任务1-2-1钢材性能及试验课件

1、任务1-2-1:钢材性能及试验道路建筑材料课程建设组学习目的：了解钢材的分类；掌握钢材的力学性质：拉伸性能，冷弯性能、冲击韧性和硬度；掌握建筑钢材的化学成分对钢材性能的影响；建筑钢材主要指用于钢结构中各种型材(如角钢、槽钢、工字钢、圆钢等)、钢板、钢管和用于钢筋混凝土结构中的各种钢筋、钢丝等。 钢一般是由生铁在炼钢炉中熔炼而成的；但是生铁中含有较多的碳（通常为2%4.5%）和其他的杂质；炼钢的实质：就是把熔融的生铁进行氧化，使含碳量降低到2%以下，并且使其他杂质降低到容许的范围；一 钢材的分类 钢材的化学成分 生产钢不可避免元素：Si、Mn、P、S、N专门加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、

2、Ni、Nb及稀土元素铁：主要元素碳：0.02%2.06% 其他元素（一） 分类1.按化学成分分类低碳钢：含碳量0.6% （1）碳素钢 （碳钢） （2）合成钢 专门加入合金元素按合金元素含量分 低合金钢：合金元素总含量10% 2按杂质含量（品质）分类普通钢：含硫量0.050%，含磷量0.045%优质钢：含硫量0.035%，含磷量0.035%高级优质钢：含硫量0.025%，含磷量0.025%，牌号后加“高”或“A”特级优质钢：含硫量0.015%，含磷量0.015%， 后加“E” （二） 钢材中的常存杂质 硫：来自矿石燃料，生成FeS，钢材加工时易裂缝，热脆性。磷：来自矿石燃料，生成Fe3P，脆性很

3、大。 碳：炼钢氧化过程中存于缸中，害处大于一处，故归于有害元素。锰：炼钢时脱氧、硫残留钢中，具有很强的脱氧、硫能力，大大改善 钢材加工性能。硅：脱氧剂，较锰强。 两面性：硅很低时，强度增加；硅很高时，其他性能降低。氧：与碳、磷相似。 有 害 元 素（一） 力学性能 1.抗拉性能是建筑钢材最重要的力学性能。 拉伸过程分四个阶段： OA：弹性阶段 AB：屈服阶段 BC：强化阶段 CD：颈缩阶段（2）抗拉强度：钢材所能承受的最大强度。Fb为最大应力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，强屈比一般不低于1.2，抗震结构一般不低于1.25。可靠性参数 值得注意：强屈比的概念值越大可靠性越高，

4、安全性越高，但利用率降低，浪费增大。（3）伸长率：塑性指标 。意义： 值越大，塑性增强，可避免结构过早破坏；加工性 增强， 安全性增强。 值有两种：5表示l0=5d0，d0钢材直径； 10l0=10d0。lo试件原始标距长度，mm ；l1试件拉断后测定出伸长后标距部分的长度，mm。 （4）断面收缩率：塑性指标。 AO试样拉断后颈缩处的截面积，mm2； A1表示钢材的原始截面积，mm2。伸长率和断面收缩率均表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。 2.冲击韧性 指钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验方法：标准试件的弯曲冲击韧性试验。 指标：试件缺口处单位截面积上所消耗的功,计作ak,J/cm2。 ak值愈大

5、，钢材的冲击韧性愈好。 3.耐疲劳性疲劳破坏：交变荷载反复作用，钢材在应力低于屈服强度时,突然发出脆性断裂的现象。 危害极大冲击韧性试验原理图 4.硬度-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，以压痕表面积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。HB值越大，表示钢材越硬。 （1）冷弯性能冷弯性能试验：试件被弯曲的角度（90、180）。 冷弯试验意义：能反映试件弯曲处的塑性变形，能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物等缺陷。 冷弯试验也能

6、对钢材的焊接质量进行严格的检验，能揭示焊件受弯表面是否存在未熔合，裂缝及夹杂物等缺陷。判定标准：若试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，认为冷弯性能合格。（2）焊接性能 焊接方式：搭接、对接 焊接要求： 焊接处（焊缝及其附近过热区）不产生 裂缝及硬脆倾向。 焊接处与母材一致，即拉伸试验，强度 不低于原钢材强度。 影响因素：碳、合金元素等杂质元素越多，可焊性越小。 （二） 时效处理 将经过冷拉的钢筋于常温下存放1520d，或 加热到100200并保持一段时间,这个过程称为时效处理。自然时效作用: 钢筋冷拉以后再经过 时效处理，其屈服点 进一步提高，塑性继 续有所降低。 时效过程中应力的消减， 弹

7、性模量可基本恢复。人工时效四、化学组成及对钢材性质的影响一般钢：碳、磷、硫、氧、氮等；合金钢：为改善钢材的某些性质，特意加入的元素，如锰、硅、钒、钛等。1） 磷-使钢材的拉伸强度提高，塑性和韧性下降，能显著增加钢材的冷脆性，降低钢材的可焊性；5） 碳对钢材的力学性质的影响 碳是钢材中最重要的元素，对钢材的性质起决定性的影响，钢材中含碳量一般是2%以下。 随着含碳量的增加，钢材的性能变化为： 钢材的强度相应的先增加后减小；硬度相应增加；而塑性与韧性相应下降；钢材的冷弯性能、焊接与抗腐蚀性能降低五 钢材的锈蚀与防护 （一） 钢材的锈蚀 钢材表面与其周围介质发生化学反应而遭到的破坏，称为钢材的锈蚀。

8、化学锈蚀电化学锈蚀钢材直接与周围介质发生化学反应产生锈蚀，多数是由氧化作用在钢材表面形成疏松氧化物。在干燥环境中反应缓慢，但温度和湿度较高，锈蚀则发展迅速。钢材本身组成上的原因和杂质的存在，在表面介质的作用下，各成分电极电位的不同，形成微电池，铁元素失去了电子成为Fe2+进入介质溶液，与溶液中的OH-离子结合生成Fe（OH）2。锈蚀的结果：在钢材表面形成疏松的氧化物，使钢结构断面减小， 降低钢材的性能，因而承载力降低。 六 钢结构用钢 1.碳素结构钢（1）碳素结构钢的牌号 表示按顺序：屈服点字母（Q）、屈服点数值（单位MPa）、 质量等级（有A、B、C、D 4级，逐级提高）和脱氧方法 （F：沸

9、腾钢，b：半镇钢，Z：镇静钢，TZ：特殊镇钢。 牌号表示时Z、TZ可省略）。 例如：Q235AF 表示屈服点为235MPa，A级沸腾钢。 Q235B 表示屈服点为235MPa，B级镇静钢。 （2）碳素结构钢的选用碳素结构钢依牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢,可用于轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋。 具有较高的强度，良好的塑性、韧性，可焊性及可加工等综合性能好,且 冶炼方便，成本较低，因此广泛用于一般钢结构。其中C、D级可用在重要 的焊接结构。Q195、Q215号钢材强度较低，但塑性、韧性较好，易于冷加工，可制作 铆钉、钢筋等。Q225、Q275号

10、钢材强度高，但塑性、韧性、可焊性差， 可用于钢筋混凝土配筋及钢结构中的构件及螺栓等。受动荷载作用结构、焊接结构及低温下工作的结构，不能选用A、B质量 等级钢及沸腾钢。 2.低合金高强度结构钢 （1）低合金高强度钢的牌号 共有5个牌号牌号由三部分表示：含碳量、合金元素的种类及含量。前两位数字表示平均含碳量的万分数；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附数字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有数字“2”,表示其平均含量在1.5%2.5%之间最后如附有“b”，表示为半镇静钢，否则为镇静钢。例如：16Mn 表示平均含碳量为0.16%， 平均含碳量低于1.5%的镇静钢。 （2）低合金高强度钢的选用低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强， 使用寿命长等良好的综合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加 工与施工，因此，低合金高强度结构钢可以用作高层及大跨度建筑