第七章建筑钢材

第八章金属材料第二节建筑钢材的基本知识一、钢的冶炼1、生铁是由铁矿、熔剂(石灰石)、燃料(焦炭)在高炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种铁、碳合金。生铁硬而脆、无塑性和韧性、不能焊接、锻造、轧制。2、钢钢是由生铁冶炼而成。在理论上凡含碳量在2％以下，含有害杂质较少的铁、碳合金可称为钢。

3、炼钢的过程是把熔融的生铁进行氧化，使碳含量降低到预定的范围，其他杂质降低到允许范围。在炼钢的过程中，采用的炼钢方法不同，除掉杂质的程度就不同，所得钢的质量也有差别。目前，建筑工程中常用的钢种是普通碳素结构钢和普通低合金结构钢。钢分类GB/T13304-91表7-1P124第三节建筑钢材的主要技术性能三大性能：力学性能、工艺性能和化学性能等。目的：只有了解、掌握钢材的各种性能，才能做到正确、经济、合理地选择和使用钢材。一、力学性能(一)拉伸性能1、定义2、试验方法3、关系曲线：如图7—1所示的应力-应变关系曲线。低碳钢受拉至拉断，经历了四个阶段：（1）弹性阶段(O—A)（2）屈服阶段(A—B)（3）强化阶段(B—C)（4）颈缩阶段(C—D)(1)弹性阶段a.弹性变形b.弹性极限，以σp表示。c.应力与应变的比值为常数，即弹性模量(E)，E=σ/ε，单位MPa。弹性模量反映钢材抵抗弹性变形的能力，是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。建筑常用碳素结构钢Q235的弹性模量E=(2．0～2．1)×MPa。(2)屈服阶段a.塑性变形b.上屈服点、下屈服点c.AB段称为屈服阶段、屈服现象d.屈服强度：与B下点(此点较稳定，易测定)对应的应力称为屈服点(屈服强度)，用σs表示。钢材受力大于屈服点后，会出现较大的塑性变形，已不能满足使用要求，因此屈服强度是设计中钢材强度取值的依据，是工程结构计算中非常重要的一个参数。(3)强化阶段a.B—C呈上升曲线，称为强化阶段。b.对应于最高点C的应力值(σb)称为极限抗拉强度，简称抗拉强度——强度极限。σb是钢材受拉时所能承受的最大应力值。c.屈服强度和抗拉强度之比(即屈服比=σs/σb)能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比越小，其结构的安全可靠程度越高，但屈强比过小，又说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。建筑结构合理的屈强比一般为0．60～0．75。(4)颈缩阶段a.CD段称为颈缩阶段。b.伸长率(δ)将拉断后的试件拼合起来，测定出标距范围内的长度L1(mm)，L1与试件原标距L0(mm)之差为塑性变形值，它与L0之比称为伸长率(δ)，如图7—2所示。伸长率的计算式如下:伸长率δ是衡量钢材塑性的一个重要指标δ越大，说明钢材的塑性越好。c.塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的变形最大，离颈缩部位越远其变形越小。所以原标距与直径之比越小，则颈缩处伸长值在整个伸长值中的比重越大，计算出来的δ值越大。通常以δ

5和δ10分别表示L0=5d0和L0=l0d0时的伸长率。对于同一种钢材，其δ

5大于δ10。4、中碳钢与高碳钢(硬钢)的拉伸曲线如图7—3所示。(二)冲击性能1、冲击韧度：2、有关因素：钢材的冲击韧度与钢的化学成分、冶炼与加工有关。一般来说，钢中的P、S含量较高，夹杂物以及焊接中形成的微裂纹等都会降低冲击韧度。此外，钢的冲击韧度还受温度和时间的影响。常温下，随温度的下降，冲击韧度降低很小，此时破坏的钢件断口呈韧性断裂状；(三)疲劳强度1、疲劳破坏。2、疲劳强度，或称疲劳极限。疲劳强度是试件在交变应力作用下，不发生疲劳破坏的最大主应力值，一般把钢材承受交变荷载1000000～10000000次时不发生破坏的最大应力作为疲劳强度。3、疲劳破坏的原因(四)硬度1、定义2、分类：布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HRC）。常用的方法是布氏法，其硬度指标是布氏硬度值。3、各类钢材的HB值与抗拉强度之间有较好的相关性。材料的强度较高，塑性变形抵抗力越强，硬度值也就越大。由试验得出，当低碳钢的HB<175时，其抗拉强度与布氏硬度的经验关系式如下：σb=0.36HB根据这一关系式，可以直接在钢结构上测出钢材的HB值，并估算该钢材的σb值。建筑钢材常以屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击韧性等性质作为评定牌号的依据。二、工艺性能良好的工艺性能，可以保证钢材顺利通过各种加工，而使钢材制品的质量不受影响。冷弯、冷拉、冷拔及焊接性能均是建筑钢材的重要工艺性能。（一）冷弯性能1、定义：冷弯性能是反映钢材在常温下承受弯曲变形的能力。其指标是指试件弯曲的角度α和弯心直径对试件厚度（或直径）的比值（d/a）来表示，如图7-6和图7-7所示。2、冷弯性能合格：试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。3、意义：相对于伸长率而言，冷弯是对钢材塑性更严格的检验，它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。并且能揭示焊件在受弯表面存在未熔合、微裂纹及夹杂物等缺陷。

(二)冷加工性能及时效处理1．冷加工强化处理a.冷加工强化处理b.建筑工地或预制构件厂常用的方法是冷拉和冷拔。2．时效a.时效b.