8.2～8.3 建筑钢材的主要技术性能、钢材的冷加工和热处理（课件）- 《建筑材料》同步教学（重庆大学·2023）

§8.2 建筑钢材的主要技术性能 建筑钢材的技术性能 力学性能 工艺性能 化学性能 拉伸性能 冲击韧性 疲劳强度 硬 度 焊接性能 冷弯性能 2 一、 力学性能 （一）拉伸性能 拉伸性能是建筑钢材最主要的技术性能。通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率，这些是钢材的重要技术性能指标。 1. 低碳钢的拉伸性能 钢材的拉伸演示过程以低碳钢为例 L0 F1 F1 F2 F2 F3 F3 d0 L0=5d0或10d0 ΔL1 ΔL2 5 （1）拉伸试验过程 OA为弹性阶段。 在OA范围内，随着荷载的增加，应变随应力成正比增加。如卸去荷载，试件将恢复原状，表现为弹性变形，与A点相对应的应力为弹性极限，用σP表示。 在OA范围内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量，用E表示，即 α 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 试验表现：该阶段在材料万能试验机上表现为指针不动(即使加大送油)或来回窄幅摇动。 图形的特点：一条波动的曲线，应力增加很小，而应变增加很大。 试件的特点：所能承受的拉力增加很小，而塑性变形迅速增加，似乎钢材不能承受外力—— 屈 服。 计算指标： 屈服强度（也叫屈服点） （C下点对应的应力） 钢材受力达屈服点后，变形即迅速发展，尽管尚未破坏但已不能满足使用要求。故设计中一般以屈服点作为强度取值依据。 图形的特点：一段上升的曲线。 试件的特点：抵抗塑性变形的能力又重新提高——强化。 计算的指标：抗拉强度 （D点对应的应力）。 抗拉强度不能直接利用，但屈服点与抗拉强度的比值(即屈强比)，能反映钢材的安全可靠程度和利用率。 屈强比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，结构越安全。 屈强比过小，则钢材有效利用率太低，造成浪费。 图形的特点：一段下降的曲线。 试件的特点：变形迅速发展，在有杂质或缺陷处，断面急剧缩小——颈缩，直到断裂。 计算的指标：伸长率δ （2）拉伸过程的参数 强度指标： 屈服强度 抗拉强度 （A0—钢筋的公称横截面积） 塑性指标（伸长率）： 通常钢材拉伸试件取 l0 = 5d0或 l0 = 10d0，对应的伸长率分别记为δ5和δ10 ，对于同一钢材， δ5≥δ10 。 某钢筋试件直径为25mm，原标距为125mm。进行拉伸试验，测得下列数据：屈服点荷载为201.0kN，断裂时的最大荷载为250.3kN，拉断后标距范围内的长度变为138mm。求该钢筋的屈服强度、抗拉强度及伸长率。 例 题 （1）屈服强度：（201.0×103）÷（1/4×П×252） = 409.7MPa （2）抗拉强度：（250.3×103）÷（1/4×П×252） = 510.2MPa （3）伸长率：（138-125）÷125×100% = 10.4% 解 2. 高碳钢（硬钢）的拉伸性能 硬钢强度高，塑性差，拉伸过程无明显屈服阶段，无法直接测定屈服强度。用条件屈服强度 来代替屈服强度。 条件屈服点 ：使硬钢产生0.2%塑性变形时的应力。见左图。 二、冲击韧性 定义：钢材抵抗冲击荷载的能力。 试验：以标准摆锤冲击刻槽试件的背面，使试件受到冲击后发生 断裂，断裂后缺口处单位截面上所消耗的功。 化学成分 例如：S、P含量的增加，冲击韧性降低。 冶炼及轧制质量 冶炼和加工质量越高，冲击韧性越低。 温 度 随温度的降低，冲击韧性下降。 注：对于直接承受动荷载，而且可能在负温下工作的重要结构，必须按有关规范要求，进行钢材的冲击韧性检验。 钢材的冲击韧性与温度的关系 影响因素： 定 义：指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。 考核指标： 弯心直径d=na(a为试件的直径或厚度；n为自然数，其大小由试验标准来规定) 弯曲角度(90о或180о) 合格标准： 弯曲处若无裂纹、断裂及起层等现象，即认为冷弯试验合格。 三、工艺性能 1. 冷弯性能 建筑工程中，钢材间的连接90%以上采用焊接方式。因此，要求钢材应有良好的焊接性能。 可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其附近过热区是否产生裂缝及脆硬倾向，焊接后接头强度是否与母体相近的性能。 定 义： 2. 焊接性能 含碳量小于0.3%的碳素钢具有良好的可焊性，超过0.3%，可焊 性变差； 硫含量