第7章 建筑钢材 土木工程材料.ppt

第 7 章 建 筑 钢 材 一 钢材的分类 1 按化学成分分类 （１）碳素钢 碳素钢的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁碳合金。含碳量为0.02～2.06％。此外尚含有极少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。 碳素钢按含碳量可分为： 低碳钢（含碳量小于0.25％） 中碳钢（含碳量0.25～0.60％） 高碳钢（含碳量大于0.60％） （２）合金钢 是指在炼钢过程中，有意识地加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。常用合金元素有：硅、锰、钛、钒、铌、铬等。 按合金元素总含量的不同，合金钢可分为 低合金钢（总含量小于5％） 中合金钢（总含量为5~10％） 高合金钢（总含量大于10％） 2 按脱氧程度分类 （１）沸腾钢 炼钢时仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全。这种钢水浇入锭模时，会有大量的ＣＯ气体从钢水中逸出，引起钢水呈沸腾状，故称沸腾钢，代号为Ｆ。沸腾钢组织不够致密，成分不太均匀，硫、磷等杂质偏析较严重，质量较差。因成本低、产量高，广泛用于一般建筑工程。 （２）镇静钢 炼钢时采用锰铁、硅铁和铝锭等作脱氧剂，脱氧完全，同时能起去硫作用。这种钢水铸锭时能平静地充满锭模并冷却凝固，故称镇静钢，代号为Ｚ。镇静钢成本较高，组织致密，成分均匀，性能稳定，质量好。适用于预应力混凝土等重要的结构工程。 （３）半镇静钢 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，为质量较好的钢，其代号为ｂ。 （４）特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度还要充分彻底的钢，质量最好，适用于特别重要的结构工程，代号为TZ。 3 按有害杂质含量分类 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： （１）普通钢：磷≤0.045％；硫≤ 0.050% （２）优质钢：磷≤ 0.035%；硫≤ 0.035% （３）高级优质钢：磷≤ 0.025%；硫≤ 0.025 % （４）特级优质钢：磷≤ 0.025%；硫≤ 0.015% 二 钢材的技术性质 1 强度与塑性 抗拉性能是建筑钢材最重要的技术性质。技术指标为由拉力试验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率。低碳钢（软钢）受拉的应力——应变图能够较好地解释这些重要的技术指标见图。低碳钢受拉时的应力——应变图： （１）屈服点 当试件拉力在 ＯＢ范围内时，如卸去拉力，试件能恢复原状，应力与应变的比值为常数，该阶段被称为弹性阶段。当对试件的拉伸进入塑性变形的屈服阶段ＢＣ时，称屈服下限Ｃ下所对应的应力为屈服强度或屈服点，记做σs。设计时一般以σs作为强度取值的依据。对屈服现象不明显的钢材，规定以0.2％残余变形时的应力σ0.2作为屈服强度。 （２）抗拉强度 从图中ＣＤ曲线逐步上升可以看出：试件在屈服阶段以后，抵抗塑性变形的能力又重新提高，称为强化阶段。对应于最高点Ｄ的应力称为抗拉强度，用σb表示。 屈强比 设计中抗拉强度虽然不能利用，但屈强 比有一定意义： 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，结构的安全性愈高。 但屈强比太小，则反映钢材不能有效地被利用。 (3) 伸长率 图中当曲线到达Ｄ点后，试件薄弱处急剧缩小，塑性变形迅速增加，产生“颈缩现象”而断裂。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 伸长率表征了钢材的塑性变形能力。由于在塑性变形时颈缩处的伸长较大，故当原始标距与试件的直径之比愈大，则颈缩处伸长中的比重愈小，因而计算的伸长率会小些。 通常以δ5和δ10分别表示L0=5d0和 L0=10d0（ｄ0为试件直径）时的伸长率。对同一种钢材，δ5应大于δ10。 2 冷弯性能 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材的重要工艺性能。 冷弯性能指标是通过试件被弯曲的角度（90°、180°）及弯心直径 ｄ对试件厚度（或直径）a的比值（ｄ/a）区分的，试件按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。 3 冲击韧性 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。冲击韧性指标是通过标准试件的弯曲冲击韧性试验确定的。以摆锤打击试件，于刻槽处将其打断，试件单位截面积上所消耗的功，即为钢材的冲击韧性指标，用冲击韧性ak（kＪ/mm2）表示。 ak值愈大，冲击韧性愈好。 钢材的化学成分、组织状态、内在缺陷及环境温度都会影响钢材的冲击韧性。 试验表明，冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始下降缓和，当达到一定温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种脆性称为钢材的冷脆性。 发生冷脆时的温度称为临界温度，其数值愈低，说明钢材的低温冲击性能愈好。所以在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较工作温度为低的钢材。 随时间的延长而表现出强度提高，塑性和冲