0.2来代
ob——弹性变形99.8% 替屈服ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ度。
ba——塑性变形0.2%
➢ 条件屈服点σ0.2 ：使硬钢
0 ba
0.2%
产生0.2%塑性变形时的
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。
d0 A0
工作段
头部
l0
l
头部
• 非标准试件
不经过加工，直接在线材上切取的试件。
σ
D
上屈服点
C上
B
C
E
A C下 下屈服点
0
Fε
OB—弹性阶段 BC—屈服阶段 CD—强化阶段 DE—颈缩阶段
以下屈服点的应力作 为钢材的屈服强度。
低碳钢受拉时的σ-ε图
σ
含碳量对热轧碳素 钢性质的影响
Σb－抗拉强度； αk－冲击韧性； HB－硬度； δ －伸长率； φ－面积缩减率
二、硅
含量在1%以内，可提高钢的强度和疲劳极限、耐腐蚀性及抗氧化性， 对塑性和韧性影响不大，对可焊性及冷加工性能有影响。
三、锰
可提高钢的强度、硬度和耐磨性，能消减硫和氧引起的热脆性，改善 钢的热加工性能。
σs/σb高 大 小
合理屈强比：
碳素钢: 0.58~0.63 低碳合金结构钢: 0.65~0.75
塑性是指钢材在外力作用下发生塑性变形而不 破坏的能力。
伸长率 断面收缩率
n
L1
L0 L1
A0 A1
A0
L0－原标点间距 L1 －拉断后标点间距
A0－原断面面积 A1 －拉断后断面面积
d0
L0
L1
伸长率的测定
四、磷、硫
磷有害物质。常温下，磷能使钢的强度、硬度提高，但显著降低钢材 的塑性和韧性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容 易脆裂，这种现象叫做冷脆性。 硫有害物质。当钢材进行热加工时，易产生脆裂现象，这称为热脆性， 降低可焊性。
五、氧、氮
氧有害物质。降低钢材的强度、塑性和韧性，冷加工性能下降，氧 还使钢的热脆性增加，使可焊性变差。 氮能使钢的强度提高，塑性和韧性下降，使冷脆性及时效敏感性增 加，可焊性变差。