1、任務任務1-2-1:1-2-1:鋼材性能及試驗道路建筑材料課程建設組了解鋼材的分類；了解鋼材的分類；掌握鋼材的力學性質：拉伸性能，冷彎性掌握鋼材的力學性質：拉伸性能，冷彎性能、沖擊韌性和硬度；能、沖擊韌性和硬度；掌握建筑鋼材的化學成分對鋼材性能的影掌握建筑鋼材的化學成分對鋼材性能的影響；響；建筑鋼材主要指用于鋼結構中各種型材(如角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼等)、鋼板、鋼管和用于鋼筋混凝土結構中的各種鋼筋、鋼絲等。 建筑鋼材具有一系列優良的性能它有較高的強度，有良好的塑性和韌性，能承受沖擊和振動荷載；可以焊接或鉚接，易于加工和裝配，所以被廣泛地應用于建筑工程中。但鋼材也存在易銹蝕及耐火性差的缺點鋼一

2、般是由生鐵在煉鋼爐中熔煉而成的；鋼一般是由生鐵在煉鋼爐中熔煉而成的；但是生鐵中含有較多的但是生鐵中含有較多的碳（通常為碳（通常為2%4.5%）和和其他的雜質其他的雜質；就是把熔融的生鐵進行氧化，使含碳量降低到就是把熔融的生鐵進行氧化，使含碳量降低到2%以下，并且使其他雜質以下，并且使其他雜質降低到容許的范圍降低到容許的范圍；一一 鋼材的分類鋼材的分類 鋼材的化學成分鋼材的化學成分 生產鋼不可避免元素：生產鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N專門加入的合金元素：專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、Ni、Nb及稀土元素及稀土元素鐵：主要元素鐵：主要元素碳：碳：0.02%0.02%2.06%

3、 2.06% 其他元素其他元素（一）（一） 分類分類1.1.按化學成分分類按化學成分分類低碳鋼：含碳量低碳鋼：含碳量0.6% （1）碳素鋼）碳素鋼 （碳鋼）（碳鋼） （2）合成鋼）合成鋼 專門加入合金元素專門加入合金元素按合金元素含量分按合金元素含量分 低合金鋼：合金元素總含量低合金鋼：合金元素總含量10% 2 2按雜質含量（品質）分類按雜質含量（品質）分類普通鋼：含硫量普通鋼：含硫量 0.050%，含磷量，含磷量0.045%優質鋼：含硫量優質鋼：含硫量 0.035%，含磷量，含磷量0.035%高級優質鋼：含硫量高級優質鋼：含硫量 0.025%，含磷量，含磷量0.025%，牌號后加牌號后加“高

4、高”或或“A”特級優質鋼：含硫量特級優質鋼：含硫量 0.015%，含磷量，含磷量0.015%， 后后加加“E” 3.3.按冶煉時脫氧程度分按冶煉時脫氧程度分 沸騰鋼：脫氧不充分，代號沸騰鋼：脫氧不充分，代號“F”鎮靜鋼：脫氧充分，代號鎮靜鋼：脫氧充分，代號“2”半鎮靜鋼：脫氧程度介于半鎮靜鋼：脫氧程度介于“F”與與“2”之間，代號之間，代號“b”特殊鎮靜鋼：脫氧徹底，代號特殊鎮靜鋼：脫氧徹底，代號“TZ” 4 4按用途分類按用途分類結構鋼：建筑結構、機械制造（低、中碳鋼）結構鋼：建筑結構、機械制造（低、中碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）工具鋼：各種工具（高碳鋼）特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物

5、理化學性質）特殊鋼：不銹鋼（具有各種特殊的物理化學性質） （二）（二） 鋼材中的常存雜質鋼材中的常存雜質 硫硫：來自礦石燃料，生成來自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時易裂縫，熱脆性。，鋼材加工時易裂縫，熱脆性。磷磷：來自礦石燃料，生成來自礦石燃料，生成Fe3P，脆性很大。，脆性很大。 碳碳：煉鋼氧化過程中存于缸中，害處大于一處，故歸于有害元素。煉鋼氧化過程中存于缸中，害處大于一處，故歸于有害元素。錳錳：煉鋼時脫氧、硫殘留鋼中，具有很強的脫氧、硫能力，大大改善煉鋼時脫氧、硫殘留鋼中，具有很強的脫氧、硫能力，大大改善 鋼材加工性能。鋼材加工性能。硅硅：脫氧劑，較錳強。脫氧劑，較錳強。 兩面性：硅很

6、低時，強度增加；硅很高時，其他性能降低。兩面性：硅很低時，強度增加；硅很高時，其他性能降低。氧氧：與碳、磷相似。與碳、磷相似。 有有 害害 元元 素素二二 建筑材料的主要技術性能建筑材料的主要技術性能力學性質：強度、彈性、塑性、耐磨性力學性質：強度、彈性、塑性、耐磨性 工藝性質（可加工性）：冷彎、可焊性工藝性質（可加工性）：冷彎、可焊性 （一）（一） 力學性能力學性能 1.1.抗拉性能抗拉性能是建筑是建筑鋼材鋼材最最重要重要的力學的力學性能。性能。 拉伸過程分四個階段：拉伸過程分四個階段： OAOA：彈性階段：彈性階段 ABAB：屈服階段：屈服階段 BCBC：強化階段：強化階段 CDCD：頸縮

7、階段：頸縮階段 拉伸性能指標：主要有拉伸性能指標：主要有屈服點、抗拉強度和伸長率等。屈服點、抗拉強度和伸長率等。 （1）屈服強度（屈服點）屈服強度（屈服點） 上屈服強度：試樣首次屈服前的最大應力；上屈服強度：試樣首次屈服前的最大應力； 下屈服強度下屈服強度：不計初始瞬時效應時的最小強度，即：不計初始瞬時效應時的最小強度，即屈服點屈服點0sAFSFsFs 屈服階段最小應力屈服階段最小應力( (首次回針所對應的力首次回針所對應的力),N),N；AoAo 鋼材的截面積，鋼材的截面積，mmmm2 2。 注意：注意：有些鋼材無明顯屈服點（合金鋼、高碳鋼等硬鋼），有些鋼材無明顯屈服點（合金鋼、高碳鋼等硬鋼

8、）， 應采用產生殘余變形為應采用產生殘余變形為0.2%0.2%原標距長度時的應力原標距長度時的應力 作為屈服點（稱條件屈服點）作為屈服點（稱條件屈服點）, ,記為記為0.20.2或者或者P0.2P0.2。 （2 2）抗拉強度：）抗拉強度：鋼材所能承受的最大強度。鋼材所能承受的最大強度。F Fb b為最大應力，為最大應力，N N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，因此，強屈比一般不低于強屈比一般不低于1.21.2，抗震結構一般不低于，抗震結構一般不低于1.251.25。0bAFb可靠性參數可靠性參數 sb強屈比值得注意：值得注意：強屈比的概念強屈比

9、的概念值值越大可靠性越高，安全性越高，越大可靠性越高，安全性越高，但利用率降低，浪費增大。但利用率降低，浪費增大。（3 3）伸長率：）伸長率：塑性指標塑性指標 。意義：意義： 值值越大，塑性增強，可避免結構過早破壞；加工性越大，塑性增強，可避免結構過早破壞；加工性 增強，增強， 安全性增強。安全性增強。 值有兩種：值有兩種： 5 5表示表示l l0 0=5d=5d0 0，d d0 0鋼材直徑；鋼材直徑； 1010l l0 0=10d=10d0 0。%100lll001l lo o試件原始標距長度，試件原始標距長度，mm mm ；l l1 1試件拉斷后測定出伸長后標距部分的長度，試件拉斷后測定出

10、伸長后標距部分的長度，mmmm。 （4 4）斷面收縮率：）斷面收縮率：塑性指標。塑性指標。 A AO O試樣拉斷后頸縮處的截面積，試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2； A A1 1表示鋼材的原始截面積，表示鋼材的原始截面積，mm2。伸長率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經受塑性變形的能力。伸長率和斷面收縮率均表示鋼材斷裂前經受塑性變形的能力。010AAA 2.2.沖擊韌性沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 試驗方法：試驗方法：標準試件的彎曲沖擊韌性試驗。標準試件的彎曲沖擊韌性試驗。 指標：指標：試件缺口處單位截面積上所消耗的功試件缺口處單位截面積上所消耗的功, ,計作計作

11、a ak,k,J/cmJ/cm2 2。 a ak k值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。值愈大，鋼材的沖擊韌性愈好。 3.3.耐疲勞性耐疲勞性疲勞破壞疲勞破壞：交變荷載反復作用，：交變荷載反復作用，鋼材在應力低于屈服強度時鋼材在應力低于屈服強度時, ,突突然發出脆性斷裂的現象。然發出脆性斷裂的現象。 危害極大危害極大沖擊韌性試驗原理圖沖擊韌性試驗原理圖 4. .硬度硬度-指鋼材抵抗較硬物體壓入產生局部變形的能力。 測定鋼材硬度常用布氏法。 布氏法是用一直徑為D的硬質鋼球，在荷載P(N)的作用下壓入試件表面，經規定的時間后卸去荷載，用讀數放大鏡測出壓痕直徑d，以壓痕表面積(mm2)除荷載P，即為布氏硬度

12、值HB。HB值越大，表示鋼材越硬。（二）（二） 工藝性能工藝性能 冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。冷彎性能：常溫下鋼材承受彎曲變形的能力。 焊接性能：鋼結構中焊接性能：鋼結構中90%90%以上為焊接結構以上為焊接結構, ,焊接性非常重要。焊接性非常重要。 （1 1）冷彎性能）冷彎性能冷彎性能試驗：冷彎性能試驗：試件被彎曲的角度（試件被彎曲的角度（9090、180180）。）。 冷彎試驗意義：冷彎試驗意義：能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在能反映試件彎曲處的塑性變形，能揭示鋼材是否存在內部組織不均勻、內應力和夾雜物等缺陷。內部組織不均勻、內應力和夾雜物等缺陷。 冷彎試驗也能對

13、鋼材的焊接質量進行嚴格的檢驗，能揭示焊件受彎表冷彎試驗也能對鋼材的焊接質量進行嚴格的檢驗，能揭示焊件受彎表面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。面是否存在未熔合，裂縫及夾雜物等缺陷。 判定標準：判定標準：若試件彎曲處的若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，外表面無裂斷、裂縫或起層，認為冷彎性能合格。認為冷彎性能合格。（2 2）焊接性能）焊接性能q 焊接方式：搭接、對接焊接方式：搭接、對接q 焊接要求：焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過熱區）不產生焊接處（焊縫及其附近過熱區）不產生q 裂縫及硬脆傾向。裂縫及硬脆傾向。q 焊接處與母材一致，即拉伸試驗，強度焊接處與母材一致，即拉伸試驗，強度q 不

14、低于原鋼材強度。不低于原鋼材強度。q 影響因素：影響因素：碳、合金元素等雜質元素越多，可焊性越小。碳、合金元素等雜質元素越多，可焊性越小。三三 鋼材的強化與加工鋼材的強化與加工 （一）（一） 冷加工冷加工 指鋼材在常溫下進行的加工。指鋼材在常溫下進行的加工。 常見的冷加工方式：常見的冷加工方式：冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。冷拉、冷拔、冷軋、冷扭、刻痕等。 特點：特點：鋼材經冷加工產生塑性變形，從而提高其屈服強度，鋼材經冷加工產生塑性變形，從而提高其屈服強度， 這一過程稱為這一過程稱為冷加工強化處理冷加工強化處理。 （二）（二） 時效處理時效處理 將經過冷拉的鋼筋于將經過冷拉的鋼筋于常溫下存

15、放常溫下存放151520d20d，或，或 加熱到加熱到100100200200并保持一段時間并保持一段時間, ,這個過程稱為時效處理。這個過程稱為時效處理。自然時效自然時效作用作用: : 鋼筋冷拉以后再經過鋼筋冷拉以后再經過 時效處理，其屈服點時效處理，其屈服點 進一步提高，塑性繼進一步提高，塑性繼 續有所降低。續有所降低。 時效過程中應力的消減，時效過程中應力的消減， 彈性模量可基本恢復。彈性模量可基本恢復。人工時效人工時效 一般鋼：一般鋼：碳、磷、硫、氧、氮等；碳、磷、硫、氧、氮等；合金鋼合金鋼：為改善鋼材的某些性質，特意為改善鋼材的某些性質，特意加入的元素，如錳、硅、釩、鈦等。加入的元素

16、，如錳、硅、釩、鈦等。1 1） 磷磷-使鋼材的拉伸強度提高，使鋼材的拉伸強度提高，塑性和韌性下降，能顯著增加鋼材的冷塑性和韌性下降，能顯著增加鋼材的冷脆性，降低鋼材的可焊性；脆性，降低鋼材的可焊性；2 2） 硫硫-能使鋼材產生熱脆性，降低鋼材的能使鋼材產生熱脆性，降低鋼材的熱加工與可焊性；熱加工與可焊性；3 3 ）氧、氮）氧、氮-降低鋼材的力學性質，嚴重降低鋼材的力學性質，嚴重影響了鋼材的韌性，并能促進時效，降低影響了鋼材的韌性，并能促進時效，降低鋼材的可焊性鋼材的可焊性；4 4 ）錳、硅）錳、硅-為脫氧而有意加入的元素，為脫氧而有意加入的元素，能顯著提高鋼材的強度，對塑性與韌性的能顯著提高鋼

17、材的強度，對塑性與韌性的影響不是很大。影響不是很大。5 5） 碳對鋼材的力學性質的影響碳對鋼材的力學性質的影響能性學力 碳是鋼材中最重要的元素，對鋼材的性質起碳是鋼材中最重要的元素，對鋼材的性質起決定性的影響，鋼材中含碳量一般是決定性的影響，鋼材中含碳量一般是2%2%以下。以下。 隨著隨著含碳量含碳量的增加，鋼材的性能變化為：的增加，鋼材的性能變化為： 鋼材的鋼材的強度強度相應的先增加后減?。幌鄳南仍黾雍鬁p小；硬度硬度相應增加；相應增加；而而塑性與韌性塑性與韌性相應下降；相應下降；鋼材的鋼材的冷彎性能冷彎性能、焊接與抗腐蝕性能焊接與抗腐蝕性能降低降低五五 鋼材的銹蝕與防護鋼材的銹蝕與防護 （

18、一）（一） 鋼材的銹蝕鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質發生化學反應而遭到的破壞，鋼材表面與其周圍介質發生化學反應而遭到的破壞，稱為鋼材的銹蝕。稱為鋼材的銹蝕?；瘜W銹蝕化學銹蝕電化學銹蝕電化學銹蝕鋼材直接與周圍介質發生化學反應產生銹蝕，多數鋼材直接與周圍介質發生化學反應產生銹蝕，多數是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環境是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環境中反應緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發展迅速。中反應緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發展迅速。鋼材本身組成上的原因和雜質的存在，在表面介質鋼材本身組成上的原因和雜質的存在，在表面介質的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池

19、，鐵元的作用下，各成分電極電位的不同，形成微電池，鐵元素失去了電子成為素失去了電子成為FeFe2+2+進入介質溶液，與溶液中的進入介質溶液，與溶液中的OHOH- -離離子結合生成子結合生成FeFe（OHOH）2 2。銹蝕的結果：銹蝕的結果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結構斷面減小，在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結構斷面減小， 降低鋼材的性能，因而承載力降低。降低鋼材的性能，因而承載力降低。 （二）（二） 鋼材的防護鋼材的防護 三個方面：三個方面：從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環境中的侵蝕從改變鋼材本身的易腐蝕性、隔離環境中的侵蝕性介質或改變鋼材表面的電化學過程。性介質或改變鋼材表面的電化

20、學過程。（1 1）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼）采用耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼）（2 2）金屬覆蓋）金屬覆蓋 電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面。電鍍或噴鍍的方法覆蓋在鋼材表面。（3 3）非金屬覆蓋）非金屬覆蓋 在鋼材表面用金屬材料做為保護膜在鋼材表面用金屬材料做為保護膜, , 如噴涂涂料、如噴涂涂料、 搪瓷和塑料等。搪瓷和塑料等。（4 4）混凝土用鋼筋的防銹）混凝土用鋼筋的防銹 六六 鋼結構用鋼鋼結構用鋼 1.1.碳素結構鋼碳素結構鋼（1 1）碳素結構鋼的牌號）碳素結構鋼的牌號 表示按順序：表示按順序：屈服點字母（屈服點字母（Q Q）、屈服點數值（單位）、屈服點數值（單位MPaMPa）、）、 質量等級（有

21、質量等級（有A A、B B、C C、D 4D 4級，逐級提高）和脫氧方法級，逐級提高）和脫氧方法 （F F：沸騰鋼，：沸騰鋼，b b：半鎮鋼，：半鎮鋼，Z Z：鎮靜鋼，：鎮靜鋼，TZTZ：特殊鎮鋼。：特殊鎮鋼。 牌號表示時牌號表示時Z Z、TZTZ可省略）。可省略）。 例如：例如：Q235Q235A AF F 表示屈服點為表示屈服點為235MPa235MPa，A A級沸騰鋼。級沸騰鋼。 Q235Q235B B 表示屈服點為表示屈服點為235MPa235MPa，B B級鎮靜鋼。級鎮靜鋼。 （2 2）碳素結構鋼的選用）碳素結構鋼的選用碳素結構鋼依牌號增大，含碳量增加，其強度增大，但塑性和韌性降低。

22、碳素結構鋼依牌號增大，含碳量增加，其強度增大，但塑性和韌性降低。建筑工程中主要應用建筑工程中主要應用Q235Q235號鋼號鋼, ,可用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋?？捎糜谲堉聘鞣N型鋼、鋼板、鋼管與鋼筋。 具有較高的強度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好具有較高的強度，良好的塑性、韌性，可焊性及可加工等綜合性能好, ,且且 冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結構。其中冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結構。其中C C、D D級可用在重要級可用在重要 的焊接結構。的焊接結構。Q195Q195、Q215Q215號鋼材強度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作號鋼材強度較低

23、，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作 鉚釘、鋼筋等。鉚釘、鋼筋等。Q225Q225、Q275Q275號鋼材強度高，但塑性、韌性、可焊性差，號鋼材強度高，但塑性、韌性、可焊性差， 可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結構中的構件及螺栓等。可用于鋼筋混凝土配筋及鋼結構中的構件及螺栓等。受動荷載作用結構、焊接結構及低溫下工作的結構，不能選用受動荷載作用結構、焊接結構及低溫下工作的結構，不能選用A A、B B質量質量 等級鋼及沸騰鋼。等級鋼及沸騰鋼。 2.2.低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼 （1 1）低合金高強度鋼的牌號）低合金高強度鋼的牌號 共有共有5 5個牌號個牌號牌號由三部分表示：牌號由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位數字表示平均含碳量的萬分數；其后的元素符合表示按主次加數字表示平均含碳量的萬分數；其后的元素符合表示按主次加入的