【正文】 （如磷元素），使鋼材在低溫時韌性降低并容易產(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力荷載的鋼結構用鋼中要對硫、磷、氧、氮、氫的含量加以限制？ ①硫會降低鋼材的塑性和沖擊韌性；②磷會使鋼在低溫時韌性降低并容易產(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氫在低溫時容易使鋼呈脆性破壞，產(chǎn)生“氫脆”破壞現(xiàn)象；所以對比較重要的結構，尤其是在低溫下承受動力荷載的鋼結構用鋼，要對其硫、磷、氧、氮、氫的含量加以限制。 4我國目前鋼結構用鋼主要 采用哪幾種冶煉方法煉制？ 我國目前鋼結構用鋼主要采用①平爐和②氧氣轉爐冶煉而成，這兩種冶煉方法煉制的鋼的質量基本相同；側吹堿性轉爐法煉制的鋼質量比較差，產(chǎn)量不多，現(xiàn)在已經(jīng)不用于承重鋼結構中。電爐鋼質量精良，但成本較高、電耗量大，鋼結構中一般也不采用。 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行脫氧，當鋼液注錠時，鋼液中仍保留有相當多的氧化鐵，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？ 沸騰鋼的缺點是：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)點是：①沸騰鋼生產(chǎn)工藝簡 單；②價格便宜；③質量能滿足一般承重鋼結構的要求，因此其應用范圍比較廣泛。 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脫氧劑硅（或鋁）和錳等，進行徹底脫氧，因而鋼液注錠時不發(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？ 鎮(zhèn)靜鋼的優(yōu)點是：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鋼材的質量優(yōu)良、質地均勻、組織致密、雜質少、偏析小。與沸騰鋼相比，②其沖擊韌性和焊接性比較好；③冷脆和時效敏感性比較??；④強度和塑性也略高。 鎮(zhèn)靜鋼的缺 點是：①鎮(zhèn)靜鋼需要一定量的強脫氧劑；②鑄錠時需要適當保溫；③工藝過程復雜；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價格相應也較高。 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脫氧劑氧化硅（或鋁），其脫氧程度、質量、價格介于沸騰鋼和鎮(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，一般應含有足夠的形成細晶粒結構的元素，如鋁等，通常是用硅脫氧后再用鋁補充脫氧。我國碳元素結構鋼中的 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？ 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。軋鋼機壓力的作用可使鋼錠中的小氣泡和質地較疏松部分鍛焊密實起來，消除鑄造顯微組織缺陷和細化鋼的晶粒。因此，①軋制鋼材比同類鑄鋼質量好，②而且壓縮比（鋼坯與軋成鋼材厚度之比）愈大時其強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度和沖擊韌性等機械性能比其橫向的機械性能要好。 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?shù)?熱處理，則可以顯著提高其強度并保持其良好的塑性和韌性。我國一般鋼結構中目前尚不采用熱處理鋼材，而高強度螺栓則是用一些強度較高的優(yōu)質碳素結構鋼（ 4 35 號鋼）或低合金結構鋼（ 20MnTiB、 40B、 35VB 鋼等），制成螺栓后進行熱處理調質（淬火后高溫回火），以進一步提高其強度和質量性能。 5鋼材中的殘余應力是如何產(chǎn)生的？ 熱軋型鋼中的熱軋殘余應力是因其熱軋后不均勻冷卻而產(chǎn)生的。其發(fā)生機理是： ①在型鋼熱軋終結時，其截面各處的溫度大體相同，但其邊緣、尖角及薄細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)生復雜的殘余應力分布。 ②鋼材在以后的調直和加工（剪切、氣割、焊接等）還將改變“①”中的殘余應力分布。 鋼材或構件經(jīng)過退火或其它方法處理后，其殘余應力可部分乃至全部消除。 5殘余應力對鋼材的受力性能有何影響？ ①鋼構件承受荷載時，荷載引起的應力將與截面殘余應力疊加，使構件某些部位提前達到屈服強度并發(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)的應力不再增加。所以，構件達 到強度極限狀態(tài)時的截面應力狀態(tài)與沒有殘余應力時完全相同，即殘余應力不影響構件強度。 ②由于構件截面塑性區(qū)退出受力和發(fā)展塑性變形，殘余應力將降低構件的剛度和穩(wěn)定性。 ③殘余應力特別是焊接殘余應力與荷載應力疊加后，常使鋼材處于二維或三維的復雜應力狀態(tài)下受力，將降低其抗沖擊斷裂和抗疲勞破壞的能力。 5溫度對鋼材的機械性能有何影響？ 鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，①當溫度由常溫升高時，鋼材的屈服強度 fy、抗拉強度 fu和彈性模量 E 的總趨勢是降低的，但在 150℃以下時變化不大；②鋼材的溫度由常溫下降至負溫度范 圍內時，鋼材的強度（ fy、 fu）等雖有提高，但塑性和韌性降低、脆性增加。 5何為“藍脆”？ 當溫度在 250℃左右時，鋼材的抗拉強度 fu反而有比較大的提高，但此時相應的伸長率δ比較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內破壞時常呈脆性破壞特征，稱其為“藍脆”。 5什么是鋼材的冷加工硬化（冷作硬化、應變硬化）？ σ G C J H 再 卸 加 載 載 O O/ ε 如圖所示：由鋼材重復加載的σ ε曲線顯示，當?shù)谝淮渭虞d（由 O 點開始）至已經(jīng)發(fā)展塑性變形的 J 點后完全卸載至 O/點 ；當再次加載時σ ε曲線大致將按卸載時的原有直線 O/J 回升，荷載更大時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)為鋼材的屈服強度提高，彈性范 6 圍增加，塑性和伸長率降低。鋼材的這種性質稱為鋼材的冷加工硬化（冷作硬化、應變硬化）。 5鋼材的冷加工硬化對鋼材的性能有何影響？ 鋼材在冷拉、冷拔、冷彎、沖切、剪切等冷加工時都會產(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度，②但同時降低塑性和增加脆性，③對鋼結構特別是承受動力荷載的鋼結構是不利的。 5何為鋼材的實效硬化？ 鋼 材隨時間進展將使屈服強度和抗拉強度提高、伸長率和沖擊韌性降低，稱為鋼材的實效硬化。 5試解釋鋼材發(fā)生實效硬化的機理？ 鋼材發(fā)生實效硬化是由于高溫時溶于鋼材純鐵體中極少量的氮等，隨著時間的延長從純鐵中析出，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何為鋼材的人工實效 ？ 不同種類的鋼材的實效硬化過程的時間長短很不相同，可從幾個小時到數(shù)十年不等。為加快測定鋼材的實效硬化后的機械性能，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 行試驗，這樣做可大大縮短鋼材的實效過程，稱其為鋼材的人工實效。 60、何為鋼材的應力集中？ 鋼材的標準拉伸試驗是采用經(jīng)過機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力分布均勻。而實際鋼結構的構件中常有孔洞、缺口等，致使構件截面突然改變。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)生局部高峰應力，其余部位應力比較低而且分布極不均勻，這種現(xiàn)象稱為鋼材的應力集中。 6何為應力集中系數(shù)？并敘述其作用。 通常把鋼材截面的高峰應力與平均應力（當構件截面受軸心力作用時）的比值稱為應 力集中系數(shù)。用希臘字母η表示。 應力集中系數(shù)可表明應力集中程度的高低，其值取決于構件截面突然改變的急劇程度。 6試敘述應力集中對鋼材性能的影響。 ①在應力集中的高峰應力區(qū)內，通常存在著同號的平面應力狀態(tài)或立體（三維）應力狀態(tài)，這種應力狀態(tài)使鋼材的變形發(fā)展困難而導致脆性狀態(tài)破壞。鋼材構件截面缺口改變愈急劇、即應力集中愈高的試件，其抗拉強度愈高，但塑性愈差、發(fā)生脆性破壞的可能性也愈大。 ②應力集中引起孔槽邊緣處局部的應力高峰；當結構所受凈力荷載不斷增加時，高峰應力及其鄰近處局部鋼材將首先達到屈服強度。此后繼 續(xù)增加荷載將使該處發(fā)展塑性變形而應力保持不變，所增加的荷載由鄰近應力較低處即尚未達到屈服強度部分的鋼材承受。然后塑性區(qū)逐步擴展，直到構件全截面都達到屈服強度時即為強度的極限狀態(tài)。因此，因此應力集中一般不影響截面的靜力極限承載力，具體進行鋼結構設計時可不考慮應力集中的影響。 ③比較嚴重的應力集中、特別是在動力荷載作用下，加上殘余應力和鋼材加工的冷作硬化等不利因素的影響，常是結構、尤其在低溫環(huán)境下工作的鋼結構發(fā)生脆性破壞的重要原因。 所以進行鋼結構設計時，應盡量減免構件截面的急劇改變，以減少應力集中，從構造上防 止構件的脆性破壞。 6什么是鋼材的疲勞或疲勞破壞？ 鋼材在循環(huán)應力多次反復作用下裂紋生成、裂紋擴展、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，①破壞面上的應力低于鋼材的抗拉強度，甚至低于其屈服強度；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？ 7 鋼材的疲勞破壞與①鋼材的質量、②構件的幾何尺 寸、③鋼材的缺陷、④循環(huán)荷載在鋼材內部引起的反復循環(huán)應力的特征⑤及循環(huán)次數(shù)有關。 6鋼材的疲勞破壞應力幅或疲勞容許應力幅主要取決于哪