第2章鋼結(jié)構(gòu)的材料

1、第第2章章 鋼結(jié)構(gòu)的材料鋼結(jié)構(gòu)的材料 2.1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求 2.2鋼材的主要性能鋼材的主要性能 2.3各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2.4鋼材的種類和規(guī)格鋼材的種類和規(guī)格返回2. 1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求建筑鋼結(jié)構(gòu)在工作中所處環(huán)境不同建筑鋼結(jié)構(gòu)在工作中所處環(huán)境不同(如溫度的高低如溫度的高低)，承受不同形式的，承受不同形式的荷載荷載(如動(dòng)荷載或靜荷載如動(dòng)荷載或靜荷載)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力形式不同，都有可能使鋼，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力形式不同，都有可能使鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的脆性破壞。所以，應(yīng)掌握鋼材性能及其影響因素，了結(jié)構(gòu)發(fā)生突然的脆性破壞。所以，應(yīng)

2、掌握鋼材性能及其影響因素，了解結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的原因，合理選擇鋼材，正確設(shè)計(jì)、加工和使用解結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的原因，合理選擇鋼材，正確設(shè)計(jì)、加工和使用鋼材，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。鋼材，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼必須符合下列要求建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼必須符合下列要求:(1)較高的抗拉強(qiáng)度較高的抗拉強(qiáng)度fu和屈服點(diǎn)和屈服點(diǎn)f y。 fu是衡量鋼材經(jīng)過較大變形后的抗是衡量鋼材經(jīng)過較大變形后的抗拉能力，直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，同時(shí)拉能力，直接反映鋼材內(nèi)部組織的優(yōu)劣，同時(shí)fu高可以增加結(jié)構(gòu)的安高可以增加結(jié)構(gòu)的安全保障。全保障。 y是衡量結(jié)構(gòu)承載能力的指標(biāo)，是衡量結(jié)構(gòu)承

3、載能力的指標(biāo)， y高則可減輕結(jié)構(gòu)的自重，高則可減輕結(jié)構(gòu)的自重，節(jié)約鋼材和降低造價(jià)。節(jié)約鋼材和降低造價(jià)。下一頁返回2. 1鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求(2)較高的塑性和韌性。塑性和韌性好，結(jié)構(gòu)在靜荷載和動(dòng)荷載作用較高的塑性和韌性。塑性和韌性好，結(jié)構(gòu)在靜荷載和動(dòng)荷載作用下有足夠的應(yīng)變能力，既可減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，又能通過較大下有足夠的應(yīng)變能力，既可減輕結(jié)構(gòu)脆性破壞的傾向，又能通過較大的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，同時(shí)又具有較好的抵抗重復(fù)荷載作用的能的塑性變形調(diào)整局部應(yīng)力，同時(shí)又具有較好的抵抗重復(fù)荷載作用的能力。力。(3)良好的工藝性能良好的工藝性能(包括冷加工、熱加工和焊接性能包括冷加工、熱

4、加工和焊接性能)。良好的工藝性。良好的工藝性能不但要易于將結(jié)構(gòu)鋼材加工成各種形式的結(jié)構(gòu)，而且不致因加工而能不但要易于將結(jié)構(gòu)鋼材加工成各種形式的結(jié)構(gòu)，而且不致因加工而對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑性、韌性等造成較大的不利影響。對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑性、韌性等造成較大的不利影響。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫和腐蝕性環(huán)境的能力。溫和腐蝕性環(huán)境的能力。上一頁返回2 .2 鋼材的主要性能鋼材的主要性能 2. 2. 1強(qiáng)度性能強(qiáng)度性能鋼材標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫靜荷載情況下，單向均勻受拉試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變鋼材標(biāo)準(zhǔn)試件在常溫靜荷載情況下，單向均勻

5、受拉試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力一應(yīng)變(-)曲線如圖曲線如圖2-1所示。由此曲線可獲得許多有關(guān)鋼材性能的信息。所示。由此曲線可獲得許多有關(guān)鋼材性能的信息。在開始進(jìn)入塑性流動(dòng)范圍時(shí)，曲線波動(dòng)較大，以后逐漸趨于平穩(wěn)，其在開始進(jìn)入塑性流動(dòng)范圍時(shí)，曲線波動(dòng)較大，以后逐漸趨于平穩(wěn)，其最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。上屈服點(diǎn)和試驗(yàn)條件最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。上屈服點(diǎn)和試驗(yàn)條件(加載速度、試件形狀、試件對(duì)中的準(zhǔn)確性加載速度、試件形狀、試件對(duì)中的準(zhǔn)確性)有關(guān)有關(guān);下屈服點(diǎn)則對(duì)此不太下屈服點(diǎn)則對(duì)此不太敏感，設(shè)計(jì)中則以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。敏感，設(shè)計(jì)中則以下屈服點(diǎn)為依據(jù)。對(duì)于沒有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，比例

6、極限和屈服點(diǎn)比較接近，對(duì)于沒有缺陷和殘余應(yīng)力影響的試件，比例極限和屈服點(diǎn)比較接近，且屈服點(diǎn)前的應(yīng)變很小且屈服點(diǎn)前的應(yīng)變很小(低碳鋼約為低碳鋼約為0.15%)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假定屈服點(diǎn)以前鋼材為完全彈性的，屈服點(diǎn)以后則為完全塑性的，這樣定屈服點(diǎn)以前鋼材為完全彈性的，屈服點(diǎn)以后則為完全塑性的，這樣就可以把鋼材視為理想的彈一塑性體，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直就可以把鋼材視為理想的彈一塑性體，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線表現(xiàn)為雙直線，如圖線，如圖2-2所示。所示。下一頁返回2 .2 鋼材的主要性能鋼材的主要性能當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生很大的在使用上不容許的殘余變形當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后

7、，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生很大的在使用上不容許的殘余變形(此時(shí)，對(duì)低碳鋼此時(shí)，對(duì)低碳鋼c=2.5%)，表明鋼材的承載能力達(dá)到了最大限度。，表明鋼材的承載能力達(dá)到了最大限度。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)取屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力的代表值。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)取屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力的代表值。高強(qiáng)度鋼沒有明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階。這類鋼的屈服條件是根據(jù)試高強(qiáng)度鋼沒有明顯的屈服點(diǎn)和屈服臺(tái)階。這類鋼的屈服條件是根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果而人為規(guī)定的，故稱為條件屈服點(diǎn)驗(yàn)分析結(jié)果而人為規(guī)定的，故稱為條件屈服點(diǎn)(或屈服強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度)。條件屈。條件屈服點(diǎn)是以卸載后試件中殘余應(yīng)力服點(diǎn)是以卸載后試件中殘余應(yīng)力r為為0. 2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力定義

8、的時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力定義的(有有時(shí)用時(shí)用f0.2表示表示)，見圖，見圖2-3。由于這類鋼材不具有明顯的塑性平臺(tái)，故設(shè)。由于這類鋼材不具有明顯的塑性平臺(tái)，故設(shè)計(jì)中不宜利用它的塑性。計(jì)中不宜利用它的塑性。 2. 2. 2塑性性能塑性性能試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率。試件被拉斷時(shí)的絕對(duì)變形值與試件原標(biāo)距之比的百分?jǐn)?shù)，稱為伸長(zhǎng)率。當(dāng)試件標(biāo)距長(zhǎng)度與試件的直徑當(dāng)試件標(biāo)距長(zhǎng)度與試件的直徑d(圓形試件圓形試件)之比為之比為10時(shí)，以時(shí)，以10表示表示;當(dāng)當(dāng)該比值為該比值為5時(shí)，以時(shí)，以5表示。伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變表示。伸長(zhǎng)率代表材料在單向拉伸時(shí)的塑性應(yīng)變的能力。的能

9、力。上一頁 下一頁返回2 .2 鋼材的主要性能鋼材的主要性能 2. 2. 3冷彎性能冷彎性能冷彎性能由冷彎試驗(yàn)來確定冷彎性能由冷彎試驗(yàn)來確定(圖圖2-4)。試驗(yàn)時(shí)按照規(guī)定的彎心直徑在試。試驗(yàn)時(shí)按照規(guī)定的彎心直徑在試驗(yàn)機(jī)上用沖頭加壓，使試件彎成驗(yàn)機(jī)上用沖頭加壓，使試件彎成1800，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分，如試件外表面不出現(xiàn)裂紋和分層，即為合格。冷彎試驗(yàn)不僅能直接檢驗(yàn)鋼材的彎曲變形能力或塑性層，即為合格。冷彎試驗(yàn)不僅能直接檢驗(yàn)鋼材的彎曲變形能力或塑性性能，還能暴露鋼材內(nèi)部的冶金缺陷性能，還能暴露鋼材內(nèi)部的冶金缺陷(如硫、磷偏析和硫化物與氧化如硫、磷偏析和硫化物與氧化物的摻雜情況物的摻雜情況)，

10、這些缺陷都將降低鋼材的冷彎性能。因此，冷彎性，這些缺陷都將降低鋼材的冷彎性能。因此，冷彎性能是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。能是鑒定鋼材在彎曲狀態(tài)下塑性應(yīng)變能力和鋼材質(zhì)量的綜合指標(biāo)。上一頁 下一頁返回2 .2 鋼材的主要性能鋼材的主要性能 2.2.4沖擊韌性沖擊韌性鋼材的沖擊韌性是衡量鋼材在沖擊荷載作用下，抵抗脆性斷裂能力的鋼材的沖擊韌性是衡量鋼材在沖擊荷載作用下，抵抗脆性斷裂能力的一項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)。鋼材的沖擊韌性通常采用在材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件一項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)。鋼材的沖擊韌性通常采用在材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行沖擊荷載試驗(yàn)來測(cè)定。常用的標(biāo)準(zhǔn)試件的形式有夏比進(jìn)行沖擊荷載試驗(yàn)來測(cè)

11、定。常用的標(biāo)準(zhǔn)試件的形式有夏比V形巨圖形巨圖2-5(b)和梅氏和梅氏U形巨圖形巨圖2-5 (c)兩種缺口。兩種缺口。U形缺口試件的沖擊韌性用形缺口試件的沖擊韌性用沖擊荷載下試件斷裂所吸收或消耗的沖擊功除以橫截面面積的量值來沖擊荷載下試件斷裂所吸收或消耗的沖擊功除以橫截面面積的量值來表示。表示。V形缺口試件的沖擊韌性用試件斷裂時(shí)所吸收的功形缺口試件的沖擊韌性用試件斷裂時(shí)所吸收的功Ckv或或Akv來來表示，其單位為表示，其單位為J。由于。由于V形缺口試件對(duì)沖擊尤為敏感，更能反映結(jié)形缺口試件對(duì)沖擊尤為敏感，更能反映結(jié)構(gòu)類裂紋性缺陷的影響，構(gòu)類裂紋性缺陷的影響，碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 700-

12、2006)規(guī)定，鋼規(guī)定，鋼材的沖擊韌性用材的沖擊韌性用V形缺口試件沖擊功形缺口試件沖擊功Ckv或或Akv來表示。來表示。上一頁 下一頁返回2 .2 鋼材的主要性能鋼材的主要性能 2. 2. 5可焊性能可焊性能鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，獲得性能良好的焊接鋼材的焊接性能是指在一定的焊接工藝條件下，獲得性能良好的焊接接頭。焊接過程中，要求焊縫及焊縫附近金屬不產(chǎn)生熱裂紋或冷卻收接頭。焊接過程中，要求焊縫及焊縫附近金屬不產(chǎn)生熱裂紋或冷卻收縮裂紋縮裂紋;在使用過程中，焊縫處的沖擊韌性和熱影響區(qū)內(nèi)塑性良好。在使用過程中，焊縫處的沖擊韌性和熱影響區(qū)內(nèi)塑性良好。我國我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)

13、范(GB 50017-2003)中除了中除了Q235-A不能作為不能作為焊接構(gòu)件外，其他的幾種牌號(hào)的鋼材均具有良好的焊接性能。在高強(qiáng)焊接構(gòu)件外，其他的幾種牌號(hào)的鋼材均具有良好的焊接性能。在高強(qiáng)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國的行業(yè)標(biāo)度低合金鋼中，低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響，我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程(JGJ 81-2002)推薦使用碳當(dāng)量來衡推薦使用碳當(dāng)量來衡量低合金鋼的可焊性，其計(jì)算公式如下量低合金鋼的可焊性，其計(jì)算公式如下:式中式中C, Mn, Cr, Mo, V, Ni, Cu碳、錳、鉻、鑰、釩、鎳和銅的碳、錳、鉻、鑰、釩、鎳和

14、銅的百分含量。百分含量。上一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2. 3. 1化學(xué)成分化學(xué)成分鋼是由各種化學(xué)成分組成的，化學(xué)成分及其含量對(duì)鋼的性能，特別是鋼是由各種化學(xué)成分組成的，化學(xué)成分及其含量對(duì)鋼的性能，特別是力學(xué)性能有著重要的影響。鐵力學(xué)性能有著重要的影響。鐵(Fe)是鋼材的基本元素，純鐵質(zhì)軟，在是鋼材的基本元素，純鐵質(zhì)軟，在碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占碳素結(jié)構(gòu)鋼中約占99%，碳和其他元素僅占，碳和其他元素僅占1%，但對(duì)鋼材的力學(xué)性，但對(duì)鋼材的力學(xué)性能卻有著決定性的影響。其他元素包括硅能卻有著決定性的影響。其他元素包括硅(Si ) ,錳錳BMW、硫、硫(S) ,

15、磷磷(P),氮氮(1)、氧、氧()等。低合金鋼中還含有少量等。低合金鋼中還含有少量(低于低于500)合金元素，如合金元素，如銅銅(Cu)、釩、釩(V)、鈦、鈦(Ti)、鈮、鈮(Nb)、鉻、鉻(Cr)等。等。在碳素結(jié)構(gòu)鋼中，碳是僅次于純鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)在碳素結(jié)構(gòu)鋼中，碳是僅次于純鐵的主要元素，它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性能等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、度、塑性、韌性和焊接性能等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)損壞鋼的焊接性能和抗腐蝕性。因此，盡韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)損壞鋼的焊接性能和抗腐蝕性。因此，盡管碳是使鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要

16、元素，但在鋼結(jié)構(gòu)中采用的碳素結(jié)管碳是使鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要元素，但在鋼結(jié)構(gòu)中采用的碳素結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)碳含量要加以限制，一般不應(yīng)超過構(gòu)鋼，對(duì)碳含量要加以限制，一般不應(yīng)超過0.22%，在焊接結(jié)構(gòu)鋼中，在焊接結(jié)構(gòu)鋼中還應(yīng)低于還應(yīng)低于0. 20%。下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2. 3. 2冶煉、澆鑄冶煉、澆鑄(注注)、軋制過程及熱處理的影、軋制過程及熱處理的影響響1.冶煉冶煉我國目前結(jié)構(gòu)用鋼主要用平爐和氧化轉(zhuǎn)爐冶煉而成，而側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)我國目前結(jié)構(gòu)用鋼主要用平爐和氧化轉(zhuǎn)爐冶煉而成，而側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼質(zhì)量較差，不宜子為承重結(jié)構(gòu)用鋼。目前，側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼基本已被淘汰，

17、量較差，不宜子為承重結(jié)構(gòu)用鋼。目前，側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼基本已被淘汰，在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要使用氧氣丁吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要使用氧氣丁吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐具有投資少、生產(chǎn)率高、原料適應(yīng)性大等特點(diǎn)，已成二主流煉鋼方法。具有投資少、生產(chǎn)率高、原料適應(yīng)性大等特點(diǎn)，已成二主流煉鋼方法。冶煉過程控制鋼的化學(xué)成分與含量，并不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷，從冶煉過程控制鋼的化學(xué)成分與含量，并不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷，從而影響不同鋼種鋼號(hào)的力學(xué)性能。而影響不同鋼種鋼號(hào)的力學(xué)性能。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響2.澆鑄澆鑄(注注)把熔煉好的

18、鋼水澆鑄成鋼錠或鋼坯有兩種方法把熔煉好的鋼水澆鑄成鋼錠或鋼坯有兩種方法:一種是澆入鑄模做成一種是澆入鑄模做成鋼錠鋼錠;另一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯。前者是傳統(tǒng)的方法，所得另一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯。前者是傳統(tǒng)的方法，所得鋼錠需要經(jīng)過初軋才成為鋼坯鋼錠需要經(jīng)過初軋才成為鋼坯;后者是近年來迅速發(fā)展的新技術(shù)，澆后者是近年來迅速發(fā)展的新技術(shù)，澆鑄和脫氧同時(shí)進(jìn)行。鑄錠過程中因脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼和鑄和脫氧同時(shí)進(jìn)行。鑄錠過程中因脫氧程度不同，最終成為鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼因澆鑄時(shí)加入強(qiáng)脫氧劑沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼因澆鑄時(shí)加入強(qiáng)脫氧劑(如硅如硅)，有時(shí)還加鋁或欽，因，有時(shí)還加鋁或欽，因而氧氣雜質(zhì)少且晶

19、粒較細(xì)，偏析等缺陷不嚴(yán)重，所以鋼材性能比沸騰而氧氣雜質(zhì)少且晶粒較細(xì)，偏析等缺陷不嚴(yán)重，所以鋼材性能比沸騰鋼好，但傳統(tǒng)的澆鑄方法因存在縮孔而導(dǎo)致成材率較低。連續(xù)澆鑄可鋼好，但傳統(tǒng)的澆鑄方法因存在縮孔而導(dǎo)致成材率較低。連續(xù)澆鑄可以產(chǎn)出鎮(zhèn)靜鋼而沒有縮孔，并且化學(xué)成分分布比較均勻，只有輕微的以產(chǎn)出鎮(zhèn)靜鋼而沒有縮孔，并且化學(xué)成分分布比較均勻，只有輕微的偏析現(xiàn)象，因此，這種澆鑄技術(shù)既能提高產(chǎn)量又能降低成本。偏析現(xiàn)象，因此，這種澆鑄技術(shù)既能提高產(chǎn)量又能降低成本。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響鋼在冶煉和澆鑄的過程中不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷。常見的冶金缺陷鋼在

20、冶煉和澆鑄的過程中不可避免地產(chǎn)生冶金缺陷。常見的冶金缺陷有偏析、非金屬雜質(zhì)、氣孔等。偏析是指金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不有偏析、非金屬雜質(zhì)、氣孔等。偏析是指金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻均勻;非金屬雜質(zhì)是指鋼中含有硫化物等雜質(zhì)非金屬雜質(zhì)是指鋼中含有硫化物等雜質(zhì);氣孔是指澆鑄時(shí)有氣孔是指澆鑄時(shí)有FeO與與C作用所產(chǎn)生的作用所產(chǎn)生的CO氣體因不能充分逸出而滯留在鋼錠內(nèi)形成的微氣體因不能充分逸出而滯留在鋼錠內(nèi)形成的微小空洞。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。小空洞。這些缺陷都將影響鋼的力學(xué)性能。3.軋制軋制鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂紋等焊合，因而改鋼材的軋制能使金屬的晶粒變細(xì)，也能使氣泡、裂

21、紋等焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因軋制的次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高，澆善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因軋制的次數(shù)多，其強(qiáng)度比厚板略高，澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，所以分層是鋼材鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后能造成鋼材的分層，所以分層是鋼材(尤其是厚板尤其是厚板)的一種缺陷。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，的一種缺陷。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免拉力垂直于板面的情況，以防止層間撕裂。以防止層間撕裂。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響4.熱處理熱處理一般鋼材以熱軋狀態(tài)交貨，某些高強(qiáng)度鋼材則在軋制后經(jīng)熱處理才出一般鋼材以熱軋狀態(tài)交貨，某些高強(qiáng)

22、度鋼材則在軋制后經(jīng)熱處理才出廠。熱處理的目的在于，取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌廠。熱處理的目的在于，取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌性。性。 2. 3. 3鋼材硬化鋼材硬化冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化作硬化(或應(yīng)變硬化或應(yīng)變硬化)。在高溫時(shí)熔化于鐵中的少量氮和碳，隨著時(shí)間。在高溫時(shí)熔化于鐵中的少量氮和碳，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，對(duì)機(jī)

23、體的塑性的增長(zhǎng)逐漸從純鐵中析出，形成自由碳化物和氮化物，對(duì)機(jī)體的塑性變形起遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)變形起遏制作用，從而使鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化，俗稱老化。時(shí)效硬化的過程一般很長(zhǎng)，但如在材料象稱為時(shí)效硬化，俗稱老化。時(shí)效硬化的過程一般很長(zhǎng)，但如在材料塑性變形后加熱，可使時(shí)效硬化發(fā)展特別迅速，這種方法稱為人工時(shí)塑性變形后加熱，可使時(shí)效硬化發(fā)展特別迅速，這種方法稱為人工時(shí)效。此外，還有應(yīng)變時(shí)效，如圖效。此外，還有應(yīng)變時(shí)效，如圖2-6所示。所示。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2.3.4溫

24、度影響溫度影響鋼材的性能隨溫度變動(dòng)而有所變化。總的趨勢(shì)是鋼材的性能隨溫度變動(dòng)而有所變化。總的趨勢(shì)是:溫度升高，鋼材溫溫度升高，鋼材溫度降低，應(yīng)變?cè)龃蠖冉档?，?yīng)變?cè)龃?反之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和反之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度會(huì)略有增加，塑性和韌性卻會(huì)降低而變脆韌性卻會(huì)降低而變脆(圖圖2一一7)。溫度升高，在溫度升高，在2000 C以內(nèi)鋼材性能沒有很大變化，以內(nèi)鋼材性能沒有很大變化，4300 C540 0 C之之間強(qiáng)度急劇下降，間強(qiáng)度急劇下降，600 0 C時(shí)強(qiáng)度很低，不能承受荷載。但在時(shí)強(qiáng)度很低，不能承受荷載。但在250 0 C左右，鋼材的強(qiáng)度反而略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有

25、轉(zhuǎn)左右，鋼材的強(qiáng)度反而略有提高，同時(shí)塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)溫度在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。當(dāng)溫度在260 0 C 320 0 C時(shí)，在應(yīng)力時(shí)，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，這種現(xiàn)象稱為徐持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，這種現(xiàn)象稱為徐變。變。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2. 3. 5應(yīng)力集中應(yīng)力集中鋼材的工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)都是以軸心受拉桿件中應(yīng)力沿界

26、面均鋼材的工作性能和力學(xué)性能指標(biāo)都是以軸心受拉桿件中應(yīng)力沿界面均勻分布的情況作為基礎(chǔ)的。實(shí)際上，在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中常存在著孔洞、勻分布的情況作為基礎(chǔ)的。實(shí)際上，在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中常存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域應(yīng)力降低，形成所謂的應(yīng)力集中現(xiàn)象一些區(qū)域應(yīng)力降低，形成所謂的應(yīng)力集中現(xiàn)象(圖圖2-8)。具有不同缺口。具有不同缺口形狀的鋼材拉伸試驗(yàn)形狀的鋼材拉伸試驗(yàn)(圖圖2-9)

27、結(jié)果也表明，其中第結(jié)果也表明，其中第1種試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，種試件為標(biāo)準(zhǔn)試件，第第2, 3, 4種為不同應(yīng)力集中水平對(duì)比試件，截面改變的尖銳程度越大種為不同應(yīng)力集中水平對(duì)比試件，截面改變的尖銳程度越大的試件，其應(yīng)力集中現(xiàn)象就越嚴(yán)重，引起鋼材脆性破壞的危險(xiǎn)性就越的試件，其應(yīng)力集中現(xiàn)象就越嚴(yán)重，引起鋼材脆性破壞的危險(xiǎn)性就越大。第大。第4種試件已無明顯屈服點(diǎn)，表現(xiàn)出高強(qiáng)鋼的脆性破壞特征。種試件已無明顯屈服點(diǎn)，表現(xiàn)出高強(qiáng)鋼的脆性破壞特征。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2. 3. 6反復(fù)荷載作用反復(fù)荷載作用鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生

28、重要變化，甚至鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會(huì)發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。在直接的連續(xù)反復(fù)動(dòng)力荷載作用下，根據(jù)試驗(yàn)，鋼材發(fā)生疲勞破壞。在直接的連續(xù)反復(fù)動(dòng)力荷載作用下，根據(jù)試驗(yàn)，鋼材的強(qiáng)度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度的強(qiáng)度將降低，即低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗(yàn)的極限強(qiáng)度fu，這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞。鋼材的疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。這種現(xiàn)象稱為鋼的疲勞。鋼材的疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。實(shí)際上疲勞破壞是累計(jì)損傷的結(jié)果。材料總是有實(shí)際上疲勞破壞是累計(jì)損傷的結(jié)果。材料總是有“缺陷缺陷”的，在反復(fù)的，在反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷處發(fā)生塑性變形和硬化而

29、生成一些極小的裂荷載作用下，先在其缺陷處發(fā)生塑性變形和硬化而生成一些極小的裂紋，此后這種微觀裂紋逐漸發(fā)展為宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋，此后這種微觀裂紋逐漸發(fā)展為宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制。當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表受到限制。當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時(shí)，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂?，F(xiàn)為突然的脆性斷裂。上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響 2.3.7復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件

30、復(fù)雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件在單向拉伸試驗(yàn)中，單向應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，鋼材即進(jìn)入塑性狀態(tài)。在單向拉伸試驗(yàn)中，單向應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，鋼材即進(jìn)入塑性狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力在復(fù)雜應(yīng)力(如平面或立體應(yīng)力如平面或立體應(yīng)力)作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)人塑性狀作用下，鋼材由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)人塑性狀態(tài)的條件是按能量強(qiáng)度理論態(tài)的條件是按能量強(qiáng)度理論(或第四強(qiáng)度理論或第四強(qiáng)度理論)計(jì)算的折算應(yīng)力計(jì)算的折算應(yīng)力red與與單向應(yīng)力下的屈服點(diǎn)相比較來判斷單向應(yīng)力下的屈服點(diǎn)相比較來判斷:當(dāng)當(dāng)red小于小于fy時(shí)，為彈性狀態(tài)時(shí)，為彈性狀態(tài);當(dāng)當(dāng)red大于或等于大于或等于fy時(shí)，為塑性狀態(tài)。時(shí)，為塑性狀態(tài)。如果三向應(yīng)力中有一向應(yīng)力很小如果三

31、向應(yīng)力中有一向應(yīng)力很小(如厚度較小，厚度方向的應(yīng)力可忽如厚度較小，厚度方向的應(yīng)力可忽略不計(jì)略不計(jì))或?yàn)榛驗(yàn)?時(shí)則屬于平面應(yīng)力狀態(tài)，式時(shí)則屬于平面應(yīng)力狀態(tài)，式(2-2)為為上一頁 下一頁返回2. 3 各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響各種因素對(duì)鋼材主要性能的影響在一般的梁中，只存在正應(yīng)力在一般的梁中，只存在正應(yīng)力和剪應(yīng)力和剪應(yīng)力，則，則當(dāng)只有剪應(yīng)力時(shí)當(dāng)只有剪應(yīng)力時(shí)=6，則，則由此得由此得因此，因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)確定鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度確定鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度為抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的為抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度的0. 58倍。倍。當(dāng)平面或立體應(yīng)力皆為拉應(yīng)力時(shí)，材料破壞時(shí)沒有明顯的塑性變形

32、產(chǎn)當(dāng)平面或立體應(yīng)力皆為拉應(yīng)力時(shí)，材料破壞時(shí)沒有明顯的塑性變形產(chǎn)生，即材料處于脆性狀態(tài)。生，即材料處于脆性狀態(tài)。上一頁返回2 .4 鋼材的種類和規(guī)格鋼材的種類和規(guī)格 2. 4. 1鋼材的種類鋼材的種類鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有兩類，即碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。鋼結(jié)構(gòu)用的鋼材主要有兩類，即碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。后者因含有錳、釩等金屬元素而具有較高的強(qiáng)度。此外，處在腐蝕介后者因含有錳、釩等金屬元素而具有較高的強(qiáng)度。此外，處在腐蝕介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，則采用高耐候性結(jié)構(gòu)鋼，這種鋼因含銅、磷、鉻、鎳等質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，則采用高耐候性結(jié)構(gòu)鋼，這種鋼因含銅、磷、鉻、鎳等合金元素而具有較高的抗銹能力。合金元素而具

33、有較高的抗銹能力。1.碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼我國于我國于2006年年11月月1日發(fā)布了新的國家標(biāo)準(zhǔn)日發(fā)布了新的國家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 700-2006)，于，于2007年年2月月1日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)按質(zhì)量等級(jí)，將碳素結(jié)構(gòu)日實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)按質(zhì)量等級(jí)，將碳素結(jié)構(gòu)鋼分為鋼分為A, B, C, D四級(jí)。在保證鋼材力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，四級(jí)。在保證鋼材力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，各牌號(hào)各牌號(hào)A級(jí)鋼的碳、錳、硅含量可以不作為交貨條件，但其含量應(yīng)在級(jí)鋼的碳、錳、硅含量可以不作為交貨條件，但其含量應(yīng)在質(zhì)量說明書中注明。質(zhì)量說明書中注明。B, C, D級(jí)鋼均應(yīng)保證屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、拉級(jí)鋼均應(yīng)

34、保證屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、拉長(zhǎng)率、冷彎及沖擊韌性等力學(xué)性能。長(zhǎng)率、冷彎及沖擊韌性等力學(xué)性能。下一頁返回2 .4 鋼材的種類和規(guī)格鋼材的種類和規(guī)格碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的漢語拼音字母碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的漢語拼音字母(Q)、屈服強(qiáng)度數(shù)、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A, B, C, D)、脫氧方法符號(hào)、脫氧方法符號(hào)(F, Z, TZ)四個(gè)部分按四個(gè)部分按順序組成，如順序組成，如Q235AF, Q235B等。等。其鋼號(hào)的表示方法和代表的意義如下其鋼號(hào)的表示方法和代表的意義如下:(1) Q2 3 5-A:屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為235 N/mm2 , A級(jí)，鎮(zhèn)靜鋼。級(jí)，鎮(zhèn)靜

35、鋼。(2) Q2 3 5-AF:屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為235 N/mm2, A級(jí)，沸騰鋼。級(jí)，沸騰鋼。(3)Q235-B:屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為235 N/mm2 , B級(jí)，鎮(zhèn)靜鋼。級(jí)，鎮(zhèn)靜鋼。(4) Q235-C:屈服強(qiáng)度為屈服強(qiáng)度為235 N/mm2 , C級(jí)，鎮(zhèn)靜鋼。級(jí)，鎮(zhèn)靜鋼。從從Q195到到Q275，是按強(qiáng)度由低到高排列的。，是按強(qiáng)度由低到高排列的。Q195,Q215的強(qiáng)度比較的強(qiáng)度比較低，而低，而Q255及及Q275的含碳量都超出了低碳鋼的范圍，所以建筑結(jié)構(gòu)的含碳量都超出了低碳鋼的范圍，所以建筑結(jié)構(gòu)在碳素結(jié)構(gòu)鋼中主要應(yīng)用在碳素結(jié)構(gòu)鋼中主要應(yīng)用Q235這一鋼號(hào)。這一鋼號(hào)。上一頁 下一頁返

36、回2 .4 鋼材的種類和規(guī)格鋼材的種類和規(guī)格2.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量的幾種合金元素低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在鋼的冶煉過程中添加少量的幾種合金元素(含碳量均不大于含碳量均不大于0.02%，合金元素總量不大于，合金元素總量不大于0.05%，使鋼的強(qiáng)度明，使鋼的強(qiáng)度明顯提高，故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。國家標(biāo)準(zhǔn)顯提高，故稱低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。國家標(biāo)準(zhǔn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-2008)規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼分為規(guī)定，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼分為Q295,Q345, Q390, Q420, Q460五種，其符號(hào)的含義和碳素

37、結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的含義相五種，其符號(hào)的含義和碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的含義相同。其中，同。其中，Q345,Q390,Q42。是。是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)中規(guī)定采用的鋼種。中規(guī)定采用的鋼種。3.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼不以熱處理或熱處理狀態(tài)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼不以熱處理或熱處理狀態(tài)(正火、淬火、回火正火、淬火、回火)交貨，交貨，用作壓力加工用鋼和切削加工用鋼。由于價(jià)格較高，鋼結(jié)構(gòu)中使用較用作壓力加工用鋼和切削加工用鋼。由于價(jià)格較高，鋼結(jié)構(gòu)中使用較少，僅用經(jīng)熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷拔高強(qiáng)度鋼絲或制作高強(qiáng)度螺少，僅用經(jīng)熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼冷拔高強(qiáng)度鋼絲或制作高強(qiáng)度螺

38、栓、自攻螺釘?shù)?。栓、自攻螺釘?shù)?。上一?下一頁返回2 .4 鋼材的種類和規(guī)格鋼材的種類和規(guī)格 2. 4. 2鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板、型鋼以及冷彎鋼結(jié)構(gòu)采用的型材有熱軋成型的鋼板、型鋼以及冷彎(或冷壓或冷壓)成型的成型的薄壁型鋼。薄壁型鋼。1.熱車乙鋼板熱車乙鋼板熱軋鋼板有厚鋼板熱軋鋼板有厚鋼板(厚度厚度4. 560 mm)和薄鋼板和薄鋼板(厚度厚度0. 354 mm)，還，還有扁鋼有扁鋼(厚度厚度460mm，寬度，寬度30200 mm，此鋼板寬度小，此鋼板寬度小)。鋼板的表。鋼板的表示方法為，在符號(hào)示方法為，在符號(hào)“一一”后加后加“寬度寬度X厚度厚度X長(zhǎng)度長(zhǎng)度”，如，如-1 200X8X6000，單位為，單位為mm 。2.熱車乙型鋼熱車乙型鋼熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管熱軋型鋼有角鋼、工字鋼、槽鋼和鋼管(圖圖2-10)。角鋼分等邊和不等。角鋼分等邊和不等邊兩種。不等邊角鋼的表示方法為，在符號(hào)邊兩種。不等邊角鋼的表示方法為，在符號(hào)“L”后加后加“長(zhǎng)邊寬長(zhǎng)邊寬X短邊短邊寬寬X厚度厚度”，如，如L 100X80X8;等邊角鋼則以等邊角鋼則以“邊寬邊寬X厚度厚度”表示，如表示，如L 100X8，單位皆為，單位皆為mm 。上一頁 下一頁返回2 .