【正文】 （如磷元素），使鋼材在低溫時(shí)韌性降低并容易產(chǎn)生脆性破壞，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。 為什么在低溫下承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)用鋼中要對(duì)硫、磷、氧、氮、氫的含量加以限制？ ①硫會(huì)降低鋼材的塑性和沖擊韌性；②磷會(huì)使鋼在低溫時(shí)韌性降低并容易產(chǎn)生脆性破壞；③氧的有害作用與硫的有害作用相同并且有害程度更高，增加鋼的脆性；④氫在低溫時(shí)容易使鋼呈脆性破壞，產(chǎn)生“氫脆”破壞現(xiàn)象；所以對(duì)比較重要的結(jié)構(gòu)，尤其是在低溫下承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)用鋼，要對(duì)其硫、磷、氧、氮、氫的含量加以限制。 4我國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要 采用哪幾種冶煉方法煉制？ 我國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)用鋼主要采用①平爐和②氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉而成，這兩種冶煉方法煉制的鋼的質(zhì)量基本相同；側(cè)吹堿性轉(zhuǎn)爐法煉制的鋼質(zhì)量比較差，產(chǎn)量不多，現(xiàn)在已經(jīng)不用于承重鋼結(jié)構(gòu)中。電爐鋼質(zhì)量精良，但成本較高、電耗量大，鋼結(jié)構(gòu)中一般也不采用。 4鋼冶煉后因澆注方法（脫氧程度或方法）不同可以分為幾種？ 鋼冶煉后因澆注方法不同可以分為四種，分別是：①沸騰鋼、②半鎮(zhèn)靜鋼、③鎮(zhèn)靜鋼、和④特殊鎮(zhèn)靜鋼。 4什么是沸騰鋼？ 沸騰鋼是在爐中和盛鋼桶中的熔煉鋼液中僅用弱脫氧劑錳鐵進(jìn)行脫氧，當(dāng)鋼液注錠時(shí)，鋼液中仍保留有相當(dāng)多的氧化鐵，與其中的碳等化合生成一氧化碳（ CO）等氣體大量逸出，致使鋼液劇烈“沸騰”，所以稱其為沸騰鋼。 4沸騰鋼具有什么特點(diǎn)？ 沸騰鋼的缺點(diǎn)是：①沸騰鋼注錠后，冷卻速度快，溶于鋼液中的氣體不能全部逸出，而且容易形成氣泡包在鋼錠中；②“沸騰”使硫、磷雜質(zhì)分布不均勻，出現(xiàn)其局部富集的“偏析”現(xiàn)象；③鋼的“偏析”及分布不均勻的氣泡，不但使鋼材的質(zhì)量不均勻，而且常常使軋制鋼材產(chǎn)生分層，降低鋼材、特別是厚鋼板的抗層狀撕裂（即鋼板在厚度方向上受拉而分層破壞）的能力。 沸騰鋼的優(yōu)點(diǎn)是：①沸騰鋼生產(chǎn)工藝簡(jiǎn) 單；②價(jià)格便宜；③質(zhì)量能滿足一般承重鋼結(jié)構(gòu)的要求，因此其應(yīng)用范圍比較廣泛。 4什么是鎮(zhèn)靜鋼？ 鎮(zhèn)靜鋼是在熔煉鋼液中加入適量的強(qiáng)脫氧劑硅（或鋁）和錳等，進(jìn)行徹底脫氧，因而鋼液注錠時(shí)不發(fā)生沸騰現(xiàn)象，鋼液在鋼錠模中平靜地逐漸冷卻，所以稱其為鎮(zhèn)靜鋼。 4鎮(zhèn)靜鋼具有什么特點(diǎn)？ 鎮(zhèn)靜鋼的優(yōu)點(diǎn)是：由于鋼液不沸騰、冷卻速度比較慢，鋼液中的殘余氣體比較容易逸出，因而①鋼材的質(zhì)量?jī)?yōu)良、質(zhì)地均勻、組織致密、雜質(zhì)少、偏析小。與沸騰鋼相比，②其沖擊韌性和焊接性比較好；③冷脆和時(shí)效敏感性比較??；④強(qiáng)度和塑性也略高。 鎮(zhèn)靜鋼的缺 點(diǎn)是：①鎮(zhèn)靜鋼需要一定量的強(qiáng)脫氧劑；②鑄錠時(shí)需要適當(dāng)保溫；③工藝過程復(fù)雜；④冷卻后鋼錠頭部因縮凹而需要切除的部分（約為 20%）比較多；⑤價(jià)格相應(yīng)也較高。 4什么是半鎮(zhèn)靜鋼？ 半鎮(zhèn)靜鋼是在熔煉鋼液中加入少量的強(qiáng)脫氧劑氧化硅（或鋁），其脫氧程度、質(zhì)量、價(jià)格介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，因而稱其為半鎮(zhèn)靜鋼。 4什么是特殊鎮(zhèn)靜鋼？ 特殊鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度比鎮(zhèn)靜鋼更高，一般應(yīng)含有足夠的形成細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的元素，如鋁等，通常是用硅脫氧后再用鋁補(bǔ)充脫氧。我國(guó)碳元素結(jié)構(gòu)鋼中的 Q235D 鋼，以及橋梁用鋼如 16Mnq 等屬特殊鎮(zhèn)靜 鋼。 5 4試比較鑄鋼與軋制鋼材的性能特點(diǎn)？ 軋制鋼材是把冷卻后的鋼鑄錠再加熱至 1200～ 1300℃的高溫，經(jīng)過軋制、軋延、鍛焊而成。軋鋼機(jī)壓力的作用可使鋼錠中的小氣泡和質(zhì)地較疏松部分鍛焊密實(shí)起來，消除鑄造顯微組織缺陷和細(xì)化鋼的晶粒。因此，①軋制鋼材比同類鑄鋼質(zhì)量好，②而且壓縮比（鋼坯與軋成鋼材厚度之比）愈大時(shí)其強(qiáng)度和沖擊韌性等也愈高。另外，由于軋輥的壓延作用，鋼材順軋輥軋制方向的強(qiáng)度和沖擊韌性等機(jī)械性能比其橫向的機(jī)械性能要好。 50、熱處理的作用是什么？ 普通鋼材軋制后是自然堆放而不做熱處理。如經(jīng)過適當(dāng)?shù)?熱處理，則可以顯著提高其強(qiáng)度并保持其良好的塑性和韌性。我國(guó)一般鋼結(jié)構(gòu)中目前尚不采用熱處理鋼材，而高強(qiáng)度螺栓則是用一些強(qiáng)度較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（ 4 35 號(hào)鋼）或低合金結(jié)構(gòu)鋼（ 20MnTiB、 40B、 35VB 鋼等），制成螺栓后進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)（淬火后高溫回火），以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和質(zhì)量性能。 5鋼材中的殘余應(yīng)力是如何產(chǎn)生的？ 熱軋型鋼中的熱軋殘余應(yīng)力是因其熱軋后不均勻冷卻而產(chǎn)生的。其發(fā)生機(jī)理是： ①在型鋼熱軋終結(jié)時(shí)，其截面各處的溫度大體相同，但其邊緣、尖角及薄細(xì)部位因與空氣接觸表面多而冷卻凝固較快，其余部分 冷卻凝固較遲緩。先冷卻部位常形成強(qiáng)勁的約束，阻止后冷卻部位金屬的自由收縮，從而常使隨后冷卻的部位受拉，在型鋼中產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布。 ②鋼材在以后的調(diào)直和加工（剪切、氣割、焊接等）還將改變“①”中的殘余應(yīng)力分布。 鋼材或構(gòu)件經(jīng)過退火或其它方法處理后，其殘余應(yīng)力可部分乃至全部消除。 5殘余應(yīng)力對(duì)鋼材的受力性能有何影響？ ①鋼構(gòu)件承受荷載時(shí)，荷載引起的應(yīng)力將與截面殘余應(yīng)力疊加，使構(gòu)件某些部位提前達(dá)到屈服強(qiáng)度并發(fā)展塑性變形。如繼續(xù)增加荷載，只有截面彈性區(qū)承受荷載的增加值，而塑性區(qū)的應(yīng)力不再增加。所以，構(gòu)件達(dá) 到強(qiáng)度極限狀態(tài)時(shí)的截面應(yīng)力狀態(tài)與沒有殘余應(yīng)力時(shí)完全相同，即殘余應(yīng)力不影響構(gòu)件強(qiáng)度。 ②由于構(gòu)件截面塑性區(qū)退出受力和發(fā)展塑性變形，殘余應(yīng)力將降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性。 ③殘余應(yīng)力特別是焊接殘余應(yīng)力與荷載應(yīng)力疊加后，常使鋼材處于二維或三維的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下受力，將降低其抗沖擊斷裂和抗疲勞破壞的能力。 5溫度對(duì)鋼材的機(jī)械性能有何影響？ 鋼材的機(jī)械性能隨溫度的不同而有變化，①當(dāng)溫度由常溫升高時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度 fy、抗拉強(qiáng)度 fu和彈性模量 E 的總趨勢(shì)是降低的，但在 150℃以下時(shí)變化不大；②鋼材的溫度由常溫下降至負(fù)溫度范 圍內(nèi)時(shí)，鋼材的強(qiáng)度（ fy、 fu）等雖有提高，但塑性和韌性降低、脆性增加。 5何為“藍(lán)脆”？ 當(dāng)溫度在 250℃左右時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度 fu反而有比較大的提高，但此時(shí)相應(yīng)的伸長(zhǎng)率δ比較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內(nèi)破壞時(shí)常呈脆性破壞特征，稱其為“藍(lán)脆”。 5什么是鋼材的冷加工硬化（冷作硬化、應(yīng)變硬化）？ σ G C J H 再 卸 加 載 載 O O/ ε 如圖所示：由鋼材重復(fù)加載的σ ε曲線顯示，當(dāng)?shù)谝淮渭虞d（由 O 點(diǎn)開始）至已經(jīng)發(fā)展塑性變形的 J 點(diǎn)后完全卸載至 O/點(diǎn) ；當(dāng)再次加載時(shí)σ ε曲線大致將按卸載時(shí)的原有直線 O/J 回升，荷載更大時(shí)再沿原來的鋼材一次加載情況的σ ε曲線的 JGH 段變化，表現(xiàn)為鋼材的屈服強(qiáng)度提高，彈性范 6 圍增加，塑性和伸長(zhǎng)率降低。鋼材的這種性質(zhì)稱為鋼材的冷加工硬化（冷作硬化、應(yīng)變硬化）。 5鋼材的冷加工硬化對(duì)鋼材的性能有何影響？ 鋼材在冷拉、冷拔、冷彎、沖切、剪切等冷加工時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形，由此產(chǎn)生冷作硬化。①冷作硬化可提高鋼材的屈服強(qiáng)度，②但同時(shí)降低塑性和增加脆性，③對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特別是承受動(dòng)力荷載的鋼結(jié)構(gòu)是不利的。 5何為鋼材的實(shí)效硬化？ 鋼 材隨時(shí)間進(jìn)展將使屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高、伸長(zhǎng)率和沖擊韌性降低，稱為鋼材的實(shí)效硬化。 5試解釋鋼材發(fā)生實(shí)效硬化的機(jī)理？ 鋼材發(fā)生實(shí)效硬化是由于高溫時(shí)溶于鋼材純鐵體中極少量的氮等，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)從純鐵中析出，并形成自由氮化物而存在于純鐵晶粒間的滑動(dòng)面上，阻止了純鐵體晶粒間的滑移，因而約束了塑性發(fā)展。 5何為鋼材的人工實(shí)效 ？ 不同種類的鋼材的實(shí)效硬化過程的時(shí)間長(zhǎng)短很不相同，可從幾個(gè)小時(shí)到數(shù)十年不等。為加快測(cè)定鋼材的實(shí)效硬化后的機(jī)械性能，常先使鋼材產(chǎn)生約 10%的塑性變形，再加熱到一定的溫度，然后冷卻到室溫進(jìn) 行試驗(yàn)，這樣做可大大縮短鋼材的實(shí)效過程，稱其為鋼材的人工實(shí)效。 60、何為鋼材的應(yīng)力集中？ 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)是采用經(jīng)過機(jī)械加工的光滑圓形或板狀試件，在軸心拉力作用下試件截面應(yīng)力分布均勻。而實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中常有孔洞、缺口等，致使構(gòu)件截面突然改變。在荷載作用下，這些截面突變處的某些部位（孔洞邊緣或缺口尖端等處）將產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，其余部位應(yīng)力比較低而且分布極不均勻，這種現(xiàn)象稱為鋼材的應(yīng)力集中。 6何為應(yīng)力集中系數(shù)？并敘述其作用。 通常把鋼材截面的高峰應(yīng)力與平均應(yīng)力（當(dāng)構(gòu)件截面受軸心力作用時(shí)）的比值稱為應(yīng) 力集中系數(shù)。用希臘字母η表示。 應(yīng)力集中系數(shù)可表明應(yīng)力集中程度的高低，其值取決于構(gòu)件截面突然改變的急劇程度。 6試敘述應(yīng)力集中對(duì)鋼材性能的影響。 ①在應(yīng)力集中的高峰應(yīng)力區(qū)內(nèi)，通常存在著同號(hào)的平面應(yīng)力狀態(tài)或立體（三維）應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力狀態(tài)使鋼材的變形發(fā)展困難而導(dǎo)致脆性狀態(tài)破壞。鋼材構(gòu)件截面缺口改變愈急劇、即應(yīng)力集中愈高的試件，其抗拉強(qiáng)度愈高，但塑性愈差、發(fā)生脆性破壞的可能性也愈大。 ②應(yīng)力集中引起孔槽邊緣處局部的應(yīng)力高峰；當(dāng)結(jié)構(gòu)所受凈力荷載不斷增加時(shí)，高峰應(yīng)力及其鄰近處局部鋼材將首先達(dá)到屈服強(qiáng)度。此后繼 續(xù)增加荷載將使該處發(fā)展塑性變形而應(yīng)力保持不變，所增加的荷載由鄰近應(yīng)力較低處即尚未達(dá)到屈服強(qiáng)度部分的鋼材承受。然后塑性區(qū)逐步擴(kuò)展，直到構(gòu)件全截面都達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)即為強(qiáng)度的極限狀態(tài)。因此，因此應(yīng)力集中一般不影響截面的靜力極限承載力，具體進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮應(yīng)力集中的影響。 ③比較嚴(yán)重的應(yīng)力集中、特別是在動(dòng)力荷載作用下，加上殘余應(yīng)力和鋼材加工的冷作硬化等不利因素的影響，常是結(jié)構(gòu)、尤其在低溫環(huán)境下工作的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞的重要原因。 所以進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減免構(gòu)件截面的急劇改變，以減少應(yīng)力集中，從構(gòu)造上防 止構(gòu)件的脆性破壞。 6什么是鋼材的疲勞或疲勞破壞？ 鋼材在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下裂紋生成、裂紋擴(kuò)展、以至鋼材斷裂破壞的現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞和疲勞破壞。 6鋼材的疲勞破壞有何特征？ 鋼材發(fā)生疲勞破壞時(shí)，①破壞面上的應(yīng)力低于鋼材的抗拉強(qiáng)度，甚至低于其屈服強(qiáng)度；②破壞斷口比較整齊，其表面有比較清楚的疲勞紋理，該紋理顯示以某點(diǎn)為中心向外呈半橢圓狀放射型的海濱沙灘痕跡般的現(xiàn)象；③通常構(gòu)件沒有明顯的變形，呈現(xiàn)出突然的脆性破壞特征。 6鋼材的疲勞破壞與什么因素有關(guān)？ 7 鋼材的疲勞破壞與①鋼材的質(zhì)量、②構(gòu)件的幾何尺 寸、③鋼材的缺陷、④循環(huán)荷載在鋼材內(nèi)部引起的反復(fù)循環(huán)應(yīng)力的特征⑤及循環(huán)次數(shù)有關(guān)。 6鋼材的疲勞破壞應(yīng)力幅或疲勞容許應(yīng)力幅主要取決于哪