《钢材性能检测》PPT课件

学习情境学习情境 钢材性能检测钢材性能检测能力目标：能力目标：根据钢结构用材的要求对建筑钢结构钢材进行选根据钢结构用材的要求对建筑钢结构钢材进行选择择 根据钢结构钢材主要机械性能（强度、塑性、冷根据钢结构钢材主要机械性能（强度、塑性、冷弯试验、韧性、可焊性）特点进行检测弯试验、韧性、可焊性）特点进行检测任务任务1、低碳钢和铸铁的拉伸性能检测、低碳钢和铸铁的拉伸性能检测2、低碳钢与铸铁的冲击性能检测、低碳钢与铸铁的冲击性能检测u 较高的强度较高的强度对钢结构用材的要求？对钢结构用材的要求？u 足够的变形能力，塑性、韧性好具有足够的变形能力，塑性、韧性好具有u 良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）良好的加工性能（包括冷加工、热加工和可焊性）钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）规定：）规定：承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率、屈服强度屈服强度和和硫、磷含量硫、磷含量的合格的合格保证，对保证，对焊接结构焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材非焊接承重结构采用的钢材还应具有还应具有冷弯试验冷弯试验的合格保证。需要验算的合格保证。需要验算疲劳疲劳的的焊接结构焊接结构的钢材，应具有的钢材，应具有常温或负温常温或负温冲击韧性冲击韧性的合格保证。对需要验算的合格保证。对需要验算疲劳疲劳的的非焊接结构非焊接结构的钢材应具有的钢材应具有常温常温冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。规范推荐的钢种为规范推荐的钢种为Q235、Q345、Q390、Q420第一步：资讯第一步：资讯一、力学性能（机械性能）一、力学性能（机械性能）单向拉伸试验曲线单向拉伸试验曲线 根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能根据钢材单向拉伸性能曲线，工程应用中，钢材的性能按理想弹塑性体考虑，按理想弹塑性体考虑，f fy y定为钢材拉、压强度标准值。定为钢材拉、压强度标准值。试样拉伸时，在拉断前所承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力，称作抗拉强度 对金属施加拉力，金属存在着力与变形成直线比例的阶段，而这个阶段的最大极限负荷Pp除以试样的原横截面积即为比例极限，用 P表示。金属受外力作用发生了变形，外力去掉后，能完全恢复原来的形状，这种变形称为弹性变形。金属能保持弹性变形的最大应力称为 弹性极限，用e表示。n强度强度材料在外力作用下抵抗材料在外力作用下抵抗变形变形和和断裂断裂的能力。的能力。fy 为强度设计标准值，是设计依据；为强度设计标准值，是设计依据；fu钢材的最大承载钢材的最大承载强度，安全储备强度，安全储备。屈强比屈强比=屈服强度屈服强度/抗拉强度抗拉强度n塑性塑性5（10），），钢材在外力作用下产生塑变时而不钢材在外力作用下产生塑变时而不破坏的能力。这种能力便于内力重分布，可吸收能量，破坏的能力。这种能力便于内力重分布，可吸收能量，用伸长率用伸长率表示。表示。表示以时表示以时5001000010001,5,10试件中间部分的直径试件拉断后的标距长度试件原标距长度%100dldldlllll3、韧性冲击韧性、韧性冲击韧性k，钢材在一定温度下塑变及断裂过程钢材在一定温度下塑变及断裂过程中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能中吸收能量的能力，用于表征钢材承受动力荷载的能力（动力指标），按常温（力（动力指标），按常温（20o）、零温（）、零温（0o）、负、负温（温（-20o、-40o）区分）区分。衡量冲击韧性的指标：衡量冲击韧性的指标：冲击功冲击功 4、截面收缩率、截面收缩率试件发生缩颈拉断后，断口处横截面试件发生缩颈拉断后，断口处横截面积积A1与原横截面积与原横截面积A0的缩减百分比。的缩减百分比。二、工艺性能二、工艺性能1.冷弯性能冷弯性能90o、180o，常温下承受弯曲而不破裂的能，常温下承受弯曲而不破裂的能力。是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。力。是判别钢材塑性及冶金质量的综合指标。2.焊接性能表征钢材适应焊接方法和焊接工艺的能力。焊接性能表征钢材适应焊接方法和焊接工艺的能力。可焊性分为可焊性分为施工上的可焊性施工上的可焊性和和使用性能上的可焊性使用性能上的可焊性。施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能施工上的可焊性指对产生裂纹的敏感性，使用性能上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否上的可焊性是指焊接构件在焊接后的力学性能是否低于母材。低于母材。3.耐久性耐久性抵抗环境影响而不发生较大性能变化的能力。抵抗环境影响而不发生较大性能变化的能力。耐久性需要考虑的有耐腐蚀性、耐久性需要考虑的有耐腐蚀性、“时效时效”现现 象、疲象、疲劳现象等。劳现象等。注意防锈涂装注意防锈涂装 时效时效随着时间的增长，随着时间的增长，钢材的力学性能有所改变称作时效。钢材的力学性能有所改变称作时效。三、影响钢材性能的因素三、影响钢材性能的因素1、化学成份、化学成份2、冶金及轧制、冶金及轧制3、冷作硬化与时效硬化、冷作硬化与时效硬化4、复杂应力、复杂应力5、应力集中、应力集中6、残余应力、残余应力7、温度、温度8、厚度、厚度1、化学成份的影响 基本成份为基本成份为Fe，炭钢中含量占，炭钢中含量占99，C、Si、Mn为杂质元素，为杂质元素，S、P、N、O为冶炼过程中不易除尽的有害元素。为冶炼过程中不易除尽的有害元素。C：含：含C使强度使强度塑性、韧性、可焊性塑性、韧性、可焊性，应控制在，应控制在0.22%，焊接结构应控制在，焊接结构应控制在0.20%。Si：含：含Si适量使强度适量使强度 其它影响不大，有益，应控制其它影响不大，有益，应控制0.10.3%Mn：含：含Mn适量使强度适量使强度 降低降低S、O的热脆影响，改善热加工的热脆影响，改善热加工性能，对其它性能影响不大，性能，对其它性能影响不大，有益有益。S：含量：含量使强度使强度塑性、韧性、性能冷弯、可焊性塑性、韧性、性能冷弯、可焊性；高温时使钢材变脆高温时使钢材变脆热脆现象热脆现象。P：低温时使钢材变脆：低温时使钢材变脆冷脆现象冷脆现象；其它同；其它同S O、N：O同同S；N同同P，控制含量，控制含量0.008%2、冶金与轧制的影响 冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用冶金的影响主要为脱氧方法：沸腾钢用Mn为脱氧剂，时间为脱氧剂，时间快，价格低，质量差；镇静钢用快，价格低，质量差；镇静钢用Si为脱氧剂，时间慢，价格为脱氧剂，时间慢，价格高，质量好。高，质量好。反复的轧制可以改善钢材的塑性。反复的轧制可以改善钢材的塑性。常见的常见的冶金缺陷冶金缺陷有有偏析偏析、非金属夹杂非金属夹杂、气孔气孔、裂纹裂纹等。等。3、冷作硬化与时效硬化冷作硬化与时效硬化 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性下降，增加脆性的现象称之为增加脆性的现象称之为硬化现象硬化现象。当加载超过材料当加载超过材料比例极限比例极限卸载后，出现卸载后，出现残余变形残余变形，再次加载，再次加载则则屈服点提高，塑性和韧性降低屈服点提高，塑性和韧性降低的现象，也称的现象，也称“应变硬化应变硬化”钢材中的钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化，随着时间的增长和温度的变化，而形成碳化物和氮化物，使钢材变脆的物和氮化物，使钢材变脆的“老化老化”现象称之为现象称之为时效硬化时效硬化。4、复杂应力的影响 钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的钢材在多向同号应力场作用下，一向的变形受到另一向的限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场限制，而使钢材强度增加，塑性、韧性下降，异号应力场时则相反。时则相反。5、应力集中的影响 钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使钢构件由于截面的改变以及孔洞、凹槽、裂纹等原因而使构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并构件内产生应力集中，应力集中实际为：局部应力增大并多为同号应力场。多为同号应力场。6 6、残余应力的影响 钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相钢材在轧制、焊接、切割等过程中会产生在构件内部自相平衡的内力平衡的内力,残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的残余应力虽对构件的强度无影响，但对构件的变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响变形（刚度）、疲劳以及稳定承载力产生不利影响。构造设计时应构造设计时应避免截面突变和尖锐角避免截面突变和尖锐角的情况的情况7、温度的影响 温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。温度的影响，一般可分正温与负温影响两部分。1.正温范围正温范围 100以内以内 对钢材性能对钢材性能无影响无影响；100以上以上 随温度升高，总的趋势是随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低强度、弹性模量降低，塑性增大塑性增大 250左右左右 抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆性增抗拉强度略有提高，塑性和韧性降低，脆性增 加加蓝脆现象蓝脆现象。该温度区段称为。该温度区段称为“蓝脆区蓝脆区”。250350 在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续在应力不变的情况下，钢材以很缓慢的速度继续 变形变形徐变现象徐变现象。600左右左右 弹性模量趋于零弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。，承载能力几乎完全丧失。低温对钢材冲击韧性的影响1T C t/T cT 2（有兼坏破种两坏破性脆冲击功区度温变转）坏破性塑2.负温范围负温范围 当温度当温度低于常温低于常温时，钢材的时，钢材的脆脆 性倾向随温度降低而增加性倾向随温度降低而增加。T1 T2 之间之间温度转变脆性区温度转变脆性区，冲，冲击功急剧下降。而且不同的钢材其击功急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用验确定。使用温度必须高于温度必须高于T1 ，但不一定高于但不一定高于T2。8、厚度的影响、厚度的影响 随着厚度的增加，钢材的随着厚度的增加，钢材的抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度均均下降。下降。想一想想一想 是否能够根据钢结构钢材主要机械性能是否能够根据钢结构钢材主要机械性能（强度、塑性、冷弯试验、韧性、可焊性）（强度、塑性、冷弯试验、韧性、可焊性）特点对建筑钢结构钢材进行选择特点对建筑钢结构钢材进行选择?四、结构用钢材的分类四、结构用钢材的分类 钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类钢材的牌号表示方法及结构用钢的种类（钢材牌号由：（钢材牌号由：“Q、屈服点值、质量等级、脱氧方法、屈服点值、质量等级、脱氧方法”四部分组成。四部分组成。Q：表示：表示“屈屈”字拼音首位字母，意为字拼音首位字母，意为“屈服强度屈服强度”；质量等级：分质量等级：分AE五级（字序越高质量越好）；五级（字序越高质量越好）；脱氧方法：脱氧方法：F沸腾钢；沸腾钢；Z镇静钢（一般省略）；镇静钢（一般省略）；B半镇静钢；半镇静钢；TZ特殊镇静钢（一般省特殊镇静钢（一般省略）略）。注：碳素结构钢分：注：碳素结构钢分：A、B、C、D 四级（四级（Q195、Q215、Q235、Q255、Q275），含所有脱氧方法；低合金结构），含所有脱氧方法；低合金结构钢分：钢分：A、B、C、D、E五级（五级（Q295、Q345、Q390、Q420、Q460），），只有镇静钢和特殊镇静钢。只有镇静钢和特殊镇静钢。Q235-A、Q235-BF、Q235-D、Q235-E 建筑结构用钢，宜选碳素结构钢中的建筑结构用钢，宜选碳素结构钢中的Q235及低合金钢中及低合金钢中的的Q345、Q390、Q420四种钢材。四种钢材。五、建筑钢材的品种、规格五、建筑钢材的品种、规格 钢板和钢带钢板和钢带 普通型钢普通型钢 热轧热轧H型钢和焊接型钢和焊接H型钢型钢 热轧剖分热轧剖分T型钢型钢 冷弯型钢冷弯型钢 厚度方向性能钢板厚度方向性能钢板 结构用钢管结构用钢管1、钢板和钢带、钢板和钢带 特点：薄板特点：薄板60mm。表示方法：钢板表示方法：钢板厚度厚度x宽度宽度x长度长度 钢带钢带厚度厚度x宽度宽度 轧制方法：冷轧、热轧轧制方法：冷轧、热轧2、普通型钢、普通型钢 工字钢工字钢规格为规格为 腰高腰高x腿宽腿宽x腰厚腰厚 的毫米数的毫米数 型号为型号为 腰高厘米数腰高厘米数20a 槽钢槽钢规格同工字钢规格同工字钢 型号型号 32b 角钢角钢等边角钢等边角钢 边宽边宽x边宽边宽x边厚边厚 毫米数毫米数 L12510 不等边角钢不等边角钢 长边宽长边宽x短边宽短边宽x边厚边厚 毫米数毫米数 L12580103、热轧、热轧H型钢和焊接型钢和焊接H型钢型钢 热轧分类：宽翼缘热轧分类：宽翼缘H型钢型钢HW；中翼缘；中翼缘H型钢型钢 HM；窄翼；窄翼缘缘H型钢型钢HN 规格表示：高度规格表示：高度x宽度宽度x腹板厚度腹板厚度x翼缘厚度翼缘厚度 焊接分类：焊接焊接分类：焊接H型钢型钢HA；焊接；焊接H型钢钢柱型钢钢柱HGZ；轻型；轻型焊接焊接H型钢型钢HAQ 规格表示：高度规格表示：高度x宽度宽度4、热轧剖分、热轧剖分T型钢型钢 由由H型钢剖分而得，分型钢剖分而得，分 宽翼缘剖分宽翼缘剖分T型钢型钢TW；中翼缘剖；中翼缘剖分分T型钢型钢TM；窄翼缘剖分；窄翼缘剖分T型钢型钢TN。规格表示：高度规格表示：高度x宽度宽度x腹板厚度腹板厚度x翼缘厚度翼缘厚度5、冷弯型钢、冷弯型钢 分类：通用冷弯开口型钢；结构用冷弯空心型钢分类：通用冷弯开口型钢；结构用冷弯空心型钢6、厚度方向性能钢板、厚度方向性能钢板 高层和超高层建筑中，当钢材较厚，需要钢材沿厚度方高层和超高层建筑中，当钢材较厚，需要钢材沿厚度方向有良好抗层状撕裂性能，即向有良好抗层状撕裂性能，即“Z 向钢向钢”7、结构用钢管、结构用钢管 分类：热轧无缝钢管；焊接钢管分类：热轧无缝钢管；焊接钢管六、钢材的材质检验和验收六、钢材的材质检验和验收钢材的选择要求钢材的选择要求（1）结构或构件的重要性；）结构或构件的重要性；（2）荷载的种类（静荷载或动荷载）；）荷载的种类（静荷载或动荷载）；（3）应力特征；）应力特征；（4）连接方法（焊接或非焊接）；）连接方法（焊接或非焊接）；（5）工作条件（温度，腐蚀等）；）工作条件（温度，腐蚀等）；（6）钢材厚度；）钢材厚度；原则：原则：安全、经济、适用。安全、经济、适用。钢结构设计规范钢结构设计规范（GB50017-2003）规定：）规定：承重结构承重结构的钢材应具有的钢材应具有抗拉强度抗拉强度、伸长率伸长率、屈服强度屈服强度和和硫、磷硫、磷含量含量的合格保证，对的合格保证，对焊接结构焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。尚应具有碳含量的合格保证。焊焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材还应具有还应具有冷冷弯试验弯试验的合格保证。需要验算的合格保证。需要验算疲劳疲劳的的焊接结构焊接结构的钢材，应具有的钢材，应具有常温或负温常温或负温冲击韧性冲击韧性的合格保证。对需要验算的合格保证。对需要验算疲劳疲劳的的非焊接结非焊接结构构的钢材应具有的钢材应具有常温常温冲击韧性冲击韧性的合格保证。的合格保证。u验收项目层次验收项目层次 检验批检验批 分项工程分项工程 分部工程分部工程u质量等级质量等级 合格与优良合格与优良 主控项目、一般项目、允许偏差项目主控项目、一般项目、允许偏差项目 小组讨论列出：参考资料计划、任务实施方法、小组讨论列出：参考资料计划、任务实施方法、任务实施步骤计划、确定本小组计划任务实施步骤计划、确定本小组计划工作要求工作要求 1、分成、分成6个小组作业，指明组长，并由组长和组员协商分个小组作业，指明组长，并由组长和组员协商分配成员任务配成员任务 2、阅读并分析任务、阅读并分析任务 3、制定工作步骤、制定工作步骤 4、材料、器具准备、材料、器具准备第二步：计划与决策第二步：计划与决策第三步：实施第三步：实施 按小组制定的计划实施完成任务，填写报告。按小组制定的计划实施完成任务，填写报告。第四步：检查与评价第四步：检查与评价 提请小组成员汇报小组任务完成结果提请小组成员汇报小组任务完成结果 教师评价、其他小组成员根据其他小组的汇报与教师评价、其他小组成员根据其他小组的汇报与教师点评情况修正自己的结论教师点评情况修正自己的结论 得到完整的小组成果，上交得到完整的小组成果，上交