钢结构第二章 材料
第二章 钢结构的材料
五、复杂应力状态的影响
在复杂应力如平面或立体 应力作用下，钢材的屈服并 不只取决于某一方向的应力， 而是由反映各方向应力综合 影响的 屈服条件来确定。
eq ( x y y z z x ) 3( )
第二节
钢材的主要机械性能
• 钢材的机械性能（力学性能）通常是指钢厂生 产供应的钢材在标准条件下拉伸、冷弯和冲击 等单独作用下显示出的各种机械性能。它们由 相应实验得到，试验采用的试件的制作和试验 方法都必须按照各相关国家标准规定进行。 一、单向拉伸时的性能 标准试件在室温（100C～350C) 、以满足静 力加载的加载速度一次加载所得钢材的应力 ζ ～ ε 应变曲线显示的钢材机械性能如下:：
二、疲劳计算
• 反复荷载作用产生的应力重复一周叫做一个循环。 Δ ζ =ζ max-ζ min称为应力幅，表示应力变化的幅 度。 • 试验表明，焊接结构发生疲劳破坏并不是名义最 大应力ζ max作用的结果，而是焊缝部位足够大小 的应力幅反复作用的结果。非焊接结构的的疲劳 寿命不仅与应力幅有关，还与 其他因素有关。 规范把疲劳计算公式中的应力幅调整为折算应力 幅，以反映其实际工作情况。 • 疲劳计算的公式是以试验为依据的，分为常幅和 变幅疲劳两种情况进行计算。
（2）槽钢
有热轧普通槽钢和轻型槽钢两种。槽 钢规格用槽钢符号 [ 或Q[表示。 例如，普通槽钢[10、[20a，轻型槽钢Q[20a。 （3）工字钢 有普通工字钢和轻型工字钢两种。 例如，普通工字钢I18、I50a，轻型工字钢QI50。 （4）H型钢 H型钢比工字钢的翼缘宽度大并为等 厚度，截面抵抗矩较大且质量较小，便于与其它 构件连接。热轧H型钢分为宽、中、窄翼缘H型钢， 它们的代号分别为HW、HM和HN。例如HW260a、 HM360、HN300b。
钢结构复习题 第二章
第二章 钢结构的材料一、名词解释1．塑性2．韧性３．冷脆4．热脆5．塑性破坏6．脆性破坏7．冷弯性能合格8．应力集中9．应力幅10.疲劳寿命二、判断题1．钢材具有良好的塑性，因此钢结构只发生塑性破坏2．钢材的强度设计值f 是以钢材的抗拉极限强度u f 为依据的。
3．钢材材质较均匀，因此在各个方向受拉时的强度均相同。
4．2.0σ就是应力应变曲线上应变值为0.2%时所对应的应力值。
5．应力集中常使该处材质处于双向或三向受拉应力状态，材质转脆。
6．只要设计合理或制造正确就可避免钢结构的脆性断裂。
7．冷加工使钢材强度提高，故普通钢结构设计中可利用此提高的强度来进行结构设计。
8．焊接结构的疲劳强度破坏并不是最大应力重复的结果，而是焊接处足够大小的应力幅重复的结果。
9．按现行钢结构设计规范进行钢结构疲劳验算时，疲劳荷载计算中不考虑其荷载动力系数。
10．钢结构脆性断裂就是当某处应力达到y f 或u f 时发生的突然破坏11．塑性变形是不能恢复的，因此塑性破坏比脆性破坏更危险。
12．应力集中可产生三轴受拉的应力状态，它对钢结构抗低温冷脆性有严重的不良影响，但因为它提高了钢材的屈服点，故对提高钢结构的疲劳强度是有利的。
13．结构钢材的伸长率以δ5和δ10 表示，下标5或时代表标准试件的截面面积为5或10平方厘米。
三、单项选择题1．钢材疲劳验算公式][σσ∆≤∆中σ∆是根据（ ）A:永久荷载设计值 B: 循环荷载设计值C: 永久荷载标准值 D: 循环荷载设计标准值2．下列钢材化学成分中对钢材性能有害的元素是（ ）Ⅰ硼 Ⅱ氧 Ⅲ硅 Ⅳ氮 Ⅴ硫 Ⅵ 磷A: Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ B: ⅡⅣ Ⅴ ⅥC: Ⅰ硼 硅 氮 磷 D: Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ3.锰、硅、铝常作为脱氧剂加入钢水中，它们的脱氧能力从强到弱的顺序是（）A: 铝<锰<硅 B: 硅<锰<铝C: 锰<硅<铝 D: 铝<硅<锰4.钢材冲击韧性V C 随温度降低而显著降低，材料由塑性（温度为2T ）转变为脆性（温度1T ），如图，0T 为转变温度，则结构设计时取用结构所处的温度应大于（ ）A: 2T B: 1T C: 0T D: 2/)(20T T +5．Q235-D 钢材要求保证冲击韧性V C 值时的温度是（ ）A:0℃ B: -20℃ C:-40℃ D:20℃6．钢材应避免在“蓝脆区”进行热加工，以免引起裂纹，“蓝脆区”的温度是（ ）左右 A:250℃ B: 300℃ C:600℃ D:800℃7．焊接结构在循环荷载计算应力幅σ∆作用下，焊接处最大应力max σ为（ ）A ：)(抗拉强度u fB ：)(屈服强度y fC ：σ∆+y fD ：σ∆-y f 8：焊接结构在循环荷载计算应力幅σ∆作用下，焊接处最小应力min σ为（ ）A ：)(抗拉强度u fB ：)(屈服强度y fC ：σ∆+y fD ：σ∆-y f 9：下列说法除（ ）为均为疲劳破坏和脆性破坏共同特点。
2023年开放大学钢结构(本)单元小练习题目与答案
钢结构（本）章节小练习第一章绪论1．世界第一座铸铁拱桥是（）正确答案是：雪纹桥2．在公元前60年前后，我国就修建了（）正确答案是：铁链桥1．最早的钢结构由铁结构发展而来。
（）正确的答案是“对”。
2．钢结构的广泛应用源自于钢材的优异性能、制作安装的高度工业化、结构形式的丰富多样以及对复杂结构的良好适应等特点。
（）正确的答案是“对”。
1．下面关于钢结构特点说法有误的一项是（）正确答案是：耐热性差、耐火性好2．相比较来讲，最适合强震区的结构类型是（）正确答案是：钢结构3．相比较来讲，钢结构最大的弱点是（）正确答案是：易于锈蚀4．相比较来讲，当承受大荷载、动荷载或移动荷载时，宜选用的结构类型是（）正确答案是：钢结构5．下列均为大跨度结构体系的一组是（）正确答案是：网壳、悬索、索膜6．通常情况下，输电线塔和发射桅杆的结构形式属于（）正确答案是：高耸结构1．钢材在冶炼和轧制过程中质量随可得到严格控制，但材质波动范围非常大。
（）正确的答案是“错”。
2．钢材质地均匀、各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性，可近似看作理想弹塑性体。
（）正确的答案是“对”。
3．结构钢具有良好的冷、热加工性能，不适合在专业化工厂进行生产和机械加工。
（）正确的答案是“错”。
4．钢结构在其使用周期内易因温度等作用出现裂缝，耐久性较差。
（）正确的答案是“错”。
5．钢材是一种高强度高效能的材料，可以100%回收再利用，而且没有资源损失，具有很高的再循环价值。
正确的答案是“对”。
6．钢材轻质高强的特性使钢结构在跨度、高度大时体现出良好的综合效益。
（）正确的答案是“对”。
1．结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力，称为结构的（）正确的答案是：可靠性2．结构可靠性主要包括（）正确的答案是：安全性、适用性和耐久性3．下列均为承载能力极限状态范畴的一组是（）.正确的答案是：构件或连接的强度破坏、疲劳破坏、脆性断裂1．钢结构设计的目的是保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠地工作。
第二章钢结构的材料2
现象、疲劳现象等。 耐腐蚀性
钢材在潮湿或腐蚀性环境中工作，需要注 意防锈涂装。 时效
随着时间的增长，钢材的力学性能有所改 变称作时效。
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疲劳
钢材在多次循环反复荷载作用下，即使 应力低于屈服点σs也可能发生破坏的现象 称疲劳破坏
持久强度
高温和长期荷载作用下，其屈服强度有
1.较高的抗拉强度σb和屈服点σs； 2.较好的塑性、韧性； 3.良好的工艺性能（冷、热加工，可焊性）； 4.对环境的良好适应性。
3
钢材性能的要求主要有： • 强度 • 塑性 • 韧性 • 冷弯性 • 耐久性 • 可焊性 • Z向伸缩率
4
强度 强度是材料受力时抵抗破坏的能力。说明钢
材强度性能的指标有弹性模量E、比例极限σp、 屈服点σs和抗拉强度σb（fu ）等。这些指标可 以根据钢材标准试件一次单向拉伸试验确定。
ε0 ε ε
0.15% 2.5%-3%
1)σs与σp相差很小； 2)超过 σs到屈服台阶终
止的变形约为2.5%-3%，足以满足考虑结 构的塑性变形发展的 要求。
14
（2）钢材在静载作用下：
强度计算以σs为依据; σb为结构的安全储备。
（3）断裂时变形约为弹性变形的200倍，在破坏前
产生明显可见的塑性
采用短试件l0/d=3, 屈服点同单向拉伸时的屈服点。 （三）受弯时的性能
同单向拉伸时的性能，屈服点也相差不多。
（四）受剪时的性能
抗剪强度可由折算应力计算公式得到：
fvfy y3
（ 23 ）G 79 103N m m 2
18
二、冲击韧性
衡量钢材在动力（冲击）荷载、复杂应 力作用下抗脆性破坏能力的指标，用断裂时吸 收的总能量（弹性和非弹性能）来表示。
钢结构第2章(带答案)
第2章钢结构材料1钢材代号Q235D的含义为Q为屈服强度的汉语拼音宇母，235为屈服强度数值、D为质量等级符号。
2钢材的硬化，提高了钢材的强度，降低了钢材的塑性和韧性。
3当用公式厶计算常幅疲劳时，式中表示工作应力幅，对焊接结构的焊接部位=旷“和-巧向,对于非焊接部位= <T,nax一^<T min。
4钢材的两种破坏形式为塑性破坏和脆性破坏。
5钢材的设计强度等于钢材的屈服强度斤除以抗力分项系数冷。
6钢材在复杂应力状态下，由弹性转入塑性状态的条件是折算应力等于或大于钢材单向拉伸的屈服极限。
7按脱氧方法之不同,钢材有镇静钢和沸腾钢之分。
8钢材的0值与温度有关，在-2（尸C或在-4（尸C所测得的Cv值称低温冲击韧性。
9随着时间的增长，钢材强度提高，塑性和韧性下降的现象称为时效硬化。
10通过标准试件的一次拉伸试验，可确定钢材的力学性能指标为：抗拉强度心、和屈服极限fy和伸长率合。
11钢材设计强度F与屈服点fy,之间的关系为_/ =厶/*_。
12韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,亦即钢材抵抗冲击荷载的能力。
13对于焊接结构，除应限制钢材中硫、磷的极限含量外，还应限制C的含量不超过规定值0.2%o14在疲劳设计时，经过统计分析，把各种构件和连接分为_L类，相同应力循环次数下，类别越高，容许应力幅越低。
15衡量钢材抵抗冲击荷载能力的指标称为冲击韧性。
它的值越小，表明击断试件所耗的能量越少，钢材的韧性越差。
16钢中含硫量太多会引起钢材的热；含磷量太多会引起钢材的冷。
17钢材受三向同号拉应力作用时，即使三向应力绝对值很大，甚至大大超过屈服点，但两两应力差值不大时，材料不易进入塑性状态,发生的破坏为脆性破坏。
18如果钢材具有良好的塑性性能,那么钢结构在一般情况下就不会因偶然或局部超载而发生突然断裂。
19应力集中易导致钢材脆性破坏的原闵在于应力集中处輕邂_受到约束。
20随着温度下降，钢材的脆性倾向增加。
钢结构基本原理-思考题简答题-答案
钢结构基本原理-思考题简答题-答案钢结构基本原理简答题思考题答案2、钢结构的特点是什么？①强度高、重量轻；②材质均匀、可靠性高；③塑性、韧性好；④工业化程度高；⑤安装方便、施工期短；⑥密闭性好、耐火性差；⑦耐腐蚀性差。
第二章钢结构的材料6、什么是钢材的主要力学性能（机械性能）？钢材的主要力学性能（机械性能）通常是指钢厂生产供应的钢材在标准条件（20 5C）下均匀拉伸、冷弯和冲击等单独作用下显示的各种机械性能（静力、动力强度和塑性、韧性等）。
7、为什么钢材的单向均匀拉伸试验是钢材机械性能的常用试验方法？钢材的单向均匀拉伸比压缩、剪切等试验简单易行，试件受力明确，对钢材缺陷的反应比较敏感，试验所得各项机械性能指标对于其它受力状态的性能也具有代表性。
因此，它是钢材机械性能的常用试验方法。
8、净力拉伸试验的条件有哪些？①规定形状和尺寸的标准试件；②常温（205C）;③加载速度缓慢（以规定的应力或应变速度逐渐施加荷载）。
9、在钢材静力拉伸试验测定其机械性能时，常用应力-应变曲线来表示口其中纵坐标为名义应力，试解释 何谓名义应力？所谓名义应力即为试件横截面上的名义应力 a=F/A 0 （F 、A 。
为试件的受拉荷载和原横截面面积）。
对钢材进行拉伸试验，当应力。
不超过某一定值时，试件应力的增或减相应引起应变的增或减; 卸除荷载后 ao ）试件变形也完全恢复（E =O ）, 没有残余变形。
钢材的这种性质叫弹性。
解释名词：比例极限。
比例极限：它是对钢材静力拉伸试验时，应力-应变曲线中直线段的最大值，当应力不超过比例屈服点：当钢材的应力不增加而应变继续发展时所对应的应力值为钢材的屈服点口13、解释名词：弹性变形弹性变形：卸除荷载后，可以完全恢复的变形为弹性变形。
14、解释名词：塑性变形塑性变形：卸除荷载后，不能恢复的变形。
10、 钢材的弹性?11、 12、 极限时，应力应变成正比关系。
解释名词：屈服点15、解释名词：抗拉强度抗拉强度：钢构件受拉断裂时所对应的强度值。
钢结构基本原理(第二版)习题参考解答第二章
钢结构基本原理（第二版）习题参考解答第二章第二章钢结构的基本材料和构件习题参考解答1. 钢材的基本性能指标有哪些？请简要描述各项性能指标的含义。
答：钢材的基本性能指标包括强度、韧性、可塑性和耐腐蚀性。
- 强度：钢材的强度是指钢材抵抗外力的能力，通常以屈服强度、抗拉强度和抗压强度来表示。
屈服强度是指钢材在受到外力作用时，开始产生塑性变形的应力值；抗拉强度是指钢材在拉伸状态下最大的抵抗外力的应力值；抗压强度是指钢材在受到压缩状态下最大的抵抗外力的应力值。
强度的高低决定了钢材的承载能力。
- 韧性：钢材的韧性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。
韧性的好坏决定了钢结构在受到冲击或震动时的抵抗能力。
- 可塑性：钢材的可塑性是指钢材在受到外力作用时，能够发生塑性变形而不断延展的能力。
可塑性的好坏决定了钢材的加工性能和成型性能。
- 耐腐蚀性：钢材的耐腐蚀性是指钢材在受到各种腐蚀介质（如大气、水、酸等）的侵蚀时，能够保持其力学性能和表面的完整性。
耐腐蚀性的好坏决定了钢结构的使用寿命。
2. 钢材的分类方法有哪些？请简要描述各种分类方法。
答：钢材的分类方法有按化学成分分类、按用途分类和按加工方法分类。
- 按化学成分分类：钢材按化学成分可分为碳素钢、合金钢和不锈钢。
碳素钢的主要成分是碳和铁，其含碳量通常在0.08%~2.11%之间；合金钢是在碳素钢中添加其他合金元素（如铬、钼、锰等）来改善钢材的性能；不锈钢是指含有至少12%的铬元素，在大气或酸性介质中形成一层致密的氧化铬膜，起到防腐蚀的作用。
- 按用途分类：钢材按用途可分为结构钢、机械钢、特种钢和工具钢等。
结构钢是用于制造各种钢结构的钢材，如建筑、桥梁、船舶等；机械钢是用于制造机械零部件的钢材，如轴承、齿轮、轴等；特种钢是用于特殊工作条件下的钢材，如高温、低温、高压等环境下的钢材；工具钢是用于制造各种切削工具和模具的钢材，如刀具、冲压模具等。
- 按加工方法分类：钢材按加工方法可分为热轧钢材、冷轧钢材和锻制钢材。
第二章钢结构材料
作用则属于连续交变荷载，或称循环荷载。
1） 加载速度的影响
高于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均好。T3
低于此温度时，不论 何种加载方式材料的 韧性性能均差。T1
常温下某温度时，静载下材料 的韧性最好，中等加载速度下 次之，冲击加载最差。T2
2）循环荷载的影响
钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐积累损伤、 产生裂纹、裂纹逐渐扩展，直到最后破坏，这种现
锰、硅含量不高时可提高钢材强度，但又不会过多 降低塑性和冲击韧性，不过量时是有益元素。
硫、磷、氧、氮均是有害元素，一般情况下其含量
元旦应严格控制。（但也有例外） 2-4-2 钢材的焊接性能 指钢材经过焊接后能获得良好的焊接接头的性能。 包括焊缝金属和近缝区钢材在施焊时不开裂、焊接
构件在施焊后的机械性能不低于母材。
达到屈服点作为评价钢结构承载能力极限状态的标
志，即取屈服强度作为钢材的标准强度。 钢材的伸长率是反映钢材塑性的指标之一。反映钢 材塑性的另一个指标是截面收缩率。 伸长率δ等于试件拉断后原标距间的伸长量和原标 距比值的百分率。原标距长度有10倍标距δ 和5倍标
10
距δ5两种。
断面收缩率ψ是试件拉断后，颈缩区的断面面积 缩小值与原断面面积比值的百分率。 由单向拉伸试验还可以看出钢材的韧性好坏。 韧性用材料破坏过程中单位体积吸收的总能量来衡 量，包括弹性能和非弹性能两部分，其值等于应力
力集中。应力高峰值及应
力分布不均匀的程度与杆件 截面变化急剧的程度有关。
实验表明，应力集中处，不仅有纵向应力，还有横向应力， 常常形成同号应力场，有时还会有三向的同号应力场。这种同 号应力场导致钢材塑性降低，脆性增加，结构发生脆性破坏的 危险性增大。
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第二章 钢结构的材料
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一、钢的种类
碳素钢和合金钢
1、碳素钢
●分结构钢（低碳钢）和工具钢（高碳钢）； ●碳素结构钢——《GB700-88》质量等级：A、B、C、 D四级； ● A——只保证抗拉强度、屈服点和伸长率； B、C、D——保证抗拉强度、屈服点和伸长率、冷弯 性能和冲击韧性（分别为+20℃、0 ℃ 和-20℃ ），同 时严格控制C、S、P的极限含量； ●钢号：Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-D等。
3、冲击韧性αk
●断裂工程中吸收能量的能力αk=Ak/A（j/cm2）
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五、钢结构对材料的要求
●较高的抗拉强度fu 和屈服点fy
●较高的塑性和韧性
●平炉钢——原料广泛，容积大，产量高，冶炼工艺较简单， 钢材质量优良，化学成分稳定（偏析度小），机械性能可靠， 能冶炼各种用途的钢。缺点为生产成本高，建厂规模大，工 期长，投资大。
●电炉钢——质量最好，成本最高，土建少用。
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●应力集中的影响：在空洞、槽口、凹角、裂缝、截
面变化处，产生局部高峰应力——应力集中现象。 应力集中：产生同号平面或立体应力场，钢材变脆。
●时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性
降低而脆性增加。
●疲劳的影响：钢材在连续反复或循环荷载作用下，
当应力循环次数n达到某个大数时，发生突然的脆断。 此时，应力σ< fu 甚至σ< fy ——疲劳破坏。
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八、钢材的规格和选用
1、钢材的规格 ●热轧钢板：①厚钢板（厚4.5～60mm）；②薄钢板 （0.35～4mm）；③扁钢（厚4～60mm，宽30 ～ 200mm）。 ●普通热轧型钢： ① 角钢：等边和不等边； ② 槽钢： 热轧不同槽钢和低合金热轧轻型槽钢； ③ 工字钢：同 槽钢；④钢管：有无缝和焊接两种；⑤H型钢：宽翼缘 工字钢。 ●薄壁型钢：用薄钢板（1.5 ～ 5.0mm）经模压和冷弯 而成，一般为Q235或Q345钢。 ●各种彩钢板和压型钢板。
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2、钢材的选用 ●结构的重要性：一级（重要的）、二级（一般的）和 三级（次要的）。 ●荷载情况：分静态荷载和动态荷载。直接承受动力荷 载和强烈地震区的结构，选用性能好的钢材。 ●连接方法：焊接结构和非焊接结构。焊接结构由于受 焊接应力和焊接变形等的影响，选用Q235-B等可焊性 好的钢材。
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2、合金钢
●分为结构钢、工具钢和特殊钢；
●结构钢（低合金钢）——《GB/1591-94》质量等级： A、B、C、D、E五级；
● A、B、C、D的规定同碳素结构钢，E级要求-40℃ 的 冲击韧性；
●钢号：Q345-A、Q390-B、Q420-C、Q235-D等。
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二、炼钢的种类
●转炉钢——质量较差，杂质含量较多。
●空气底吹转炉钢——质量甚差，国内已不生产。
●空气侧吹转炉钢——质量略差，各项性能不如氧气顶吹转 炉钢。
●氧气顶吹转炉钢——有害元素少，杂质少，纯洁度高；质 量和加工性能都接近平炉钢；生产效率高；成本低；投资省； 建厂快。
●良好的工艺性能（冷、热加工性能和可焊性）
六、钢材的破坏形式
塑性破坏和脆性破坏 ●塑性破坏： σ= fu 发生，变形超过材料的变形能力。破坏前发 生较大的塑性变形，断口呈纤维状，色泽发暗。 ●脆性破坏： σ< fu 甚至σ< fy ，没有明显的塑性变形，破坏突 然，没有预兆。断口平直呈晶粒状，色泽发亮。 ●在设计、施工和使用钢结构时，应当注意防止出现脆性破坏。
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七、影响钢材力学性能的因素
●化学成分的影响：含C量增加，强度增高，塑性降低；
S、P、O、N为有害元素，必须严格控制；Mn和Si为有 益元素，要适量。
●冶金缺陷的影响：镇静钢的屈服点高于沸腾钢（约
40N/mm2）;非金属夹杂、裂纹、分层等。
●时效的影响：钢材随时间的增长，强度增加、塑性
降低而脆性增加。
●冷作硬化的影响：钢材在冷加工（拉、剪、冲、压、
拔等）的条件下，强度增加、塑性降低而脆性增加。
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●温度的影响：低温的冷脆；冷脆转变温度（冷脆临
界温度）。
1、钢材均匀受拉的力学性能
●σ -ε曲线五个阶段：①弹性阶段；②弹塑 性阶段；③屈服阶段；④强化阶段；⑤颈缩 阶段。
●强度指标： ①屈服强度fy；②抗拉强度fu 。 ●理想的弹塑性体。 ●塑性性能： ① 伸长率δ 10和δ 5 ；②断面收 缩率ψ 。
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●钢材的物理性能指标： ① 弹性模量E=206×103 （N/mm2） ②剪切模量G=79 ×103 （N/mm2） ;③线膨 胀系数α=12 × 10-6；④质量密度ρ=7850kg/m3。
2、冷弯性能
●不分层、不裂纹
三、炼钢的脱氧方法
●脱氧剂——Mn，Si等。 ●沸腾钢——用Mn脱氧，不充分，质量不 好，成本低 。 ●镇静钢——除锰外，还用铝和硅为脱氧剂， 脱氧完全，质量好，成本高。 ●半镇静钢—— 介于沸腾钢和镇静钢之间。
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四、钢材的力学性能