智能检测与监测技术-智能建造技术专41课件讲解

主讲人：温兴宇智能检测与监测技术智能建造技术专业资源库知识点钢材性能检测钢材性能检测单向拉伸时的性能检测要求1钢材的其它性能检测要求2各种因素对钢材性能的影响3课程目标思政目标严格执行建筑领域法律法规、行业标准，树立法纪意识、规则意识、标准意识了解各种因素对钢材性能的影响，掌握钢材的性能检测要求知识目标具有能正确使用方法对钢材性能进行检测的能力能力目标钢材性能检测钢结构对材料的要求（1）较高的强度(2）足够的变形能力——良好塑性和韧性（3）良好的加工工艺性能——适应冷、热加工，可焊性好（4）对环境的良好适应性——耐腐蚀、耐火、耐疲劳钢结构的材料关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构的制造、安装、使用、造价、安全等均有直接联系。本讲我们讲解钢材性能检测。强度——材料抵抗外力作用时不致破坏的能力。机械性能一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测1、试验条件（1）试件的尺寸要符合国家标准，表面光滑，没有孔洞、刻槽等缺陷。试件的标定长度取其直径的5或10倍。（2）荷载要分级逐次增加，直到试件破坏。（3）试验温度要控制在室温20℃左右。一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测2、钢材的应力-应变关系（1）有屈服点钢材s---e曲线可以分为四个阶段：①弹性阶段(OB段)弹性阶段(OB段)OBCDAE单调拉伸应力-应变曲线OA段：纯弹性阶段

s=EeA点对应的应力：

sp（比例极限）AB段：有一定的塑性变形,但整个OB段卸载后变形消失,e=0B点对应的应力：sy

（弹性极限）屈服阶段（BCD)强化阶段(DE段)颈缩阶段(EF段)一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测②屈服阶段（BCD)塑性变形：卸载后试件不能完全恢复原来的长度。不能恢复的这一部分变形称为塑性变形。

屈服点

fy（屈服强度）：屈服阶段曲线波动部分的最低值。

流幅：从屈服阶段的开始到曲线再度上升的应变幅度称为流幅。

特点：应力与应变进入非线性的弹塑性阶段，不再成正比关系，应变增加很快，应力-应变曲线呈锯齿形波动，出现应力不增加而应变仍然在继续发展。OBCDAE一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测③强化阶段(DE段)钢材内部晶粒重新排列，恢复承载能力，随荷载的增加σ缓慢增大,但ε增加较快，最终应力达到最高点E——抗拉强度（极限强度）fu试件所能承受的最大拉应力④颈缩阶段(EF段)OBCDAE截面出现了横向收缩，截面面积开始显著缩小，塑性变形迅速增大，应力不断降低，变形却延续发展，直至F点试件断裂。一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测（2）对无明显屈服点的钢材设计时以卸载后试件中残余应变为0.2％所对应的应力作为屈服点——“条件屈服点”或“名义屈服点”fy=f0.20.2%fuεp没有明显屈服点的钢材在拉伸过程中没有屈服阶段，塑性变形小，破坏突然。一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测3、单向拉伸时钢材的机械性能指标（1）屈服点fy

应力应变曲线开始产生塑性流动时对应的应力（取屈服阶段波动部分的应力最低值），它是衡量钢材的承载能力和确定钢材强度设计值的重要指标。（作为钢结构设计可以达到的最大应力）（2）抗拉强度fu

应力应变曲线最高点对应的应力，它是钢材破坏前所能承受的最大应力。（强度的安全储备）（3）钢材的塑性

当应力超过屈服点后，钢材能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可用断面收缩率

和伸长率

表示，通过静力拉伸试验得到。

一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测①伸长率δ

试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。

l0—原标距长

l1—拉断后标距长度

d0—试件直径试件有两种标距：l0/d0=5

和

l0/d0=10

相应的伸长率用δ5和δ10表示。伸长率δ实际工程中以伸长率

代表材料断裂前具有的塑性变形能力。一、单向拉伸时的性能检测要求钢材性能检测②断面收缩率

是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分比。

式中：

A0——试件原来的断面面积

A1——试件拉断后颈缩区的断面面积

断面收缩率

越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断面面积时容易产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。A0A1二、钢材的其它性能检测要求钢材性能检测

冷弯性能是判别钢材塑性变形能力和冶金质量的综合指标。1.冷弯性能钢材在冷加工（常温下加工）产生塑性变形时，对发生裂缝的抵抗能力。鉴别指标：当试件弯曲至180°时，试件表和侧面，无裂纹、断裂或分层，即认为试件冷弯性能合格。二、钢材的其它性能检测要求钢材性能检测2.冲击韧性韧性反映钢材抵抗冲击荷载、动力荷载的能力，是钢材在变形和断裂中吸收能量的度量。衡量韧性指标用冲击韧性值表示，也叫冲击功，用符号Akv表示，单位为J。二、钢材的其它性能检测要求钢材性能检测2.冲击韧性冲击韧性试验一般采用试件长55mm，截面10×10mm2，中间一小槽。在摆锤式冲击试验机上进行试验，冲断试件后，读出摆锤消耗的功。冲击韧性试验冲击韧性还与试验的温度有关。我国钢材标准中将试验分为四档，即+20℃,0℃，-20℃和-40℃时的冲击韧性。温度越低，冲击韧性越低。二、钢材的其它性能检测要求钢材性能检测3.可焊性好的可焊性是指焊接安全、可靠、不发生焊接裂缝，焊接接头和焊缝的力学性能不低于母材力学性能。二、钢材的其它性能检测要求钢材性能检测影响钢材可焊性的因素钢材的可焊性受碳含量和合金元素含量的影响。碳含量在0.12%～0.38%范围内的碳素钢，可焊性最好（如Q235B）。对于高强度低合金钢中，低合金元素大多对可焊性有不利影响，我国行业标准JGJ81-2002《建筑钢结构焊接技术规程》推荐使用碳当量来衡量低合金钢的可焊性。当碳当量小于0.38%，钢材的可焊性好(如Q235.Q345)，可不采取措施直接施焊。本节小结钢材性能检测钢材性能检测主要涉及以下指标：1、屈服点fy2、抗拉强度fu3、伸长率δ4、断面收缩率

5、冷弯性能6、冲击韧性Akv

三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测

化学成份的影响

冶金缺陷的影响

钢材硬化的影响

应力集中的影响

温度的影响

荷载类型的影响三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测1、化学成份的影响钢材的化学成分直接影响钢的组织构造，从而影响钢材的力学性能。铁（Fe）是钢材的基本元素，普通碳素钢中占99%，此外还有碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）等有益元素，及硫（S）、磷（P）、氧（O）、氮（N）等有害元素，这些总含量不大，约1%，但对钢材力学性能却有很大影响。低合金钢中有＜5%的合金元素，如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测（1）碳（C）：形成钢材强度的主要成分，随其含量增加，强度增加，塑性和韧性降低，可焊性和抗腐蚀性降低。碳素钢按碳含量区分，小于0.25％的为低碳钢，介于0.25％和0.6％之间的为中碳钢，大于0.6％的为高碳钢。钢结构用钢中，碳含量一般控制在0.22%以下，当其含量在0.2％以下时，可焊性良好。（2）硫（S）：钢材中的有害元素，具有热脆性（温度达到800-1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，从而引发热裂纹）。规范规定结构用钢中硫的含量不得超过0.05%。三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测（3）氧（O）：有害杂质，与S相似。（4）磷（P）：磷在一定程度上可提高钢的强度和抗锈蚀的能力。钢材中的有害元素，具有冷脆性（温度较低时促使钢材变脆）。因此，磷的含量也要严格控制，规范中规定不得超过0.045%。（5）氮（N）：有害杂质，与P相似。（6）锰（Mn）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，与S形成MnS，熔点1600℃，可以消除硫对钢材的热脆影响。三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测（7）硅（Si）：有益元素。在普通碳素钢中，是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生成镇静钢。（8）钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。（9）铜（Cu）：提高抗锈蚀性，提高强度，对可焊性有影响。三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测2、冶金缺陷的影响1.偏析金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。2.非金属夹杂指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。3.裂纹钢材中存在的微观裂纹。4.气泡浇铸时由FeO和C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。5.分层浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测3、钢材的硬化冷作硬化在冷加工或一次加载使钢材产生较大的塑性变形的情况下，卸载后再重新加载，钢材的屈服点提高，塑性和韧性降低的现象。时效硬化随着时间的增加，纯铁体中有一些数量极少的碳和氮的固熔物质析出，使钢材的屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性下降的现象.在交变荷载、重复荷载和温度变化等情况下，会加速时效硬化的发展。在高温作用下会快速发展（人工时效）

三、各种因素对钢材性能的影响钢材性能检测4、温度的影响正温范围：T升高（1）温度在150℃以内，钢材材质变化很小，钢结构可用于温度不高于150℃的场合。（2）温度在250℃左右的区间内，fu

有局部性提高，冲击韧性降低，出现蓝脆现象。（3