金属结构材料及性能1.1钢的性能1.2影响钢性能的主要因素1.3钢的疲劳度1.4型号、标签、规格及选型1.金属结构材料及性能1.1钢的性能1.1.1钢在双向均匀张力作用下的性能1.< @1.2 钢在复杂挠度状态下的性能1.1.3 钢的塑性1.1.4 钢的硬度1.1. 5 钢的焊接性1.1.6钢的冷弯性能1.1.7钢的耐久性1.1.8钢的破坏方法1.@ >金属结构材料和性能钢在双向均匀拉力作用下的性能通常用静态拉伸试验曲线表示，即挠度-应变曲线。 1.1.1钢在双向均匀拉力作用下的性能低碳钢在拉力作用下的挠曲-应变曲线从图中可以看出，钢在受拉过程中经历了以下四个阶段整个拉伸过程：（1)弹性阶段（OE段）（2)屈服阶段（ECF段）（3)加强阶段（FB段）（4)收缩阶段（ BD截面）1.金属结构材料及性能曲线的OE段，钢处于弹性阶段，即载荷减小时，变形也减小，当载荷增加到零时， （1)弹性相（OE段）OA截面：载荷与伸长率成正比（挠度和应变成正比），完全符合胡克定律，f为比例极限。AE截面：载荷和伸长率与弹性极限不成比例。低碳钢挠度受拉下的n-应变曲线1.金属结构材料及性能当载荷超过N)时，变形与载荷不成反比，变形迅速减小，曲线呈锯齿形波动。即使载荷不减小，变形仍在继续发展，这就是钢材的屈服。
屈服阶段（ECF截面） 低碳钢受拉挠曲-应变曲线 幅值越大，钢的塑性越好。 1.金属结构材料与性能 屈服阶段后，钢的碳化物重新排列，使其更能抵抗更高的载荷，曲线略有上升，达到峰值B。这个阶段称为强化阶段。 (3)低碳钢在强化阶段(FB段)受拉的挠度-应变曲线对应于B点的载荷。Nu为试件所能承受的最大载荷，称为极限载荷， 1.金属结构材料与性能(4) Stage (BD )达到极限值时，试件材料质量较差的截面出现局部纵向收缩，截面面积开始明显收缩，塑性变形迅速减小，这些现象称为颈缩现象。颈缩，载荷继续减小，但变形仍在继续。它一直发展到D点处的试样断裂。1.从挠度应变推断金属结构的材料和性能在受拉的钢的曲线中。因为尺度极限f比较接近，可以感觉到刚性材料在弹性体的屈服极限之前。当挠度达到屈服极限时，结构会形成较大的残余变形，在使用中是不允许的。因此，屈服极限取为钢材在设计中所能达到的最大挠度。钢材在屈服极限之前接近屈服极限。对于理想弹性体，屈服极限后的流动幅值接近理想塑性体，可以认为钢是最理想的弹塑性材料。
硬度极限f是材料伸长的最大承载能力，但材料损伤时塑性变形过大，所以不能作为估算依据，只能作为硬度储备。 1.金属结构材料及性能对于接近理想弹塑性体的钢材，最好采用米塞斯准则，即当材料的形变率达到一定的极限值时，材料开始屈服。所谓第四硬度理论。 1.1.2 复杂挠度状态钢材的性能 复杂挠度状态下钢材的屈服条件：弹性状态塑性状态，即当剪切挠度达到0.58倍屈服极限时，钢进入塑性状态，故钢的剪切硬度设计值f取为0.58f。 1.在金属结构材料和性能同平面主挠度的作用下，提高了钢的极限硬度和弹性工作范围，增加了塑性。在不同位面主偏转的作用下，情况正好相反。在三向主偏转作用下，情况同上。后者如裂纹尖端的挠度集中，前者如局部受压区。复杂挠度作用下钢材性能的变化1.金属结构材料及性能1.1.3钢材的塑性 当挠度超过屈服点时，有明显的残余变形（塑性）可以形成。变体）没有立即破裂。可塑性可以用酸值和面积收缩率来表示。通过静态拉伸试验获得。它是试样扭曲前量规之间的宽度。断面收缩模量是指试样扭曲断裂后，缩颈区的断面面积与原断面面积的比值。结构或预制构件在应力作用下（尤其是承受动载荷时）的材料塑性往往决定了结构是否安全可靠，因此钢材的塑性指标比硬度指标更重要。
1.金属结构材料及性能1.1.4钢的硬度钢在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力也表示钢的抵抗冲击载荷。它是硬度和塑性的综合表现。是判断钢材在冲击载荷下是否发生塑性破坏的重要指标之一。钢的硬度指标定义为冲击硬度a——试件缺口处的净截面积（单位cm） 新标准GB700-88（碳素结构钢）和-88（低合金结构钢）规定冲击试验采用夏比 V 型缺口试样。冲击硬度指标直接用冲击功（J）表示，即1.金属结构材料及性能1.1.5钢的可焊性在一定的工艺和结构条件下，钢材在点焊后可以获得良好的点焊接头性能。是指在一定的点焊工艺条件下，熔池金属和熔池影响区对裂纹形成的敏感性。在性能方面 可焊性：是指点焊接头和熔池的冲击硬度和近焊区的塑性不高于母材。可焊性测试所得结果仅供参考。有一定的距离。钢中C含量的降低会使焊接性变差，所以点焊结构用钢的C含量不应超过0.20%。1.金属结构材料及性能<@ 1.1.6 钢材的冷弯性能是指钢材通过冷加工（常温加工）发生塑性变形时的抗开裂性能。 ，通过检查试件弯曲部位的外侧、内侧和侧面是否有裂纹、断裂和脱层，判断试件的冷弯性能是否合格，并显示其缺陷程度。
冷弯试验示意图1.金属结构材料及性能1.1.7钢材的耐久性影响钢材使用寿命的因素很多，主要是腐蚀、老化和疲劳影响。钢很容易腐蚀。涂层和密集的定期维护措施主要用于解决钢材的“老化”现象，即钢材的热性能随时间变化的现象。这取决于结构的使用要求和条件，必要时可测量快速应变破坏的冲击硬度，以确定钢材是否合适。在连续重复荷载或交变荷载的作用下，当挠度高于屈服点f时，钢结构可能损坏。因此，应估计单个结构的疲劳硬度。 1.金属结构材料及性能1.1.8 钢的破坏模式有两种：塑性破坏和延性破坏。塑性破坏：因较大的塑性变形而破裂。特点：破坏前有显着的塑性变形，挠度大，断口呈纤维状，断裂时肉质发黑。延性破坏：延性断裂。失效前无征兆，挠度低，断裂时断口齐平，呈闪亮的碳化物形状。韧性损坏的风险很高。影响延展性的诱因：物理成分、冶金缺陷（碳化物、非金属夹杂物、裂纹、分层）、气温（热脆性、低温冷脆性）、冷作硬化、时效硬化挠度浓度、三向主挠度状态同号1.金属结构材料及性能1.2影响钢材性能的主要因素1.2.1物理成分的影响1.2.@ >2冶金和钢坯工艺的影响1.2.3时效的影响1.2.4温度的影响1.2.5冷的影响加工硬化1.2.6挠度浓度的影响1.2.7残余挠度的影响1.金属结构材料及性能1.2. @>1钢的物理成分的影响基本元素是铁（Fe），占普通碳钢的99%，另外还有碳（C）、硅等杂质元素图标（Si）、锰（Mn），还有硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，这个总浓度在1%左右，对钢材热性能的影响。
1.金属结构材料及性能碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）杂质元素的影响碳：除铁之外最重要的元素。一般要求建筑钢的含碳量在0.22%以下，点焊结构应限制在0.20%。钢的硬度 塑性硬度（尤其是高温冲击硬度）使钢的焊接性变差，降低了高温脆性断裂的风险。 1.金属结构材料及性能碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）杂质元素的影响硅：添加到普通碳钢中作为脱氧剂。通常，稳定化钢的硅含量为0.10%～0.30%。适量的Si对冷弯性能没有明显的不利影响。 Si是低（可达1%）塑性冲击硬度1.金属结构材料及性能碳（C）、硅（Si）、锰（Mn） 杂质元素锰的影响：是一种弱脱氧剂。普通钢中锰的浓度约为0.3%～0.8%。适量的Mn可有效提高钢的硬度；消除硫和氧对钢热脆性的影响；改善钢的热加工性和钢的冷脆倾向；不会显着降低钢的塑性和冲击硬度。高Si（可达1.0%～1.5%以上）延展性强度1.金属结构材料及性能硫（S）、磷（P） 有害元素的影响硫：极有害的元素。硫和铁的化合物是硫化铁（FeS），它分散在纯碳化铁的夹层中。当磷含量降低时，会降低钢的塑性、冲击硬度、疲劳硬度和耐低温性（800～1200），如焊接、铆接和热加工，硫化铁熔化使钢脆（热脆性）并发生开裂。
钢材中的氯含量要严格控制，一般不超过0.055%，焊接结构不超过0.050%。磷：极有害的元素。导致钢热而脆，降低钢的塑性、冲击韧性、疲劳硬度和抗锈性。一般建筑钢的含磷量不应超过0.055%，点焊结构中不应超过0.050%。 1.金属结构材料和特性氧：一种有害元素。导致热脆。通常要求浓度大于0.05%。氮：能强化钢，但显着降低钢的塑性、韧性、焊接性和冷弯性能，降低时效倾向和冷塑性。通常要求浓度大于0.008%。有害元素氧（O）和氮（N）的影响为提高钢的热性能，可适当降低锰、硅的纯度，并加入一定数量的铬、镍、铜等合金元素，钒、钛和铌也可以混合。成合金。金属结构中常用的合金钢材疲劳性能，合金元素浓度较低，称为普通低合金钢。 1.金属结构材料及性能1.2.2冶金和钢坯工艺对结构钢的影响我国主要的炼钢方法有3种：酸性平炉炼铁、顶吹二氧化碳高炉炼铁法和酸性侧吹高炉炼铁法。平炉钢和顶吹高炉钢的热性能相近。 （酸性侧吹高炉钢的冲击硬度、焊接性、时效、冷延性、抗锈性都较差，因此这些冶炼方法已逐渐被淘汰。）按脱氧程度分为：沸腾钢、镇静钢和半稳定钢。沸腾钢的脱氧程度低，氧、氮、一氧化碳和二氧化碳从钢水中逸出，导致钢水沸腾。
沸腾钢的时效、韧性和焊接性较差，容易出现时效和脆性，但产值较高，成本较低；半稳定化钢的脱氧度较高，上述性能稍好；脱氧度最高，性能最好，但产值较低，成本较高。 1.金属结构材料及性能时效：随着时间的减少，纯铁中残留的碳氧退火物质逐渐析出，形成游离基体或碳化物颗粒，制约纯铁发生塑性变形。 1.2.3 时效的影响 时效会使钢的硬度增加，塑性增加，冲击硬度大大降低（变脆）。因此，这是不利的诱因之一。老化过程从几天到几十次交替负载、反复负载和湿度变化，都容易引起老化。杂质多、晶粒粗大不均匀的钢对时效最为敏感。钢的时效现象1.金属结构材料及性能1.2.4 温度的影响 以上讨论的是钢在室温下的工作性能。当温度下降时，初始强度和弹性挠度基本保持不变，塑性变化不大。然而，在 250 左右，钢的延伸硬度增加，而塑性和冲击硬度增加。这些现象称为蓝脆（表面氧化膜呈蓝色）。应防止钢材在蓝脆温度范围内进行热加工。体温超过300时，屈服点和极限硬度明显增加，达到600时，硬度几乎为零。空气温度对钢热性能的影响1.金属结构材料与性能 当钢的温度从常温升高时，当钢的温度从常温升高时，钢的硬度略有增加，而塑性和冲击硬度增加（变脆）。
异常的是，当温度升高到一定值时，钢的冲击硬度突然急剧下降，试样的断裂属于延性破坏。这些现象称为高温冷脆性，钢从硬度状态转变为韧性状态的温度称为冷脆转变温度（或冷脆临界温度）。冲击硬度与空气温度关系示意图1.金属结构材料及性能1.2.5冷作硬化的影响在重复载荷作用下，钢的配比极限增加的现象是称为硬化。由金属结构的冷（常温）加工引起的钢材硬化现象称为冷作硬化。加载σ>f后卸载再加载，此时硬度（比例极限、屈服极限）增加，塑性和冲击硬度增加。这降低了对金属结构有害的延展性破坏的风险。冷加工（常温）加工时容易形成冷作硬化，所以在剪切厚板边缘和冲孔的冷作硬化部分去除3～5mm，将冷作硬化部分去除。 1.金属结构材料及性能金属结构预制构件中存在的凹坑、缺口、凹角、裂纹、厚度变化、形状变化、内部缺陷等造成局部峰值偏斜，称为偏斜集中挠度集中越严重，钢的塑性越差。 1.2.6挠度浓度的影响1.金属结构材料及性能挠度流程图1.金属结构材料及性能残余挠度在焊接、冷加工等过程中.，由于冷却不均匀和组织变化，在钢内部形成不均匀挠度。
残余挠度在预制构件内部是自平衡的，与外力的作用无关。残余变形的存在可能导致钢的延性破坏。 1.2.7残余挠度的影响1.金属结构材料和性能钢的疲劳：钢在循环挠度的反复作用下产生裂纹、扩展甚至断裂的现象称为钢疲劳或疲劳失效。 1.3 钢的疲劳1.3.1 钢的疲劳破坏特性1.3.2 钢的疲劳硬度1.3.@ > 3 金属结构的疲劳估计1.金属结构材料与性能1.3.1 钢材疲劳损伤的特点疲劳损伤的特征疲劳损伤的原因1.金属结构材料与疲劳特性 失效的特征载荷反复作用在预制构件上；失效突然发生，失效前无明显塑性变形；失效时，挠度高于伸长硬度（硬度极限），甚至高于屈服极限；疲劳破坏断口一般有两个区域，一个是光滑区域，一个是粗晶区域。其表面具有明显的疲劳纹理。 1.金属结构材料及性能可以看出，钢的疲劳失效首先是由钢的内部组织不均匀和挠度分布不均匀引起的。集中挠度可使部分碳化物出现塑性变形并迅速硬化，从而大大降低钢的疲劳硬度。疲劳失效的原因是局部缺陷形成挠度集中（循环载荷的重复作用），发生塑性变形，硬化逐渐产生一些微裂纹。随着循环次数的减少，微观裂纹不断扩大，逐渐成为钢的内部宏观裂纹。截面减小。偏转集中现象迅速减缓，最终晶体中的结合力最终无法抵抗峰值偏转，钢突然断裂1.金属结构材料及性能1.3. 2 钢的疲劳硬度 Steel 钢的疲劳硬度和硬度与1.金属结构材料和性能有关。几个概念循环荷载——结构或预制构件所承受的随时间变化的荷载；挠度幅值(σ)——在循环载荷作用下，挠度从最大值到最小值重复一个周期，最大挠度与最小挠度之差即为挠度幅值。
σ=σmax 挠度循环次数 (n) - 结构或预制构件在失效时所经历的挠度变化次数。恒定幅度循环载荷 - 偏转幅度在所有偏转周期内保持恒定。可变幅度循环载荷 - 在偏转周期中，偏转幅度是可变的。 1.金属结构材料及性能恒幅挠曲循环模式1.金属结构材料及性能1.3.3 金属结构疲劳估算 本节所述的疲劳估算仅适用于常温 非强腐蚀环境下金属结构的高周低应变疲劳估计（挠曲循环次数n10)。估计范围仅限于直接承受重复载荷的金属结构预制构件及其连接件）动载荷 受构件表面水温影响 小于150、海水腐蚀环境、低周高应变等特殊条件下的疲劳，参照其他相关规定进行估算。估计应使用标准载荷和允许挠度范围进行。允许挠度范围与构件和连接方法和挠度数有关离子循环是相关的，对于在偏转循环期间没有拉应力的零件，不需要检查疲劳硬度。疲劳估计分为等幅疲劳估计和变幅疲劳估计。 1.金属结构材料及性能的等幅疲劳估计 当所有挠度循环中的挠度幅值保持不变时，称为等幅挠度循环钢材疲劳性能，由此引起的疲劳称为等幅疲劳。对于等幅疲劳，疲劳估计如下：钎焊件的挠度幅值，焊接位置为估计位置每个挠度循环内的最大拉伸挠度（正值）；估计位置的每个挠度循环中的最小拉伸挠度或压缩挠度（拉伸挠度为正值，压缩挠度为负值）；等幅疲劳的允许挠度幅度1.金属结构材料和性能允许挠度幅度[ Δσ]来源对钎焊钢构件和连接件的疲劳试验研究表明，在等幅循环挠度的作用下，引起试件的疲劳破坏挠度幅值σ=σ与损伤循环次数n之间的关系是一条直线使用对数坐标时，斜率为 -1/β。
线性方程为： 排列为.金属结构材料及性能变幅疲劳估计对于变幅疲劳，根据线性疲劳累积损伤原理，将随机变化的挠度幅值转化为等效常数挠度幅值，然后根据等幅疲劳公式估算，即估算如下公式： 结构的预期使用寿命，用挠度循环次数表示；偏转幅度水平在预期寿命内达到的偏转周期数；系数，从表中得到；偏转幅度。 1.4钢材的种类、标志、规格及选用1.金属结构材料及性能1.4.1钢材的种类及标志1.4.2钢材选用原则1.4.3钢材规格1.4.1钢材种类及标签1.金属结构材料和性能钢材品种繁多，性能不同，金属结构中常用的只有碳素结构钢和低合金结构钢中的几种。国家标准：（GB700－88）《碳素结构钢》（GB/T1591－94）《低合金结构钢》《QXXX—[]》，如Q235-AF、Q235-Bb ,Q345-EZ：屈服硬度的第一个拼音字母。XXX：屈服硬度值，单位为N/mm，结构钢常有235、345、390.：质量等级,是A、B、C、D四个等级（低合金结构钢有A和B，其中：A无冲击功要求；：脱氧法可分为F、b、Z和TZ，F表示沸腾钢，b表示半稳定钢，Z表示稳定钢，TZ表示特殊稳定钢，Z和TZ可以省略。
新旧规格低合金钢牌照对照表1.金属结构材料及性能GB/T1591-94-.9MnV,0.9MnNb,0.9Mn2,12Mn 等 , 16Mn 等 等 Q420 等1.4.2 选钢原则1.金属结构材料的原则和性能钢的选择是：既要使结构安全可靠地满足使用要求，又要尽量节省材料和增加成本。选择钢材时需要考虑以下诱因：结构的重要性、载荷的性质、结构的工作条件（体温、腐蚀等）、重型叉车等钢材的长度梁：Q235和六保（f高温冲击硬度，碳硫磷极限浓度）；点焊钢主梁：Q235-AF，C（含碳量）<0.2%四保（f、冷弯、硫磷极限浓度）。 1.4.3 钢材尺寸 铣削厚板 镀锌工字钢 薄壁工字钢1.金属结构材料及性能 铣削厚板1.金属结构材料及性能 轧制轧厚板符号：“厚度长宽”（mm） 如：- 厚厚板：长度：4.5～60mm；薄厚板：长度：小于4mm；钢材：长3～60mm，厚10～200mm。
镀锌厚板（GB709-88)：热轧厚板（GB708-88)：长度范围0.35-60mm 长度范围0.2-5mm长度范围600-长度范围600-厚度范围-厚度范围-镀锌工字钢1.金属结构材料和性能钢：有等腰和不等两种。等腰钢：“L-腿宽腿厚” （mm）如：不等腰型钢：“L长腿宽短腿宽腿厚”（mm）如：L钢：有普通型钢和重型型钢两种。普通型钢：“ 【截面高度（cm）”，如：【30a重型型钢：】【截面高度（cm）Q】，如：【25Q型钢：有普通型钢和重型型钢两种。普通型钢钢材：“I截面高度（cm）”，如：I32c重型钢：“I截面高度（cm）Q”，如：I32Q管材：“φ直径长度”（mm），如：φ4006薄-壁工字梁1.金属结构材料及性能es由长度决定1.5～6mm（压制工字梁长度：0.4～2mm） 薄厚板采用冷弯或模压成型（图）。特点：同一截面各部分长度相同，截面各角相同顶部为圆弧形，截面转动惯量大，转动直径大，多对磨损的影响敏感。尺寸：B（薄），形状符合“长边宽（或高）短边宽（或长）卷边长宽”（长短边长度相等时，只标明一侧宽，压接长度仅用于压接工字钢） 例如：等腰钢：BL602.5 方铁管：B602 矩形铁管：轧辊 边钢：B[.5
