影響鋼材性能的主要因素

1、影響鋼材性能的主要因素1 化學(xué)成分鋼是含碳量小于2%的鐵碳合金。鋼中基本元素：F、C、Si、Mn、S、P、N、0。e普通碳素鋼中，F(xiàn)e占99%,其余元素占1%。在低合金鋼中，除了上述元素外，還有一定合金元素（鎳、釩、鈦等）（含量低于5%）碳C：含量增加，鋼材強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度低。同時焊接性能和抗腐蝕性惡化。一般在碳素結(jié)構(gòu)鋼中不應(yīng)超過0.22%；在焊接結(jié)構(gòu)中還應(yīng)低于0.2%。 硅Si：碳素結(jié)構(gòu)鋼中應(yīng)控制0.3%,在低合金高強(qiáng)度鋼中硅的含量可達(dá)0.55%。 錳Mn:含Mn適量使強(qiáng)度f,降低S、0的熱脆影響，改善熱加工性能，對其它性能影響不大，有益。 釩和鈦：是鋼中的合金元素，能提高鋼

2、的強(qiáng)度和抗腐蝕性能，又不顯著降低鋼的塑性。 銅：可顯著提高鋼的抗腐蝕性能，也可以提高鋼的強(qiáng)度，但對焊接性能有不利影響。硫S：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，在高溫時，使鋼材變脆，稱之為熱脆。含量應(yīng)不超過0.05%。（有害成分）磷P：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，在低溫時，使鋼材變脆，稱之為冷脆。含量應(yīng)不超過0.045%?？梢蕴岣邚?qiáng)度和抗銹蝕性。（有害成分）氧0：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，在高溫時，發(fā)生熱脆。（有害成分）氮N：降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度，在低溫時，發(fā)生冷脆。（有害成分）2 冶金缺陷2.1. 偏析金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是

3、硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。2.2. 非金屬夾雜指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆。2.3. 裂紋鋼材中存在的微觀裂紋。2.4. 氣泡澆鑄時由FeO和C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。2.5. 分層澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。3 鋼材硬化冷拉、冷彎、沖孔、機(jī)械剪切等冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或應(yīng)變硬化)。冷作硬化在冷加工或一次加載使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下，卸載后再重新加載，鋼材的屈服點(diǎn)提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象。

4、時效硬化隨著時間的增加，純鐵體中有一些數(shù)量極少的碳和氮的固熔物質(zhì)析出使鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。俗稱老化。在交變荷載、重復(fù)荷載和溫度變化等情況下，會加速時效硬化的發(fā)展。人工時效:先使鋼材產(chǎn)生10%左右的塑性變形，卸載后再加熱至250°C，保溫一小時后在空氣中冷卻。注意：在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，有些重要結(jié)構(gòu)要求對鋼材進(jìn)行人工時效后檢驗其沖擊韌性，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。4 溫度的影響正溫范圍：(1) 溫度在150C以內(nèi)，鋼材材質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于150C的場合。(2) 溫度在250C左右的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象，fu有局部性

5、提高，同時塑性降至最低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。(3) 當(dāng)溫度達(dá)到600C時，鋼材進(jìn)入熱塑性狀態(tài)，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，將喪失承載能力。藍(lán)脆現(xiàn)象一在250°C左右，鋼材的強(qiáng)度反而略有提高，同時塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。徐變現(xiàn)象一當(dāng)溫度在260C320C時，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形。負(fù)溫范圍：隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度的降低十分敏感。(1) 沖擊功曲線的反彎點(diǎn)T稱為轉(zhuǎn)變溫度。界限溫度T和T分別為脆性轉(zhuǎn)變溫012度和全塑性轉(zhuǎn)變溫度。(

6、2) 鋼材由塑性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐氖窃跍囟葏^(qū)間TT內(nèi)完成的，此溫度12區(qū)間稱為鋼材的脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。(3) 在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下，鋼材表現(xiàn)為完全的脆性破壞；而在全塑性轉(zhuǎn)變溫度以上，鋼材則表現(xiàn)為完全的塑性破壞。(4) 不同牌號和等級的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過試驗來確定。在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了防止脆性破壞，選用鋼材時應(yīng)使其工作溫度大于T,接近T。沖擊韌性和溫度關(guān)系示意圖5.應(yīng)力集中在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中不可避免的存在著孔洞、槽口、凹角、裂縫、厚度變化、形狀變化和內(nèi)部缺陷等，此時截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，而是在一些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，形成所謂應(yīng)力集中現(xiàn)象。nnnLJITljmnn1hn不同槽口試件靜力拉伸試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線可以看出截面槽口改變愈急劇，應(yīng)力集中現(xiàn)象愈厲害，其抗拉強(qiáng)度愈高，但塑性愈差，破壞的脆性傾向愈大。6殘余應(yīng)力的影響熱軋型鋼在冷卻過程中，在截面突變處如尖角、邊緣及薄細(xì)部位，率先冷卻，其他部位漸次冷卻，先冷卻部位約束阻止后冷卻部位的自由收縮，產(chǎn)生復(fù)雜的熱軋殘余應(yīng)力分布。不同形狀和尺寸規(guī)格的型鋼殘余應(yīng)力分布不同。殘余應(yīng)力不影響構(gòu)件的靜力強(qiáng)度，但要降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性。7.重復(fù)荷載作用鋼材在反復(fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的抗力及性能都會發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。疲勞破壞:鋼