时效 ➢ 经冷拉的钢材随时间延长强度提高,塑性、 韧性下降的现象叫做时效。 ➢ 可分为两类：分为自然时效（经冷拉的钢材 在常温下存放15-20天）和人工时效（经冷 拉的钢材在加热至100-200℃，并保持一段 时间）。
图6.5 钢筋经冷拉时效后应力-应变图的变化
影响钢材冲击韧性的因素很多，钢的化学成分、 组织状态，以及冶炼、轧制质量都会影响冲击韧性。
图6.2 冲击韧性试验图
(a)试件尺寸；(b)试验装置；(c)试验机 1—摆锤；2—试件；3—试验台；4—刻度盘；5—指针
3 疲劳强度
钢材在交变应力的反复作用下，往往在应力远 小于其抗拉强度时就发生破坏，这种现象称为疲劳 破坏。
(1)弹性阶段(O—A) (2)屈服阶段(A—B) (3)强化阶段(B—C) (4)颈缩阶段(C—D)
图6.1 低碳钢受拉的应力-应变图
(1)弹性阶段(O—A)
在OA范围内应力与应变成正比例关系，如 果卸去外力，试件则恢复原来的形状，这个阶段 称为弹性阶段
弹性阶段的最高点A所对应的应力值称为弹 性极限σp。当应力稍低于A点时，应力与应变呈 线性正比例关系，其斜率称为弹性模量，用E表 示，E=σ/ε。
6 建筑钢材
本章提要
本章概述了钢材的冶炼、加工及分类方法。 重点介绍了钢材的力学性能、工艺性能及现行国 家标准或规范对钢材的性能及技术要求。阐述了 钢的化学成分及所含合金元素等对钢材性能的影 响。介绍了碳素结构钢和低合金结构钢的牌号表 示方法、技术要求及各类牌号钢材的性能和用途。 论述了钢筋混凝土结构采用的主要钢材品种及特 点。
(2)屈服阶段(A—B)
当应力超过弹性极限σp后，应力和应变不再 成正比关系，应力在B上至B下小范围内波动，而 应变迅速增长。在σ-ε关系图上出现了一个接近水 平的线段。如果卸去外力已出现塑性变形，AB 称为屈服阶段。B下所对应的应力值称为屈服极 限σs。
(3)强化阶段(B—C)
当应力超过屈服强度后，由于钢材内部组织 产生晶格扭曲、晶粒破碎等原因，阻止了塑性变 形的进一步发展，钢材抵抗外力的能力重新提高。 在σ-ε关系图上形成BC段的上升曲线，这一过程 称为强化阶段。对应于最高点C的应力称为抗拉 强度，用σb表示，它是钢材所能承受的最大应力。
★根据脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、 镇静钢和半镇静钢三种。
(1)沸腾钢 F 是脱氧不完全的钢，钢材质量差。
(2)镇静钢 Z 是脱氧充分的钢，钢材质量好。
(3)半镇静钢 ｂ
建筑钢材是将钢坯加热后经轧制而成的。
2 钢的分类
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6.2 钢材的主要性能
1 抗拉性能
由低碳钢在拉伸过程中形成的应力(σ)-应变(ε) 关系图(图6.1)可知，★低碳钢受拉过程可划分为 以下4个阶段
过程
高炉 熔融
建筑钢材
生铁
精炼

钢材的冶炼过程
钢锭 铸锭
钢
根据炼钢设备所用炉种不同，炼钢方法主要 可分为平炉炼钢、氧气转炉炼钢、电炉炼钢三种。
(1)平炉炼钢 它以熔融状或固体状生铁、铁矿石或废钢铁
为原料，以煤气或重油为燃料。利用铁矿石中的 氧或鼓入空气中的氧使杂质氧化。可用于炼制优 质碳素钢和合金钢等。
疲劳破坏的危险应力用疲劳极限来表示，它是 指疲劳试验时试件在交变应力作用下，于规定周期 基数内不发生断裂所能承受的最大应力。
一般认为，钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的， 抗拉强度高，其疲劳极限也较高。钢材的疲劳极限 与其内部组织和表面质量有关。
4 硬度
硬度是指钢材抵抗较硬物体压入产生局部变形
布氏法是用一直径为D的硬质钢球，在荷载 P(N)的作用下压入试件表面，经规定的时间后卸去 荷载，用读数放大镜测出压痕直径d，以压痕表面 积(mm2)除荷载P，即为布氏硬度值HB。★HB值越 大，表示钢材越硬。如图6.3
(4)颈缩阶段(C—D)
当应力达到抗拉强度σb后，在试件薄弱处 的断面将显著缩小，塑性变形急剧增加，产生
将断裂后的试件拼合起来，量出标距两端
点间的距离，按下式计算出伸长率δ：
d0
L1 L0 100%
L0
L0
L1
2 冲击韧性
冲击韧性指钢材抵抗冲击荷载的能力。它是用 试验机摆锤冲击带有V形缺口的标准试件的背面， 将其折断后试件单位截面积上所消耗的功，作为钢 材的冲击韧性指标，以αk表示(J/cm2)。αk值越大， 表明钢材的冲击韧性愈好(如图6.2)。
图6.3 布氏硬度测定示意图
5 冷弯性能
冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能 力，是建筑钢材的重要工艺性能。
钢材的冷弯性能指标是用弯曲角度和弯心直径 对试件厚度(直径)的比值来衡量的。试验时采用的 弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度(直径)的比值 愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。如图6.4所示
(2)氧气转炉炼钢 以熔融的铁水为原料，由转炉顶部吹入高纯
度氧气，能有效地去除有害杂质，并且冶炼时间 短(20~40min)，生产效率高，所以氧气转炉钢质
(3)电炉炼钢 以电为能源迅速将废钢、生铁等原料熔化，
并精炼成钢。电炉又分为电弧炉、感应炉和电渣 炉等。
冶炼后的钢水中含有以FeO形式存在的氧， FeO与碳作用生成CO气泡，并使某些元素产生偏 析(分布不均匀)，影响钢的质量。所以必须进行 脱氧处理，方法是在钢水中加入锰铁、硅铁或铝 等脱氧剂。
钢筋
钢板
型钢
钢丝
钢桥
本章内容
6.1 钢的冶炼和分类 6.2 钢材的主要性能 6.3 建筑钢材的技术标准及
选用
6.1 钢的冶炼和分类
1 钢的冶炼
★钢是由生铁冶炼而成的。钢和铁都是铁碳合 金，钢的含碳量在2%以下，而生铁的含碳量大于 2%
钢的冶炼就是将熔融的生铁进行氧化，使碳 的含量降低到规定范围，其他杂质含量也降低到 允许范围之内。
钢材的冷弯性能和伸长率都是塑性变形能力的 反映。
图6.4 钢材冷弯
(a)试样安装；(b)弯曲90°；(c)弯曲180°；(d)弯曲至两面重合；(e)规定弯心
★ 6 钢材的冷加工强化及时效
钢材经冷加工产生一定塑性变形后，其屈服 强度、硬度提高，而塑性、韧性及弹性模量降低， 这种现象称为冷加工强化
钢材的冷加工方式有冷拉、冷拔和冷轧。 以钢筋的冷拉为例(图6.5)，图中OBCD为未经 冷拉时的应力-应变曲线。