第二章鋼材材料

1、鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能材料及選用交流郵箱：HI主講:劉亮聯(lián)系電話PT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： PPT論壇： 鋼結(jié)構(gòu)的鋼材必須具備以下性能1.較高的強度。2.足夠的變形能力。3.良好的加工性能。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工作條件，在必要時還應(yīng)該具有適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕、以及重復(fù)荷載作用等。新鋼規(guī)推薦的普通碳素結(jié)構(gòu)用鋼Q235和低合金高強度鋼Q345、Q390、Q420等。2.1概述由Q+數(shù)字+

2、質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點，后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點(s)為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。必要時鋼號后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號，即Z和TZ都可不標(biāo)。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷

3、下載： 教案下載： PPT論壇： 一、煉鐵（2.06%以上）鐵礦石、焦炭、石灰石、錳礦石，在高溫下成為熔融的生鐵生鐵含碳量超過2.06%的鐵碳合金。 （例鑄鐵管、機器零件）二、煉鋼（低于2.06%）通過氧化作用除去生鐵中多余的碳和其他雜質(zhì)電爐（成本高）、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、平爐（已被取代）三、鋼材的澆鑄和脫氧沸騰鋼用錳作脫氧劑，成本低，但質(zhì)量較差，不適合連鑄工藝；鎮(zhèn)靜鋼用錳加硅作脫氧劑，成本高，質(zhì)量好，適合連鑄；特殊鎮(zhèn)靜鋼用鋁補充脫氧。2.2鋼材的生產(chǎn)PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教

4、程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： PPT論壇： 沸騰鋼（F）是指在爐中和盛鋼桶中的熔煉鋼液中僅用弱脫氧劑錳鐵進行脫氧。當(dāng)鋼液鑄錠時，鋼液中仍保留有相當(dāng)多的氧化鐵，與其中的碳化合生成一氧化碳（CO）等其他氣體大量逸出致使鋼液劇烈“ 沸騰” ，因此稱為沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼（Z）是指在熔煉鋼液中加入錳和適量的強脫氧劑硅進行較徹底脫氧，鋼液鑄錠子時不再發(fā)生沸騰現(xiàn)象而在錠模內(nèi)平靜地逐漸冷卻。特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ)是指在采用硅脫氧之后，再用鋁或鈦進行補充脫氧，進一步減少鋼中有害氧化物，并把氮化合成非常細(xì)小的氮化鋁或氮化鈦，能明顯改善各種力學(xué)性能，提高鋼材的可焊性。2.2鋼材的生

5、產(chǎn)鋼材的組織構(gòu)造和缺陷一、鋼材的組織構(gòu)造鐵素體約占鋼重量的99%， 強度硬度低、 塑性、 韌性好， 晶粒狀；滲碳體熔點高、 硬度大， 珠光體類網(wǎng)狀間層。二、鋼材的鑄造缺陷冷卻速度不同，鋼錠內(nèi)形成不同的結(jié)晶帶；冶金缺陷： 偏析、 非金屬夾雜、氣孔、縮孔、 裂紋。鋼材的生產(chǎn)方法一、熱加工（如軋制）使金屬晶粒變細(xì)， 壓合缺陷， 性能得到改善。軋制壓縮比大的鋼材強度較高。 （ 故鋼材的強度按板厚分組 ）二、冷加工（拉拔、擠壓）產(chǎn)生冷作硬化，強度提高但塑性、韌性減少。應(yīng)盡量避免局部冷加工硬化。三、熱處理退火、 正火、 淬火、 回火， 調(diào)質(zhì)處理=淬火高溫回火鋼材的生產(chǎn)方法退火:將鋼材加熱至850-900，

6、保溫一段時間，隨爐溫下降至500以下，再放至空氣中冷卻；目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火:將鋼材加熱至850-900，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻；正火的效果同 退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火:將鋼材加熱至900以上，保溫后快速在水中或油中冷卻；火后鋼件變硬，但同時變脆，為了及時消除脆性，一般需要及時回火?；鼗?將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進行保溫，而后在空氣中冷卻；調(diào)質(zhì)處理=淬火高溫回火，降低脆性鋼材的主要性能鋼材的破壞形式一、塑性破壞破壞前有較大

7、的塑性變形，經(jīng)歷時間較長，斷口呈纖維狀，色發(fā)暗。二、脆性破壞破壞前沒有明顯塑性變形和征兆，斷口平齊，呈有光澤的晶粒狀。往往瞬間發(fā)生破壞，無法察覺和補救，后果嚴(yán)重！塑性變形的微觀原因：達到一定應(yīng)力時，鐵素體失去珠光體間層的約束，通過錯位移動形成滑移。鋼材雖然塑性好，但在某些條件下（高碳鋼、應(yīng)力集中、 低溫、 疲勞等）， 存在發(fā)生脆性破壞的可能性。曾有不少事故鋼材在單向一次拉伸下的工作性能1. 條 件 ： 標(biāo) 準(zhǔn) 試 件 （GB22863 ） ， 常 溫 （20 ）下緩慢加載， 一次完成。 含碳量為0.1%0.3%。標(biāo)準(zhǔn)試件： lo/d=5或10； lo-標(biāo)距； d -直徑鋼材在單向一次拉伸下的工

8、作性能鋼材在單向一次拉伸下的工作性能B.對無明顯屈服點的鋼材該種鋼材在拉伸過程中沒有屈服階段，塑性變形小，破壞突然。設(shè)計時取相當(dāng)于殘余變形為0.2%時所對應(yīng)的應(yīng)力作為屈服點應(yīng)變曲線提供了三個重要的力學(xué)性能指標(biāo)：因為：(1)計算簡便；(2)雖然fu fy ，但對應(yīng)的應(yīng)變非常大（正常極限狀態(tài)不滿足）；(3)以fy作為設(shè)計強度的依據(jù)，具有較大的強度儲備，出現(xiàn)偶然因素，使人們有機會補救。鋼材的其他性能一、 冷彎性能由冷彎試驗確定。以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格。是判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。鋼材的其他性能WTOS冷彎冷彎性能性能伸長率伸長率沖擊韌性沖擊韌性鋼材的機械性能指標(biāo)小結(jié)小

9、結(jié)各種因素對鋼材性能的影響化學(xué)成分的影響碳素結(jié)構(gòu)鋼中Fe占99%， 其他雜質(zhì)元素占1%；低合金結(jié)構(gòu)鋼中， 合金元素5%。碳（ C） ：鋼材強度的主要來源。 （純鐵軟）含碳量 ，強度 ，塑性韌性 ，焊接性能 ，抗腐蝕性一般控制在0.22%以下， 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在0.2以下。含碳量區(qū)分：0.17%0.22% 低碳鋼（用于建筑）0.25%0.6% 中碳鋼（用于機械）0.6%1.2% 高碳鋼（工具）各種因素對鋼材性能的影響硫（ S） ：有害元素， 使鋼材“ 熱脆” 。磷（ P） ：有害元素， 使鋼材“ 冷脆” 。錳（ Mn） ： 有益元素。 弱脫氧劑。 提高鋼材強度， 同時不顯著降低塑性和韌性。硅（

10、Si） ： 有益元素。 強脫氧劑。 提高鋼材強度， 同時不顯著降低塑性和韌性。釩（ V） ： 有益元素。 細(xì)化晶粒， 既提高強度又可保持塑性。氧（ O） ：有害元素， 使鋼材“ 熱脆” 。氮（ N） ：有害元素， 使鋼材“ 冷脆” 。銅（ Cu） ：提高鋼材抗銹蝕性， 用于耐候鋼。氫（ H) ：有害元素， 使鋼材“ 氫脆”鋼材的焊接性能及硬化含碳量0.12%0.20%最好焊接結(jié)構(gòu)宜用Q235B、 C、D的碳素鋼碳當(dāng)量不超過0.38的低合金鋼。重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件要用可焊性試驗來檢驗。鋼材的硬化時效硬化隨時間的增長， 碳和氮的化合物從晶體中析出， 使使鋼材的強度提高， 塑性和韌性下降。冷作硬化當(dāng)荷載超

11、過材料比例極限卸載后， 再次加載則鋼材的屈服點提高， 塑性和韌性降低。強度 ， 塑性韌性 ，脆性增加。 重要結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免。應(yīng)變時效鋼材產(chǎn)生塑性變形時， 碳、 氮化合物更易析出。 即冷作硬化的同時可以加速時效硬化，也稱“ 人工時效”應(yīng)力集中的影響a.構(gòu)件有孔洞、 槽口、 截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等處， 應(yīng)力線彎轉(zhuǎn)、 密集， 出現(xiàn)應(yīng)力高峰 應(yīng)力集中。b.出現(xiàn)同號應(yīng)力場， 阻礙了塑性變形 鋼材變脆。應(yīng)力集中的影響a.構(gòu)件有孔洞、 槽口、 截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等處， 應(yīng)力線彎轉(zhuǎn)、 密集， 出現(xiàn)應(yīng)力高峰 應(yīng)力集中。b.出現(xiàn)同號應(yīng)力場， 阻礙了塑性變形 鋼材變脆。鋼材的疲勞疲勞：鋼材在連續(xù)交

12、變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞，此現(xiàn)象為疲勞。疲勞破壞的機理疲勞破壞是積累損傷的結(jié)果。缺陷微觀裂紋宏觀裂紋。疲勞破壞的特征屬于脆性破壞，截面平均應(yīng)力小于屈服點。鋼材的疲勞特征： 具有突然性，是脆性斷裂。經(jīng)歷三個階段，是延時斷裂。 斷口分三個區(qū)域。裂紋擴展到臨界尺寸后瞬間破壞。 對缺陷十分敏感。兩種類型： 常幅疲勞（如機器零件） 變幅疲勞（如吊車梁）。鋼材的疲勞三、常幅疲勞驗算規(guī)范將構(gòu)件和連接的種類分為 8類。第1類為軋制的型鋼（殘余應(yīng)力?。┢趶姸茸罡?；第8類為角焊縫應(yīng)力集中最嚴(yán)重疲勞強度最低焊接部位的疲勞強度與鋼材的靜力強度(屈服點fy)基本無關(guān)。對于只有

13、壓應(yīng)力的應(yīng)力循環(huán)作用，由于鋼材內(nèi)部缺陷不易開展，則不會發(fā)生疲勞破壞，不必進行疲勞計算。對于非焊接結(jié)構(gòu)，無殘余應(yīng)力，引入了折算應(yīng)力幅的概念。（由試驗得近似值k=0.7）鋼材的疲勞疲勞驗算中一些值得注意的問題 疲勞計算采用容許應(yīng)力設(shè)計法，采用標(biāo)準(zhǔn)荷載計算，不乘動力系數(shù)； 規(guī)范的數(shù)據(jù)以試驗為依據(jù)，不適用于規(guī)定的8種以外的連接構(gòu)造； 在應(yīng)力循環(huán)中不出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位可不必計算疲勞；（裂紋不會擴展） 疲勞強度與鋼種無關(guān)，高強度鋼材不能充分發(fā)揮作用，構(gòu)造細(xì)節(jié)更重要建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用建筑用鋼的種類-碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700-2006）共有Q195、 Q215、 Q235、 Q255和Q275等5種牌

14、號鋼號表示方法：代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值（N/mm2）、質(zhì)量等級符號（A/B/C/D）（低到高）、脫氧方法符號（F/b/Z/TZ）四個部分組成?！?F”代表沸騰鋼， “ b”代表半鎮(zhèn)靜鋼， “ Z”代表鎮(zhèn)靜鋼,“TZ”代表特種鎮(zhèn)靜鋼。標(biāo)注時Z和TZ可省略。例： Q235A.F 屈服點為235N/mm2的A級沸騰鋼；Q235B 屈服點為235N/mm2的B級鎮(zhèn)靜鋼。承重結(jié)構(gòu)一般使用Q235鋼（強度適中，塑性、韌性、焊接性能較好）建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用質(zhì)量等級A-保證fu、 fy、 ， P、 S含量B-保證fu,fy,冷彎，常溫時Cv， P、 S、 C含量；C-保證 fu,fy,冷彎,0

15、oC時Cv， P、 S、 C含量;D-保證fu,fy,冷彎,-20oC時Cv， P、 S、 C含量。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-2008)共有Q345、 Q390、 Q420、 Q460、 Q500、 Q550、 Q620和Q690等8種牌號承重結(jié)構(gòu)主要用Q345、 Q390、 Q420鋼質(zhì)量等級分為A、 B、 C、 D、 E（ 按化學(xué)成分和沖擊韌性劃分），其中E主要是要求-400 C 的沖擊韌性。建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用建筑結(jié)構(gòu)用鋼板(GB/T 19879-2008)純凈度高（有害的S、 P含量少），軋制過程嚴(yán)格。共有Q235GJ、

16、Q345GJ、 Q390GJ、 Q420GJ和Q460GJ等5種牌號。承重結(jié)構(gòu)主要用Q235GJ、 Q345GJ、 Q390GJ和Q420GJ鋼材例： Q345GJCZ15 - Q表示屈服點， 345為屈服點數(shù)值，G表示高性能， J表示建筑， C為質(zhì)量等級（對應(yīng)00C沖擊韌性要求）， Z15為厚度方向性能級別。該鋼板純凈度高（有害的S、 P含量少），軋制過程控制嚴(yán)格，是一種高性能的鋼材，特別適用于地震區(qū)高層大跨等重大鋼結(jié)構(gòu)工程。建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 699-1999)含雜質(zhì)元素較少，缺陷的限制較嚴(yán)格鋼號：用平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)表示，按錳含量分兩類。例： 45號鋼 平

17、均含碳量為萬分之45的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；45Mn號鋼平均含碳量為萬分之45，錳的含量也較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。用途：冷拔高強鋼絲、高強螺栓、自攻螺釘?shù)?。其他建筑用鋼Z向鋼 厚度方向性能鋼板 GB/T5313-1985耐候鋼 耐候結(jié)構(gòu)鋼 GB/T4172-2008鑄鋼件 一般工程用鑄造碳鋼件GB/T11352-2009建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用鋼材規(guī)格熱軋成型的鋼板和型鋼，冷加工成型的冷軋薄鋼板和冷彎薄壁型鋼 。1.鋼板 表示方法： “”加“ 寬度厚度長度分為:厚鋼板（厚度4.560mm)薄鋼板（厚度0.354mm)扁鋼：厚度460mm，寬度12200mm。熱軋型鋼角鋼 不等邊角鋼熱軋型鋼角鋼 不等邊角鋼“

18、”加“ 邊長厚度 ”加“ 長邊寬短邊寬厚度”如： 1258如： 125808建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用工字鋼工字鋼的型號用符號“ I”后加截面高度（厘米） 來表示，加腹板厚度分類（a/b/c）例： 20a分普通工字鋼、 輕型工字鋼和H型鋼。H型鋼分為：寬翼緣HW、中翼緣HM、窄翼緣HN表示方法：“ H”后加“ 高度寬度腹板厚度翼緣厚度” （毫米）如： HW4004001321建筑用鋼的種類、規(guī)格和選用工字鋼與工字鋼與H型鋼區(qū)別型鋼區(qū)別1、 工字型鋼不論是普通型還是輕型的，由于截面尺寸均相對較高、較窄，故對截面兩個主袖的慣性矩相差較大，因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。對軸心受壓構(gòu)件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構(gòu)件均不宜采用，這就使其在應(yīng)用范圍上有著很大的局限。 2、 h型鋼屬于高效經(jīng)濟裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等)，由于截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承裁能力。不同于普通工字型的是h型鋼的翼緣進行了加寬，且內(nèi)、外表