【正文】 因此對(duì)于鋼板部件應(yīng)沿其橫向切取試件進(jìn)行拉伸和冷彎試驗(yàn) 。 鋼中的硫化物和氧化物等非金屬夾雜 ， 經(jīng)軋制之后被壓成薄片 ， 對(duì)軋制壓縮比較小的厚鋼板來(lái)說(shuō) ， 該薄片無(wú)法被焊合 ， 會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象 。 分層使鋼板沿厚度方向受拉的性能惡化 ， 在焊接連接處沿板厚方向有拉力作用 （ 包括焊接產(chǎn)生的約束拉應(yīng)力作用 ） 時(shí) ， 可能出現(xiàn)層狀撕裂現(xiàn)象 （ 圖 ） ， 應(yīng)引起重視 。 圖 冷加工 在常溫或低于再結(jié)晶溫度情況下 ， 通過(guò)機(jī)械的力量 ， 使鋼材產(chǎn)生所需要的永久塑性變形 ， 獲得需要的薄板或型鋼的工藝稱為冷加工 。 冷加工包括冷軋 、 冷彎 、 冷拔等延伸性加工 ， 也包括剪 、 沖 、 鉆 、 刨等切削性加工 。 冷軋卷板和冷軋鋼板就是將熱軋卷板或熱軋薄板經(jīng)帶鋼冷軋機(jī)進(jìn)一步加工得到的產(chǎn)品 。 在輕鋼結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用的冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板也是經(jīng)輥軋或模壓冷彎所制成 。 組成平行鋼絲束 、 鋼絞線或鋼絲繩等的基本材料 ——高強(qiáng)鋼絲 ， 就是由熱處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼盤條經(jīng)多次連續(xù)冷拔而成的 。 鋼材經(jīng)冷加工后 ， 會(huì)產(chǎn)生局部或整體硬化 ， 即在局部或整體上提高了鋼材的強(qiáng)度和硬度 ， 但卻降低了塑性和韌性 ，這種現(xiàn)象稱為 冷作硬化 （ 或應(yīng)變硬化 ） 。 冷拔高強(qiáng)度鋼絲充分利用了冷作硬化現(xiàn)象 ， 在懸索結(jié)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用 。 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí) ， 可有條件地利用因冷彎效應(yīng)而產(chǎn)生的強(qiáng)度提高現(xiàn)象 。 但對(duì)截面復(fù)雜的鋼構(gòu)件來(lái)說(shuō) ， 這種情況是無(wú)法利用的 。 相反 ， 鋼材由于冷硬變脆 ， 常成為鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂的起因 。 因此 ， 對(duì)于比較重要的結(jié)構(gòu) ， 要盡量避免局部冷加工硬化的發(fā)生 。 熱處理 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)范圍內(nèi) ， 施以不同的加熱 、 保溫和冷卻措施 ， 籍改變其內(nèi)部組織構(gòu)造 ， 達(dá)到改善鋼材性能的一種加工工藝 。 鋼材的普通熱處理包括退火 、 正火 、 淬火和回火四種基本工藝 。 退火和正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝 ， 用其可以消除加工硬化 、 軟化鋼材 、 細(xì)化晶粒 、 改善組織以提高鋼的機(jī)械性能；消除殘余應(yīng)力 ， 以防鋼件的變形和開(kāi)裂；為進(jìn)一步的熱處理作好準(zhǔn)備 。 淬火工藝是將鋼件加熱到 900℃ 以上 ， 保溫后快速在水中或油中冷卻 。 在極大的冷卻速度下原子來(lái)不及擴(kuò)散 ， 因此含有較多碳原子的面心立方晶格的奧氏體 ， 以無(wú)擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚舆^(guò)飽和的鐵固溶體 ， 稱為馬氏體 。 馬氏體是一種不穩(wěn)定的組織 ， 不宜用于建筑結(jié)構(gòu) 。 回火工藝是將淬火后的鋼材加熱到某一溫度進(jìn)行保溫 ， 而后在空氣中冷卻 。 將淬火后的鋼材加熱至 500～ 650℃ ， 保溫后在空氣中冷卻 ， 稱為高溫回火 。 通常稱淬火加高溫回火的工藝為調(diào)質(zhì)處理 。 強(qiáng)度較高的鋼材 ， 如 Q420中的 C、 D、 E級(jí)鋼和高強(qiáng)度螺栓的鋼材都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理 。 四 、 鋼材的主要性能 鋼材的破壞形式 鋼材有兩種完全不同的破壞形式：塑性破壞 （ ductile fracture） 和脆性破壞 （ brittle fracture） 。 鋼結(jié)構(gòu)所用的鋼材在正常使用條件下 ， 雖然有較高的塑性和韌性 ， 但在某些條件下 ， 仍然存在發(fā)生脆性破壞的可能性 。 塑性破壞 的主要特征是 ， 破壞前具有較大的塑性變形 ，常在鋼材表面出現(xiàn)明顯的相互垂直交錯(cuò)的銹跡剝落線 。 只有當(dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度后才會(huì)發(fā)生破壞 ， 破壞后的斷口呈纖維狀 ， 色澤發(fā)暗 。 由于塑性破壞前總有較大的塑性變形發(fā)生 ， 且變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng) ， 容易被發(fā)現(xiàn)和搶修加固 ， 因此不至發(fā)生嚴(yán)重后果 。 鋼材塑性破壞前的較大塑性變形能力 ，可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布 ， 鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)就是建立在這種足夠的塑性變形能力上 。 脆性破壞 的主要特征是 ， 破壞前塑性變形很小 ， 或根本沒(méi)有塑性變形 ， 而突然迅速斷裂 。 破壞后的斷口平直 ， 呈有光澤的晶粒狀或有人字紋 。 由于破壞前沒(méi)有任何預(yù)兆 ， 破壞速度又極快 ， 無(wú)法察覺(jué)和補(bǔ)救 ， 而且一旦發(fā)生常引發(fā)整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞 ， 后果非常嚴(yán)重 ， 因此在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 、 施工和使用過(guò)程中 ， 要特別注意防止這種破壞的發(fā)生 。 鋼材存在的兩種破壞形式與其內(nèi)在的組織構(gòu)造和外部的工作條件有關(guān) 。 試驗(yàn)和分析均證明 ， 在剪力作用下 ， 具有體心立方晶格的鐵素體很容易通過(guò)位錯(cuò)移動(dòng)形成滑移 ， 即形成塑性變形；而其抵抗沿晶格方向伸長(zhǎng)至拉斷的能力卻強(qiáng)大得多 ， 因此當(dāng)單晶鐵素體承受拉力作用時(shí) ， 總是首先沿最大剪應(yīng)力方向產(chǎn)生塑性滑移變形 （ 圖 ） 。 圖 鐵素體單晶體的塑性滑移 實(shí)際鋼材是由鐵素體和珠光體等組成的 ， 由于珠光體間層的限制 ， 阻遏了鐵素體的滑移變形 ， 因此受力初期表現(xiàn)出彈性性能 。 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值 ， 珠光體間層失去了約束鐵素體在最大剪應(yīng)力方向滑移的能力 ， 此時(shí)鋼材將出現(xiàn)屈服現(xiàn)象 ， 先前鐵素體被約束了的塑性變形就充分表現(xiàn)出來(lái) ， 直到最后破壞 。 顯然當(dāng)內(nèi)外因素使鋼材中鐵素體的塑性變形無(wú)法發(fā)生時(shí) ， 鋼材將出現(xiàn)脆性破壞 。 鋼材在單向一次拉伸下的工作性能 鋼材的多項(xiàng)性能指標(biāo)可通過(guò)單向一次 （ 也稱單調(diào) ） 拉伸試驗(yàn)獲得 。 試驗(yàn)一般都是在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行的 ， 即：試件的尺寸符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ， 表面光滑 ， 沒(méi)有孔洞 、 刻槽等缺陷；荷載分級(jí)逐次增加 ， 直到試件破壞；室溫為 20℃ 左右 。圖 －應(yīng)變曲線 。 圖 —應(yīng)變曲線 由低碳鋼和低合金鋼的試驗(yàn)曲線看出 ， 在比例極限（ proportional limit） σp以前鋼材的工作是彈性的；比例極限以后 ， 進(jìn)入了彈塑性階段；達(dá)到了屈服點(diǎn) （ yield point或 yield strength） fy后 ， 出現(xiàn)了一段純塑性變形 ， 也稱為塑性平臺(tái)；此后強(qiáng)度又有所提高 ， 出現(xiàn)所謂自強(qiáng)階段 ， 直至產(chǎn)生頸縮而破壞 。 破壞時(shí)的殘余延伸率表示鋼材的塑性性能 。 調(diào)質(zhì)處理的低合金鋼沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)和塑性平臺(tái) 。 這類鋼的屈服點(diǎn)是以卸載后試件中殘余應(yīng)變?yōu)?％ 所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力人為定義的 ，稱為名義屈服點(diǎn)或 （ 見(jiàn)圖 ） 。 鋼材的單調(diào)拉伸應(yīng)力－應(yīng)變曲線提供了三個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度 （ tensile strength ） fu 、 伸長(zhǎng)率（ elongation） δ和屈服點(diǎn) fy。 抗拉強(qiáng)度 fu是鋼材一項(xiàng)重要的強(qiáng)度指標(biāo) ， 它反映鋼材受拉時(shí)所能承受的極限應(yīng)力 。 伸長(zhǎng)率 δ是衡量鋼材斷裂前所具有的塑性變形能力的指標(biāo) ， 以試件破壞后在標(biāo)定長(zhǎng)度內(nèi)的殘余應(yīng)變表示 。 屈服點(diǎn) fy是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)力允許達(dá)到的最大限值 ， 因?yàn)楫?dāng)構(gòu)件中的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí) ，結(jié)構(gòu)會(huì)因過(guò)度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載 。 承重結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)滿足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述三項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)的要求 。 斷面收縮率 ψ是試樣拉斷后 ， 頸縮處橫斷面積的最大縮減量與原始橫斷面積的百分比 ， 也是單調(diào)拉伸試驗(yàn)提供的一個(gè)塑性指標(biāo) 。 ψ越大 ， 塑性越好 。 由單調(diào)拉伸試驗(yàn)還可以看出鋼材的韌性好壞 。 韌性可以用材料破壞過(guò)程中單位體積吸收的總能量來(lái)衡量 ， 包括彈性能和非彈性能兩部分 ， 其數(shù)值等于應(yīng)力－應(yīng)變曲線 （ 圖 ）下的總面積 。 由圖 ， 屈服點(diǎn)以前的應(yīng)變很小 ， 如把鋼材的彈性工作階段提高到屈服點(diǎn) ， 且不考慮自強(qiáng)階段 ， 則可把應(yīng)力－應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為圖 ， 稱為理想彈塑性體的工作曲線 。 它表示鋼材在屈服點(diǎn)以前應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合虎克定律 ， 接近理想彈性體工作；屈服點(diǎn)以后塑性平臺(tái)階段又近似于理想的塑性體工作 。 這一簡(jiǎn)化 ， 與實(shí)際誤差不大 ，卻大大方便了計(jì)算 ， 成為鋼結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)和塑性設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 。 圖 理想彈塑性體應(yīng)力 —應(yīng)變曲線 鋼材的其它性能 （ 1） 冷彎性能 鋼材的冷彎性能 （ coldbending behavior） 由冷彎試驗(yàn)確定 。 試驗(yàn)時(shí) ， 根據(jù)鋼材的牌號(hào)和不同的板厚 ， 按國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的彎心直徑 ， 在試驗(yàn)機(jī)上把試件彎曲 1