一、钢材的三项主要力学性能

钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。其中力学性能是钢材重要的使用性能，包括拉伸性能、冲击性能、疲劳性能等。工艺性能表示钢材在各种加工过程中的行为，包括弯曲性能和焊接性能等。

（1）拉伸性能

反映建筑钢材拉伸性能的指标，包括屈服强度、抗拉强度和伸长率。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）是评价钢材使用可靠性的一个参数。强屈比愈大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大，安全性越高；但强屈比太大，钢材强度利用率偏低，浪费材料。

钢材在受力破坏前可以经受永久变形的性能，称为塑性。在工程应用中，钢材的塑性指标通常用伸长率表示。伸长率是钢材发生断裂时所能承受永久变形的能力。伸长率越大，说明钢材的塑性越大。试件拉断后标距长度的增量与原标距长度之比的百分比即为断后伸长率。对常用的热轧钢筋而言，还有一个大力总伸长率的指标要求。

预应力混凝土用高强度钢筋和钢丝具有硬钢的特点，抗拉强度高，无明显的屈服阶段，伸长率小。由于屈服现象不明显，不能测定屈服点，故常以发生残余变形为0.2%原标距长度时的应力作为屈服强度，称条件屈服强度，用σ0.2表示。

（2）冲击性能

冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢的化学成分及冶炼、加工质量都对冲击性能有明显的影响。除此以外，钢的冲击性能受温度的影响较大，冲击性能随温度的下降而减小；当降到一定温度范围时，冲击值急剧下降，从而可使钢材出现脆性断裂，这种性质称为钢的冷脆性，这时的温度称为脆性临界温度。脆性临界温度的数值愈低，钢材的低温冲击性能愈好。所以，在负温下使用的结构，应当选用脆性临界温度较使用温度低的钢材。

（3）疲劳性能

受交变荷载反复作用时，钢材在应力远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。钢材的疲劳极限与其抗拉强度有关，一般抗拉强度高，其疲劳极限也较高。

二、钢材力学性质有哪些

屈服强度和抗拉强度。

钢材的技术性质——力学性能

1．抗拉性能

抗拉性能是钢材主要的技术性能，通过拉伸试验可以测得屈服强度、抗拉强度和伸长率，这些是钢材的重要技术性能指标。

低碳钢的抗拉性能可用受拉时的应力一应变图来阐明。

低碳钢从受拉到拉断，经历了如下四个阶段：

(1)弹性阶段

oa为弹性阶段。在oa范围内，随着荷载的增加，应力和应变成比例增加。如卸去荷载，则恢复原状，这种性质称为弹性。oa是一直线，在此范围内的变形，称为弹性变形。a点所对应的应力称为弹性极限，用σP表示。在这一范围内，应力与应变的比值为一常量，称为弹性模量，用E表示，即。弹性模量反映了钢材的刚度。是钢材在受力条件下计算结构变形的重要指标。碳素结构钢Q235的弹性模量E=(2.0～2.1)×105MPa，弹性极限σP=(180～200)MPa。

(2)屈服阶段

ab为屈服阶段。在ab曲线范围内，应力与应变不能成比例变化。应力超过σP后，即开始产生塑性变形。应力到达Reh之后，变形急剧增加，应力则在不大的范围内波动，直到b点止。Reh点是上屈服强度，ReL点是下屈服强度，ReL也可称为屈服极限，当应力到达ReL时，钢材抵抗外力能力下降，发生“屈服”现象。ReL是屈服阶段应力波动的次低值，它表示钢材在工作状态允许达到的应力值，即在ReL之前，钢材不会发生较大的塑性变形。故在设计中一般以下屈服强度作为强度取值的依据。碳素结构钢Q235的ReL应不小于235MPa。

(3)强化阶段

bc为强化阶段。过b点后，抵抗塑性变形的能力又重新提高，变形发展速度比较快，随着应力的提高而增加。对应于高点C的应力，称为抗拉强度，用Rm表示，(Fm为c点时荷载，S0为试件受力截面面积)。

抗拉强度不能直接利用，但下屈服强度和抗拉强度的比值(即屈强比ReL／Rm)却能反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈强比越小，表明材料的安全性和可靠性越高，材料不易发生危险的脆性断裂。如果屈强比太小，则利用率低，造成钢材浪费。碳素结构钢Q235的Rm应不小于375MPa，屈强比在0.58～0.63之间。

对于在外力作用下屈服现象不明显的硬钢类，规定产生残余变形为0.2%L0时的应力作为屈服强度，用表示。

(4)颈缩阶段

cd为颈缩阶段。过C点，材料抵抗变形的能力明显降低。在cd范围内，应变迅速增加，而应力则反而下降，变形不能再是均匀的。钢材被拉长，并在变形大处发生“颈缩”，直至断裂。

将拉断的钢材拼合后，测出标距部分的长度，便可按下式求得其断后伸长率A：

式中 L0——试件原始标距长度，mm；

Lu——试件拉断后标距部分的长度，mm。

以A和分别表示L0=5d0和L0=10d0时的断后伸长率，d0为试件的原直径或厚度。对于同一钢材，A大于。

伸长率反映了钢材的塑性大小，在工程中具有重要意义。塑性大，钢质软，结构塑性变形大，影响使用。塑性小，钢质硬脆，超载后易断裂破坏。塑性良好的钢材，偶尔超载、产生塑性变形，会使内部应力重新分布，不致由于应力集中而发生脆断。

2．冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用的能力。

钢材的冲击韧性是用标准试件(中部加工有V型或U型缺口)，在摆锤式冲击试验机上进行冲击弯曲试验后确定，试件缺口处受冲击破坏后，以缺口底部处单位面积上所消耗的功，即为冲击韧性指标，用冲击韧性值ak(J／cm2)表示。ak越大，表示冲断试件时消耗的功越多，钢材的冲击韧性越好。

钢材进行冲击试验，能较全面地反映出材料的品质。钢材的冲击韧性对钢的化学成分、组织状态、冶炼和轧制质量，以及温度和时效等都较敏感。

3．耐疲劳性

钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏，这种破坏叫疲劳破坏。疲劳破坏的危险应力用疲劳极限或疲劳强度表示。它是指钢材在交变荷载作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的大应力。

钢材耐疲劳强度的大小与内部组织、成分偏析及各种缺陷有关。同时钢材表面质量、截面变化和受腐蚀程度等都影响其耐疲劳性能。

4．硬度

表示钢材表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。

测定钢材硬度的方法有布氏法、洛氏法和维氏法。常用的是布氏法和洛氏法。

三、钢材力学性能的主要指标有哪些

力学性能是钢材重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。

(1)抗拉性能。表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。

屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。发生屈服现象时的小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。

抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的大荷载与试样原横截面面积之比。

钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。

伸长率是指金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比；断面收缩率是指金属试样拉断后，其缩颈处横截面面积的大缩减量与原横截面面积的百分比。伸长率和断面收缩率越大，钢材的塑性越好。

(2)冷弯性能。冷弯性能是指钢材在常温下抵抗弯曲变形的能力，表示钢材在恶劣条件下的塑性。钢材按规定的弯曲角度a和弯心直径d弯曲后，通过检查弯曲处的外面和侧面有无裂纹、起层或断裂等进行评定。

通过冷弯可以揭示钢材内部的应力、杂质等缺陷，还可用于钢材焊接质量的检验，能揭示焊件在受弯面的裂纹、杂质等缺陷。

(3)冲击韧性。冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用而不破坏的能力。

工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳(J)。钢材的冲击韧性是衡量钢材质量的一项指标，特别对经常承受荷载冲击作用的构件，如重量级的吊车梁等，要经过冲击韧性的鉴定。冲击韧性越大，表明钢材的冲击韧性越好。

(4)硬度。硬度是指金属抵抗硬物体压人其表面的能力，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标。

硬度的表示方法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度。常用表示方法为布氏硬度，是用一定直径的球体（钢球或硬质合金球），以相应的试验力压人试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测表面压痕直径计算其硬度值。

(5)疲劳破坏。钢材在交变应力作用下，应力在远低于静荷载抗拉强度的情况下突然破坏，甚至在低于静荷载屈服强度时即发生破坏，这种破坏称为疲劳破坏。钢材疲劳破坏的应力指标用疲劳强度（或称疲劳极限）来表示，它是指试件在交变应力的作用下，不发生疲劳破坏的大应力值。一般把钢材承受交变荷载1×107周次时不发生破坏所能承受的大应力作为疲劳强度。设计承受交变荷载且需进行疲劳验算的结构时，应当了解所用钢材的疲劳强度。

四、钢材的性能主要包括力学性能工艺性能和化学性能

钢的性能主要有三种，即机械性能、化学性能和物理性能。
常规力学性能主要指强度、硬度、塑性、韧性等。化学性能是指抗氧化性和耐腐蚀性；物理性质有导电性、导热性、密度、熔点等。
钢材的性能是根据使用要求决定的，一般钢材主要要求机械性能；如果用于耐腐蚀的场合，要考虑化学性能；如果用于制作导电或散热部件，则应考虑物理性能。