建筑材料辅导资料十四

1、建筑材料辅导资料十四主 题：第六章 第三、四节 ”建筑钢材的技术性质”，“主要钢种及其应用” 辅导资料学习时间：2014年12月29日2015年1月4日内 容：我们这周将继续学习本门课的第六章，建筑钢材的相关知识。希望通过下面 的内容，能够增加同学们对建筑钢材技术性质及应用方面知识的理解。一、学习要求1、重点掌握建筑钢材的主要技术性质。掌握钢材受拉经历的四个阶段，弹 性极限、弹性模量、条件屈服强度、屈强比、伸长率等概念。重点掌握抗拉性能 与屈服强度的概念及其作用。掌握冲击韧性的概念；冲击韧性的影响因素；低温 冷脆性的概念。了解硬度的概念及常用的测定方法；2、掌握二种主要的工艺性能；冷弯性能的概

2、念及其作用；影响钢材可焊性 的主要因素，改善可焊性的措施；3、了解纯铁及其同素异品转变；碳原子与铁原子之间三种基本结合类型； 钢的四种基本组织形式。掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的概念及其对钢材性 质的影响。掌握冷脆性、热脆性的概念。了解其它有害杂质与合金元素对钢材的 影响；4、了解钢材冷加工的概念，冷加工强化的原因、时效强化的概念。掌握淬 火、回火、退火、正火的概念及其对钢材的影响；5、掌握碳素钢牌号的表示方法，了解低合金结构钢的性能及应用。了解钢 筋混凝土结构用钢筋和钢丝。了解沸腾钢的限制使用条件；6、掌握低合金结构钢牌号的表示方法，了解低合金结构的性能及应用。了 解钢筋混凝土结构用钢筋和

3、钢丝。了解钢筋的防锈措施；7、了解钢的锈蚀原因及钢材防锈的主要措施。对铝及铝合金这节内容只要 求一般了解。重点掌握内容：.重点：建筑钢材的主要技术性能。.难点：建筑钢材的标准与选用。二、主要内容（一）建筑钢材的技术性质力学性质：抗拉强度、弹性、塑性、冲击韧性、冷脆性、硬度；工艺性质：冷弯、可焊性、热处理、冷加工及时效；耐久性：锈蚀。1、力学性质可用低碳钢受拉时的应力一一应变图来阐明，图中明显地分为四个阶段：可用低碳钢受拉时的应力一应变图来阐明.国中明显地 分为四个阶段图1低碳钢受拉时应力-应变曲线弹性阶段（OA段）在OA阶段，如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与 A点相 对应的应力为

4、比例极限。此阶段应力与应变成正比。它是钢材在受力条件下计算 结构变形的重要指标 屈服阶段（AB段）当荷载增大，试件应力超过 A时，应变增加的速度大于应力增长速度，应 力与应变不再成比例，开始产生塑性变形，塑性应变急剧增加，曲线出现波动的 小平台，这种现象称为屈服。图中 B上点是这一阶段应力最高点，称为屈服上 限，B下点称为屈服下限。由于 B下比较稳定易测，故一般以 B下点对应的应 力作为屈服点6 s。强化阶段（BC段）当荷载超过屈服点以后，由试件内部组织结构发生变化，晶粒重新排列，抵 抗变形能力又重新提高，故称为强化阶段。钢材受拉断裂前的最大应力值称为极 限抗拉强度6 b。颈缩阶段（CD段）当

5、钢材强化达到最高点后，在试件薄弱处的截面将显著缩小， 产生“颈缩现 象”，由于试件断面急剧缩小，塑性变形迅速增加，拉力也就随着下降，最后发 生断裂。（1）抗拉强度1）屈服强度：钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已 不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据2）屈强比（os/ db）：屈服强度和抗拉强度的比值。在工程上很有意义，此值越小，结构的可靠性越高，即防止结构破坏的潜力 越大。但此值太小时，钢材的强度有效利用率太低，合理的屈强比，一般在0.6 0.75之间（Q225钢材的屈服比为0.580.63，普通的合金钢的屈强比在 0.67 0.75之间。）。所以屈服强度和

6、抗拉强度是钢材力学性质的主要检验指标。（2）疲劳强度1）受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆 性断裂破坏的现象，称为疲劳破坏。2）疲劳强度在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加 而降低（如图示）。钢材在无穷次交变荷载作用下而不至引起断裂的最大循环应 力值，称为疲劳强度极限，实际测量时常以 2X106次应力循环为基准。3）破坏原因分析：钢材的疲劳破坏一般是由拉应力引起的，首先在局部开 始形成细小断裂，随后由于微裂纹尖端的应力集中而使其逐渐扩大， 直至突然发 生瞬时疲劳断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往 造成灾难性的事故。（3）弹

7、性钢材在静荷载作用下受拉开始阶段， 应力和应变成正比，这一阶段称为弹性 阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性。这个阶段的最大应力称为比例极限6P。应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例 关系，但卸去外力时，试件变形能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不 产生残留塑性变形的最大应力称为弹性极限6 e。事实上，6 P与6e相当接近(4)塑性：钢材的塑性通常用伸长率或断面收缩率指标来表示。(5)冲击韧性：冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载而不破坏的能力(6)冷脆性冲上一称性图2钢材的冲击韧性与温度的关系(7)硬度：硬度是指在表面局部体积内，抵抗其他较硬物体压入产生塑性变形的

8、能力。建筑钢材常用的是布氏法，所测硬度称布氏硬度。2、工艺性质定义：工艺性质为建筑钢材某种工艺过程中表现出的性质。内容：冷弯；可焊性；热冷加工；时效。(1)冷弯：冷弯性质是指在常温条件下，承受弯曲变形的能力。(2)可焊性：可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及附近过热区不产生裂纹及硬脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度不得低于原钢材的性质。焊接是钢结构的主要连接形式。可焊性影响因素：可焊性主要受化学元素及其含量的影响；含碳量高将增加焊接的硬脆性，含碳量小于 0.5%的碳素钢具有良好的可焊 性。加入合金元素如硅、钮、锐、钛等，也将增大焊接的硬脆性，降低可焊性。特别是硫能使焊接产生热裂纹及硬脆性

9、。（3）热处理：热处理是指将钢材按一定规则加热保温和冷却，以改变其组 织，从而获得需要性能的一种工艺。热处理的方法有：正火、退火、淬火和回火。1）正火：钢材经过加热至相变温度以上变为奥氏体之后， 置于空气中冷却， 通过这种处理，可使钢材晶粒细化，调整碳化物大小和分布，其结晶可使内部应 力除掉，对于经过压延难于除掉的应力和淬火回火有困难的大型钢件，特别是铸钢件，是重要的热处理工艺。正火后，钢材的强度提高而塑性降低。含碳量低的 钢常用正火的方法提高其强度2）退火：有低温退火和完全退火等之分。低温退火的加热温度在相变温度 以下，其目的是利用加热使原子活跃， 从而使加工中产生的缺陷减少，品格畸变 减轻

10、和内应力的消除；完全退火的加热温度高于基本组织转变温度， 经保温后以 适当的速度缓冷，从而达到改变组织并改善性能的目的。 如含碳量较高的高强钢 筋，焊接时容易形成很脆的组织，故必须紧接进行完全退火，以消除这一不利的 转变，保证焊接质量。3）淬火：将钢由奥氏体区域急冷，使晶粒变细，组织致密，碳的固溶量增 加，硬度增大的热处理工艺。淬火的效果依冷却速度的不同而不同。4）回火：淬火后的钢是硬而脆的，为了消除内部应力，调整硬度，改善韧 性等需要进行回火。回火是将淬火后的钢，再加热至相变点以下的温度，经保温 后按一定速度冷却至室温。（4）冷加工及时效1）冷加工：钢材在结晶温度以下进行的加工叫冷加工， 一

11、般都是在常温下进行的建筑钢材常见的冷加工方式有：冷拉、冷拔、冷轧、刻痕等。将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧使其产生塑性变形， 从而提高屈服强度，但降低了塑 性、韧性，这个过程称为冷加工强化处理。2）时效：钢材随时间的延长，强度、硬度提高，而塑性、冲击韧性下降的 现象叫时效。钢材在自然条件下时效的过程是非常缓慢的， 如经冷加工或使用中经常受到 振动、冲击荷载作用时，时效将迅速的发展。钢材经冷加工后，在常温下搁置1520（称为自然时效）大或加热至100200 c保持2h以内（称为人工时效）， 钢的屈服强度、抗拉强度及硬度都进一步提高，而塑性、韧性继续降低。时效敏感性：定义：因时效而导致钢材性能改

12、变的程度称为时效敏感性。时效敏感性大的钢材，经时效后，其冲击韧性、塑性改变较大。因此承受振动、冲击荷载作用 的重要性结构（如吊车梁、桥梁等），应选用时效敏感性小的钢材。3、耐久性钢材的耐久性主要是指钢材的腐蚀或锈蚀。定义：钢材表面与周围介质发生作用而引起破坏的现象称作腐蚀（锈蚀）。（1）钢材的腐蚀类型根据钢材与环境介质的作用原理，腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。1）化学腐蚀：指钢材与周围的介质（如氧气、二氧化碳、二氧化硫和水等） 直接发生化学作用，生成疏松的氧化物而引起的腐蚀。2）电化学腐蚀：钢材由不同的晶体组织构成，并含有杂质，由于这些成分的电极电位不同，当有电解质溶液（如水）存在时，就会在钢材表面形成许多微小的局部原电池。引起的腐蚀称为电化学腐蚀。（2）钢材防腐的措施1）改变钢材本身的易腐蚀性；2）隔离环境中的侵蚀性介质；3）改变钢材表面的电化学过程。（四）主要钢种及其应用碳素结构钢，优质碳素结构钢，低合金高强度结构钢。三、典型习题（一）单项选择题1、在进行设计时，作为钢材强度依据的是钢材的（A.极限强度B.屈服强度C.抗拉强度D.疲劳强度答案：B2、钢材的屈服强度要（）抗拉强度。A.大于B.等于C .小于D.无关