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河南质量工程职业学院教案用纸 第八章 金属材料 第一节 建筑钢材 建筑钢材——是指用于钢结构的各种型钢（如圆钢、角钢、工字钢、管钢等）和用于钢筋混凝土的钢筋、钢丝、钢绞线以及用于围护结构和装修用的各种钢板和复合板等。 建筑钢材的特点 优点：抗拉强度高、塑性和韧性好 能承受冲击和振动荷载 易于加工成板材、型材和线材 良好的焊接和铆接性能 缺点：易锈蚀、维护费用高 耐火性差 生产能耗大 建筑钢材的冶炼 1、原料：生铁 2、目的：降低含碳量和有害杂质含量、提高质量、改善性能 3、方法：氧气转炉炼钢法（主要）、平炉炼钢法、电炉炼钢法 钢和铁的主要区别是——含碳量的多少 生铁的含碳量在2.11%—4.30%，含杂质较多 钢的含碳量在0.03%—2.11%，含杂质较少 一、建筑钢材的分类 1. 按化学成分分类 碳素钢 低碳钢（C0.25%） 中碳钢（0.25～0.6%） 高碳钢（C0.6%） 河南质量工程职业学院教案用纸 合金钢 低合金钢（合金5%） 中合金钢（5～10%） 高合金钢（10%） 2. 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）、特殊镇静钢（TZ） 3．按有害杂质含量分 按钢中有害杂质磷（Ｐ）和硫（S）含量的多少，钢材可分为以下四类： 普通钢(S≤0.050;p≤0.045) 优质钢(S≤0.035;p≤0.035) 高级优质钢(S≤0.025;p≤0.025) 特级优质钢(S≤0.015;p≤0.025) 4．按功能分：结构钢、工具钢、特殊钢 二、钢材的性质 钢材的主要力学性能 （一）抗拉性能 抗拉性能是建筑钢材最重要的性能，表征抗拉性能的技术指标有：屈服点、抗拉强度及伸长率。 （1）屈服点：设计时，一般以屈服强度或屈服点作为强度取值的依据。 通常用σs表示。 对于硬钢，取残余变形为0.2％原始标距长度时的应力作为屈服点，用σ0.2表示。 （２）抗拉强度与屈强比 对应于最高点Ｄ的应力称为抗拉强度，用σb表示。 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强比σs／σb有一定意义。 屈强比愈小，反映钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，因而结构的安全性愈 河南质量工程职业学院教案用纸 高。但屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。 (3) 伸长率 量出拉断后标距部分的长度Ll， 标距的伸长值与原始标距L0的百分率称为伸长率。即 表征了钢材的塑性变形能力。越大越好。 由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε)关系图可知，低碳钢受拉过程可划分为以下4个阶段。 弹性阶段(O—A) 屈服阶段(A—B) 强化阶段(B—C) 颈缩阶段(C—D) 低碳钢拉伸应力(σ)-应变(ε)关系图 (1) 弹性阶段(O—A) 　 在OA范围内应力与应变成正比例关系，如果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段称为弹性阶段。 　 弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹性极限σp。当应力稍低于A点时，应力与应变呈线性正比例关系，其斜率称为弹性模量。 河南质量工程职业学院教案用纸 (2)屈服阶段(A—B) 　 当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而应变迅速增长。在σ-ε关系图上出现了一个接近水平的线段。如果卸去外力已出现塑性变形，AB称为屈服阶段。B下所对应的应力值称为屈服极限σs。 (3)强化阶段(B—C) 　 当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大应力。 (4) 颈缩阶段(C—D) 　 当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生“颈缩”现象并很快断裂。 （二）冲击韧性 1、定义：承受冲击或振荡荷载作用的能力 2、表示方法：韧性指标 以αk表示(J/cm2) αk值越大，表明钢材的冲击韧性愈好。 3、影响因素：化学成分、脱氧程度、环境温度、冷作与时效 （三）硬度 硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形的能力。测定钢材硬度常用布氏法。 其硬度指标为：布氏硬度值HB HB值越大，表示钢材越硬。 （四）耐疲劳性 在反复荷载作用下，钢材在远低于抗拉强度时突然发生断裂，称为疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限表示，其含义是：试件在交变应力下工作，在规定的周期基数内不发生断裂的最大应力。 河南质量工程职业学院教案用纸 疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往