钢材的抗拉性能

疲劳破坏是在低应力状态下突 然发生的，所以危害极大，往 往造成灾难性的事故。
钢材疲劳曲线示意图
四、钢材的硬度
定义
硬度――是指钢材抵抗硬 物体压入钢材的表面的能 力。
测定方法
方法：布氏法、洛氏法和 维氏法，常用方法是布氏
演示
法和洛氏法。
讨论与分析
材料的硬度往往与材料的其它性能有 一定的相关系，如：钢材的HB值与 抗拉强度之间有较好的相关关系。
结构钢、工具钢、特殊钢
根据脱氧程度分为：
(1)沸腾钢 (2)镇静钢 (3)
名称 脱氧程度
质量
沸腾钢
不完全 组织不够致密，气泡多，化学
偏析大，成分不均匀，质量较 差，成本较低
镇静钢 半镇静钢
充分
组织致密，成分均匀，机械性 能好，质量较好，成本较高
均介于上二者之间
二 钢的分类
转炉钢 （1）按冶炼方法分平炉钢
普通碳素钢（含硫量 0.055%～0.065%，含磷量 0.045%～0.085%） （5）按质量分优质碳素钢（含硫量 0.030%～0.045%，含磷量 0.035%～0.040%）
高级优质钢（含硫量 0.020%～0.030%，含磷量 0.027%～0.035%）
（6）按用途分结工构具钢钢：建机用筑械于工制制程造作用用刀结结具构构、钢钢量具、模具等 特殊钢：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等
一 碳素结构钢
普通碳素结构钢简称碳素结构钢，化 学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁-碳 合金。其含碳量为0.02%-2.06%，此外尚含 有少量的硅、锰和微量的硫、磷等元素。
(一) 碳素结构钢的牌号表示方法 碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母、
屈服点数值、质量等级符号、脱氧程度符号 四部分按顺序组成。
“冷脆”：在低温时，磷使钢材的冲击韧 性大幅度下降的现象。
4.氧、氮
降低了钢材的强度、冷弯性能和焊 接性能。氧还使钢的热脆性增加，氮使 冷脆性及时效敏感性增加。
5.铝、钛、钒、铌
是钢的强脱氧剂和合金元素。能 改善钢的组织、细化晶粒、改善韧性， 并显著提高强度。
第三节 建筑钢材的 常用钢种
建筑钢材 前言
三、建筑钢材的特点
特点
➢优点 ➢缺点
1. 承载力高而重量较轻； 2. 材质均匀、致密，可靠性高； 3. 钢材的塑性和韧性好； 4. 加工性能好，便于安装； 5. 耐热性较好。
1. 易锈蚀； 2. 耐火性差； 3. 能耗大、成本高；
建筑钢材 钢的生产与分类
四、钢的生产
➢钢的生产
➢钢的铸锭
时效：屈服强度进一步提高、 抗拉强度提高、 延伸率进一步降低。
钢筋冷拉后屈服强度可提高15%-20%， 冷拔后屈服强度可提高40%-60%。
钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化
2、冷拔：将钢筋通过比原来直径小的拔丝摸 拔出，钢筋受挤压后更密实、均匀。
效果：屈服强度和抗拉强度提高； 塑性、韧性下降 ，脆性升高。 在常受冲击荷载作用、低温的环境中，
一、弹性阶段OA
图形的特点：一条通过原点
的直线，应力与应变成正比。
试件的特点：弹性
计算的指标：
弹性模量 E tg
E值的大小反映了钢材抵抗 弹性变形的能力。
弹性极限 p : A点对应
的应力。
建筑钢材的抗拉性能
F A
AB
C D
p
α
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
E1 ＞ E2
1、冷拉：常温下对钢材进行拉长，这时屈 服点提高了，长度增加了，抗拉强度基 本不变，塑性和韧性有所下降。
时效：冷拉的钢筋，常温下存放一定时间。
时效处理：一般常温下存放15～20天，用于
Ⅰ级钢筋（自然时效）；加热100～200°并保 持一定时间（2h），用于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级 钢筋（ 人工时效）
冷拉：屈服强度提高、 抗拉强度不变、 延伸率降低。
ak 钢的化学成分; 例：S、P↑冲击韧性 ↓ 冶炼及轧制质量 质量↑冲击韧性↑ 温度 温度↓，冲击韧性↓
三、疲劳强度
受交变荷载反复作用，钢材在 应力低于其屈服强度的情况下 突然发生脆性断裂破坏的现象, 称为疲劳破坏。
钢材的疲劳破坏一般是由拉应 力引起的，首先在局部开始形 成细小断裂，随后由于微裂纹 尖端的应力集中而使其逐渐扩 大，直至突然发生瞬时疲劳断 裂。
➢型材
➢板材 ➢线材 ➢管材
1. 结构用的角钢 2. I字钢（基础支撑） 3. 槽钢 4. 方钢 5. 吊车轨 6. 钢板桩
1. 薄板 2. 厚板
1. 钢筋 2. 钢丝 3. 钢绞线
供水、供气（汽）管线等。
建筑钢材 前言
二、建筑钢材的应用
1. 重型工业厂的屋架、吊车梁； 2. 大跨度房屋结构； 3. 大跨度桥梁； 4. 多层、高层房屋的梁架； 5. 移动式结构； 6. 轻型结构； 7. 在抗震要求比较高的地方。
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：
L1 L0 100 %
L0
建筑钢材的抗拉性能
F A
b s p
B上 A B下 B
α
O
C D
L L0
L1 L0
三个重要的指标
F A
1.屈服强度σs
结构设计中钢材强度取值的依据
2.抗拉强度σb
钢材所能承受的最大应力 屈强比 s b
屈强比，↑ 利用率 ↑，安全可靠程度 ↓
b s p
B上
B A B下
s b
α
O
3.伸长率δ
L1 L0 100 % L0
b
衡量钢材塑性的指标，越大说明
钢材的塑性越好
s b
C D
L L0
s
δ5与δ10谁大
4．断面收缩率
d0
L0
L0=5d0或10d0
An
A0
L1
A0、 An前后的截面积
中碳钢、高碳钢的应力－应变图
规定：产生残余变 形为原始标距的0.2% 时所对应的应力值， 作为硬钢的屈服强度， 称为条件屈服强度， 用σ0.2表示。
二、冲击韧性
定义
钢材抵抗冲击荷载的能力。
试件
测试方法 演示
计算式
k
AK F
讨论与分析
ak↑冲击韧性↑。
影响冲击韧性的因素
二、屈服阶段AB
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。
计算的指标：
屈服强度（也叫屈服点） s :
B下 点对应的应力。
s
Fs A
F A
B上 B
A B下
C D
s p
α
O
L L0
低碳钢受拉的应力－应变图
钢的生产过程 炼钢——生铁+氧
钢的生产方法
铸锭 脱氧处理 化学偏析
1. 氧气转炉法 2. 空气转炉法 3. 平炉炼钢法 4. 电炉炼钢法
➢钢的压力加工 热加工
冷加工
生铁矿
Fe2O3
生铁
加 氧
FeO、Fe2O3
加
Mn、
Si
钢
高炉中高温、加C（燃料）、石灰石等溶剂
C+O2 S+O2 P+O2
CO2 SO2 P2O5
电炉钢
沸腾钢
（2）按脱氧程度分半镇静钢
镇静钢
（3）按压力加工方式分冷 热加 加工 工钢 钢材 材
低碳钢（含碳量＜0.25％）
碳素钢中碳钢（含碳量0.25%～0.60%）
（4）按化学成分分
高碳钢（含碳量＞0.60％）
低合金钢（合金元素总量＜5%）
合金钢中合金钢（合金元素总量5%～10%）
高合金钢（合金元素总量＞10%）
当HB175， b 3.6HB
当HB175， b 3.5HB
五、钢材的冷弯性能
定义 指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，
指标
试件被 弯曲角度α、弯心直径与厚度的 比值d/a
试验演示
结论
钢材的冷弯
弯曲角度α ↑ d/a ，表示对冷弯性能要 求越高。
六 钢材的冷加工
(一) 钢材的冷加工及时效
冷加工强化处理是指常温下对钢材进行冷拉、 冷拔或冷轧，使其产生塑性变形并提高屈服 点。 钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。
Fe，含C、S、P等有害元素， 硬而脆、塑性差、抗拉强度差。
比重较大，生成矿渣
脱
氧
C、S、P等元素含量减
少，技术性能及质量比
生铁好的多。
钢的生产过程示意图
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建筑钢材 钢的生产与分类
0.02%<C<2.06
五、钢的分类
Fe C S P
1. 低碳钢
f塑
➢按化学成分 1. 碳素钢
2. 中碳钢 3. 高碳钢
选择：焊接结构用钢，选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇 静钢。对高碳钢及合金钢，需要采用焊前预热及焊后热处 理等措施。
案例分析
某烧结矿仓库运输廊道于1965年1月发生倒 塌。事故发生时室外气温为36℃左右。经现 场调查及取样试验可知所用的沸腾钢含碳 0.23％～0.25％，含硫0.06％，焊接质量差。 请分析事故原因。
分析答案
七 钢的化学成分对钢材 性能的影响
1.碳是决定钢材性能的主要元素。
随着含碳量的增加，钢的强度和硬度 提高，塑性和韧性下降。但当含碳量大于 1.0%时，由于钢材变脆，强度反而下降。
含碳量对热轧碳素钢性质的影响
σb—抗拉强度；αk—冲击韧性；HB—硬度； δ—伸长率；φ—面积缩减率