学习情景2 建筑钢结构用钢材.pptVIP

低合金高强度结构钢按国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591生产的钢材共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460等5种牌号，板材厚度不大于16mm的相应牌号钢材的屈服点分别为295、345、390、420和460N/mm2。这些钢的含碳量不大于0.20%，强度的提高主要依靠添加少量几种合金元素来达到，合金元素的总量低于5％，故称为低合金高强度钢。0102其中Q345、Q390和Q420均按化学成分和冲击韧性各划分为A、B、C、D、E共5个质量等级，字母顺序越靠后的钢材质量越高。这三种牌号的钢材均有较高的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能，被规范选为承重结构用钢。这三种低合金高强度钢的牌号命名与碳素结构钢的类似，只是前者的A、B级为镇静钢，C、D、E级为特种镇静钢，故可不加脱氧方法的符号。由低碳钢和低合金钢的试验曲线看出，在比例极限（proportionallimit）σp以前钢材的工作是弹性的；比例极限以后，进入了弹塑性阶段；达到了屈服点（yieldpoint或yieldstrength）fy后，出现了一段纯塑性变形，也称为塑性平台；此后强度又有所提高，出现所谓自强阶段，直至产生颈缩而破坏。破坏时的残余延伸率表示钢材的塑性性能。调质处理的低合金钢没有明显的屈服点和塑性平台。这类钢的屈服点是以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力人为定义的，称为名义屈服点或f0.2（见图2.6）。钢材的单调拉伸应力－应变曲线提供了三个重要的力学性能指标：抗拉强度（tensilestrength）fu、伸长率（elongation）δ和屈服点fy。抗拉强度fu是钢材一项重要的强度指标，它反映钢材受拉时所能承受的极限应力。伸长率δ是衡量钢材断裂前所具有的塑性变形能力的指标，以试件破坏后在标定长度内的残余应变表示。屈服点fy是钢结构设计中应力允许达到的最大限值，因为当构件中的应力达到屈服点时，结构会因过度的塑性变形而不适于继续承载。承重结构的钢材应满足相应国家标准对上述三项力学性能指标的要求。断面收缩率ψ是试样拉断后，颈缩处横断面积的最大缩减量与原始横断面积的百分比，也是单调拉伸试验提供的一个塑性指标。ψ越大，塑性越好。由单调拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。韧性可以用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡量，包括弹性能和非弹性能两部分，其数值等于应力－应变曲线（图2.6）下的总面积。由图2.6可以看到，屈服点以前的应变很小，如把钢材的弹性工作阶段提高到屈服点，且不考虑自强阶段，则可把应力－应变曲线简化为图2.7所示的两条直线，称为理想弹塑性体的工作曲线。它表示钢材在屈服点以前应力与应变关系符合虎克定律，接近理想弹性体工作；屈服点以后塑性平台阶段又近似于理想的塑性体工作。这一简化，与实际误差不大，却大大方便了计算，成为钢结构弹性设计和塑性设计的理论基础。图2.7理想弹塑性体应力—应变曲线冷弯性能钢材的冷弯性能（cold-bendingbehavior）由冷弯试验确定。试验时，根据钢材的牌号和不同的板厚，按国家相关标准规定的弯心直径，在试验机上把试件弯曲180°以试件表面和侧面不出现裂纹和分层为合格。冷弯试验不仅能检验材料承受规定的弯曲变形能力的大小，还能显示其内部的冶金缺陷，因此是判断钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材，均应具有冷弯试验的合格保证。钢材的其它性能（2）冲击韧性由单调拉伸试验获得的韧性没有考虑应力集中和动荷作用的影响，只能用来比较不同钢材在正常情况下的韧性好坏。冲击韧性也称缺口韧性（notchtoughness）是评定带有缺口的钢材在冲击荷载作用下抵抗脆性破坏能力的指标，通常用带有夏比V型缺口（CharpyV-notch）的标准试件做冲击试验，以击断试件所消耗的冲击功大小来衡量钢材抵抗脆性破坏的能力。冲击韧性也叫冲击功，用AKV或CV表示，单位为J（1J=1N×1m，即1焦耳＝1牛顿×1米）。各种因素对钢材性能的影响化学成分的影响如前所述，钢是以铁和碳为主要成分的合金，虽然碳和其它元素所占比例甚少，但却左右着钢材的性能。碳是各种钢中的重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈蚀性能等也变劣。硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。当温度达800～1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊