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影响钢材性能的六大因素

点击次数:   更新时间:19/08/22 14:32:08     来源:www.mkysgw.com关闭分    享:
  钢结构为主体的建筑主要材料就是各种型号的钢材,在选择的时候要根据钢材的性能进行选择。在施工时还要考虑各种因素,以保证工程的质量。通过实验发现,相应钢材性能的六大因素,下面是具体信息。
  1、化学成分
  钢是由各种化学成分组成的,化学成分及其含量对钢的性能(特别是力学性能)有着重要的影响,铁(Fe)是钢材的基本元素,在碳素结构钢中约占99%,碳和其他元素仅占1%,但对钢材的力学性能却有着决定性的影响。其他元素包括硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)、氧(O)等。低合金钢中还含有少量(低于5%)合金元素,如铜(Cu)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、铬(Cr)等。
  在碳素结构钢中,碳直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性等。碳含量增加,强度提高,而塑性、韧性和疲劳强度下降,同时恶化钢的可焊性和抗腐蚀性。因此,对含碳量要加以限制,一般不应超过0.22%,在焊接结构中还应低于0.20%。硫和磷是钢中的有害成分,它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时,硫使钢变脆,称之热脆;在低温时,磷使钢变脆,称之冷脆。一般含量应不超过0.0045%。
  氧和氮都是钢中的有害杂质。氧的作用使钢热脆;氮的作用使钢冷脆。由于氧、氮容易在熔炼过程中逐出,一般不会超过极限含量,故通常不要求作含量分析。硅和锰是钢中的有益元素,它们都是炼钢的脱氧剂。它们使钢材的强度提高,含量不过高时,对塑性和韧性无显着的不良影响。
  2、冶金缺陷
  常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹及分层等。偏析是钢中化学成分不一致和不均匀性。非金属夹杂是钢中含有硫化物与氧化物等杂质。气孔是浇注钢锭时,由氧化铁与碳作用所生成的一氧化碳气体不能充分逸出而形成的。浇注时的非金属夹杂物在轧制后能造成钢材的分层,会严重降低钢材的冷弯性能。
  3、钢材硬化
  冷加工使钢材产生很大塑性变形,提高了钢的屈服点,但降低了钢的塑性和韧性,这种现象称为冷作硬化(或应变硬化)。
  在高温时熔化于铁中的少量碳和氮,随着时间的增长逐渐从纯铁中析出,形成自由碳化物和氮化物,对纯铁的塑性变形起遏制作用,从而使钢材的强度提高,塑性、韧性下降。这种现象称为时效硬化,俗称老化。
  在一般钢结构中,不利用硬化所提高的强度。
  4、温度影响
  钢材性能随温度变动而有所变化。总的趋势是:温度升高,钢材强度降低,应变增大;反之,温度降低,钢材强度会略有增加,塑性和韧性却会降低而变脆。
  在200℃以内钢材性能没有很大变化,430℃~540℃之间强度急剧下降,600℃时强度很低不能承担荷载。但在250℃左右,钢材的强度反而略有提高,同时塑性和韧性均下降,材料有转脆的倾向,钢材表面氧化膜呈现蓝色,称为蓝脆现象。钢材应避免在蓝脆温度范围内进行热加工。当温度在260℃~320℃时,在应力持续不变的情况下,钢材以很缓慢的速度继续变形,此种现象称为徐变现象。
  当温度从常温开始下降,特别是在负温度范围内时,钢材强度虽有提高,但其塑性和韧性降低,材料逐渐变脆,这种性质称为低温冷脆。
  5、应力集中
  在钢结构的构件中有时存在着孔洞、槽口、凹角、截面突然改变以及钢材内部缺陷等。此时,构件中的应力在某些区域产生局部高峰应力,在另外一些区域则应力降低,形成应力集中现象。研究表明,在应力高峰区域总是存在着同号的双向或三向应力,使材料处于复杂受力状态,同号的平面或立体应力场有使钢材变脆的趋势。但由于建筑钢材塑性较好,在一定程度上能促使应力进行重分配,使应力分布严重不均的现象趋于平缓。故受静力荷载作用的构件在常温下工作时,在计算中可不考虑应力集中的影响。但在负温下或动力荷载作用下工作的结构,应力集中的不利影响将十分突出,往往是引起脆性破坏的根源,故在设计中应采取措施避免或减小应力集中,并选用质量优良的钢材。
  6.反复荷载作用
  钢材在反复荷载作用下,结构的抗力及性能都会发生重要变化,甚至发生疲劳破坏。根据试验,在直接的连续反复的动力荷载作用下,钢材的强度将降低,即低于一次静力荷载作用下的拉伸试验的极限强度,这种现象称为钢材的疲劳。疲劳破坏表现为突发的脆性断裂。
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