第2章鋼結(jié)構(gòu)材料

1、1/53蔡蔡 勇勇中南大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系中南大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系2/53第第 2 章章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 鋼材的主要工作性能鋼材的主要工作性能 鋼材的延性破壞、脆性破壞、損傷累積破壞和鋼材的延性破壞、脆性破壞、損傷累積破壞和疲勞破壞疲勞破壞 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素 建筑鋼材的類別及鋼材的選用建筑鋼材的類別及鋼材的選用重點(diǎn)：重點(diǎn)： 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)用材的要求 影響鋼材性能的因素影響鋼材性能的因素 建筑鋼材的類別及鋼材的選用建筑鋼材的類別及鋼材的選用3/53第第 2 章章 鋼結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)材料2.1

2、 鋼材在單向均勻受拉時(shí)的工作性能鋼材在單向均勻受拉時(shí)的工作性能2.2 鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能2.3 鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能2.4 鋼材抗沖擊的性能及冷彎性能鋼材抗沖擊的性能及冷彎性能2.5 鋼材的可焊性鋼材的可焊性2.6 鋼材的抗腐蝕性能鋼材的抗腐蝕性能2.7 鋼材延性破壞、累積損傷破壞、脆性破壞和疲勞破壞鋼材延性破壞、累積損傷破壞、脆性破壞和疲勞破壞2.8 影響鋼材性能的一般因素影響鋼材性能的一般因素2.9 鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類2.10 鋼材的規(guī)格鋼材的規(guī)格4/53鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材的要求鋼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼

3、材的要求(1) 較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn)u和屈服點(diǎn)fy比較高(2) 塑性好塑性好破壞前有明顯的變形，調(diào)整局部高峰應(yīng)力(3) 沖擊韌性好沖擊韌性好提高抗動(dòng)載能力，吸能能力強(qiáng)(4) 冷加工性能好冷加工性能好適合常溫加工(5) 可焊性好可焊性好衡量熱加工性能,包括施工上和使用上的可焊性(6) 耐久性好耐久性好適應(yīng)低溫、有害介質(zhì)侵蝕及重復(fù)荷載作用等的性能(7) 容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜容易生產(chǎn)，價(jià)格便宜鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(gb500172003)推薦鋼種：推薦鋼種： 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼q235 (a3) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼q345(16mn)、q390(15mnv

4、) 、 q420(15mnvn)5/53 2.1 鋼材在單向均勻受拉時(shí)的工作性能鋼材在單向均勻受拉時(shí)的工作性能2.1.1 鋼材的荷載鋼材的荷載-變形曲線變形曲線2.1.2 鋼結(jié)構(gòu)用鋼的工作特性鋼結(jié)構(gòu)用鋼的工作特性2.1.3 鋼材的塑性鋼材的塑性2.1.4 鋼板厚度方向性能試驗(yàn)鋼板厚度方向性能試驗(yàn)6/532.1.1 鋼材的荷載鋼材的荷載-變形曲線變形曲線1. 彈性階段彈性階段 (oe) 彈性模量e和比例極限p (彈塑性階段彈塑性階段ec)2. 屈服階段屈服階段(ecf) 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度f(wàn)y 3. 強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段(fb) 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度f(wàn)u 4. 頸縮階段頸縮階段(bd) 收縮率收縮率和伸長(zhǎng)

5、率和伸長(zhǎng)率條件：常溫、靜載條件下一次拉伸條件：常溫、靜載條件下一次拉伸頸縮頸縮7/532.1.2 鋼結(jié)構(gòu)用鋼的工作特性鋼結(jié)構(gòu)用鋼的工作特性nq235明顯表現(xiàn)出彈性、屈服、強(qiáng)化和頸縮等四個(gè)階段。n比例極限、彈性極限和屈服點(diǎn)很接近。設(shè)計(jì)時(shí)取屈服點(diǎn)為鋼屈服點(diǎn)為鋼材可以達(dá)到的最大應(yīng)力材可以達(dá)到的最大應(yīng)力。n屈服前接近理想的彈性體，屈服后接近理想的塑性體，故認(rèn)為鋼材為理想的彈塑性材料理想的彈塑性材料。n破壞前塑性變形很大，為彈性變形的200倍。n屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比(fy/fu)可看作鋼材強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)， fy/fu越低，儲(chǔ)備越大。8/532.1.3 鋼材的塑性鋼材的塑性n是指當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著殘余變

6、形而不立即斷裂的性質(zhì)。n衡量指標(biāo)：(1)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率；(2) 截面收縮率截面收縮率n伸長(zhǎng)率為鋼材沿長(zhǎng)度的均勻變形和頸縮區(qū)集中變形的總和來(lái)確定，不能代表最大塑性變形能力；n截面收縮率是衡量塑性一個(gè)比較真實(shí)和穩(wěn)定的指標(biāo)，但測(cè)試誤差較大。 9/532.1.4 鋼板厚度方向性能試驗(yàn)鋼板厚度方向性能試驗(yàn)層狀撕裂層狀撕裂在焊接或在厚度方向受拉力作用時(shí)，在鋼材厚度中部產(chǎn)生與厚度方向垂直的裂紋。厚度方向性能鋼板(gb/t 5313)含硫量含硫量斷面收縮率斷面收縮率10/53 2.2 鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能的工作性能11/53鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)力作用下的工作性能鋼材在單軸反復(fù)應(yīng)

7、力作用下的工作性能n當(dāng)構(gòu)件反復(fù)應(yīng)力fy，即材料處于彈性階段時(shí)，反復(fù)應(yīng)力作用下鋼材 的材性無(wú)變化，也不存在殘余變形。n當(dāng)鋼材的反復(fù)應(yīng)力fy ，即材料處于彈塑性階段時(shí)，重復(fù)應(yīng)力和反復(fù)應(yīng)力引起塑性變形的增長(zhǎng)。 圖 (a)表示重復(fù)加載在卸載后馬上進(jìn)行時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線不發(fā)生變化。 圖 (b)表示重新加載前有一定間歇時(shí)期，此時(shí)，屈服點(diǎn)提高，韌性降 低，并且極限強(qiáng)度也稍有提高。這種現(xiàn)象稱為鋼的時(shí)效現(xiàn)象鋼的時(shí)效現(xiàn)象。 圖 (c)表示多次反復(fù)加荷后，鋼材的強(qiáng)度下降，這種現(xiàn)象稱為鋼材疲勞鋼材疲勞。12/53 2.3 鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能13/53強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論復(fù)習(xí)討論：四

8、大強(qiáng)度理論的概念？復(fù)習(xí)討論：四大強(qiáng)度理論的概念？n第第一一強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論最大拉應(yīng)力理論最大拉應(yīng)力理論(脆斷作為破壞標(biāo)志脆斷作為破壞標(biāo)志)： 構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的三個(gè)主應(yīng)力中最大的拉應(yīng)力達(dá)到材料的極限值，即發(fā)生脆斷破壞： ,maxln第第二二強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論(脆斷作為破壞標(biāo)志脆斷作為破壞標(biāo)志)： 構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的最大線應(yīng)變達(dá)到材料的極限值，即發(fā)生脆斷破壞： ,maxl14/53強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論n第第三三強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論最大剪應(yīng)力理論最大剪應(yīng)力理論(屈服或顯著塑性變形作屈服或顯著塑性變形作為破壞標(biāo)志為破壞標(biāo)志)： 材料沿最大剪應(yīng)力所在截面滑移而發(fā)生屈服破壞。強(qiáng)度條件為

9、： ,max,minlln第第四四強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論形狀改變比能理論形狀改變比能理論(屈服或顯著塑性變形屈服或顯著塑性變形作為破壞標(biāo)志作為破壞標(biāo)志)： 構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處形狀改變比能達(dá)到材料的極限，即屈服破壞。強(qiáng)度條件為： 22212233212單向拉伸下的屈服強(qiáng)度單向拉伸下的屈服強(qiáng)度n根據(jù)能量強(qiáng)度理論，在三向應(yīng)力作用下，折算應(yīng)力(mises應(yīng)力)：15/53鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能鋼材在復(fù)雜應(yīng)力作用下的工作性能n兩向(平面)應(yīng)力作用時(shí)，有單向受拉單向受拉雙向受拉雙向受拉 一向受拉，一向受壓一向受拉，一向受壓16/53 2.4 鋼材抗沖擊的性能及冷彎性能鋼材抗沖擊的性能及冷彎性能2.4.1 鋼材

10、抗沖擊性能鋼材抗沖擊性能2.4.2 鋼材的冷彎性能鋼材的冷彎性能17/532( /)kknaaj cma2.4.1 鋼材抗沖擊性能鋼材抗沖擊性能n反映鋼材在塑性變形和斷裂過(guò)程中吸收能量的能力；n是強(qiáng)度與塑性的綜合表現(xiàn)；n是判斷鋼材在沖擊荷載作用下是否出現(xiàn)脆性破壞的主要指標(biāo)之一；n用沖擊韌性值ak表示：n 我國(guó)規(guī)范采用sharpyv型缺口型缺口；n 溫度愈低，沖擊韌性愈低，我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)中分四檔： 20時(shí)時(shí)ak、 0時(shí)時(shí)ak、 -20時(shí)時(shí)ak、 40時(shí)時(shí)aksharpyv型型缺口缺口sharpy鑰鑰孔型孔型缺口缺口mesnageru型型缺口缺口18/532.4.2 鋼材的冷彎性能鋼材的冷彎性能n

11、鋼材在冷加工產(chǎn)生塑性變形時(shí)，對(duì)發(fā)生裂縫的抵抗能力。n 是判別鋼材塑性變形能力及冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo)。n 檢驗(yàn)冷加工工藝的適應(yīng)性，暴露內(nèi)部缺陷，鑒定鋼材塑性和可焊性。n 根據(jù)試樣厚度，按規(guī)定的彎心直徑將試樣彎曲180度，其表面及側(cè)面 無(wú)裂紋或分層則為“冷彎試驗(yàn)合格”。 n 重要結(jié)構(gòu)中需要有良好的冷熱加工的工藝性能時(shí)，應(yīng)有冷彎試驗(yàn)合格 保證。19/53 2.5 鋼材的可焊性鋼材的可焊性20/53鋼材的可焊性鋼材的可焊性n可焊性是指焊接安全、可靠、不發(fā)生焊接裂縫，焊接接頭和焊縫沖擊韌性以及熱影響區(qū)的延伸（塑性）和力學(xué)性能不低于母材。n可焊性與鋼材化學(xué)成分含量有關(guān)。n碳素鋼碳素鋼: : 含碳量0.27(

12、mn0.7%，si 0.4%，s、p0.05%)，可焊性最好。碳含量再高可使焊縫和熱影響區(qū)變脆。n低合金鋼低合金鋼碳當(dāng)量碳當(dāng)量ce% ce% 0.38%時(shí)，可焊性很好，如q345； 0.38% ce% 0.45%時(shí)，淬硬傾向逐漸明顯，需采取預(yù)熱措施； ce% 0.45%時(shí)，淬硬傾向明顯，需采取較高的預(yù)熱措施及嚴(yán)格的 工藝措施。21/53 2.6 鋼材的抗腐蝕性能鋼材的抗腐蝕性能22/53鋼材的抗腐蝕性能鋼材的抗腐蝕性能n耐腐蝕性差是鋼材的一大弱點(diǎn)，每年有3040%的鋼鐵因腐蝕而失效。n腐蝕作用一般分為兩類： 干腐蝕金屬與非金屬元素的直接結(jié)合 如：如：fes fes2 (黃鐵黃鐵) 濕腐蝕在水分

13、多的環(huán)境中，與非金屬物結(jié)合 如：如：4fe + 3o2 + xh2o 2fe2o3xh2o (鐵銹鐵銹)n目前主要依靠涂料來(lái)加以防護(hù)n近年研制耐大氣腐蝕的耐候鋼n耐候鋼：耐候鋼：國(guó)內(nèi)采用國(guó)內(nèi)采用cuptire合金體系合金體系 國(guó)外采用國(guó)外采用cupnicr合金體系合金體系23/53 2.7 鋼材的延性破壞、累積損傷破壞、鋼材的延性破壞、累積損傷破壞、脆性破壞和疲勞破壞脆性破壞和疲勞破壞2.7.1 鋼材的脆性斷裂鋼材的脆性斷裂2.7.2 鋼材的疲勞破壞鋼材的疲勞破壞2.7.3 損傷累積破壞損傷累積破壞24/53塑性破壞和脆性破壞塑性破壞和脆性破壞塑性破壞塑性破壞(延性破壞延性破壞)：n由于剪應(yīng)力

14、超過(guò)晶?？辜裟芰辜裟芰Χa(chǎn)生破壞；n破壞時(shí)，構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到了極限抗拉強(qiáng)度；n有明顯變形和破壞預(yù)兆；n斷口常為杯形，呈纖維狀，色澤發(fā)暗。脆性破壞脆性破壞(脆性斷裂脆性斷裂)：n由于拉應(yīng)力超過(guò)晶粒抗拉能力抗拉能力而產(chǎn)生破壞；n破壞時(shí)，平均應(yīng)力一般小于屈服強(qiáng)度；n斷口平直，并呈有光澤的晶粒狀；n無(wú)破壞預(yù)兆，危險(xiǎn)性大，應(yīng)盡量避免。25/532.7.1 鋼材的脆性斷裂鋼材的脆性斷裂1. 裂紋基本型式裂紋基本型式n鋼結(jié)構(gòu)在靜力或加載次數(shù)不多的動(dòng)載作用下發(fā)生的脆性破壞。很難用強(qiáng)度理論予以解釋。n斷裂力學(xué)是研究裂縫的平衡、擴(kuò)展和失穩(wěn)規(guī)律。認(rèn)為脆性斷裂是由于裂紋引起的。張開張開型型滑移型滑移型撕開型撕開型n 鋼

15、結(jié)構(gòu)中，主要是i型，也是三種裂紋形式中最危險(xiǎn)的。26/53鋼材的脆性斷裂鋼材的脆性斷裂2. 斷裂力學(xué)分析方法斷裂力學(xué)分析方法n分析方法有線彈性斷裂力學(xué)線彈性斷裂力學(xué)和彈塑性斷裂力學(xué)彈塑性斷裂力學(xué)兩種ika n由線彈性斷裂力學(xué)分析，得到平面問題的應(yīng)力強(qiáng)應(yīng)力強(qiáng)度因子度因子kin當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用彈塑性斷裂力學(xué)進(jìn)行分析，其方法有： 裂紋張開位移理論裂紋張開位移理論(cod理論）；理論）； j積分法積分法0icka 斷裂韌斷裂韌性性27/53鋼材的脆性斷裂鋼材的脆性斷裂3. 防止鋼材脆性斷裂的措施防止鋼材脆性斷裂的措施n影響鋼材脆斷的直接因素：裂紋尺寸、作用應(yīng)力和材料韌裂紋尺寸、作用應(yīng)力

16、和材料韌性。性。 (1) 避免施焊過(guò)程中產(chǎn)生裂紋、夾渣和氣泡； (2) 焊縫不宜過(guò)分集中，避免產(chǎn)生過(guò)大殘余應(yīng)力； (3) 進(jìn)行合理細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中； (4) 合理選擇鋼材。n應(yīng)力強(qiáng)度因子或裂紋端部張開位移未達(dá)到臨界值時(shí)而出現(xiàn)的斷裂。n主要發(fā)生在高強(qiáng)度材料。4. 應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂ika 28/532.7.2 鋼材的疲勞破壞鋼材的疲勞破壞n疲勞斷裂是微觀裂縫在連續(xù)重復(fù)荷載作用連續(xù)重復(fù)荷載作用下不斷擴(kuò)展至斷裂的脆性破壞。n破壞時(shí)截面上的應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，塑性變形極小，為脆性破壞。n連續(xù)重復(fù)荷載之下應(yīng)力往復(fù)變化一周叫做一個(gè)循環(huán)。n鋼材的疲勞破壞過(guò)程可分為三

17、個(gè)階段：裂紋的形成；裂紋的形成； 裂紋的緩慢擴(kuò)展；裂紋的緩慢擴(kuò)展；最后迅速斷裂而破壞最后迅速斷裂而破壞。是由內(nèi)部缺陷和應(yīng)力分布不均引起的。n荷載變化不大或不頻繁反復(fù)作用的鋼結(jié)構(gòu)一般不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。n影響因素：影響因素： 應(yīng)力的種類應(yīng)力的種類(拉、壓、剪或復(fù)雜應(yīng)力拉、壓、剪或復(fù)雜應(yīng)力) 應(yīng)力循環(huán)形式（常幅、變幅、隨機(jī)）應(yīng)力循環(huán)形式（常幅、變幅、隨機(jī)） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 應(yīng)力集中程度應(yīng)力集中程度 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力29/53鋼材的疲勞破壞鋼材的疲勞破壞靜荷載作用靜荷載作用( +1) 一般應(yīng)力循環(huán)一般應(yīng)力循環(huán)(-1 +1)完全對(duì)稱循環(huán)完全對(duì)稱循環(huán)( -1)脈沖循環(huán)脈沖循環(huán)( 0)一般應(yīng)力循環(huán)

18、一般應(yīng)力循環(huán)(-1 +1)一般應(yīng)力循環(huán)一般應(yīng)力循環(huán)(-1 a1，(a1/a2)0.5032/532.7.3 損傷累積破壞損傷累積破壞n荷載與溫度的變化，化學(xué)與環(huán)境的作用，使材料內(nèi)部產(chǎn)生微觀以至宏觀 的缺陷，認(rèn)為材料受到損傷。n損傷是一種不可逆的劣化過(guò)程，有塑性損傷、疲勞損傷、蠕變損傷之分。n結(jié)構(gòu)在施工和使用期間，總會(huì)受到各種不利因素(如施工損傷、材料老 化、銹蝕等)或?yàn)?zāi)害因素(如地震、強(qiáng)風(fēng)等)的作用，部分發(fā)生損傷。n隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)的損傷不斷積累而導(dǎo)致破壞損傷累積破壞。損傷累積破壞。n 損傷變量損傷變量d：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件反應(yīng)歷程中某一累積量與相應(yīng)的指標(biāo)極限允許：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件反應(yīng)歷程中某一累積量與

19、相應(yīng)的指標(biāo)極限允許 量之比。量之比。n特點(diǎn)特點(diǎn)： (1) d(0,1)，d0時(shí)無(wú)損傷，時(shí)無(wú)損傷，d1時(shí)完全破壞；時(shí)完全破壞； (2) d為單調(diào)遞增函數(shù)，且不可逆。為單調(diào)遞增函數(shù)，且不可逆。1(1)ppnmippinndn 損傷對(duì)鋼材彈性模量和屈服強(qiáng)度的影響：12(1)(1)ddyyed efd f33/53 2.8 影響鋼材性能的一般因素影響鋼材性能的一般因素2.8.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響2.8.2 鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響2.8.3 時(shí)效的影響時(shí)效的影響2.8.4 冷作硬化的影響冷作硬化的影響2.8.5 溫度的影響溫度的影響2.8.6 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響34/

20、532.8.1 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響n 鋼材鐵(fe) 、碳(c) 及其它元素的合金。 鑄鐵(c2%) ，鋼(2%c0.05%) ，熟鐵(c0.05%)。n 碳素鋼：碳素鋼： 由鈍鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99，碳及雜質(zhì)元素約占1。0.05%c0.25%低碳鋼低碳鋼c=0.250.6%中碳鋼中碳鋼0.6%c2%高碳鋼高碳鋼n 合金鋼：合金鋼： 在普通碳素鋼中添加一種或幾種少量合金元素。合金元素合金元素10%高合金鋼高合金鋼n 制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料為：低碳鋼、低碳鋼、 低合金結(jié)構(gòu)鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼。35/53化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響csimnspnovnbtialcrnify、

21、fu塑性塑性沖擊韌性沖擊韌性冷彎性能冷彎性能可焊性可焊性抗蝕能力抗蝕能力冷脆冷脆熱脆熱脆允許含量范允許含量范圍圍(%)0.120.3(碳碳)0.20.55(合合)0.30.8（碳）（碳）1.21.6(合合)詳見詳見p317附表附表1-4n 熱脆：熱脆：o、s等有害雜質(zhì)使鋼材在高溫(8001200)下變脆的現(xiàn)象。n 冷脆：冷脆：n、p等有害雜質(zhì)使鋼材在低溫下變脆的現(xiàn)象。36/532.8.2 鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響37/53鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響1. 冶煉冶煉n堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼材材質(zhì)較差已淘汰n主要控制鋼材的化學(xué)成分。主要控制鋼材的化學(xué)成分。n堿性平爐

22、煉鋼堿性平爐煉鋼利用燃料，如天然氣、煤氣或重油等生產(chǎn)效率較低基本淘汰n頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼利用9899.5%的純氧生產(chǎn)效率高主流煉鋼法n電爐煉鋼電爐煉鋼一般不在建筑結(jié)構(gòu)中使用。冶煉過(guò)程冶煉過(guò)程存在冶煉缺陷存在冶煉缺陷力學(xué)性能受影響力學(xué)性能受影響偏析、氣孔、裂紋、非金屬夾雜等偏析、氣孔、裂紋、非金屬夾雜等38/53鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響2. 澆鑄澆鑄鋼水中含有少量的feo降低鋼材的力學(xué)性能n沸騰鋼：沸騰鋼：mn作脫氧劑未脫氧feo與c生成co逸出鋼水沸騰； 成本低，成品率高，建筑鋼結(jié)構(gòu)大量采用； 組織不密實(shí)，含有較多氧化物雜質(zhì)，s、p、c存在較大偏析；生成脫氧物mno、

23、sio、al2o3排出加入脫氧劑加入脫氧劑mn、si、al、tin鎮(zhèn)靜鋼：鎮(zhèn)靜鋼：si作脫氧劑(脫氧能力為mn的5倍)無(wú)co逸出； 脫氧充分，偏析少，沖擊韌性和可焊性好，適合動(dòng)載、沖擊荷載 以及低溫條件下的焊接結(jié)構(gòu)； 體積收縮率大，成品率低，成本高；n半鎮(zhèn)靜鋼：半鎮(zhèn)靜鋼：al、ti補(bǔ)充脫氧性能介于上述兩者之間39/53鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響3. 軋制軋制n一般為熱軋(12001300)。n反復(fù)的軋制可以改善鋼材的塑性，同時(shí)可以使鋼材中的氣孔、裂紋、疏松等缺陷焊合，使金屬晶體組織密實(shí)，晶粒細(xì)化，消除纖維組織缺陷，使鋼材的力學(xué)性能提高。n軋制壓縮比越大，鋼材軋制越薄，其強(qiáng)度、塑性和沖

24、擊韌性越好。n鋼材熱軋后，因不均勻冷卻會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。40/53鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響鋼材生產(chǎn)過(guò)程的影響4. 熱處理熱處理n目的目的：取得高強(qiáng)度的同時(shí)能保持良好的塑性和韌性。n正火：正火：將鋼材加熱至850900并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻。n回火：回火：將鋼材重新加熱至650并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻。n淬火淬火：將鋼材加熱至900以上并保持一段時(shí)間后，然后放入水中或油 中快速冷卻。n控軋：控軋：鋼材在終止軋制前，將其溫度控制在正火保溫的溫度范圍內(nèi)， 可取得正火的效果。n調(diào)質(zhì)處理：調(diào)質(zhì)處理：即淬火加回火處理。41/532.8.3 時(shí)效的影響時(shí)效的影響n隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，高溫時(shí)溶于鋼材中的

25、c、n從純鐵中析出，形成自由的碳(氮)化物，散布于晶?；瑒?dòng)面，阻礙滑移，控制鐵體的塑性發(fā)展，從而使其強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降。n如：露天堆放的模具n當(dāng)鋼材應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后卸載再重新加載時(shí)，其屈服點(diǎn)會(huì)提高，而塑性和韌性下降的現(xiàn)象。n如：鋼筋的冷拉、沖剪、彎折等n為了消除冷加工產(chǎn)生的不良影響，常需用熱處理方法使其力學(xué)性能恢復(fù)到正常狀態(tài)。2.8.4 冷作硬化的影響冷作硬化的影響時(shí)效硬化時(shí)效硬化圖圖2-25 鋼材冷作硬化現(xiàn)象鋼材冷作硬化現(xiàn)象應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化42/532.8.5 溫度的影響溫度的影響n 250時(shí)，鋼材材質(zhì)變化很?。?300時(shí)，強(qiáng)度逐漸下降； 600時(shí)，強(qiáng)度降至1/3以下。n藍(lán)脆：藍(lán)脆：在

26、250左右時(shí)，鋼材抗拉強(qiáng)度提高而沖擊韌性下降。n低溫冷脆：低溫冷脆：當(dāng)溫度下降到某一數(shù)值時(shí)，鋼材沖擊韌性急劇下降，呈脆性破壞。n冷脆轉(zhuǎn)變溫度：冷脆轉(zhuǎn)變溫度：鋼材由韌性狀態(tài)向脆性狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度，實(shí)際上為一溫度區(qū)間。43/532.8.6 應(yīng)力集中的影響應(yīng)力集中的影響n當(dāng)截面有裂紋(內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面的厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將變得很不均勻。n在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。n應(yīng)力集中程度取決于桿件形狀變化的大小。形狀變化愈急劇，高峰應(yīng)力愈大，塑性下降愈厲害。n因鋼材塑性較好，常溫靜載作用下的構(gòu)件可不考慮應(yīng)力集中的影

27、響。n動(dòng)載作用結(jié)構(gòu)，需考慮應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。44/53 2.9 鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類鋼結(jié)構(gòu)用鋼材的分類2.9.1 鋼材的品種和牌號(hào)鋼材的品種和牌號(hào)2.9.1 國(guó)外鋼材品種和牌號(hào)簡(jiǎn)介（國(guó)外鋼材品種和牌號(hào)簡(jiǎn)介（自學(xué)自學(xué)）2.9.3 選用鋼材原則選用鋼材原則45/532.9.1 鋼材的品種和牌號(hào)鋼材的品種和牌號(hào)1. 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼(gb 700-88)n 牌號(hào)的組成：牌號(hào)的組成：q屈服點(diǎn)數(shù)值(n/mm2)質(zhì)量等級(jí)符號(hào)脫氧方法代號(hào)195、215、235、255、275a、b、c、d沸騰鋼沸騰鋼f半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼(z)特殊鎮(zhèn)靜鋼特殊鎮(zhèn)靜鋼(tz)l q195

28、: 屈服點(diǎn)僅作參考值，不作交貨條件，只能用于非受力構(gòu)件l q215: 含碳量少，強(qiáng)度過(guò)低，一般不在鋼結(jié)構(gòu)中使用l q235: 含碳量、強(qiáng)度、韌性和可焊性適中，鋼結(jié)構(gòu)常采用含碳量、強(qiáng)度、韌性和可焊性適中，鋼結(jié)構(gòu)常采用l q255、q275: 含碳量過(guò)高，脆性大，不適用于鋼結(jié)構(gòu)l a：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼，保證fy、fu、三項(xiàng)指標(biāo)l b: 沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼，保證fy、fu、冷彎性能、20沖擊 韌性(27j)l c: 鎮(zhèn)靜鋼，保證fy、fu、冷彎性能、0沖擊韌性(27j)l d: 特殊鎮(zhèn)靜鋼，保證fy、fu、冷彎性能、20沖擊韌性(27j)46/53鋼材的品種和牌號(hào)鋼材的品種和牌號(hào)2. 低合金鋼低合金鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼(gb/t 1591-94)n 牌號(hào)的組成：牌號(hào)的組成：q屈服點(diǎn)數(shù)值(n/mm2)質(zhì)量等級(jí)符號(hào)295、345、390、420、460a、b、c、d、en q345(16mn)、q390(15mnv)和q420為鋼結(jié)構(gòu)常用鋼種n 低合金鋼為鎮(zhèn)靜鋼(a、b)和特殊鎮(zhèn)靜鋼(c、d、e)l a：fy、fu、冷彎性能、c、mn、si、s、p、v等化學(xué)元素含量；l b: fy、fu、冷彎性能、c、m