上。
➢ 经过时效处理后的钢材，其屈服强度、抗拉强度及 硬度都将提高，而塑性和韧性降低。
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26
§7－3 钢材的化学成分及晶体组织
1. 钢材的化学成分及对性能的影响
钢材的化学成分主要是指碳、硅、锰、硫、磷 等，在不同情况下往往还需考虑氧、氮及各种 合金元素。
（1）碳：土木工程用钢材含碳量不大于0.8％。 在此范围内，随着钢中碳含量的提高，强度和 硬度相应提高，而塑性和韧性则相应降低，碳 还可显著降低钢材的可焊性，增加钢的冷脆性 和时效敏感性，降低抗大气锈蚀性。
§7－1 建筑钢材的冶炼与分类
上海宝钢
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2
一、钢及其特性
钢
➢ 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁 碳合金称为钢。
➢ 含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为 工业纯铁。
钢的特点
➢ 具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能 良好，易于加工；但是，钢材易锈蚀、耐火性差。
压型彩钢板
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7
三、 钢的冶炼方法简介
白口铁 熔融 液态生铁
脱氧
钢
吹入空气或氧气 浇注成钢锭
按照炼钢炉的种类，炼钢方法可分为：
1. 空气转炉炼钢法 一般炼制普通碳素钢。 2 .氧气转炉炼钢法 炼制优质碳素钢和合金钢。 3 .平炉炼钢法 用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特
殊要求的专用钢。 4.电炉炼钢法
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27
（2）硅：当硅在钢中的含量较低（小于1%） 时，可提高钢材的强度，而对塑性和韧性 影响不明显。
（３）锰：锰是我国低合金钢的主加合金元 素，锰含量一般在1%～２％范围内，它的 作用主要是使强度提高，锰还能消减硫和 氧引起的热脆性，使钢材的热加工性质改 善。
通过冷弯试验，更有助于暴露钢材的某些内在缺陷， 它能揭示钢材是否存在内部组织不均匀、内应力和夹杂物 等缺陷。
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23
三、工艺性能
2.可焊性
可焊性是指在一定焊接工艺条件下，在焊缝及其 附近过热区是否产生裂缝及脆硬影响，焊接后接头 强度是否与母体相近的性能。
➢ 可焊性受化学成分及含量的影响。含碳量高、含硫 量高、合金元素含量高等，均会降低可焊性。含碳 量小于0.25%的非合金钢具有良好的可焊性。
➢ 对钢材进行冷加工的目的， 主要是利用时效提高强度， 利用塑性节约钢材，同时也 达到调直和除锈的目的。
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25
四、钢材的冷加工强化和时效
2.时效
➢ 钢材随时间的延长，其强度、硬度提高，而塑性、 冲击韧性降低的现象称为时效。
➢ 时效分为自然时效和人工时效两种。
• 自然时效是将其冷加工后，在常温下放置15～20d； • 人工时效是将冷加工后的钢材加热至100～200℃保持2h以
C＜0.25% C=0.25%～0.60％
C＞0.60％
合金总含量＜5% 5%～10％ ＞10％
分为建筑钢、结构钢、工具钢、特殊性能钢（如 不锈钢、耐酸钢、耐碱钢、磁钢等。
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10
§7－2 建筑钢材的主要性能
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11
一、拉伸性能
1.低碳钢的拉伸性能
• 标准试件
按照一定的要求，对表面进行车削加工后的试件。
影响因素
➢ 硫、磷含量高，存在化学偏析，含非金属夹杂物， 焊接形成裂纹，温度降低等，均会降低冲击韧性。
➢ 对于承受冲击荷载和振动荷载部位的钢材，必须考 虑冲击韧性。
.
22
三、工艺性能
1.冷弯性能
指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。
冷弯试验的指标：弯心直径d与试件厚度（直径）a的比 值d/a；弯曲角度（90°或180°）；试样弯曲外表面无肉眼 可见裂纹则冷弯合格。
工作段 d0 A0
l0
头部
l
• 非标准试件
不经过加工，直接在线材上切取的试件。
.
头部
12
.
13
.
14
（1）拉伸试验过程
σ
D
上屈服点
OB—弹性阶段
C上
B
C
A C下 下屈服点
BC—屈服阶段
E
CD—强化阶段
DE—颈缩阶段
0
Fε
以下屈服点的应力作
为钢材的屈服强度。
钢材拉伸过程的σ-ε图
.
15
σ
σB
σp
.
3
二、建筑钢材的主要品种
1.型钢
➢ 简单截面型钢：圆钢、方 钢、六角钢、八角钢等；
➢ 复杂截面型钢：工字钢、 角钢、槽钢、钢轨等。
.
4
二、建筑钢材的主要品种
2.线材 如钢筋、钢丝等。
.
5
二、建筑钢材的主要品种
3.管材
无缝钢管、焊接 钢管等。
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6
二、建筑钢材的主要品种
4.板材
光面钢板、花纹钢板、 彩色涂层钢板等。
➢ 焊接结构应选择含碳量较低的氧气转炉或平炉的镇 静钢。当采用高碳钢及合金钢时，为了改善焊接后 的硬脆性，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处 理等措施。
.
24
四、钢材的冷加工强化和时效
1.冷加工强化
➢ 冷加工强化是钢材在常温下， 以超过其屈服点但不超过抗 拉强度的应力对其进行的加 工。
➢ 建筑钢材常用的冷加工有冷 拉、冷拔、冷轧、刻痕等 。
0 ba
0.2%
条件屈服点σ0.2 ：使硬钢
ε
产生0.2%塑性变形时的
应力。见左图。
oa——总变形。 ba——弹性变形99.8%。 ob——塑性变形0.2%。
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21
二、冲击韧性
定义及指标
➢ 指钢材抵抗冲击荷载而不被破坏的能力。其大小用 冲击韧性值αk表示。αk 越大，则冲击韧性越好。
➢ αk是以试件冲击破坏时缺口处单位面积上所消耗的功 （J/cm2）。
B A
弹性阶段
σp—比例极限，MPa。 σB—弹性极限，MPa。
0
ε
注：由于A、B两点相距较
近，一般认为σp=σB 。
钢材拉伸弹性阶段示意图
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16
σ
屈服阶段
C上
B
C
A C下
放大后
C上
C B C下
0
ε
钢材拉伸屈服阶段示意图
.
17
σ
σb
C上
B
C
A C下
0
D
强化阶段
σb—— 抗拉强度或 强度极限。
ε
钢材拉伸强化阶段示意图
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8
四、钢的分类
1.按冶炼方法分
按冶炼方法分
钢
按脱氧程度分
2.按质量分
平炉钢 转炉钢 电炉钢
沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢
按炉衬材料分 为酸性钢和碱
性钢
按S和P元素含量，分为普通质量钢、优质钢和特 殊质量钢。
.
9
四、钢的分类
3.按化学成分分
碳素钢
钢
合金钢
4.按用途分
低碳钢 中碳钢 高碳钢
低合金钢 中合金钢 高合金钢
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18
σ
D
C上
B
C
A C下
DE——颈缩阶 段
E
0
ε
钢材拉伸颈缩阶段示意图
.
19
（2）拉伸过程的参数
强度指标
➢ 屈服强度：
➢ 抗拉强度：
s
Fs A0
b
Fb A0
塑性指标
➢ 伸长率：
l1 l0 100%
l0
.
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2.硬钢（高碳钢）的拉伸性能
σ A
硬钢强度高，塑性差，拉 伸过程无明显屈服阶段， 无法直接测定屈服强度。 用条件屈服强度σ0.2来代 替屈服强度。