第九章建筑钢材 第一节建筑钢材的基本知识 第二节建筑钢材的性质 口第三节钢材的化学成分对性能的影响 第四节建筑钢材的标准及选用
第九章建筑钢材 ◼ 第一节建筑钢材的基本知识 ◼ 第二节 建筑钢材的性质 ◼ 第三节钢材的化学成分对性能的影响 ◼ 第四节建筑钢材的标准及选用
第一节建筑钢材的基本知识 钢材的分类 )按化学成分分类 国标《钢分类》(GB/T13304—91)规定,按化 学成分分为:非合金钢、低合金钢和合金钢 1、非合金钢即碳素钢,合金元素含量极少 2、低合金钢合金元素含量较低 3、合金钢为了改善钢材的某些性能,加入很多 的合金元素
第一节建筑钢材的基本知识 ◼ 钢材的分类 (一)按化学成分分类 国标《钢分类》（GB/T13304—91）规定，按化 学成分分为：非合金钢、低合金钢和合金钢。 1、非合金钢 即碳素钢，合金元素含量极少 2、低合金钢 合金元素含量较低 3、合金钢 为了改善钢材的某些性能，加入很多 的合金元素
)按主要质量等级分类 按主要质量等级将钢材分为:普通质量钢、优质 钢和特殊质量钢 按脱氧方法分类 钢在冶炼的过程中,不可避免的产生部分氧化铁 并残留在钢水中,降低了钢的质量,因此在铸钐 寸程中要进行脱氧处理。脱氧的方法不同,钢 性能就有所差异,因此钢材又可为:沸腾钢 镇静钢和半镇静(半脱氧)钢。 沸腾钢仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧,脱氧不完全 的 镇静钢用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻 底脱氧的钢 半镇静钢其脱氧程度介于上述二者之间
◼ （二）按主要质量等级分类 按主要质量等级将钢材分为：普通质量钢、优质 钢和特殊质量钢 （三）按脱氧方法分类 钢在冶炼的过程中，不可避免的产生部分氧化铁 并残留在钢水中，降低了钢的质量，因此在铸锭 的过程中要进行脱氧处理。脱氧的方法不同，钢 材的性能就有所差异，因此钢材又可为：沸腾钢、 镇静钢和半镇静（半脱氧）钢。 沸腾钢 仅用弱脱氧剂锰铁进行脱氧，脱氧不完全 的钢 镇静钢 用必要数量的硅、锰和铝等脱氧剂进行彻 底脱氧的钢 半镇静钢 其脱氧程度介于上述二者之间
■钢材的基本组织及化学成分 钢材的基本组织 钢材中的铁和碳原子形成合金有三种基本形式:固溶体、 化合物和机械混合物。固溶体是铁保持原来的晶格,碳溶 解其中;化合物是Fe、C化合成化合物(Fe3C),其晶格 和原来的不同;机械混合物是由上述固溶体与化合物混合 而成。钢就是由上述的单一结合形式或多种形式的组织 成的,具有一定形态的聚合体。钢材的组织有铁素体、渗 碳体和珠光体三种。 1、铁素体试碳在铁中的固溶体,由于原子之间的空隙很 小,对碳的溶解度也很小,接近于纯铁,因此它赋予钢材 良好的延展性、塑性和韧性,但强度和硬度较低。 2、渗碳体是铁和碳组成的化合物Fe3C,含碳量达6.67%, 性质硬而脆,是碳钢的主要强度组分。 3、珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物,其强度很高 塑性和韧性介于上述二者之间。三种基本组织的力学性质 见表7
◼ 钢材的基本组织及化学成分 钢材的基本组织 钢材中的铁和碳原子形成合金有三种基本形式：固溶体、 化合物和机械混合物。固溶体是铁保持原来的晶格，碳溶 解其中；化合物是Fe、C化合成化合物（Fe3C），其晶格 和原来的不同；机械混合物是由上述固溶体与化合物混合 而成。钢就是由上述的单一结合形式或多种形式的组织构 成的，具有一定形态的聚合体。钢材的组织有铁素体、渗 碳体和珠光体三种。 1、铁素体试碳在铁中的固溶体，由于原子之间的空隙很 小，对碳的溶解度也很小，接近于纯铁，因此它赋予钢材 良好的延展性、塑性和韧性，但强度和硬度较低。 2、渗碳体是铁和碳组成的化合物Fe3C，含碳量达6.67%， 性质硬而脆，是碳钢的主要强度组分。 3、珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，其强度很高， 塑性和韧性介于上述二者之间。三种基本组织的力学性质 见表7—1
名称 抗拉强度 延伸率布氏硬度 (Mpa) HB 铁素体 343 40 80 渗碳体 833 200 珠光体 343以下 600
名 称 抗拉强度 (Mpa) 延伸率 (%) 布氏硬度 HB 铁素体 343 40 80 渗碳体 833 10 200 珠光体 343以下 0 600
■当含碳量C=0.8%时全部为珠光体称为共析钢 含碳量低于0.8%时的钢称为亚共析钢 当含碳量高于0.8%时的钢称为过共析钢。建 筑钢材均属亚共析钢。 返回键
◼ 当含碳量C=0.8%时全部为珠光体称为共析钢； 含碳量低于0.8%时的钢称为亚共析钢； ◼ 当含碳量高于0.8%时的钢称为过共析钢。建 筑钢材均属亚共析钢。 返回键
第二节建筑钢材的性质 ■1、强度 建筑钢材的抗拉强度包括:屈服强度、极限抗拉强度、疲 屈服强度(或称屈服极限) 在辫荷教的作用下′开始失对变形的抵拉能力:n并 锯齿形的最高点所对应的应力成为上屈服点(B上);最 低点对应的应力成为下屈服点(B下)。因上屈服点不稳 定,所以国标规定以下厦服点的应力为钢材的属服强度 0S表示 常以残 变形为02%的应力作为屈服强度,用o0.2表示,屈服强 度对钢材的使用有着重要的意义,当构件的实际应力达到 屈服点时,将产生不可恢复的永久性变形,这在结构中是 不允许的,因此屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据 铟材受力变化曲线图(7-2)
第二节 建筑钢材的性质 ◼ 1、强度 建筑钢材的抗拉强度包括：屈服强度、极限抗拉强度、疲 劳强度。 （1）屈服强度（或称屈服极限） 钢材在静荷载的作用下，开始丧失对变形的抵抗能力，并 产生大量塑性变形的应力。如图7—2所示，在屈服阶段， 锯齿形的最高点所对应的应力成为上屈服点（B上）；最 低点对应的应力成为下屈服点（B下）。因上屈服点不稳 定，所以国标规定以下屈服点的应力作为钢材的屈服强度， 用σs 表示。中、高碳钢没有明显的屈服点，通常以残余 变形为0.2%的应力作为屈服强度，用σ0.2 表示，屈服强 度对钢材的使用有着重要的意义，当构件的实际应力达到 屈服点时，将产生不可恢复的永久性变形，这在结构中是 不允许的，因此屈服强度是确定钢材容许应力的主要依据。 钢材受力变化曲线图（7-2）
■(2)极限抗拉强度(或称抗拉强度) 钢材在拉力的作用下能承受的最大拉应力,如图72第Ⅲ 段的最高点。抗拉强度虽然不能直接作为计算的依据 但屈服强度和抗拉强度的比值即屈强比,用σsσb表示 在工程上很有意义。屈强比越小,结构的可靠性越髙,即 防止结构破坏的潜力越大;但此值太小时,钢材的有效利 用率太低,合理的屈强比一般在0.6~075之间。 屈服强度和强度极限是钢材力学性质的主要检验指标。 (3)疲劳强度 钢材承受交变荷载的反复作用时,可能在远低于屈服强度 时发生破坏,这种破坏成为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的指 标即疲劳强度,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,一般把钢材承 受交变荷载106~107此是不发生破坏的最大主应力作为疲 劳强度
◼ （2）极限抗拉强度（或称抗拉强度） 钢材在拉力的作用下能承受的最大拉应力， 如图7—2第Ⅲ 阶段的最高点。抗拉强度虽然不能直接作为计算的依据， 但屈服强度和抗拉强度的比值即屈强比，用σs/σb 表示， 在工程上很有意义。屈强比越小，结构的可靠性越高，即 防止结构破坏的潜力越大；但此值太小时，钢材的有效利 用率太低，合理的屈强比一般在0.6~0.75之间。 屈服强度和强度极限是钢材力学性质的主要检验指标。 （3）疲劳强度 钢材承受交变荷载的反复作用时，可能在远低于屈服强度 时发生破坏，这种破坏成为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的指 标即疲劳强度，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，一般把钢材承 受交变荷载106~107此是不发生破坏的最大主应力作为疲 劳强度
2、弹性 从图7—2可以看出,钢材在静荷载作用下,受拉 的OA阶段,应力和应变成正比,这一阶段成为弹 性阶段,具有这种变形特征的性质称为弹性。在 此阶段中应力和应变的比值称为弹性模量,即 E=0/8,单位MPa。 弹性模量是衡量钢材抵抗变形能力的指标,E越大 使其产生一定量弹性变形的应力值越大;在一定 应力下,产生的弹性变形越小。在工程上,弹性 模量反映了钢材的刚度,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=(20~2.1)*105Mpa
◼ 2、弹性 从图7—2可以看出，钢材在静荷载作用下，受拉 的OA阶段，应力和应变成正比，这一阶段成为弹 性阶段，具有这种变形特征的性质称为弹性。在 此阶段中应力和应变的比值称为弹性模量，即 E=σ/ε，单位MPa。 弹性模量是衡量钢材抵抗变形能力的指标，E越大， 使其产生一定量弹性变形的应力值越大；在一定 应力下，产生的弹性变形越小。在工程上，弹性 模量反映了钢材的刚度，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）*105 Mpa
3、塑性 建筑钢材应有很好的塑性,在工程中,钢 材的塑性通常用伸长率(或断面收缩率) 和冷弯来表示 伸长率是指试件拉断后,标距长度的增量 与原标距长度之比,符号δ,常用%表示, 如图7—3所示拉伸示意图(7-3) 6=(L1-0)/0*100 断面收缩率是指试件拉断后,颈缩处横截 面积的减缩量占原横截面积的百分率,符 号平,常以%表示
◼ 3、塑性 建筑钢材应有很好的塑性，在工程中，钢 材的塑性通常用伸长率（或断面收缩率） 和冷弯来表示。 伸长率是指试件拉断后，标距长度的增量 与原标距长度之比，符号δ，常用%表示， 如图7—3 所示拉伸示意图（7-3） δ=（L1-L0）/L0*100% 断面收缩率是指试件拉断后，颈缩处横截 面积的减缩量占原横截面积的百分率，符 号Ψ，常以%表示