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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δ5和δ10分别表示L0=5d0和L0=l0d0时的伸长率。对于同一种钢材,其δ5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HB175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.自然时效c.人工时效冷拔示意图(三)焊接性能1、焊接是各种型钢、钢板、钢筋的重要联接方式。2、焊接性能3、有关因素:钢材可焊性能的好坏,主要取决于钢的化学成分。4、钢筋焊接应注意的问题是:搭节焊电弧焊坡口焊帮条焊
本文标题:第七章建筑钢材
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