任務(wù)1-2-1鋼材性能及試驗課件

1、任務(wù)1-2-1:鋼材性能及試驗道路建筑材料課程建設(shè)組學習目的：了解鋼材的分類；掌握鋼材的力學性質(zhì)：拉伸性能，冷彎性能、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響；建筑鋼材主要指用于鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的各種鋼筋、鋼絲等。 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碳（通常為2%4.5%）和其他的雜質(zhì)；煉鋼的實質(zhì)：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(zhì)降低到容許的范圍；一 鋼材的分類 鋼材的化學成分 生產(chǎn)鋼不可避免元素：Si、Mn、P、S、N專門加入的合金元素：Si、Mn、Ti、V、

2、Ni、Nb及稀土元素鐵：主要元素碳：0.02%2.06% 其他元素（一） 分類1.按化學成分分類低碳鋼：含碳量0.6% （1）碳素鋼 （碳鋼） （2）合成鋼 專門加入合金元素按合金元素含量分 低合金鋼：合金元素總含量10% 2按雜質(zhì)含量（品質(zhì)）分類普通鋼：含硫量0.050%，含磷量0.045%優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.035%，含磷量0.035%高級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.025%，含磷量0.025%，牌號后加“高”或“A”特級優(yōu)質(zhì)鋼：含硫量0.015%，含磷量0.015%， 后加“E” （二） 鋼材中的常存雜質(zhì) 硫：來自礦石燃料，生成FeS，鋼材加工時易裂縫，熱脆性。磷：來自礦石燃料，生成Fe3P，脆性很

3、大。 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。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 鋼材加工性能。硅：脫氧劑，較錳強。 兩面性：硅很低時，強度增加；硅很高時，其他性能降低。氧：與碳、磷相似。 有 害 元 素（一） 力學性能 1.抗拉性能是建筑鋼材最重要的力學性能。 拉伸過程分四個階段： OA：彈性階段 AB：屈服階段 BC：強化階段 CD：頸縮階段（2）抗拉強度：鋼材所能承受的最大強度。Fb為最大應(yīng)力，N。相反，值越小，可靠性越低，安全性越低。因此，強屈比一般不低于1.2，抗震結(jié)構(gòu)一般不低于1.25?？煽啃詤?shù) 值得注意：強屈比的概念值越大可靠性越高，

4、安全性越高，但利用率降低，浪費增大。（3）伸長率：塑性指標 。意義： 值越大，塑性增強，可避免結(jié)構(gòu)過早破壞；加工性 增強， 安全性增強。 值有兩種：5表示l0=5d0，d0鋼材直徑； 10l0=10d0。lo試件原始標距長度，mm ；l1試件拉斷后測定出伸長后標距部分的長度，mm。 （4）斷面收縮率：塑性指標。 AO試樣拉斷后頸縮處的截面積，mm2； A1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(jīng)受塑性變形的能力。 2.沖擊韌性 指鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 試驗方法：標準試件的彎曲沖擊韌性試驗。 指標：試件缺口處單位截面積上所消耗的功,計作ak,J/cm2。 ak值愈大

5、，鋼材的沖擊韌性愈好。 3.耐疲勞性疲勞破壞：交變荷載反復(fù)作用，鋼材在應(yīng)力低于屈服強度時,突然發(fā)出脆性斷裂的現(xiàn)象。 危害極大沖擊韌性試驗原理圖 4.硬度-指鋼材抵抗較硬物體壓入產(chǎn)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(zhì)鋼球，在荷載P(N)的作用下壓入試件表面，經(jīng)規(guī)定的時間后卸去荷載，用讀數(shù)放大鏡測出壓痕直徑d，以壓痕表面積(mm2)除荷載P，即為布氏硬度值HB。HB值越大，表示鋼材越硬。 （1）冷彎性能冷彎性能試驗：試件被彎曲的角度（90、180）。 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內(nèi)部組織不均勻、內(nèi)應(yīng)力和夾雜物等缺陷。 冷彎試驗也能

6、對鋼材的焊接質(zhì)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。判定標準：若試件彎曲處的外表面無裂斷、裂縫或起層，認為冷彎性能合格。（2）焊接性能 焊接方式：搭接、對接 焊接要求： 焊接處（焊縫及其附近過熱區(qū)）不產(chǎn)生 裂縫及硬脆傾向。 焊接處與母材一致，即拉伸試驗，強度 不低于原鋼材強度。 影響因素：碳、合金元素等雜質(zhì)元素越多，可焊性越小。 （二） 時效處理 將經(jīng)過冷拉的鋼筋于常溫下存放1520d，或 加熱到100200并保持一段時間,這個過程稱為時效處理。自然時效作用: 鋼筋冷拉以后再經(jīng)過 時效處理，其屈服點 進一步提高，塑性繼 續(xù)有所降低。 時效過程中應(yīng)力的消減， 彈

7、性模量可基本恢復(fù)。人工時效四、化學組成及對鋼材性質(zhì)的影響一般鋼：碳、磷、硫、氧、氮等；合金鋼：為改善鋼材的某些性質(zhì)，特意加入的元素，如錳、硅、釩、鈦等。1） 磷-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脆性，降低鋼材的可焊性；5） 碳對鋼材的力學性質(zhì)的影響 碳是鋼材中最重要的元素，對鋼材的性質(zhì)起決定性的影響，鋼材中含碳量一般是2%以下。 隨著含碳量的增加，鋼材的性能變化為： 鋼材的強度相應(yīng)的先增加后減??；硬度相應(yīng)增加；而塑性與韌性相應(yīng)下降；鋼材的冷彎性能、焊接與抗腐蝕性能降低五 鋼材的銹蝕與防護 （一） 鋼材的銹蝕 鋼材表面與其周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)而遭到的破壞，稱為鋼材的銹蝕。

8、化學銹蝕電化學銹蝕鋼材直接與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕，多數(shù)是由氧化作用在鋼材表面形成疏松氧化物。在干燥環(huán)境中反應(yīng)緩慢，但溫度和濕度較高，銹蝕則發(fā)展迅速。鋼材本身組成上的原因和雜質(zhì)的存在，在表面介質(zhì)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Fe2+進入介質(zhì)溶液，與溶液中的OH-離子結(jié)合生成Fe（OH）2。銹蝕的結(jié)果：在鋼材表面形成疏松的氧化物，使鋼結(jié)構(gòu)斷面減小， 降低鋼材的性能，因而承載力降低。 六 鋼結(jié)構(gòu)用鋼 1.碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號 表示按順序：屈服點字母（Q）、屈服點數(shù)值（單位MPa）、 質(zhì)量等級（有A、B、C、D 4級，逐級提高）和脫氧方法 （F：沸

9、騰鋼，b：半鎮(zhèn)鋼，Z：鎮(zhèn)靜鋼，TZ：特殊鎮(zhèn)鋼。 牌號表示時Z、TZ可省略）。 例如：Q235AF 表示屈服點為235MPa，A級沸騰鋼。 Q235B 表示屈服點為235MPa，B級鎮(zhèn)靜鋼。 （2）碳素結(jié)構(gòu)鋼的選用碳素結(jié)構(gòu)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(yīng)用Q235號鋼,可用于軋制各種型鋼、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,且 冶煉方便，成本較低，因此廣泛用于一般鋼結(jié)構(gòu)。其中C、D級可用在重要 的焊接結(jié)構(gòu)。Q195、Q215號鋼材強度較低，但塑性、韌性較好，易于冷加工，可制作 鉚釘、鋼筋等。Q225、Q275號

10、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(jié)構(gòu)中的構(gòu)件及螺栓等。受動荷載作用結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)及低溫下工作的結(jié)構(gòu)，不能選用A、B質(zhì)量 等級鋼及沸騰鋼。 2.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 （1）低合金高強度鋼的牌號 共有5個牌號牌號由三部分表示：含碳量、合金元素的種類及含量。前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)；其后的元素符合表示按主次加入的合金元素；合金元素后面如未附數(shù)字，表示其平均含量在1.5%以下；如附有數(shù)字“2”,表示其平均含量在1.5%2.5%之間最后如附有“b”，表示為半鎮(zhèn)靜鋼，否則為鎮(zhèn)靜鋼。例如：16Mn 表示平均含碳量為0.16%， 平均含碳量低于1.5%的鎮(zhèn)靜鋼。 （2）低合金高強度鋼的選用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼具有輕質(zhì)高強，耐蝕性、耐低溫性好，抗沖擊性強， 使用壽命長等良好的綜合性能；具有良好的可焊性及冷加工性，易于加 工與施工，因此，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼可以用作高層及大跨度建筑