第2章_钢结构的材料及其性能.pptVIP

比例极限?P 这是应力-应变图中直线段的最大应力值。严格地说，比?P略高处还有弹性极限，但弹性极限与?P极其接近，所以通常略去弹性极限的点，把?P看做是弹性极限。 屈服点?y 应变?在?P之后不再与应力成正比，而是渐渐加大，应力-应变间成曲线关系，一直到屈服点。 抗拉强度?u 屈服平台之后，应变增长时又需有应力的增长，但相对地说应变增加得快，呈现曲线关系直到最高点。 伸长率?5和?10 伸长率是断裂前试件的永久变形与原标定长度的百分比。取圆形试件直径d的五倍或十倍为标定长度，其相应的伸长率用?5和?10表示，伸长率代表材料断裂前具有的塑性变形的能力。结构制造时，这种能力使材料经受剪切、冲压、弯曲及锤击所产生的局部屈服而无明显损坏。 屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三个重要力学性能指标。钢结构中所采用的钢材都应满足钢结构设计规范对这三项力学性能指标的要求。 碳（C）: 碳是碳素结构钢中仅次于铁的主要元素，是影响钢材强度的主要因素，随着含碳量的增加，钢材强度提高，而塑性和韧性、尤其是低温冲击韧性下降，同时可焊性、抗腐蚀性、冷弯性能明显降低。因此结构用钢的含碳量一般不应超过0.22%，对焊接结构应低于0.2%。 锰（Mn）: 锰是一种弱脱氧剂，适量的锰含量可以有效地提高钢材的强度，又能消除硫、氧对钢材的热脆影响，而不显著降低钢材的塑性和韧性。锰在碳素结构钢中的含量为0.3%-0.8%，在低合金钢中一般为1.0%-1.7%。 硅（Si）: 硅是一种强脱氧剂，适量的硅可提高钢材的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和可焊性无明显不良影响，但硅含量过大时，会降低钢材的塑性、韧性、抗锈蚀性和可焊性。 钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti): 钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性、韧性。 铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni): 铝是强脱氧剂，用铝进行补充脱氧，不仅进一步减少钢中的有害氧化物，而且能细化晶粒。铬和镍是提高钢材强度的合金元素，用于Q390钢和Q420钢。 硫（S）: 硫是一种有害元素，降低钢材的塑性、韧性、可焊性、抗锈蚀性等，在高温时使钢材变脆，即热脆。因此，钢材中硫的含量不得超过0.05%，在焊接结构中不超过0.045%。 磷(P): 磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素钢中的杂质，它在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。在高温时磷也能使钢减少塑性。但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。 氧(O)、氮(N): 氧和氮也是有害杂质，在金属熔化的状态下可以从空气中进入。氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。 应力比： 反复荷载作用下，钢材某点应力循环幅值中绝对值最小应力与绝对值最大应力之比(拉为正、压为负)称为应力比。 应力幅： 反复荷载作用下，钢材某点最大拉应力与另一个幅值（拉为正压为负）之差为应力幅。 各种应力循环下的应力比和应力幅 疲劳计算（常幅） 断裂吸收能量随温度的变化 加荷速度对断裂韧性的影响 2.5 钢材的层状撕裂 一般钢结构所用钢材为热轧成型，热轧可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒。 钢锭浇筑时形成的气泡和裂纹，可在高温和压力作用下焊合，从而使钢材的力学性能得到改善。然而这种改善主要体现在沿轧制方向上，因钢材内部的非金属夹杂物(主要为硫化物、氧化物、硅酸盐等)经过轧压后被压成薄片，仍残留在钢板中(一般与钢板表面平行)，而使钢板出现分层（夹层）现象。这种非金属夹层现象使钢材沿厚度方向受拉的性能恶化。因此钢板在三个方向的机械性能是有差别的：沿轧制方向最好；垂直于轧制方向的性能稍差；沿厚度方向性能又次之。 厚钢板（厚度大于40mm）较易产生层状撕裂，因为钢板越厚，非金属夹杂缺陷越多，且焊缝也越厚，焊接应力和变形也越大。 为解决这个问题，最好采用Z向钢。这种钢板是在某一级结构钢（称为母级钢）的基础上，经过特殊冶练、处理的钢材，其含硫量为一般钢材的1／5以下，截面收缩率在15%以上。钢板沿厚度方向的受力性能(主要为延性性能)称为Z向性能。钢板的Z向性能可通过做试样拉伸试验得到，一般用断面收缩率来度量。我国生产的Z向钢板的标志是在母级钢钢号后面加上Z向钢板等级标志Z15、Z25、Z35，Z字后面的数字为截面收缩率的指标(%)。 2.6.1 建筑钢材的类别 （1）碳素结构钢 碳素结构钢的牌号（简称钢号）有 Q195 、Q235A、B、 C及D,Q275。其中，Q：屈服强度，以 N/mm2为单位；A、B、C或D等表示按质量划分的级别。还有一个表示脱氧方法的符号如 F,Z或b。从 Q195 到