钢材的技术性质主要包括力学性能和工艺性能两个方面。
一、力学性能：
力学性能又称机械性能，是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中，对承受静荷载
作用的钢材，要求具有一定的力学强度，并要求所产生的变形不致影响到结构的正常工
作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材，还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。
（一）、强度：
在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
测定钢材强度的方法是拉伸试验，钢材受拉时，在产生应力的同时，相应的产生应变。
应力－应变的关系反映出钢材的主要力学特征。
因此，抗拉性能是钢材最重要的技术性质。根据低碳钢受拉时的应力－应变曲线（如图
6-1），可了解到抗拉性能的下列特征指标。
1、弹性模量和比例极限：
钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数，称为弹性模量即E
=σ/ε。这个阶段的最大应力（P 点的对应值）称为比例极限σp。
E 值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下，E 值越大，材料发生的弹性
变形量越小。一些对变形要求严格的构件，为了把弹性变形控制在一定限度内，应选用
刚度大的钢材。
2、弹性极限：
应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸
去外力时，试件变形仍能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变
形的最大应力（e 点对应值）称为弹性极限σe。事实上，σp 和σe 相当接近。
3、屈服强度：
屈服强度：钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。
在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为屈服上限；锯齿形的最低点所对应的应
力称为屈服下限。屈服上限与试验过程中的许多因素有关。屈服下限比较稳定，容易测
试，所以规范规定以屈服下限的应力值作为钢材的屈服强度，用σs 表示。
图6-1 低碳钢受拉时的应力一应变曲线
中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%残余变形所对应的应力值
作为条件屈服强度，用σ0.2 表示。
屈服强度对钢材使用意义重大，一方面，当构件的实际应力超过屈服强度时，将产生
不可恢复的永久变形；另一方面，当应力超过屈服强度时，受力较高部位的应力不再提
高，而自动将荷载重新分配给某些应力较低部位。因此，屈服强度是确定容许应力的主
要依据。
4、抗拉强度（极限强度）：
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形的能力又重新提高，此
时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达到最大值。此后钢
材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，
出现颈缩现象，直到断裂破坏。
抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时，钢材完全丧失了
对变形的抵抗能力而断裂。抗拉强度用σb 表示。
抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值，即“屈强比”
（σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小，反映钢材在应力超过屈服强度工作时
的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大，因而结构愈安全。但屈强比过小时，
钢材强度的有效利用率低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈
强比为0.65～0.75。
5、疲劳强度：
受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现
象。称为疲劳破坏。
疲劳破坏首先是从局部缺陷处形成细小裂纹，由于裂纹尖端处的应力集中使其逐渐扩
展，直至最后断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成
灾难性的事故。
在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。钢材在无数次交
变荷载作用下而不致引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限。实际测量市场以
2×106此应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、
合金成分、夹杂物和应力几种情况等。
（二）、塑性：
塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。它是钢材的一个重要指标。
钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面缩减率来表示。
1．伸长率：伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力，是衡量钢材塑性的
重要技术指标。伸长率是以试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分率来表
示。
伸长率按下式计算：
式中：
L1——试件拉断后标距部分的长度（mm）；
L0——试件的原标距长度（mm）；
n——长或短试件的标志，长试件n=10，短试件n=5。
钢材拉伸时塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，故试件原始
标距（L0）与直径（d0）之比愈大，颈缩处的伸长值在总伸长值中所占比例愈小，计算
所得伸长率也愈小。通常钢材拉伸试件取L0=5d，或L0=10d，其伸长率分别以δ5 和δ1
0表示。对于相同钢材，δ5 大于δ10。
通常，钢材是在弹性范围内使用的，但在应力集中处，其应力可能超过屈服强度，
此时产生一定的塑性变形，可使结构中的应力产生重分布，从而使结构免遭破坏。
2、断面缩减率：
断面缩减率按下式计算：
式中：A0——试件原始截面积；
A1——试件拉断后颈缩处的截面积。
伸长率和断面缩减率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面缩减率越
高，说明钢材塑性越大。钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑
上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建
筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构的破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形
和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。
（三）、冲击韧性：
冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用试件冲断时单位面积上所
吸收的能量来表示（或用摆锤冲断V 型缺口试件时单位面积上所消耗的功J/cm2 来表
示）。冲击韧性按式（6-2）计算：
式中：
αk——冲击韧性（J/cm2）；
H、h——摆锤冲击前后的高度，m；
A——试件槽口处最小横截面积（cm2）。
P——摆锤的重量，N。
影响钢材冲击韧性的主要因素有：化学成分、冶炼质量、冷作及时效、环境温度等。
αK 越大，表示冲断试件消耗的能量越大，钢材的冲击韧性越好，即其抵抗冲击作用的
能力越强，脆性破坏的危险性越小。对于重要的结构物以及承受动荷载作用的结构，特
别是处于低温条件下，为了防止钢材的脆性破坏，应保证钢材具有一定的冲击韧性。
钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是：开始冲击韧性随温度的降低而缓
慢下降，但当温度降至一定的范围（狭窄的温度区间）时，钢材的冲击韧性骤然下降很
多而呈脆性，即冷脆性，这时的温度称为脆性转变温度，见图6-2。脆性转变温度越低，
表明钢材的低温冲击韧性越好。为此，在负温下使用的结构，设计时必须考虑钢材的冷
脆性，应选用脆性转变温度低于最低使用温度的钢材，并满足规范规定的-20℃或-40℃
条件下冲击韧性指标的要求。
材料在实际使用过程中，可能承受多次重复的小量冲击荷载，因此冲击试验所得的一次
冲击破坏的冲击韧性与这种情况不相符合。材料承受多次小量重复冲击荷载的能力，主
要取决于其强度的高低，而不是其冲击韧性值的大小。
图6-2 钢的脆性转变温度
（四）、硬度：
硬度是指钢材抵抗硬物压入表面的能力。即表示钢材表面局部体积内抵抗变形的能
力。它是衡量钢材软硬程度的一个指标。硬度值与钢材的力学性能之间有着一定的相关
性。
我国现行标准测定金属硬度的方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法等三
种。常用的硬度指标为布氏硬度和洛氏硬度。
1、布氏硬度
布氏硬度试验是按规定选择一个直径为D（mm）的淬硬钢球或硬质合金球，以一
定荷载P（N）将其压入试件表面，持续至规定时间后卸去荷载，测定试件表面上的压
痕直径d（mm），根据计算或查表确定单位面积上所承受的平均应力值（或以压力除
以压痕面积即得布氏硬度值），其值作为硬度指标（无量纲），称为布氏硬度，代号为
HB。布氏硬度值越大表示钢材越硬。
布氏硬度法比较准确，但压痕较大，不宜用于成品检验。
2、洛氏硬度
洛氏硬度试验是将金刚石圆锥体或钢球等压头，按一定试验力压入试件表面，以压
头压入试件的深度来表示硬度值（无量纲），称为洛氏硬度，代号为HR。
洛氏硬度法的压痕小，所以常用于判断工件的热处理效果。
一、力学性能：
力学性能又称机械性能，是钢材最重要的使用性能。在建筑结构中，对承受静荷载
作用的钢材，要求具有一定的力学强度，并要求所产生的变形不致影响到结构的正常工
作和安全使用。对承受动荷载作用的钢材，还要求具有较高的韧性而不致发生断裂。
（一）、强度：
在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
测定钢材强度的方法是拉伸试验，钢材受拉时，在产生应力的同时，相应的产生应变。
应力－应变的关系反映出钢材的主要力学特征。
因此，抗拉性能是钢材最重要的技术性质。根据低碳钢受拉时的应力－应变曲线（如图
6-1），可了解到抗拉性能的下列特征指标。
1、弹性模量和比例极限：
钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数，称为弹性模量即E
=σ/ε。这个阶段的最大应力（P 点的对应值）称为比例极限σp。
E 值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下，E 值越大，材料发生的弹性
变形量越小。一些对变形要求严格的构件，为了把弹性变形控制在一定限度内，应选用
刚度大的钢材。
2、弹性极限：
应力超过比例极限后，应力-应变曲线略有弯曲，应力与应变不再成正比例关系，但卸
去外力时，试件变形仍能立即消失，此阶段产生的变形是弹性变形。不产生残留塑性变
形的最大应力（e 点对应值）称为弹性极限σe。事实上，σp 和σe 相当接近。
3、屈服强度：
屈服强度：钢材开始丧失对变形的抵抗能力，并开始产生大量塑性变形时所对应的应力。
在屈服阶段，锯齿形的最高点所对应的应力称为屈服上限；锯齿形的最低点所对应的应
力称为屈服下限。屈服上限与试验过程中的许多因素有关。屈服下限比较稳定，容易测
试，所以规范规定以屈服下限的应力值作为钢材的屈服强度，用σs 表示。
图6-1 低碳钢受拉时的应力一应变曲线
中碳钢和高碳钢没有明显的屈服现象，规范规定以0.2%残余变形所对应的应力值
作为条件屈服强度，用σ0.2 表示。
屈服强度对钢材使用意义重大，一方面，当构件的实际应力超过屈服强度时，将产生
不可恢复的永久变形；另一方面，当应力超过屈服强度时，受力较高部位的应力不再提
高，而自动将荷载重新分配给某些应力较低部位。因此，屈服强度是确定容许应力的主
要依据。
4、抗拉强度（极限强度）：
当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形的能力又重新提高，此
时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达到最大值。此后钢
材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，
出现颈缩现象，直到断裂破坏。
抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时，钢材完全丧失了
对变形的抵抗能力而断裂。抗拉强度用σb 表示。
抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值，即“屈强比”
（σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小，反映钢材在应力超过屈服强度工作时
的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大，因而结构愈安全。但屈强比过小时，
钢材强度的有效利用率低，造成浪费。常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈
强比为0.65～0.75。
5、疲劳强度：
受交变荷载反复作用，钢材在应力低于其屈服强度的情况下突然发生脆性断裂破坏的现
象。称为疲劳破坏。
疲劳破坏首先是从局部缺陷处形成细小裂纹，由于裂纹尖端处的应力集中使其逐渐扩
展，直至最后断裂。疲劳破坏是在低应力状态下突然发生的，所以危害极大，往往造成
灾难性的事故。
在一定条件下，钢材疲劳破坏的应力值随应力循环次数的增加而降低。钢材在无数次交
变荷载作用下而不致引起断裂的最大循环应力值，称为疲劳强度极限。实际测量市场以
2×106此应力循环为基准。钢材的疲劳强度与很多因素有关，如组织结构、表面状态、
合金成分、夹杂物和应力几种情况等。
（二）、塑性：
塑性表示钢材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力。它是钢材的一个重要指标。
钢材的塑性通常用拉伸试验时的伸长率或断面缩减率来表示。
1．伸长率：伸长率反映钢材拉伸断裂时所能承受的塑性变形能力，是衡量钢材塑性的
重要技术指标。伸长率是以试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分率来表
示。
伸长率按下式计算：
式中：
L1——试件拉断后标距部分的长度（mm）；
L0——试件的原标距长度（mm）；
n——长或短试件的标志，长试件n=10，短试件n=5。
钢材拉伸时塑性变形在试件标距内的分布是不均匀的，颈缩处的伸长较大，故试件原始
标距（L0）与直径（d0）之比愈大，颈缩处的伸长值在总伸长值中所占比例愈小，计算
所得伸长率也愈小。通常钢材拉伸试件取L0=5d，或L0=10d，其伸长率分别以δ5 和δ1
0表示。对于相同钢材，δ5 大于δ10。
通常，钢材是在弹性范围内使用的，但在应力集中处，其应力可能超过屈服强度，
此时产生一定的塑性变形，可使结构中的应力产生重分布，从而使结构免遭破坏。
2、断面缩减率：
断面缩减率按下式计算：
式中：A0——试件原始截面积；
A1——试件拉断后颈缩处的截面积。
伸长率和断面缩减率表示钢材断裂前经受塑性变形的能力。伸长率越大或断面缩减率越
高，说明钢材塑性越大。钢材塑性大，不仅便于进行各种加工，而且能保证钢材在建筑
上的安全使用。因为钢材的塑性变形能调整局部高峰应力，使之趋于平缓，以免引起建
筑结构的局部破坏及其所导致的整个结构的破坏；钢材在塑性破坏前，有很明显的变形
和较长的变形持续时间，便于人们发现和补救。
（三）、冲击韧性：
冲击韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性用试件冲断时单位面积上所
吸收的能量来表示（或用摆锤冲断V 型缺口试件时单位面积上所消耗的功J/cm2 来表
示）。冲击韧性按式（6-2）计算：
式中：
αk——冲击韧性（J/cm2）；
H、h——摆锤冲击前后的高度，m；
A——试件槽口处最小横截面积（cm2）。
P——摆锤的重量，N。
影响钢材冲击韧性的主要因素有：化学成分、冶炼质量、冷作及时效、环境温度等。
αK 越大，表示冲断试件消耗的能量越大，钢材的冲击韧性越好，即其抵抗冲击作用的
能力越强，脆性破坏的危险性越小。对于重要的结构物以及承受动荷载作用的结构，特
别是处于低温条件下，为了防止钢材的脆性破坏，应保证钢材具有一定的冲击韧性。
钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是：开始冲击韧性随温度的降低而缓
慢下降，但当温度降至一定的范围（狭窄的温度区间）时，钢材的冲击韧性骤然下降很
多而呈脆性，即冷脆性，这时的温度称为脆性转变温度，见图6-2。脆性转变温度越低，
表明钢材的低温冲击韧性越好。为此，在负温下使用的结构，设计时必须考虑钢材的冷
脆性，应选用脆性转变温度低于最低使用温度的钢材，并满足规范规定的-20℃或-40℃
条件下冲击韧性指标的要求。
材料在实际使用过程中，可能承受多次重复的小量冲击荷载，因此冲击试验所得的一次
冲击破坏的冲击韧性与这种情况不相符合。材料承受多次小量重复冲击荷载的能力，主
要取决于其强度的高低，而不是其冲击韧性值的大小。
图6-2 钢的脆性转变温度
（四）、硬度：
硬度是指钢材抵抗硬物压入表面的能力。即表示钢材表面局部体积内抵抗变形的能
力。它是衡量钢材软硬程度的一个指标。硬度值与钢材的力学性能之间有着一定的相关
性。
我国现行标准测定金属硬度的方法有：布氏硬度法、洛氏硬度法和维氏硬度法等三
种。常用的硬度指标为布氏硬度和洛氏硬度。
1、布氏硬度
布氏硬度试验是按规定选择一个直径为D（mm）的淬硬钢球或硬质合金球，以一
定荷载P（N）将其压入试件表面，持续至规定时间后卸去荷载，测定试件表面上的压
痕直径d（mm），根据计算或查表确定单位面积上所承受的平均应力值（或以压力除
以压痕面积即得布氏硬度值），其值作为硬度指标（无量纲），称为布氏硬度，代号为
HB。布氏硬度值越大表示钢材越硬。
布氏硬度法比较准确，但压痕较大，不宜用于成品检验。
2、洛氏硬度
洛氏硬度试验是将金刚石圆锥体或钢球等压头，按一定试验力压入试件表面，以压
头压入试件的深度来表示硬度值（无量纲），称为洛氏硬度，代号为HR。
洛氏硬度法的压痕小，所以常用于判断工件的热处理效果。
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