【正文】 加工硬化的發(fā)生 。 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 。 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 ， 對軋制壓縮比較小的厚鋼板來說 ， 該薄片無法被焊合 ， 會出現(xiàn)分層現(xiàn)象 。 熱軋薄板和壁厚較薄的熱軋型鋼 ， 因輥軋次數(shù)較多 ， 軋制的壓縮比大 ， 鋼材的性能改善明顯 ， 其強(qiáng)度 、塑性 、 韌性和焊接性能均優(yōu)于厚板和厚壁型鋼 。 一般開軋和鍛壓溫度控制在 1150～ 1300℃ 。 通過加熱 、 保溫 、 冷卻的操作方法 ， 使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 ， 以獲得所需性能的加工工藝稱為 熱處理 。 鋼材的組織構(gòu)造和缺陷 ， 均會對鋼材的力學(xué)性能產(chǎn)生重要的影響 。 低合金結(jié)構(gòu)鋼則是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上 ， 適當(dāng)添加總量不超過 5％ 的其它合金元素 ， 來改善鋼材的性能 。 （ 3） 淬火 淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上 ， 保溫后以大于臨界冷卻速度 （ Vc） 冷卻 ， 以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝 。 因此國內(nèi)大鋼廠已很少生產(chǎn)沸騰鋼 ， 若采用沸騰鋼 ， 不但質(zhì)量差 ， 而且供貨困難 ， 價(jià)格并不便宜 。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般都是鎮(zhèn)靜鋼 。 鎮(zhèn)靜鋼 采用錳加硅作脫氧劑 ， 脫氧較完全 ， 硅在還原氧化鐵的過程中還會產(chǎn)生熱量 ， 使鋼液冷卻緩慢 ， 使氣體充分逸出 ， 澆注時(shí)不會出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象 。 鋼材的澆注和脫氧 按鋼液在煉鋼爐中或盛鋼桶中進(jìn)行脫氧的方法和程度的不同，碳素結(jié)構(gòu)鋼可分為 沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼 4類。 由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐可以利用高爐煉出的生鐵熔液直接煉鋼 ， 生產(chǎn)周期短 、 效率高 、質(zhì)量好 、 成本低 。 由于不與空氣接觸 ， 易于清除雜質(zhì)和嚴(yán)格控制化學(xué)成分 ， 煉成的鋼質(zhì)量好 。 因此 ，當(dāng)用生鐵制鋼時(shí) ， 必須通過氧化作用除去生鐵中多余的碳和其它雜質(zhì) ， 使它們轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸镞M(jìn)入渣中 ， 或成氣體逸出 。 煉鐵 礦石中的鐵是以氧化物的形態(tài)存在的 ， 要用與氧的親和力比鐵更大的物質(zhì) ——一氧化碳與碳等還原劑 ， 通過還原作用從礦石中除去氧 ， 還原出鐵 。學(xué)習(xí)情景 2 建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼材 知識點(diǎn) ： 本項(xiàng)目講述了結(jié)構(gòu)用鋼材的分類及其化學(xué)成分 、 力學(xué)性能 ， 建筑鋼材的品種 、 規(guī)格以及材質(zhì)的 檢驗(yàn)和驗(yàn)收 。 同時(shí) ， 為了使砂質(zhì)和粘土質(zhì)的雜質(zhì) （ 礦石中的廢石 ） 易于熔化為熔渣 ， 常用石灰石作為熔劑 。 這一作用也要在高溫下進(jìn)行 ， 稱為煉鋼 。 但因耗電量大 ， 成本高 ， 一般只用來冶煉特種用途的鋼材 。 平爐煉鋼 是利用煤氣或其它燃料供應(yīng)熱能 ， 把廢鋼 、 生鐵熔液或鑄鐵塊和不同的合金元素等冶煉成各種用途的鋼 。 沸騰鋼 采用脫氧能力較弱的錳作脫氧劑 ， 脫氧不完全 ， 在將鋼液澆注入鋼錠模時(shí) ， 會有氣體逸出 ， 出現(xiàn)鋼液的沸騰現(xiàn)象 。 這種鋼質(zhì)量好 ， 但成本高 。 隨著冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 用連續(xù)鑄造法生產(chǎn)鋼坯 （ 用作軋制鋼材的半成品 ） 的工藝和設(shè)備已逐漸取代了笨重而復(fù)雜的鑄錠 —開坯 —初軋的工藝流程和設(shè)備 。 鋼材冶煉的幾個(gè)名詞含義如下： （ 1） 退火 annealing 將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻 (通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻 )的一種金屬熱處理工藝。 （ 4） 回火 回火是將淬火鋼加熱至 A1點(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后 ， 以適當(dāng)方式冷到室溫的熱處理工藝 。 a. 碳素鋼多晶體結(jié)構(gòu)示意圖 圖 鋼的組織結(jié)構(gòu) 鋼材的鑄造缺陷 當(dāng)采用鑄模澆注鋼錠時(shí) ， 與連續(xù)鑄造生產(chǎn)的鋼坯質(zhì)量均勻相反 ， 由于冷卻過程中向周邊散熱 ， 各部分冷卻速度不同 ， 在鋼錠內(nèi)形成了不同的結(jié)晶帶 （ 圖 ） 。 1表面細(xì)晶粒層； 2柱狀晶粒區(qū)； 3心部等軸晶粒區(qū) 圖 負(fù)錠組織示意圖 三 、 鋼材的加工 鋼材的加工分為 熱加工 、 冷加工和熱處理 三種 。 熱加工 將鋼錠或鋼坯加熱至一定溫度時(shí) ， 鋼的組織將完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體狀態(tài) ， 奧氏體是碳溶入面心立方晶格的 γ鐵的固溶體 ，雖然含碳量很高 ， 但其強(qiáng)度較低 ， 塑性較好 ， 便于塑性變形 。 鋼材的軋制是通過一系列軋輥 ， 使鋼坯逐漸輥軋成所需厚度的鋼板或型鋼 ， 圖 H型鋼的軋制示意圖 。 鋼材的強(qiáng)度按板厚分組就是這個(gè)緣故 。 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 。 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 。 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 。 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 。 在極大的冷卻速度下原子來不及擴(kuò)散 ， 因此含有較多碳原子的面心立方晶格的奧氏體 ， 以無擴(kuò)散方式轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚舆^飽和的鐵固溶體 ， 稱為馬氏體 。 通常稱淬火加高溫回火的工藝為調(diào)質(zhì)處理 。 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 。 脆性破壞 的主要特征是 ， 破壞前塑性變形很小 ， 或根本沒有塑性變形 ， 而突然迅速斷裂 。 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位錯(cuò)移動形成滑移 ， 即形成塑性變形；而其抵抗沿晶格方向伸長至拉斷的能力卻強(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 ） 。 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)可通過單向一次 （ 也稱單調(diào) ） 拉伸試驗(yàn)獲得 。 破壞時(shí)的殘余延伸率表示鋼材的塑性性能 。 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 。 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) 。 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)變曲線簡化為圖 ， 稱為理想彈塑性體的工作曲線 。 試驗(yàn)時(shí) ， 根據(jù)鋼材的牌號和不同的板厚 ， 按國家相關(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 180176。 （ 2） 沖擊韌性 由單調(diào)拉伸試驗(yàn)獲得的韌性沒有考慮應(yīng)力集中和動荷作用的影響 ， 只能用來比較不同鋼材在正常情況下的韌性好壞 。 碳是各種鋼中的重要元素之一 ， 在碳素結(jié)構(gòu)鋼中則是鐵以外的最主要元素 。 此外 ， 硫還會降低鋼材的沖擊韌性 、 疲勞強(qiáng)度 、 抗銹蝕性能和焊接性能等 。 錳還是我國低合金鋼的主要合金元素 ， 其含量為 ％ ～ ％ 。 鉻 、 鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素 ， 用于 Q390及以上牌號的鋼材中 ， 但其含量應(yīng)受限制 ， 以免影響鋼材的其它性能 。 氧和氮屬于有害元素 。 在破裂面上常可見到白點(diǎn) ， 稱為 氫白點(diǎn) 。 當(dāng)含碳量在 ％ ～ ％ 范圍內(nèi)時(shí) ， 碳素鋼的焊接性能最好；含碳量超過上述范圍時(shí) ， 焊縫及熱影響區(qū)容易變脆 。 6 5 15EM n C r M o V N i C uCC ? ? ?? ? ? ? 鋼材焊接性能的優(yōu)劣除了與鋼材的碳當(dāng)量有直接關(guān)系之外 ， 還與母材厚度 、 焊接方法 、 焊接工藝參數(shù)以及結(jié)構(gòu)形式等條件有關(guān) 。