建筑金属材料
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伦敦千年穹顶
用钢量：4000吨千年穹顶的造型很奇特--它由12根穿出屋面、高 达100米的钢桅杆支撑，屋顶采用膜材料覆盖成圆球形，而膜面则
支撑在72根辐射状的钢索上，远远望去像一个白色的大帐篷。
吉隆坡国家石油双塔大 厦
用钢量：7500吨高452 米的吉隆坡国家石油双 塔大厦号称目前世界上 最高的纯钢结构建筑(外 层材料为不锈钢和玻璃)。 双塔大厦在41层和42层 之间还有一座用轻型钢 建造的“空中天桥”连 接两塔，“桥”长58米、
(B)镇静钢
2.2 建筑用钢的技术性质
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
1.弹性阶段源自文库
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能 2.屈服阶段
0.050
0.05～ 0.55
0.30
0.050 0.045
0.30～ 0.65
0.050
0.30～ 0.70
0.35～ 0.80
0.035
0.045 0.040 0.035
P
脱氧方法
0.045 F、b、Z 0.045 F、b、Z
0.045 F、b、Z
0.040
Z
TZ
Q255 Q275
A B
0.18～ 0.28
冶炼
钢水
热加工
钢
钢材
2.1钢的分类
一.钢的化学成分及其对性能的影响
二.钢的微观结构及其对性能的影响（自学）
2.1钢的分类
三钢的分类 1.按化学成分分：
2.1钢的分类
三钢的分类 2.按脱氧程度分：
3.按质量等级分: 普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢
钢材的脱氧程度对钢材质量的影响
(A)沸腾钢
2.4.2.钢材的热处理
温度 等温处理
727C
退火
回火
淬火 正火
时间
2.5 建筑钢材的性质及应用
• 2.5.1 建筑常用钢种 • 2.5.2 钢结构用钢 • 2.5.3 钢筋混凝土用钢
2.5.1 建筑常用钢种
• 碳素结构钢 • 低合金高强度合金钢 • 优质碳素结构钢
2.5.1.1 碳素结构钢
高9米，总重750吨
日本明石海峡大桥
用钢量：30万吨这座目前世界上主跨最长的悬桥(全长3911米， 主跨长1991米)，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了
一起。该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和80米/秒的暴风。
第二章建筑金属材料
生铁
铸锭
C≤2.11％
生铁中的碳氧化，降低含C量， 除去杂质元素，降低其含量
2.2 建筑用钢的技术性质
二.建筑用钢的工艺性能
（一）冷弯性能
指标 弯曲角度α 弯心直径与试件厚度的比值d/a
结论 α增大 d/a增大，表示对钢材冷弯性能要求越高
2.2 建筑用钢的技术性质
二.建筑用钢的工艺性能
（二）焊接性能
影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。
e
第四节 钢材的冷加工强化和热处理
2.4.1.钢材的冷加工强化
冷拉
冷拔
冷轧
问题： 直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能 使用经冷加工的钢材吗？为什么？
答：不能。 因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降 低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾 向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂， 所以不能采用。
疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，在规定的周期基数内 （一般取107次），不发生断裂所能承受的最大应力.
疲劳破坏过程：疲劳裂缝产生→扩展→突然断裂。 主要影响因素有：
1.内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）； 2.成分偏析； 3.过大的内应力，截面沿纵向的突变； 4.表面状态； 5.受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
3.强化阶段
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
4.颈缩阶段
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（二）塑性 1.伸长率
2.断面收缩率
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（三）冲击韧性
H0 H1
工程案例
1980年3月27日，北海爱科菲斯科油田的A.L.基 儿兰德号平台突然从水下深部传来一次震动，紧 接着一声巨响，平台立即倾斜，短时间内翻于海 中，致使23人丧生，造成巨大的经济损失。
• 某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不 太繁忙。两者互按同一标准设计，后者吊车梁 使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂 缝已更换。请分析裂缝的成因。
2.5.1.1 碳素结构钢
表2-2 碳素结构钢的牌号、等级和化学成分
牌号 Q195 Q215
Q235
等级
— A B A B C D
C
0.06～ 0.012 0.09～ 0.15 0.14～ 0.22 0.12～ 0.20 ≤0.18
≤0.17
化学成分/%
Si
S
Mn
不大于
0.25～ 0.50
0.30
• 原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有 应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查， 多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质 量差。
2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
2.4.1.钢材的冷加工强化
σ
加工硬化的效果：
➢ 屈服强度提高
➢ 塑性和韧性降低
➢ 可焊形变坏
0 0’ p
➢ 硬脆倾向增加等。
0.40～ 0.70
0.30
0.050 0.045
0.045 F、b、Z
—
0.28～ 0.50～
摆 锤
试 件
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（三）冲击韧性
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（四）硬度
布氏硬度测定示意图
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（五）耐疲劳性
疲劳破坏： 在交变应力（动荷载）作用下，钢材在应力低于其 屈服强度的情况下突然发生脆性断裂的现象。
焊接 点
断裂 点
断裂 点
• 某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事 故发生时室外气温为36℃左右。经现场调查及取样 试验可知所用的沸腾钢含碳0.23％～0.25％，含硫 0.06％，焊接质量差。请分析事故原因。
原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性 断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构 钢材要求，即含碳不超过0.22％，含硫量不超过0.055 ％。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。
用钢量：4000吨千年穹顶的造型很奇特--它由12根穿出屋面、高 达100米的钢桅杆支撑，屋顶采用膜材料覆盖成圆球形，而膜面则
支撑在72根辐射状的钢索上，远远望去像一个白色的大帐篷。
吉隆坡国家石油双塔大 厦
用钢量：7500吨高452 米的吉隆坡国家石油双 塔大厦号称目前世界上 最高的纯钢结构建筑(外 层材料为不锈钢和玻璃)。 双塔大厦在41层和42层 之间还有一座用轻型钢 建造的“空中天桥”连 接两塔，“桥”长58米、
(B)镇静钢
2.2 建筑用钢的技术性质
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
1.弹性阶段源自文库
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（一）抗拉性能 2.屈服阶段
0.050
0.05～ 0.55
0.30
0.050 0.045
0.30～ 0.65
0.050
0.30～ 0.70
0.35～ 0.80
0.035
0.045 0.040 0.035
P
脱氧方法
0.045 F、b、Z 0.045 F、b、Z
0.045 F、b、Z
0.040
Z
TZ
Q255 Q275
A B
0.18～ 0.28
冶炼
钢水
热加工
钢
钢材
2.1钢的分类
一.钢的化学成分及其对性能的影响
二.钢的微观结构及其对性能的影响（自学）
2.1钢的分类
三钢的分类 1.按化学成分分：
2.1钢的分类
三钢的分类 2.按脱氧程度分：
3.按质量等级分: 普通钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢
钢材的脱氧程度对钢材质量的影响
(A)沸腾钢
2.4.2.钢材的热处理
温度 等温处理
727C
退火
回火
淬火 正火
时间
2.5 建筑钢材的性质及应用
• 2.5.1 建筑常用钢种 • 2.5.2 钢结构用钢 • 2.5.3 钢筋混凝土用钢
2.5.1 建筑常用钢种
• 碳素结构钢 • 低合金高强度合金钢 • 优质碳素结构钢
2.5.1.1 碳素结构钢
高9米，总重750吨
日本明石海峡大桥
用钢量：30万吨这座目前世界上主跨最长的悬桥(全长3911米， 主跨长1991米)，将日本的本州、九州、北海道和四国岛连在了
一起。该桥可承受里氏8.5级的强烈地震和80米/秒的暴风。
第二章建筑金属材料
生铁
铸锭
C≤2.11％
生铁中的碳氧化，降低含C量， 除去杂质元素，降低其含量
2.2 建筑用钢的技术性质
二.建筑用钢的工艺性能
（一）冷弯性能
指标 弯曲角度α 弯心直径与试件厚度的比值d/a
结论 α增大 d/a增大，表示对钢材冷弯性能要求越高
2.2 建筑用钢的技术性质
二.建筑用钢的工艺性能
（二）焊接性能
影响因素： 化学成分（含碳量、S、P和气体杂质）； 冶炼质量（镇静钢） 冷加工等。
e
第四节 钢材的冷加工强化和热处理
2.4.1.钢材的冷加工强化
冷拉
冷拔
冷轧
问题： 直接承受动荷载作用的焊接钢结构是否能 使用经冷加工的钢材吗？为什么？
答：不能。 因为冷加工后钢材的塑性和韧性大大降 低，可焊性变差，增加了焊接后的硬脆倾 向，为了防止钢结构发生突然的脆性断裂， 所以不能采用。
疲劳强度：钢材在交变荷载反复作用下，在规定的周期基数内 （一般取107次），不发生断裂所能承受的最大应力.
疲劳破坏过程：疲劳裂缝产生→扩展→突然断裂。 主要影响因素有：
1.内部缺陷（晶界、微孔、夹杂物等）； 2.成分偏析； 3.过大的内应力，截面沿纵向的突变； 4.表面状态； 5.受力的种类、应力循环特征值、循环次数等。
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
3.强化阶段
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能 （一）抗拉性能
4.颈缩阶段
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（二）塑性 1.伸长率
2.断面收缩率
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（三）冲击韧性
H0 H1
工程案例
1980年3月27日，北海爱科菲斯科油田的A.L.基 儿兰德号平台突然从水下深部传来一次震动，紧 接着一声巨响，平台立即倾斜，短时间内翻于海 中，致使23人丧生，造成巨大的经济损失。
• 某钢厂原料跨吊车任务繁重，而冷轧跨吊车不 太繁忙。两者互按同一标准设计，后者吊车梁 使用40多年未发现裂缝，而前者因产生较多裂 缝已更换。请分析裂缝的成因。
2.5.1.1 碳素结构钢
表2-2 碳素结构钢的牌号、等级和化学成分
牌号 Q195 Q215
Q235
等级
— A B A B C D
C
0.06～ 0.012 0.09～ 0.15 0.14～ 0.22 0.12～ 0.20 ≤0.18
≤0.17
化学成分/%
Si
S
Mn
不大于
0.25～ 0.50
0.30
• 原因之二是断裂处焊缝低劣，以及焊接结构处有 应力集中现象，助长了此衍架的断裂破坏。经检查， 多处焊缝明显未焊透，有焊瘤，夹杂缺陷，焊接质 量差。
2.3 钢材的组成结构及其对性能的影响
2.4.1.钢材的冷加工强化
σ
加工硬化的效果：
➢ 屈服强度提高
➢ 塑性和韧性降低
➢ 可焊形变坏
0 0’ p
➢ 硬脆倾向增加等。
0.40～ 0.70
0.30
0.050 0.045
0.045 F、b、Z
—
0.28～ 0.50～
摆 锤
试 件
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（三）冲击韧性
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（四）硬度
布氏硬度测定示意图
2.2 建筑用钢的技术性质
一.钢材的力学性能
（五）耐疲劳性
疲劳破坏： 在交变应力（动荷载）作用下，钢材在应力低于其 屈服强度的情况下突然发生脆性断裂的现象。
焊接 点
断裂 点
断裂 点
• 某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒塌。事 故发生时室外气温为36℃左右。经现场调查及取样 试验可知所用的沸腾钢含碳0.23％～0.25％，含硫 0.06％，焊接质量差。请分析事故原因。
原因之一是所使用的钢材不符合标准要求，发生脆性 断裂。所用钢材含碳量及含硫量均超过用于焊接结构 钢材要求，即含碳不超过0.22％，含硫量不超过0.055 ％。硫的析出集中点正是弦杆钢发生脆性破坏部位。