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* * 第十九章 钢结构的材料 本章主要介绍钢材的破坏形式、力学性能指标、影响钢材性能的主要因素以及钢材的分类和规格。 1 钢材破坏的形式 2 钢材的主要力学性能 3 影响钢材性能的因素 4 钢材在复杂应力状态下的工作性能 5 钢材种类、牌号及其选用 第一节 钢材破坏的形式 1.钢材破坏的形式的种类： 塑性破坏和脆性破坏 塑性破坏： 是由于变形过大，超过了钢材可能的应变能力而产生的，而且仅在钢材的应力超过屈服强度，并达到了钢材的极限抗拉强度 ?u才发生。 2. 塑性破坏的特征： 破坏前构件产生明显的塑性变形，破坏后的断口呈纤维状，色泽发暗。 3. 脆性破坏：几乎不出现塑性变形的突然破坏称脆性破坏。断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大，必须加以防止。 4.脆性破坏的特点： 钢材破坏前的塑性变形很小，甚至没有塑性变形，平均应力一般低于钢材的屈服强度，破坏从应力集中处开始。 5.导致脆性破坏的因素： 化学成分 冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层） 温度（热脆、低温冷脆） 冷作硬化和时效硬化 应力集中 同号三向主应力状 态 第二节 钢材的主要力学性能 钢材的力学性能： 通常是指钢材试件在标准试验条件下均匀拉伸、 冷弯和冲击等单独作用下表现出的各种力学性能。 钢材拉伸试验的力学性能可以用试件拉伸应力——应变关系曲线来说明。　 1、单向均匀受拉时的荷载--变形曲线 　图中曲线，可以把钢材的工作特性分为下列几个阶段（P372） 　　1．弹性阶段（OE） 　　2．屈服阶段（ECF） 　　3．强化阶段（FB） 　　4．颈缩阶段（BD） 2、钢材的冷弯性能 钢材的冷弯性能是衡量钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时对裂纹的抵抗能力的一项指标。钢材的冷弯性能取决于钢材的质量和弯心直径d对钢材厚度a的比值。 钢材的冷弯试验一方面是检验钢材能否适应构件制作中的冷加工工艺过程；另一方面通过试验还能暴露出钢材的内部冶金和轧制缺陷。因此冷弯性能也是反映钢材在复杂应力状态下塑性变形能力和质量的一项综合指标。 采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。按规定的弯曲角和弯心直径进行试验时，试件的弯曲处不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。 3、钢材的冲击韧性 冲击韧性 冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用下吸收机械能的一种的能力。是衡量钢材抵抗可能低温、应力集中，冲击作用而导致脆性断裂的一项力学性能指标。 钢材的冲击韧性的影响因素：钢材质量、试件缺口、加载速度以及温度有关，尤其是低温的影响较大。 4、钢材的可焊性 钢材的可焊性是指一定的工艺和结构条件下，钢材经过焊接能够获得良好的焊接接头性能。可焊性可分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。 第三节 影响钢材性能的因素 1、化学成分 钢是由多种化学成分组成的，铁（Fe）是钢材的基本元素。 低碳钢：（Q235）Fe（99%），C、Mn、Si、O、S、N、P（1%）； 低合金钢：（16Mn）Fe（95%），合金元素（低于5%）。 （1）含C越多，钢材的强度越高，塑性、韧性越差，脆性提高，可焊性变差；故一般碳含量≤0.22%，对焊接结构≤0.20%； （2）Mn为弱脱氧剂，是有益元素； （3）Si为强脱氧剂，是有益元素； （4）O、S是有害元素，含量过高会导致“热脆”（在热加工过程中，使钢材变脆，而出现裂缝或断裂），因此限制含量≤0.045%； （5）N、P有害元素，带来冷脆性（在冷加工过程中或低温下 工作时，使钢结构韧性降低，并容易产生脆性破坏），控制含量≤0.045%。 2、钢材生产过程的影响 钢材的生产经过冶炼、浇注、轧制和矫正等工序才能完成，多道工序对钢材的力学性能有一定的影响。 b、顶吹氧气转炉法 冶炼方法 a、碱性平炉炼钢法 c、碱性侧吹转炉炼钢法 冶炼的过程： 主要是控制钢材的化学成分，平炉钢和顶吹氧气转炉钢对钢材力学性能和碳、硅、锰、硫、磷等元素的含量无明显的差别，两者冶炼的钢材质量较好。但氧气转炉钢具有投资少、生产效率高、原材料适应性大灯优点，已成为炼钢工业发展的主要方向。 钢液出炉后在钢罐中铸成钢锭，为排除氧化铁等杂质，通常在钢罐中加入脱氧剂。根据脱氧剂程度的不同钢可分为一下几种。 沸腾钢 ： 是以锰作为脱氧剂的。 塑性、韧性和可焊性较差，容易发生时效硬化和变脆。 半沸腾钢 镇静钢：晶粒较