试验员培训课件 建筑钢材.ppt

试验员建筑钢材钢 是含碳量在0 04 2 3 之间的铁碳合金 为了保证其韧性和塑性 含碳量一般不超过1 7 钢的主要元素除铁 碳外 还有硅 锰 硫 磷等 钢的分类方法多种钢材多样 其主要方法有如下五种 一 按化学成分分 二 按钢材品质分类1 普通钢含P量不大于0 045 含S量不大于0 050 2 优质钢含P量不大于0 035 含S量不大于0 035 3 高级优质钢含P量不大于0 025 含S量不大于0 025 4 特级优质钢含P量不大于0 025 含S量不大于0 015 三 按用途分类 1 建筑及工程用钢 a 普通碳素结构钢 b 低合金结构钢 c 钢筋 棒材 2 钢结构用钢a 机械制造用钢 a 调质结构钢 b 表面硬化结构钢 包括渗碳钢 渗氨钢 表面淬火用钢 c 易切结构钢 d 冷塑性成形用钢 包括冷冲压用钢 冷镦用钢 b 弹簧钢c 轴承钢 3 工具钢 a 碳素工具钢 b 合金工具钢 c 高速工具钢 4 特殊性能钢 a 不锈耐酸钢 b 耐热钢 包括抗氧化钢 热强钢 气阀钢 c 电热合金钢 d 耐磨钢 e 低温用钢 f 电工用钢 5 专业用钢 如桥梁用钢 船舶用钢 锅炉用钢 压力容器用钢 农机用钢等 四 综合分类 1 普通钢a 碳素结构钢 a Q195 b Q215 A B c Q235 A B C d Q255 A B e Q275 b 低合金结构钢c 特定用途的普通结构钢 2 优质钢 包括高级优质钢 a 钢材结构钢 a 优质碳素结构钢 b 合金结构钢 c 弹簧钢 d 易切钢 e 轴承钢 f 特定用途优质结构钢 b 工具钢 a 碳素工具钢 b 合金工具钢 c 高速工具钢 c 特殊性能钢 a 不锈耐酸钢 b 耐热钢 c 电热合金钢 d 电工用钢 e 高锰耐磨钢 五 按冶炼方法分类 1 按炉种分a 平炉钢 a 酸性平炉钢 b 碱性平炉钢 b 转炉钢 a 酸性转炉钢 b 碱性转炉钢 或 a 底吹转炉钢 b 侧吹转炉钢 c 顶吹转炉钢 c 电炉钢 a 电弧炉钢 b 电渣炉钢 c 感应炉钢 d 真空自耗炉钢 e 电子束炉钢 2 钢材按脱氧程度和浇注制度分a 沸腾钢 b 半镇静钢 c 镇静钢 d 特殊镇静钢 二 建筑钢材的产品种类 1 型材 钢结构用钢 主要有角钢 工字钢 槽钢 方钢 吊车轨道等 见热轧型钢 冷弯型钢 门窗用金属 钢筋混凝土结构用钢筋 有线材 直径5 9毫米 或小型材 直径 9毫米 之分 前者呈热轧盘条 包括热处理钢筋 后者为直条的光圆或螺纹钢筋 见热轧钢筋 预应力混凝土用热处理钢筋 型材简单截面型钢 圆钢 方钢 六角钢 八角钢等 复杂截面型钢 工字钢 角钢 槽钢 钢轨等 线材如钢筋 钢丝等 2 板材 主要是钢结构用钢 建筑结构中主要采用中厚板与薄板 中厚板广泛用于建造房屋 塔桅 桥梁 压力容器 海上采油平台 建筑机械等建筑物 构筑物或容器 设备 薄板经压制成型后广泛用于建筑结构的屋面 墙面 楼板等 见钢板 压型钢板 3 管材 主要用于桁架 塔桅等钢结构中 见钢管 板材光面钢板 花纹钢板 彩色涂层钢板等 管材无缝钢管 焊接钢管等 4 金属制品 土木工程中主要使用的产品有钢丝 包括焊条用钢丝 钢丝绳以及预应力钢丝及钢绞线 钢丝中的低碳钢丝主要用作塔架拉线 绑扎钢筋和脚手架 制作圆钉 螺钉等 以及供钢筋网或小型预应力构件用的冷拔低碳钢丝 预应力钢丝及其绞线是预应力结构的主要材料 三 建筑钢材的主要性能 1 抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质 其技术指标为由拉力试验测定的屈服点 抗拉强度和伸长率 低碳钢 软钢 受拉的应力一应变图能够较好地解释这些重要的技术指标 见图 低碳钢受拉时的应力一应变图力学性能主要指标 屈服强度和抗拉强度 标准试件 按照一定的要求 对表面进行车削加工后的试件 非标准试件 不经过加工 直接在线材上切取的试件 低碳钢的拉伸性能 0 钢材拉伸过程的 图 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 1 拉伸试验过程 0 钢材拉伸弹性阶段示意图 p 比例极限 MPa B 弹性极限 MPa 注 由于A B两点相距较近 一般认为 p B 0 钢材拉伸屈服阶段示意图 放大后 0 钢材拉伸强化阶段示意图 b 抗拉强度或强度极限 0 钢材拉伸颈缩阶段示意图 DE 颈缩阶段 万能材料试验机 钢筋拉伸试验 屈服点 当试件拉力在 范围内时 如卸去拉力 试件能恢复原状 应力与应变的比值为常数 因此 该阶段被称为弹性阶段 当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段 时 称屈服下限 下所对应的应力为屈服强度或屈服点 记做 s 设计时一般以 s作为强度取值的依据 对屈服现象不明显的钢材 规定以0 2 残余变形时的应力 0 2作为屈服强度 抗拉强度 从图中 曲线逐步上升可以看出 试件在屈服阶段以后 其抵抗塑性变形的能力又重新提高 称为强化阶段 对应于最高点 的应力称为抗拉强度 用 b表示 屈强比 s b有一定意义 屈强比愈小 反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大 即延缓结构损伤程度的潜力越大 因而结构的安全性愈高 但屈强比太小 则反映钢材不能有效地被利用 一 二级抗震框架结构 其纵向受力钢筋的屈强比不应大于0 8 屈标比 屈服强度实测值与标准值之比 它能在一定程度上反映钢材的塑性和变形能力 屈标比应大于1 0 但比值太大 塑性和变形能力就越差 一 二级抗震框架结构 其纵向受力钢筋的屈标比不应大于1 3 3 塑性 a 伸长率 图中当曲线到达 点后 试件薄弱处急剧缩小 塑性变形迅速增加 产生 颈缩现象 而断裂 量出拉断后标距部分的长度Ll 标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长率 即 伸长率表征了钢材的塑性变形能力 由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大 故当原始标距与试件的直径之比愈大 则颈缩处伸长中的比重愈小 因而计算的伸长率会小些 通常以 5和 10分别表示L0 5d0和L0 10d0 0为试件直径 时的伸长率 对同一种钢材 5应大于 10 b 断面收缩率 试件拉断后颈缩处横断面积的最大缩减量占原横断面积的百分率 2 硬钢 高碳钢 的拉伸性能 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 用条件屈服强度 0 2来代替屈服强度 条件屈服点 0 2 使硬钢产生0 2 塑性变形时的应力 见左图 0 oa 总变形 ba 弹性变形99 8 ob 塑性变形0 2 3 冲击韧性冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力 冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的 以摆锤打击试件 于刻槽处将其打断 试件单位截面积上所消耗的功 即为钢材的冲击韧性指标 用冲击韧性ak cm2 表示 ak值愈大 冲击韧性愈好 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 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 试验表明 冲击韧性随温度的降低而下降 其规律是开始下降缓和 当达到一定温度范围时 突然下降很多而呈脆性 这种脆性称为钢材的冷脆性 发生冷脆时的温度称为临界温度 其数值愈低 说明钢材的低温冲击性能愈好 所以在负温下使用的结构 应当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材 随时间的延长而表现出强度提高 塑性和冲击韧性下降的现象称为时效 完成时效变化的过程可达数十年 但是钢材如经受冷加工变形 或使用中经受震动和反复荷载的影响 时效可迅速发展 因时效而导致性能改变的程度称为时效敏感性 对于承受动荷载的结构应该选用时效敏感性小的钢材 4 硬度钢材的硬度是指其表面局部体积内抵抗外物压入产生塑性变形的能力 常用的测定硬度的方法有布氏法和洛氏法 布氏法的测定原理是利用直径为 的淬火钢球 以P 的荷载将其压入试件表面 经规定的持续时间后卸除荷载 即得到直径为 的压痕 以压痕表面积 除荷载 所得的应力值即为试件的布氏硬度值 以数字表示 不带单位 洛氏法测定的原理与布氏法相似 但系根据压头压入试件的深度来表示硬度值 洛氏法压痕很小 常用于判定工件的热处理效果 5 耐疲劳性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 疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示 它是指疲劳试验中 试件在交变应力作用下 于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力 一般认为 钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的 因此 钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关 一般抗拉强度高 其疲劳极限也较高 由于疲劳裂纹是在应力集中处形成和发展的 故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 六 钢材的工艺性能1 冷弯性能冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力 是钢材的重要工艺性能 冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度 90 180 及弯心直径 对试件厚度 或直径 a的比值 a 区分的 试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验 试件弯曲处的外表面无裂断 裂缝或起层 即认为冷弯性能合格 2 焊接性能钢材的可焊性是指焊接后在焊缝处的性质与母材性质的一致程度 影响钢材可焊性的主要因素是化学成分及含量 如硫产生热脆性 使焊缝处产生硬脆及热裂纹 又如 含碳量超过0 3 可焊性显著下降等 四 建筑钢材的技术标准 一 钢筋混凝土用钢筋为了提高钢筋的强度及节约钢筋 工地上常按施工规程 控制一定的冷拉应力或冷拉率 对热轧钢筋进行冷拉 冷拉钢筋的力学性能应符合规范规定的要求 冷拉后不得有裂纹 起层等现象 冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是采用由普通低碳钢或低合金钢热轧的圆盘条为母材 经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三面有肋的钢筋 冷轧带肋钢筋是热轧圆盘钢筋的深加工产品 是一种新型高效建筑钢材 冷轧带肋钢筋按抗拉强度分为5级 其代号为CRB550 CRB650 CRB800 CRB970 和CRB1170 CRB为Coldrollingribbedsteelbar 后面的数字表示钢筋抗拉强度等级数值 冷轧带肋钢筋的公称直径范围为 12 冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能应符合表9 11 P249 的要求 冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝是将直径为6 5 8 的Q235热轧盘条钢筋经冷拔加工而成 冷拔低碳钢丝分为甲 乙两级 甲级丝适用于作预应力筋 乙级丝适用于作焊接网 焊接骨架 箍筋和构造钢筋 其力学性能应符合有关规定 二 预应力混凝土用钢筋1 预应力混凝土用热处理钢筋是用 8 10 的热轧带肋钢筋经淬火和回火等调质处理而成 代号为 预应力混凝土用热处理钢筋的优点是 强度高 可代替高强钢丝使用 配筋根数少 节约钢材 锚固性好 不易打滑 预应力值稳定 施工简便 开盘后钢筋自然伸直 不需调直及焊接 主要用于预应力钢筋混凝土轨枕 也用于预应力梁 板结构及吊车梁等 2 预应力混凝土用钢丝及钢绞线大型预应力混凝土构件 由于受力很大 常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋 预应力高强度钢丝是用优质碳素结构钢盘条 经酸洗 冷拉或再经回火处理等工艺制成 钢铰线是由 根直径为2 5 5 0 的高强度钢丝 铰捻后经一定热处理清除内应力而制成 铰捻方向一般为左捻 预应力混凝土用钢丝分为冷拉钢丝 代号 矫直回火钢丝 代号 和矫直回火刻痕钢丝 代号JK 三种 前二种其公称直径有 三种 它们的抗拉强度 b达1500MPa以上 屈服强度 0 2可达1100MPa以上 预应力混凝土用钢绞线直径有9 0 12 0 和15 0 三种 整根破坏负荷可达220kN 屈服负荷可达187kN 钢绞线主要用于大跨度 大负荷的后张法预应力屋架 桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋 三 碳素结构钢按国家标准规定 我国碳素结构钢分四个牌号 即 195 Q215 Q235 和Q275 各牌号钢又按其硫 磷含量由多至少分为 四个质量等级 碳素结构钢的牌号表示按顺序由代表屈服点的字母 Q 屈服点数值 mm2 质量等级符号 A B C D 脱氧程度符号 F B Z TZ 等四部分组成 例如Q235 A F 它表示 屈服点为235N 2的平炉或氧气转炉冶炼的 级沸腾碳素结构钢 当为镇静钢或特殊镇静钢时 则牌号表示 与 Z 符号可予以省略 碳素结构钢的力学性能指标规定见表所示 国家标准对碳素结构钢的化学成分 包括C Si Mn S P五大元素 按质量等级及脱氧方法也分别提出了要求 四 低合金结构钢在碳素钢的基础上 加入总量小于 的合金元素炼成的钢 称为低合金高强度结构钢 简称低合金结构钢 常用的合金元素有硅 锰 钛 钒 铬 镍 铜等 按照 低合金高强度结构钢 GB T1591 1994 规定共分20个钢号 牌号由代表钢材屈服强度的字母 屈服强度数值 质量等级符号 三个部分按顺序组成 例如 Q295A 表示屈服强度为不小于295MPa 质量等级为 级的低合金结构钢 五 钢材的化学成分及对性能的影响钢材的化学成分主要是指碳 硅 锰 硫 磷等 在不同情况下往往还需考虑氧 氮及各种合金元素 1 碳 土木工程用钢材含碳量不大于0 8 在此范围内 随着钢中碳含量的提高 强度和硬度相应提高 而塑性和韧性则相应降低 碳还可显著降低钢材的可焊性 增加钢的冷脆性和时效敏感性 降低抗大气锈蚀性 2 硅 当硅在钢中的含量较低 小于1 时 可提高钢材的强度 而对塑性和韧性影响不明显 锰 锰是我国低合金钢的主加合金元素 锰含量一般在1 范围内 它的作用主要是使强度提高 锰还能消减硫和氧引起的热脆性 使钢材的热加工性质改善 硫 硫是很有害元素 呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中 具有强烈的偏析作用 降低各种机械性能 硫化物造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹 显著降低可焊性 磷 为有害元素 含量提高 钢材的强度提高 塑性和韧性显著下降 特别是温度愈低 对韧性和塑性的影响愈大 磷在钢中的偏析作用强烈 使钢材冷脆性增大 并显著降低钢材的可焊性 磷可提高钢的耐磨性和耐腐蚀性 在低合金钢中可配合其他元素作为合金元素使用 氧 为有害元素 主要存在于非金属夹杂物内 可降低钢的机械性能 特别是韧性 氧有促进时效倾向的作用 氧化物造成的低熔点亦使钢的可焊形变差 氮 氮对钢材性质的影响与碳 磷相似 使钢材的强度提高 塑性特别是韧性显著下降 氮可加剧钢材的时效敏感性和冷脆性 降低可焊性 在有铝 妮 钒等的配合下 氮可作为低合金钢的合金元素使用 钛 钛是强脱氧剂 它能显著提高强度 改善韧性和可焊性 减少时效倾向 是常用的合金元素 钒 钒是强的碳化物和氮化物形成元素 能有效提高强度 并能减少时效倾向 但增加焊接时的淬硬倾向 六 钢材的冷加工和热处理1 钢材的冷加工将钢材在常温下进行冷拉 冷拔或冷轧 使产生塑性变形 从而提高屈服强度 这个过程称为钢材的冷加工强化 冷加工强化的原理是 钢材在塑性变形中晶格的缺陷增多 而缺陷的晶格严重畸变 对晶格的进一步滑移将起到阻碍作用 故钢材的屈服点提高 塑性和韧性降低 由于塑性变形中产生内应力 故钢材的弹性模量 降低 工地或预制厂钢筋混凝土施工中常利用这一原理 对钢筋或低碳钢盘条按一定制度进行冷拉或冷拔加工 以提高屈服强度 将经过冷拉的钢筋于常温下存放15 20 或加热到100 200 并保持一段时间 这个过程称为时效处理 前者称为自然时效 后者称为人工时效 冷拉以后再经过时效处理的钢筋 其屈服点进一步提高 抗拉强度稍见增长 塑性继续有所降低 由于时效过程中应力的消减 故弹性模量可基本恢复 钢材产生时效的主要原因是 溶于 一Fe中的碳 氮原子 向晶格缺陷处移动和集中的速度大为加快 这将使滑移面缺陷处碳 氮原子富集 使晶格畸变加剧 造成其滑移 变形更为困难 因而强度进一步提高 塑性和韧性则进一步降低 而弹性模量则基本恢复 2 钢材的热处理按照一定的制度 将钢材加热到一定的温度 在此温度下保持一定的时间 再以一定的速度和方式进行冷却 以使钢材内部晶体组织和显微结构按要求进行改变 或者消除钢中的内应力 从而获得人们所需求的机械力学性能 这一过程就称为钢材的热处理 钢材的热处理通常有以下几种基本方法 淬火 将钢材加热至723 相变温度 以上某一温度 并保持一定时间后 迅速置于水中或机油中冷却 这个过程称钢材的淬火处理 钢材经淬火后 强度和硬度提高 脆性增大 塑性和韧性明显降低 回火 将淬火后的钢材重新加热到723 以下某一温度范围 保温一定时间后再缓慢地或较快地冷却至室温 这一过程称为回火处理 回火可消除钢材淬火时产生的内应力 使其硬度降低 恢复塑性和韧性 回火温度愈高 钢材硬度下降愈多 塑性和韧性等性能均得以改善 若钢材淬火后随即进行高温回火处理 则称调质处理 其目的是使钢材的强度 塑性 韧性等性能均得以改善 退火 退火是指将钢材加热至723 以上某一温度 保持相当时间后 在退火炉中缓慢冷却 退火能消除钢材中的内应力 细化晶粒 均匀组织 使钢材硬度降低 塑性和韧性提高 正火 是将钢材加热到723 以上某一温度 并保持相当长时间 然后在空气中缓慢冷却 则可得到均匀细小的显微组织 钢材正火后强度和硬度提高 塑性较退火为小 七 建筑钢材的锈蚀与防止1 钢材的锈蚀钢材的锈蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏 根据锈蚀作用的机理 钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两种 化学锈蚀化学锈蚀是指钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀 这种锈蚀多数是氧化作用 使钢材表面形成疏松的氧化物 电化学锈蚀电化学锈蚀是指钢材与电解质溶液接触而产生电流 形成微电池而引起的锈蚀 潮湿环境中的钢材表面会被一层电解质水膜所覆盖 而钢材是由铁素体 渗碳体及游离石墨等多种成分组成 由于这些成分的电极电位不同 首先 钢的表面层在电解质溶液中构成以铁素体为阳极 以渗碳体为阴极的微电池 在阳极 铁失去电子成为Fe2 进入水膜 在阴极 溶于水膜中的氧被还原生成 随后两者结合生成不溶于水的Fe OH 2 并进一步氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈Fe OH 3 由于铁素体基体的逐渐锈蚀 钢组织中的渗碳体等暴露出来的越来越多 形成的微电池数目也越来越多 钢材的锈蚀速度愈益加速 2 防止钢材锈蚀的措施钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆 常用底漆有红丹 环氧富锌漆 铁红环氧底漆等 面漆有调和漆 醇酸磁漆 酚醛磁漆等 薄壁钢材可采用热浸镀锌等措施 混凝土配筋的防锈措施 根据结构的性质和所处环境条件等 主要是保证混凝土的密实 保证足够的保护层厚度 限制氯盐外加剂的掺加量和保证混凝土一定的碱度等 还可掺用阻锈剂 钢材的组织及化学成分是引起钢材锈蚀的内因 通过调整钢的基本组织或加入某些合金元素 可有效地提高钢材的抗腐蚀能力 例如 炼钢时在钢中加入铬 镍等合金元素 可制得不锈钢 1 钢筋进场时 必须按批抽取试件进行 外观质量 拉伸 弯曲 尺寸外形 包装 标志 等项目的检验 2 钢材试验时开机前实验机的指针在零点时就不再进行调整 F3 钢材按 S P 等杂质含量不同 可分为普通钢 优质钢 和高级优质钢 4 低碳钢热扎圆盘条每组取一根做拉伸试验 标距为5d F5 如果钢筋拉伸试验有一根试样某一项指标不符合产品标准的规定 则应双倍取样 重新检验全部拉伸试验指标 T 7 钢筋拉伸试验的试样断在标距外 则此试验结果无效 F8 钢筋拉伸试验时 试件在两夹头之间的自由长度可以任意选择 F9 普通碳素钢分为 4 个牌号 随牌号的增大 其 屈服强度 和 抗拉强度 提高 塑性 和 韧性 降低 10 钢筋抗拉强度计算时 结果在200MPa以下时修约间隔为 1MPa 结果在200MPa 1000MPa之间时 修约间隔为 5MPa 结果在1000MPa以上时 修约间隔为 10MPa 11 某钢筋 公称直径为28mm 进行力学性能试验时 测得其屈服荷载为216KN 极限荷栽为337KN 计算其屈服强度和极限强度各是多少 12 何谓钢材的屈服强度 有哪两种测量方法 屈服强度即为屈服极限 它是钢材开始丧失对变形的抵抗能力 并开始产生大量塑性变形所对应的应力 测量方法有图解法和指针法 钢筋拉伸试验的步骤 1 取样标距 2 试验机调试 试样夹持 3 开动试验机 关闭回油阀同时开启送油阀 控制加荷速率在屈服前约为10MPa s 4 读取屈服荷载 和极限荷载 5 测量拉断后标距 6 计算各项指标 屈服强度和抗拉强度和伸长率 7 清理仪器 例1 从一批钢筋中抽样 并截取两根钢筋做拉伸试验 测得如下结果 屈服下限荷载分别为42 4 42 8kN 抗拉极限荷载分别为62 0kN 63 4kN 钢筋公称直径为12 标距为60 拉断时长度分别为70 6和71 4mm 评定其级别 说明其利用率及使用中安全可靠程度如何 解 1 钢筋试样屈服点为 钢筋试样抗拉强度为 b 548 561 2 555N mm2 钢筋试样伸长率为 17 7 19 0 2 18 4 查表2 2知 s1 s2均大于335N mm2 b1 b2均大于490N mm2 钢筋试样伸长率均大于16 故该钢筋为II级钢 2 该钢筋的屈强比为 s b 385 555 0 69该II级钢筋的屈强比在0 65 0 75范围内 表明其利用率较高 使用中安全可靠度较好 例2 为什么说屈服点 s 抗拉强度 b 和伸长率 是建筑工程用钢的重要技术性能指标 解 屈服点 s 是结构设计时取值的依据 表示钢材在正常工作时承受应力不超过 s值 屈服点与抗拉强度的比值 s b 称为屈强比 它反映钢材的利用率和使用中安全可靠程度 伸长率 表示钢材的塑性变形能力 钢材在使用中 为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断 要求其塑性良好 即具有一定的伸长率 可以使缺陷处应力超过 s时 随着发生塑性变形使应力重分布 而避免结构物的破坏 例3 简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律 解 碳素钢中基本组织的相对含量与其含 量关系密切 当含 量小于0 8 时 钢的基本组织由铁素体和珠光体组成 其间随着含 量提高 铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多 钢材则随之强度 硬度逐渐提高而塑性 韧性逐渐降低 当含C量为0 8 时 钢的基本组织仅为珠光体 当含C量大于0 8 时 钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成 此后随含 量增加 珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增 从而使钢的硬度逐渐增大而塑性 韧性逐渐减小 且强度下降 例4 碳素结构钢是如何划分牌号的 说明Q235 A F和Q235 号钢在性能上有何区别 解 碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母 Q 屈服点数值 mm2 质量等级符号 A B C D 脱氧程度符号 F B Z TZ 等四部分组成 Q235 A F和Q235 D均为 235碳素结构钢 是建筑中应用最多的碳素钢 二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上 按硫 磷含量多少来衡量 Q235 D磷 硫含量均少于Q235 A F 质量较好 按脱氧程度衡量Q235 D为 震静钢 质量最好 Q235 A F为沸腾钢 Q235 A F钢 仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构 而Q235 D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件 建筑钢材试验一 取样及样品制备1 钢筋 1 批量规则 由同一厂别 同一炉号 同一规格 同一交货状态 同一进场时间的钢筋为一验收批 每批数量不大于60t 2 试件数量 每批钢筋取数量一组 符合表中规定 3 取样方法 凡是拉伸和冷弯取两个试件的 应从任意两根钢筋中截取 每根钢筋取一根拉伸试件和一根冷弯试件 低碳钢热轧圆盘条和冷轧带肋钢筋应取自不同盘 取样时 应在钢筋端部截去50cm后再取样 试件长度 拉伸试件L L0 200mm 冷弯试件L 5d 150mm L0 原标距 热轧带肋钢筋 热轧光圆钢筋和余热处理钢筋为5d 低碳钢热轧圆盘条 热处理钢筋和牌号为CRB550的冷轧带肋钢筋为10d 牌号为CRB650 CRB800 CRB970 CRB1170的冷轧带肋钢筋为100mm 2 钢丝 1 批量规则 由同一牌号 同一规格 同一加工状态的钢丝为一验收批 每批数量不大于60t 2 试件数量 每批钢筋取试件一组 用于拉伸 弯曲 扭转试验每盘各一根 3 取样方法 在任一盘中的任意一端截取 试件长度一般不小于400mm 扭转式样长度夹具间距离不小于210mm 3 钢绞线 1 批量规则 由同一牌号 同一规格 同一生产工艺制造出的钢绞线为一验收批 每批数量不大于60t 2 试件数量 每批钢绞线取试件一组 从中任取3盘 每盘取试件一根 若每批少于3盘 则应逐盘进行检验 3 取样方法 每困钢绞线的任一端取样品 但发现钢丝有接缝的任何试样都应作废 再取新的试样 试件长度一般不小于700mm 4 碳素结构钢 1 批量规则 由同一牌号 同一炉罐号 同一等级 同一品种 同一尺寸 同一交货状态的钢材为一验收批 2 试件数量 每批钢材取试件一组 每组拉伸和冷弯试验试件各1个 冲击试验试件3个 3 取样方法 按规定执行 一 钢筋拉伸试验 一 试验目的测定低碳钢的屈服点 抗拉强度 伸长率 认识应力 应变之间的曲线关系 并作为划分钢筋强度等级的依据 二 主要仪器设备 1 万能材料试验机 打点机 游标卡尺 钢尺 万能材料试验机 钢筋拉伸试验 三 试件制作与测量给试件打点并量出标距 L0 5d0 四 测定步骤 1 选择试验荷载在度盘示值范围的20 80 之间 2 检查试验机的阀门 夹具 平衡砣 无异常后启动试验机 进行试运转 3 将试验机活动夹头部分升起1 2cm 关闭送油阀 4 将试件固定在试验机夹头内 保证试件在拉伸方向自由定位和轴向施力 5 开送油阀 控制拉伸速度为 屈服前 为10MPa s 6 拉伸中测力盘读数停止后的恒定荷载即为屈服荷载 第一次下降时的最小荷载即为下屈服荷载 7 试件拉断时的读数为最大荷载 8 测出拉断时的标距L1 计算伸长率 五 测定结果1 屈服点 s FS S0 S0为试件原始面积 mm2 FS0为屈服荷载 N 2 抗拉强度 b Fb S0Fb为最大荷载 N 3 伸长率 L1 L0 L0L0为原始标距 L1为拉断后标距测量L0 1 当断裂处至邻近标距断点的距离大于1 3L0时 用钢尺直接测出L1 2 当断裂处至邻近标距断点的距离小于或等于1 3L0 用移位法测 先在长段上取等于短段的格数 然后数长段剩余格数 若为偶数 取其一半长度加上二倍短段格数的长度即为L1 若为奇数 取其剩余格数减1或加1的一半得L1 二倍短段格数的长度 移位后所得长度 BC BC1 数据处理 1 计算强度值保留整数 以2 5MPa为界 修约到5MPa 2 计算伸长率精确到0 5 4 实验结果处理 1 实验发现下列情况之一者 试验结果无效 1 试件在标距端点处或标距外断裂 2 操作不当 3 设备发生故障或记录有误 2 拉断后出现两个或两个以上的劲缩 以及显示出肉眼可见的冶金缺陷 如分层 气孔 夹渣 应在实验记录中注明 二 硬度试验图1布氏硬度计1 试验台 2 手轮 3 重锤4 压头 5 电动机 一 试验目的和意义测定钢材硬度 可以估计钢材的力学性能 判定钢材材质的均匀性或热处理后的效果 硬度试验方法很多 常用的是布氏和洛氏两种试验方法 图1布氏硬度计1 试验台 2 手轮 3 重锤4 压头 5 电动机 二 布氏硬度试验 根据GB T231 1 2002 1 仪器设备 1 布氏硬度计 图1 或三用硬度计 2 读数显微镜 测量精度为0 01mm 2 试件制备 1 试件制备过程中 应使过热或冷加工等因素对表面性能的影响减至最小 2 试件厚度至少应为压痕深度的8倍 3 试件表面应光滑和平坦 并且不应有氧化皮及外界污物 尤其不应有油脂 试件表面应能保证压痕直径的精确测量 3 试验方法 1 根据试件大致的硬度 按表1选择相应的压头和荷载 当试件尺寸允许时 应优先选用10mm的球压头进行试验 装好压头 调好硬度计 试验应在10 35 室温下进行 对于温度要求严格的试验 室温为23 5 2 将试件稳固地置于刚性支撑物上 使压头中心距试件边缘的距离不小于压痕直径的2 5倍 转动手轮使试件上升 直到钢球压紧 保证试件加载过程中不产生滑动 3 按电钮加载 加至要求试验力时间2 8s 在试验力下维持10 15s时间 加载应平稳均匀 不得受到冲击和振动 并保证荷载与试件的试验平面垂直 4 按电钮卸载 反向转动手轮 使载样台下降 取出试件 5 按上述方法测三次 两相邻压痕中心的距离不小于压痕直径的3倍 6 用读数显微镜测量压痕直径 每个压痕应在相互垂直的方向上进行测量 取其算术平均值 其平均值应在0 24D d 0 6D的范围内 如不符合上述条件 试验结果无效 应另行选择相应的压头和荷载重新试验 7 用直径为10mm或5mm的钢球进行试验时 压痕直径的测量应精确至0 02mm 如用2 5mm钢球测量时 则应精确至0 01mm 7 用直径为10mm或5mm的钢球进行试验时 压痕直径的测量应精确至0 02mm 如用2 5mm钢球测量时 则应精确至0 01mm 4 结果评定式中F 试验力 单位ND 硬质合金球的直径 单位mmd 压痕直径 单位mm也可根据压痕直径 荷载与钢球的关系式 由有关表中查出布氏硬度值HBW 5 布氏硬度表示方法布氏硬度表示方法为符号HBW前面为硬度值 符号后面是按硬质合金球直径 试验力数字 与规定时间不同的试验力保持时间 如 600HBW1 30 20表示用直径1mm的硬质合金球在294 2N 按照原单位为30kg 试验力下保持20s测定的布氏硬度值为600 350HBW5 750表示用直径5mm的硬质合金钢球在7 355kN试验力下保持10 15s测定的硬度值为350 10 15s是规定的试验力保持时间 布氏硬度符号中不标注 三 洛氏硬度试验 根据GB T230 1 91 1 仪器设备洛氏硬度计 图2 或三用硬度计 2 试验方法 1 根据试件的大致硬度按表2选择洛氏硬度标尺 荷载和压头 装好压头 调好荷载 试验应10 35 温度下进行 2 将试件稳定地置于载样台上 使压头中心离试件边缘的距离至少为压痕直径的2 5倍 但不得小于1mm 两压痕中心之间的距离 至少应为压痕直径的4倍 但也不应小于2mm 转动手轮使试件上升与压头接触 保证在加荷过程中 荷载作用方向与试件的试验面垂直 试件不得滑动 荷载应均匀平稳地加在试件上 不得有跳动和冲击现象 3 先加初荷载F0 98N 并调整表盘使CO 测HRC时 或B30 测HRB时 对正指针后 再加主荷载F1 2 8s内完成 当表盘指针停止旋转后 应在2s内平稳地卸除主荷载F1 4 在保持初荷载F0的继续作用下 从表盘上读出相应的硬度值 精确至0 5刻度 然后卸除初荷载F0 转动手轮使载样台下降 取出试件 5 每一试件照上述方法连测4次 第一次不计 取3次的算术平均值作为硬度值 6 洛氏硬度与布氏硬度有一定关系 必要时可将洛氏硬度换算成布氏硬度值 然后再按一定经验公式估计强度极限 当HB175时 b 0 35HB3 注意事项 1 若试件的硬度范围事先无法估计时 应先用洛氏C试件 绝对不能用洛氏B先试 以防损坏压头 2 切勿用手抚摸压头 以防生锈 3 在任何情况下 不允许压头与试台及支座触碰 试件支承面 支座和试台工作面上均不得有压痕 二 冲击试验 根据GB T229 94 一 试验目的和意义本试验是测定在动荷载作用下 试件折断时的弯曲冲击韧性值 借以检查钢材在常温下的冲击韧性 负温下的冷脆性 时效敏感性以及焊接后的硬脆倾向等 因此按不同条件可分为常温冲击韧性试验法 低温冲击韧性试验法以及时效冲击韧性试验法三种 下面介绍的是常温冲击韧性试验法 二 仪器设备摆式冲击试验机 最大能量一般应不大于300J 三 试样制备规定以夏比V型缺口试件作为标准试件 试件的形状 尺寸和光洁度均应符合国标的要求 四 试验方法 1 首先校正试验机 将摆锤置于垂直位置 调整指针对准在最大刻度上 举起摆锤到规定高度 用挂钩钩于机组上 然后拨动机钮 使摆锤自由下落 待摆锤摆到对面相当高度回落时 用皮带闸住 读出初读数 以检查试验机的能量损失 其回零差值应不大于读盘最小分度值的1 4 2 量出试件缺口处的截面尺寸 3 将试件置于机座上 使试件缺口背向摆锤 缺口位置正对摆锤的打击中心位置 此时摆锤刀口应与试件缺口轴线对齐 4 将摆锤上举挂于机钮上 然后拨动机钮使摆锤下落冲击试件 根据摆锤击断试件后的扬起高度 读出表盘示值冲击功Ak 保留2位有效数字 5 遇有下列情形之一者应重作试验 1 试件侧面加工划痕