第二章钢结构材料

2.3 影响钢材性能的因素
1、化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；
普通低合金钢中合金元素＜5%。 （1） 碳（C）：钢材强度的主要来源，随其含量增加，
强度增加，塑性降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。 一般控制在0.22%以下， 在0.2％以下时，可焊性良 好。
第二章钢结构材料
（2）硫（S）：有害元素，热脆性。不得超过0.05%。 （3）磷（P）：有害元素，冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，
载的能力。
（2）抗拉强度fu--应力应变曲线最高点对应的应 力，它是钢材最大的抗拉强度。直接反映钢材的 内部组织的优劣， fu愈高，强度储备愈高。 fu/ fy——强屈比，钢材塑性设计的一个重要条件。
第二章钢结构材料
（3）伸长率
Lo
N
N
d
L
ll010% 0 (21) N
N
l0
d
当l0/d=5时，用δ5表示，当l0/d=10时，用δ10表示。
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(a)梅氏U型缺口 (b)夏比V型缺口
由试件断裂吸收的能量Cv来衡钢材的冲击韧性，（1）梅式U 型缺口： ak值（2）夏比V型缺口：CV 单位：J;Cv受温度的影响
第二章钢结构材料
4 可焊性
钢材采用一定的焊接方法、焊接材料、焊接工 艺参数及一定的结构形式等条件下，获得合格 焊缝的难易程度。
它是衡量钢材塑性应变能力的重要指标。
A1
（4）断面收缩率 A 0A 110% 0 (22)
A 0
A0
第二章钢结构材料
2 冷弯性能
在冷弯试验中表
d
现的性能，既能
看出钢材塑性变
形的能力，又可
a
看出钢材的冶金
质量。
d+2.1a
第二章钢结构材料
3、冲击韧性 衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应力 作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸 收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。
变形， 可及时补救，fu 故几乎不可能发生。 fy
fu-fy
O 0.15%
第二章钢结构材料
22%
单向拉伸时钢材的机械性能指标
（1）屈服点fy——应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的 应力，它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重 要指标。
当结构或构件截面＞ fy时，认为结构或构件丧失了继续承
第二章钢结构材料
（2）温度影响
a．正温范围
N/mm2 800
600 fu
E
400 δ
200 fy
0
200
பைடு நூலகம்
400
温度对钢材机械性能的影响
δ% Ex103
80 220
210 60
200
40 190
180 20
170
160 600 T(0C)
200℃以内对 钢材性能无大 影响，该范围 内随温度升高 总的趋势是强 度、弹性模量 降低，塑性增 大。
性有影响。
第二章钢结构材料
2、成材过程的影响
冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺） 轧制：改善钢材内部组织结构，钢材因辊轧次
数不同，其强度亦不相同。 热处理：显著提高强度。
第二章钢结构材料
3、其它因素
（1）钢材的冷加工硬化 冷加工硬化——在常温下的加工称为冷加工。当荷载超过材
Lo
d
第二章钢结构材料
第二章钢结构材料
σ a) /MPa fu 400
b) Ⅰσ /M弹Pa 性阶段：E为常量 Ⅱ弹塑性阶段：fu E为变量
300
fy
200
弹性 塑性
100
应变硬化
缩裂和破坏
fy
f p II
III
IV
﹪ ε 0 1 4 6 8 10 12 14 16 18 20
I
Eε
B
Ⅲ塑性阶段：E为零， 失去承载的能力。 Ⅳ应变硬化阶段：又 恢复承载的能力，但
第二章 钢结构的材料
2.1 对建筑用钢材的性能要求 ▪ 较高的强度：抗拉强度fu和屈服强度fy ▪ 足够的变形能力：塑性、韧性 ▪ 加工性能：冷加工、热加工、可焊性
第二章钢结构材料
2.2 钢材的主要性能及其鉴定
1、单轴拉伸时的工作性能
条件：标准试件，常温（20℃）下缓慢加载，直到拉断 破坏，一次完成。 标准试件l0 / d =5，10；l0—标距； d—直径
料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限 （或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出 ，使材料硬化的现象。 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出 。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工 时效”。
第二章钢结构材料
0.15% 2.5%-3%
1)fy与fe相差很小； 2)超过 fy到屈服台阶
终止的变形约为 2.5%--3%，足以 满足考虑结构的塑 性变形发展的要求。
第二章钢结构材料
（2）钢材在静载作用下：
强度计算以fy为依据;fu为结构的安全储备。
（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前
产生明显可见的塑性
第二章钢结构材料
250℃左右抗拉强度略有提高，塑性降低， 脆性增加—兰脆现象，该温度区段称为“兰 脆区”。 260～320℃产生徐变现象。 600℃左右弹性模量趋于零 ，承载能力几乎 完全丧失。
第二章钢结构材料
u y A
ACD
很快被拉断。
O
E
对无明显屈服点的钢材
该种钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变 形小，破坏突然。
设计时取相当于 残余变形为0.2%
fu fy=f0.2
时所对应的应力
作为屈服点—“条
件屈服点”
0.2%
εp
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应力应变曲线的简化
（1）钢材可以简化为理想弹塑性体
fy ε0 ε ε
与含C量和合金元素有关。
第二章钢结构材料
钢材性能的鉴定
做钢材的各种性能的鉴定试验时 应满足相关的国家标准。
第二章钢结构材料
小节
钢材的机械性能指标 1、屈服点fy； 2、伸长率δ； 3、抗拉强度fu； 4、冷弯试验； 5、冲击韧性Cv (包括常温冲击韧性、 0度时冲击韧性 负温冲击韧性）。
第二章钢结构材料
可焊性降低。不得超过0.045%。 （4）锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，熔
点1600℃，可以消除一部分S的有害作用。 （5）硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。 （6）钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化 物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。
第二章钢结构材料
（7）氧（O）：有害杂质，与S相似。 （8）氮（N）：有害杂质，与P相似。 （9）铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊