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影響鋼材機(jī)械性能的主要因素
鋼結(jié)構(gòu)有性質(zhì)完全不同的兩種破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。塑性破壞的主要特征是具有較大的、明顯可見的塑性變形，且僅在構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。由于塑性破壞前有明顯的預(yù)兆，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取補(bǔ)救措施，因此，實(shí)際上結(jié)構(gòu)是極少發(fā)生塑性破壞的。脆性破壞的特征是破蝸;前的靶性變形很小，甚至沒有塑性變形，構(gòu)件截面上的平均應(yīng)力比較低(低于屈服點(diǎn))。由于脆性破壞前無任何預(yù)兆，無法及時(shí)察覺予以補(bǔ)救，
所以危險(xiǎn)性極大。討論影響鋼材機(jī)械性能的因素時(shí)，應(yīng)特別注意導(dǎo)致鋼材變脆的因素。
I.化學(xué)成分的影響
碳素鋼中，鐵元素含量約占99%左右，其他元素有碳、磷、氮、硫、氧、錳、硅等，它們的總和約占1%左右。低合金鋼中，除上述元素外，還有合金元素，其含量≤5%。
盡管碳和其他元素含量很小，但對鋼材的機(jī)械性能卻有著極大的影響提高，塑性、沖擊韌性下降.冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能變差。因此，雖然碳是鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要元素，但鋼結(jié)構(gòu)中，特別是焊接結(jié)構(gòu)，并不采用含碳量高的鋼材?，F(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017--2003推薦的鋼材，在焊接結(jié)構(gòu)中，含碳量一般控制在0.12%-0.2%之間。
磷、氮、硫和氧是有害的雜質(zhì)元素。隨著磷、氮含量的增加，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、沖擊韌性嚴(yán)重下降，特別是在溫度較低時(shí)促使鋼材變脆(稱冷脆)，磷還會(huì)降低鋼材的可焊性。硫和氧的含量增加會(huì)降低鋼材的熱加工性能，并降低鋼材的蛆性、沖擊韌性，硫還會(huì)降低鋼材的可焊性和抗銹蝕性能。所以，對磷、氮、硫和氧的含量應(yīng)嚴(yán)格加以限制 (均不超過0.05%)。
錳和硅是有益的雜質(zhì)元素，能起到脫氧的作用，當(dāng)含量適中時(shí)，能提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性和沖擊韌性無明顯影響。
2.冶煉、澆鑄的影響
我國目前鋼結(jié)構(gòu)用的鋼，主要是由平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成的。這兩種冶煉方法煉制的鋼，質(zhì)量大體相當(dāng)。
鋼材冶煉后按澆鑄方法(也稱脫氧方法)的不同而分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼采用錳鐵作脫氧劑，脫氧不完全，鋼材質(zhì)量較差，但成本低;鎮(zhèn)靜鋼用錳鐵加硅或鋁脫氧，脫氧較徹底，材質(zhì)好，但成本較高;半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程序、質(zhì)量和成本介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間;特殊鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程序比鎮(zhèn)靜鋼更高，質(zhì)量，但成本也。
3.應(yīng)力集中
當(dāng)構(gòu)件截面的完整性遭到破壞，如開孔、截面改變等，構(gòu)件截面的應(yīng)力分布不再保持均勻，在截面缺陷處的附近產(chǎn)生高峰應(yīng)力，而截面其他部分應(yīng)力則較低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中是導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的主要因素之一。試驗(yàn)表明，截面改變越突然、尖銳程度越大的地方，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，引起脆性破壞的危險(xiǎn)性就越大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)使截面的構(gòu)造合理。如截面必須改變時(shí)，要平緩過渡。構(gòu)件制造和施工時(shí)，應(yīng)盡可能防止造成刻槽等缺陷。
4.溫度的影響
鋼材在正溫范圍內(nèi)，約在1000C以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的強(qiáng)度降低，塑性增大。在2500C左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度有所提高，而塑性下降，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)不宜在該溫度范圍內(nèi)加工。溫度達(dá)到500—6000C時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)表面經(jīng)常受較高的輻射熱(1500C以上)時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施，如加擋板或設(shè)循環(huán)水管等，加以保護(hù)。為提高鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間，可在構(gòu)件上按需要涂不同厚度的防火涂料。
當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的廠降.鋼材的強(qiáng)度有所提高，而塑性和沖擊韌性下降， 當(dāng)溫度下降到某—負(fù)溫值時(shí)，鋼材的塑性和沖擊韌性急劇降低，這種現(xiàn)象稱為鋼材的低溫冷脆現(xiàn)象(簡稱冷脆)。因此，處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇耐低溫性能比較好的鋼材.如鎮(zhèn)靜鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼。
影響鋼材機(jī)械性能的主要因素
鋼結(jié)構(gòu)有性質(zhì)完全不同的兩種破壞形式，即塑性破壞和脆性破壞。塑性破壞的主要特征是具有較大的、明顯可見的塑性變形，且僅在構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才發(fā)生。由于塑性破壞前有明顯的預(yù)兆，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而采取補(bǔ)救措施，因此，實(shí)際上結(jié)構(gòu)是極少發(fā)生塑性破壞的。脆性破壞的特征是破蝸;前的靶性變形很小，甚至沒有塑性變形，構(gòu)件截面上的平均應(yīng)力比較低(低于屈服點(diǎn))。由于脆性破壞前無任何預(yù)兆，無法及時(shí)察覺予以補(bǔ)救，
所以危險(xiǎn)性極大。討論影響鋼材機(jī)械性能的因素時(shí)，應(yīng)特別注意導(dǎo)致鋼材變脆的因素。
I.化學(xué)成分的影響
碳素鋼中，鐵元素含量約占99%左右，其他元素有碳、磷、氮、硫、氧、錳、硅等，它們的總和約占1%左右。低合金鋼中，除上述元素外，還有合金元素，其含量≤5%。
盡管碳和其他元素含量很小，但對鋼材的機(jī)械性能卻有著極大的影響提高，塑性、沖擊韌性下降.冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能變差。因此，雖然碳是鋼材獲得足夠強(qiáng)度的主要元素，但鋼結(jié)構(gòu)中，特別是焊接結(jié)構(gòu)，并不采用含碳量高的鋼材?，F(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017--2003推薦的鋼材，在焊接結(jié)構(gòu)中，含碳量一般控制在0.12%-0.2%之間。
磷、氮、硫和氧是有害的雜質(zhì)元素。隨著磷、氮含量的增加，鋼材的強(qiáng)度提高，塑性、沖擊韌性嚴(yán)重下降，特別是在溫度較低時(shí)促使鋼材變脆(稱冷脆)，磷還會(huì)降低鋼材的可焊性。硫和氧的含量增加會(huì)降低鋼材的熱加工性能，并降低鋼材的蛆性、沖擊韌性，硫還會(huì)降低鋼材的可焊性和抗銹蝕性能。所以，對磷、氮、硫和氧的含量應(yīng)嚴(yán)格加以限制 (均不超過0.05%)。
錳和硅是有益的雜質(zhì)元素，能起到脫氧的作用，當(dāng)含量適中時(shí)，能提高鋼材的強(qiáng)度，而對塑性和沖擊韌性無明顯影響。
2.冶煉、澆鑄的影響
我國目前鋼結(jié)構(gòu)用的鋼，主要是由平爐和氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成的。這兩種冶煉方法煉制的鋼，質(zhì)量大體相當(dāng)。
鋼材冶煉后按澆鑄方法(也稱脫氧方法)的不同而分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼采用錳鐵作脫氧劑，脫氧不完全，鋼材質(zhì)量較差，但成本低;鎮(zhèn)靜鋼用錳鐵加硅或鋁脫氧，脫氧較徹底，材質(zhì)好，但成本較高;半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程序、質(zhì)量和成本介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間;特殊鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程序比鎮(zhèn)靜鋼更高，質(zhì)量，但成本也。
3.應(yīng)力集中
當(dāng)構(gòu)件截面的完整性遭到破壞，如開孔、截面改變等，構(gòu)件截面的應(yīng)力分布不再保持均勻，在截面缺陷處的附近產(chǎn)生高峰應(yīng)力，而截面其他部分應(yīng)力則較低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中是導(dǎo)致鋼材發(fā)生脆性破壞的主要因素之一。試驗(yàn)表明，截面改變越突然、尖銳程度越大的地方，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，引起脆性破壞的危險(xiǎn)性就越大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)使截面的構(gòu)造合理。如截面必須改變時(shí)，要平緩過渡。構(gòu)件制造和施工時(shí)，應(yīng)盡可能防止造成刻槽等缺陷。
4.溫度的影響
鋼材在正溫范圍內(nèi)，約在1000C以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的強(qiáng)度降低，塑性增大。在2500C左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度有所提高，而塑性下降，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)不宜在該溫度范圍內(nèi)加工。溫度達(dá)到500—6000C時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)表面經(jīng)常受較高的輻射熱(1500C以上)時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施，如加擋板或設(shè)循環(huán)水管等，加以保護(hù)。為提高鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間，可在構(gòu)件上按需要涂不同厚度的防火涂料。
當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的廠降.鋼材的強(qiáng)度有所提高，而塑性和沖擊韌性下降， 當(dāng)溫度下降到某—負(fù)溫值時(shí)，鋼材的塑性和沖擊韌性急劇降低，這種現(xiàn)象稱為鋼材的低溫冷脆現(xiàn)象(簡稱冷脆)。因此，處于低溫條件下的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇耐低溫性能比較好的鋼材.如鎮(zhèn)靜鋼，低合金結(jié)構(gòu)鋼。