第二章鋼材材料

1、鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能材料及選用交流郵箱：HI主講:劉亮聯(lián)系電話PT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： PPT論壇： 鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具備以下性能1.較高的強(qiáng)度。2.足夠的變形能力。3.良好的加工性能。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，在必要時(shí)還應(yīng)該具有適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕、以及重復(fù)荷載作用等。新鋼規(guī)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)用鋼Q235和低合金高強(qiáng)度鋼Q345、Q390、Q420等。2.1概述由Q+數(shù)字+

2、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)組成。它的鋼號(hào)冠以“Q”，代表鋼材的屈服點(diǎn)，后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)(s)為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。必要時(shí)鋼號(hào)后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法的符號(hào)。質(zhì)量等級(jí)符號(hào)分別為A、B、C、D。脫氧方法符號(hào)：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號(hào)，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級(jí)沸騰鋼。PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷

3、下載： 教案下載： PPT論壇： 一、煉鐵（2.06%以上）鐵礦石、焦炭、石灰石、錳礦石，在高溫下成為熔融的生鐵生鐵含碳量超過(guò)2.06%的鐵碳合金。 （例鑄鐵管、機(jī)器零件）二、煉鋼（低于2.06%）通過(guò)氧化作用除去生鐵中多余的碳和其他雜質(zhì)電爐（成本高）、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、平爐（已被取代）三、鋼材的澆鑄和脫氧沸騰鋼用錳作脫氧劑，成本低，但質(zhì)量較差，不適合連鑄工藝；鎮(zhèn)靜鋼用錳加硅作脫氧劑，成本高，質(zhì)量好，適合連鑄；特殊鎮(zhèn)靜鋼用鋁補(bǔ)充脫氧。2.2鋼材的生產(chǎn)PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教

4、程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： PPT論壇： 沸騰鋼（F）是指在爐中和盛鋼桶中的熔煉鋼液中僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行脫氧。當(dāng)鋼液鑄錠時(shí)，鋼液中仍保留有相當(dāng)多的氧化鐵，與其中的碳化合生成一氧化碳（CO）等其他氣體大量逸出致使鋼液劇烈“ 沸騰” ，因此稱(chēng)為沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼（Z）是指在熔煉鋼液中加入錳和適量的強(qiáng)脫氧劑硅進(jìn)行較徹底脫氧，鋼液鑄錠子時(shí)不再發(fā)生沸騰現(xiàn)象而在錠模內(nèi)平靜地逐漸冷卻。特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ)是指在采用硅脫氧之后，再用鋁或鈦進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，進(jìn)一步減少鋼中有害氧化物，并把氮化合成非常細(xì)小的氮化鋁或氮化鈦，能明顯改善各種力學(xué)性能，提高鋼材的可焊性。2.2鋼材的生

5、產(chǎn)鋼材的組織構(gòu)造和缺陷一、鋼材的組織構(gòu)造鐵素體約占鋼重量的99%， 強(qiáng)度硬度低、 塑性、 韌性好， 晶粒狀；滲碳體熔點(diǎn)高、 硬度大， 珠光體類(lèi)網(wǎng)狀間層。二、鋼材的鑄造缺陷冷卻速度不同，鋼錠內(nèi)形成不同的結(jié)晶帶；冶金缺陷： 偏析、 非金屬夾雜、氣孔、縮孔、 裂紋。鋼材的生產(chǎn)方法一、熱加工（如軋制）使金屬晶粒變細(xì)， 壓合缺陷， 性能得到改善。軋制壓縮比大的鋼材強(qiáng)度較高。 （ 故鋼材的強(qiáng)度按板厚分組 ）二、冷加工（拉拔、擠壓）產(chǎn)生冷作硬化，強(qiáng)度提高但塑性、韌性減少。應(yīng)盡量避免局部冷加工硬化。三、熱處理退火、 正火、 淬火、 回火， 調(diào)質(zhì)處理=淬火高溫回火鋼材的生產(chǎn)方法退火:將鋼材加熱至850-900，

6、保溫一段時(shí)間，隨爐溫下降至500以下，再放至空氣中冷卻；目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火:將鋼材加熱至850-900，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻；正火的效果同 退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火:將鋼材加熱至900以上，保溫后快速在水中或油中冷卻；火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆，為了及時(shí)消除脆性，一般需要及時(shí)回火?；鼗?將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進(jìn)行保溫，而后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理=淬火高溫回火，降低脆性鋼材的主要性能鋼材的破壞形式一、塑性破壞破壞前有較大

7、的塑性變形，經(jīng)歷時(shí)間較長(zhǎng)，斷口呈纖維狀，色發(fā)暗。二、脆性破壞破壞前沒(méi)有明顯塑性變形和征兆，斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。往往瞬間發(fā)生破壞，無(wú)法察覺(jué)和補(bǔ)救，后果嚴(yán)重！塑性變形的微觀原因：達(dá)到一定應(yīng)力時(shí)，鐵素體失去珠光體間層的約束，通過(guò)錯(cuò)位移動(dòng)形成滑移。鋼材雖然塑性好，但在某些條件下（高碳鋼、應(yīng)力集中、 低溫、 疲勞等）， 存在發(fā)生脆性破壞的可能性。曾有不少事故鋼材在單向一次拉伸下的工作性能1. 條 件 ： 標(biāo) 準(zhǔn) 試 件 （GB22863 ） ， 常 溫 （20 ）下緩慢加載， 一次完成。 含碳量為0.1%0.3%。標(biāo)準(zhǔn)試件： lo/d=5或10； lo-標(biāo)距； d -直徑鋼材在單向一次拉伸下的工

8、作性能鋼材在單向一次拉伸下的工作性能B.對(duì)無(wú)明顯屈服點(diǎn)的鋼材該種鋼材在拉伸過(guò)程中沒(méi)有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。設(shè)計(jì)時(shí)取相當(dāng)于殘余變形為0.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)應(yīng)變曲線提供了三個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)：因?yàn)椋?1)計(jì)算簡(jiǎn)便；(2)雖然fu fy ，但對(duì)應(yīng)的應(yīng)變非常大（正常極限狀態(tài)不滿足）；(3)以fy作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的依據(jù)，具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，出現(xiàn)偶然因素，使人們有機(jī)會(huì)補(bǔ)救。鋼材的其他性能一、 冷彎性能由冷彎試驗(yàn)確定。以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格。是判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。鋼材的其他性能WTOS冷彎冷彎性能性能伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率沖擊韌性沖擊韌性鋼材的機(jī)械性能指標(biāo)小結(jié)小

9、結(jié)各種因素對(duì)鋼材性能的影響化學(xué)成分的影響碳素結(jié)構(gòu)鋼中Fe占99%， 其他雜質(zhì)元素占1%；低合金結(jié)構(gòu)鋼中， 合金元素5%。碳（ C） ：鋼材強(qiáng)度的主要來(lái)源。 （純鐵軟）含碳量 ，強(qiáng)度 ，塑性韌性 ，焊接性能 ，抗腐蝕性一般控制在0.22%以下， 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.2以下。含碳量區(qū)分：0.17%0.22% 低碳鋼（用于建筑）0.25%0.6% 中碳鋼（用于機(jī)械）0.6%1.2% 高碳鋼（工具）各種因素對(duì)鋼材性能的影響硫（ S） ：有害元素， 使鋼材“ 熱脆” 。磷（ P） ：有害元素， 使鋼材“ 冷脆” 。錳（ Mn） ： 有益元素。 弱脫氧劑。 提高鋼材強(qiáng)度， 同時(shí)不顯著降低塑性和韌性。硅（

10、Si） ： 有益元素。 強(qiáng)脫氧劑。 提高鋼材強(qiáng)度， 同時(shí)不顯著降低塑性和韌性。釩（ V） ： 有益元素。 細(xì)化晶粒， 既提高強(qiáng)度又可保持塑性。氧（ O） ：有害元素， 使鋼材“ 熱脆” 。氮（ N） ：有害元素， 使鋼材“ 冷脆” 。銅（ Cu） ：提高鋼材抗銹蝕性， 用于耐候鋼。氫（ H) ：有害元素， 使鋼材“ 氫脆”鋼材的焊接性能及硬化含碳量0.12%0.20%最好焊接結(jié)構(gòu)宜用Q235B、 C、D的碳素鋼碳當(dāng)量不超過(guò)0.38的低合金鋼。重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件要用可焊性試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。鋼材的硬化時(shí)效硬化隨時(shí)間的增長(zhǎng)， 碳和氮的化合物從晶體中析出， 使使鋼材的強(qiáng)度提高， 塑性和韌性下降。冷作硬化當(dāng)荷載超

11、過(guò)材料比例極限卸載后， 再次加載則鋼材的屈服點(diǎn)提高， 塑性和韌性降低。強(qiáng)度 ， 塑性韌性 ，脆性增加。 重要結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免。應(yīng)變時(shí)效鋼材產(chǎn)生塑性變形時(shí)， 碳、 氮化合物更易析出。 即冷作硬化的同時(shí)可以加速時(shí)效硬化，也稱(chēng)“ 人工時(shí)效”應(yīng)力集中的影響a.構(gòu)件有孔洞、 槽口、 截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等處， 應(yīng)力線彎轉(zhuǎn)、 密集， 出現(xiàn)應(yīng)力高峰 應(yīng)力集中。b.出現(xiàn)同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)， 阻礙了塑性變形 鋼材變脆。應(yīng)力集中的影響a.構(gòu)件有孔洞、 槽口、 截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等處， 應(yīng)力線彎轉(zhuǎn)、 密集， 出現(xiàn)應(yīng)力高峰 應(yīng)力集中。b.出現(xiàn)同號(hào)應(yīng)力場(chǎng)， 阻礙了塑性變形 鋼材變脆。鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)交

12、變荷載作用下，會(huì)逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞，此現(xiàn)象為疲勞。疲勞破壞的機(jī)理疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷微觀裂紋宏觀裂紋。疲勞破壞的特征屬于脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服點(diǎn)。鋼材的疲勞特征： 具有突然性，是脆性斷裂。經(jīng)歷三個(gè)階段，是延時(shí)斷裂。 斷口分三個(gè)區(qū)域。裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸后瞬間破壞。 對(duì)缺陷十分敏感。兩種類(lèi)型： 常幅疲勞（如機(jī)器零件） 變幅疲勞（如吊車(chē)梁）。鋼材的疲勞三、常幅疲勞驗(yàn)算規(guī)范將構(gòu)件和連接的種類(lèi)分為 8類(lèi)。第1類(lèi)為軋制的型鋼（殘余應(yīng)力?。┢趶?qiáng)度最高；第8類(lèi)為角焊縫應(yīng)力集中最嚴(yán)重疲勞強(qiáng)度最低焊接部位的疲勞強(qiáng)度與鋼材的靜力強(qiáng)度(屈服點(diǎn)fy)基本無(wú)關(guān)。對(duì)于只有

13、壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開(kāi)展，則不會(huì)發(fā)生疲勞破壞，不必進(jìn)行疲勞計(jì)算。對(duì)于非焊接結(jié)構(gòu)，無(wú)殘余應(yīng)力，引入了折算應(yīng)力幅的概念。（由試驗(yàn)得近似值k=0.7）鋼材的疲勞疲勞驗(yàn)算中一些值得注意的問(wèn)題 疲勞計(jì)算采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，采用標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算，不乘動(dòng)力系數(shù)； 規(guī)范的數(shù)據(jù)以試驗(yàn)為依據(jù)，不適用于規(guī)定的8種以外的連接構(gòu)造； 在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不必計(jì)算疲勞；（裂紋不會(huì)擴(kuò)展） 疲勞強(qiáng)度與鋼種無(wú)關(guān)，高強(qiáng)度鋼材不能充分發(fā)揮作用，構(gòu)造細(xì)節(jié)更重要建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用建筑用鋼的種類(lèi)-碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）共有Q195、 Q215、 Q235、 Q255和Q275等5種牌

14、號(hào)鋼號(hào)表示方法：代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值（N/mm2）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A/B/C/D）（低到高）、脫氧方法符號(hào)（F/b/Z/TZ）四個(gè)部分組成。“ F”代表沸騰鋼， “ b”代表半鎮(zhèn)靜鋼， “ Z”代表鎮(zhèn)靜鋼,“TZ”代表特種鎮(zhèn)靜鋼。標(biāo)注時(shí)Z和TZ可省略。例： Q235A.F 屈服點(diǎn)為235N/mm2的A級(jí)沸騰鋼；Q235B 屈服點(diǎn)為235N/mm2的B級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。承重結(jié)構(gòu)一般使用Q235鋼（強(qiáng)度適中，塑性、韌性、焊接性能較好）建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用質(zhì)量等級(jí)A-保證fu、 fy、 ， P、 S含量B-保證fu,fy,冷彎，常溫時(shí)Cv， P、 S、 C含量；C-保證 fu,fy,冷彎,0

15、oC時(shí)Cv， P、 S、 C含量;D-保證fu,fy,冷彎,-20oC時(shí)Cv， P、 S、 C含量。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)共有Q345、 Q390、 Q420、 Q460、 Q500、 Q550、 Q620和Q690等8種牌號(hào)承重結(jié)構(gòu)主要用Q345、 Q390、 Q420鋼質(zhì)量等級(jí)分為A、 B、 C、 D、 E（ 按化學(xué)成分和沖擊韌性劃分），其中E主要是要求-400 C 的沖擊韌性。建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用建筑結(jié)構(gòu)用鋼板(GB/T 19879-2008)純凈度高（有害的S、 P含量少），軋制過(guò)程嚴(yán)格。共有Q235GJ、

16、Q345GJ、 Q390GJ、 Q420GJ和Q460GJ等5種牌號(hào)。承重結(jié)構(gòu)主要用Q235GJ、 Q345GJ、 Q390GJ和Q420GJ鋼材例： Q345GJCZ15 - Q表示屈服點(diǎn)， 345為屈服點(diǎn)數(shù)值，G表示高性能， J表示建筑， C為質(zhì)量等級(jí)（對(duì)應(yīng)00C沖擊韌性要求）， Z15為厚度方向性能級(jí)別。該鋼板純凈度高（有害的S、 P含量少），軋制過(guò)程控制嚴(yán)格，是一種高性能的鋼材，特別適用于地震區(qū)高層大跨等重大鋼結(jié)構(gòu)工程。建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 699-1999)含雜質(zhì)元素較少，缺陷的限制較嚴(yán)格鋼號(hào)：用平均含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)表示，按錳含量分兩類(lèi)。例： 45號(hào)鋼 平

17、均含碳量為萬(wàn)分之45的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；45Mn號(hào)鋼平均含碳量為萬(wàn)分之45，錳的含量也較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。用途：冷拔高強(qiáng)鋼絲、高強(qiáng)螺栓、自攻螺釘?shù)取Ｆ渌ㄖ娩揨向鋼 厚度方向性能鋼板 GB/T5313-1985耐候鋼 耐候結(jié)構(gòu)鋼 GB/T4172-2008鑄鋼件 一般工程用鑄造碳鋼件GB/T11352-2009建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用鋼材規(guī)格熱軋成型的鋼板和型鋼，冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼 。1.鋼板 表示方法： “”加“ 寬度厚度長(zhǎng)度分為:厚鋼板（厚度4.560mm)薄鋼板（厚度0.354mm)扁鋼：厚度460mm，寬度12200mm。熱軋型鋼角鋼 不等邊角鋼熱軋型鋼角鋼 不等邊角鋼“

18、”加“ 邊長(zhǎng)厚度 ”加“ 長(zhǎng)邊寬短邊寬厚度”如： 1258如： 125808建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用工字鋼工字鋼的型號(hào)用符號(hào)“ I”后加截面高度（厘米） 來(lái)表示，加腹板厚度分類(lèi)（a/b/c）例： 20a分普通工字鋼、 輕型工字鋼和H型鋼。H型鋼分為：寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HN表示方法：“ H”后加“ 高度寬度腹板厚度翼緣厚度” （毫米）如： HW4004001321建筑用鋼的種類(lèi)、規(guī)格和選用工字鋼與工字鋼與H型鋼區(qū)別型鋼區(qū)別1、 工字型鋼不論是普通型還是輕型的，由于截面尺寸均相對(duì)較高、較窄，故對(duì)截面兩個(gè)主袖的慣性矩相差較大，因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。對(duì)軸心受壓構(gòu)件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構(gòu)件均不宜采用，這就使其在應(yīng)用范圍上有著很大的局限。 2、 h型鋼屬于高效經(jīng)濟(jì)裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等)，由于截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是h型鋼的翼緣進(jìn)行了加寬，且內(nèi)、外表