建筑钢材主要技术性能及应用

2023-11-07 理论教育版权反馈

【摘要】：力学性能主要包括拉伸性能、冲击韧性、疲劳强度、硬度等；工艺性能是钢材在加工制造过程中所表现的特性，包括冷弯性能、焊接性能、热处理性能等。（二）工艺性能1.冷弯性能冷弯性能是指常温下对钢材试件按规定进行弯曲，钢材承受弯曲变形的能力。冷弯性能是钢材的重要工艺性能。冷弯检验是按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。

钢材的技术性能包括力学性能和工艺性能两个方面。力学性能主要包括拉伸性能、冲击韧性、疲劳强度、硬度等；工艺性能是钢材在加工制造过程中所表现的特性，包括冷弯性能、焊接性能、热处理性能等。

（一）力学性能

1.拉伸性能

钢材的拉伸性能，典型地反映在广泛使用的软钢（低碳钢）拉伸试验时得到的应力σ与应变ε的关系上，如图2-11 所示。钢材从拉伸到拉断，在外力作用下的变形可分为四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段。该部分内容在《力学与结构》中有详细介绍，此处不再赘述。

钢材的σe 和σs 越高，表示钢材对小量塑性变形的抵抗能力越大。因此，在不发生塑性变形的条件下，所能承受的应力就越大。σe 与σb 差值越大的钢，说明超过屈服点后的强度储备能力越大，结构的安全性高。

试件拉断后，将拉断后的两段试件拼对起来，量出拉断后的标距长l1，如图2-12 所示。按式（2-23）计算伸长率：

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图2-11　低碳钢受拉应力—应变图

式中　δ——试件的伸长率，%；

l0——拉伸前的标距长度，mm；

l1——拉断后的标距长度，mm。

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图2-12　试件拉伸前和断裂后标距长度

伸长率是衡量钢材塑性的重要指标，其值越大说明钢材的塑性越好。塑性变形能力强，可使应力重新分布，避免应力集中，结构的安全性增大。标距的大小影响伸长率的计算结果，通常以δ5和δ10分别表示l0＝5d0和l0＝10d0时的伸长率。同一种钢材，其δ5大于δ10。某些线材的标距用l0＝100mm，伸长率用δ100表示。

中碳钢和高碳钢（硬钢）的拉伸曲线与低碳钢不同，屈服现象不明显，伸长率小。这类钢材由于没有明显的屈服阶段，不能测定屈服点，故常以发生残余变形为0.2%原标距长度时所对应的应力值作为规定的屈服极限，用σ0.2表示。(www.chuimin.cn)

2.冲击韧性

钢材抵抗冲击荷载不被破坏的能力称为冲击韧性。用于重要结构的钢材，特别是承受冲击振动荷载的结构所使用的钢材，必须保证冲击韧性。

3.疲劳强度

钢材在交变荷载反复多次作用下，可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏，这种破坏称为疲劳破坏。钢材的疲劳破坏指标用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，它是试件在交变应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力值。

研究表明，钢材的疲劳破坏是拉应力引起的，首先在局部开始形成微细裂缝，由于裂缝尖端处产生应力集中而使裂缝迅速扩展直至钢材断裂。疲劳破坏常常是突然发生的，往往造成严重事故。

4.硬度

硬度是指钢材抵抗外物压入表面产生塑性变形的能力。

钢材的硬度是以一定的静荷载，把一定直径的淬火钢球压入试件表面，然后测定压痕的面积或深度来定的。测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法和维氏法等，较常用的为布氏法和洛氏法，相应的硬度试验指标称布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）。

（二）工艺性能

1.冷弯性能

冷弯性能是指常温下对钢材试件按规定进行弯曲（90°或180°），钢材承受弯曲变形的能力。冷弯性能是钢材的重要工艺性能。

试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。冷弯检验是按规定的弯曲角度和弯心直径进行弯曲后，检查试件弯曲处外面及侧面不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。

2.焊接性能

钢材的可焊性是指钢材是否适应通常的焊接方法与工艺的性能。可焊性能的好坏，主要取决于钢材的化学成分。含碳量小于0.25%的碳素钢具有良好的可焊性。加入合金元素（如硅、锰、钒、钛等）也将增大焊接处的硬脆性，降低可焊性。

建筑钢材主要技术性能及应用

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