工程建筑鋼材的力學(xué)性能及其技術(shù)指標(biāo)(編輯修改稿)
2024-07-24 00:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的冷軋帶肋鋼筋。影響建筑鋼材力學(xué)性能的因素影響鋼材機(jī)械和加工等性能的因素有很多，其中鋼材的化學(xué)成分及其微觀組織結(jié)構(gòu)是最主要的，而冶煉﹑澆鑄﹑軋制的過程，殘余應(yīng)力﹑溫度﹑鋼材硬化﹑熱處理的影響等也是重要的因素，先分述如下。一、化學(xué)成分鋼材是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時(shí)則為鑄鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼由純鐵﹑碳及雜質(zhì)元素組成，其中純鐵約占99%，碳及雜質(zhì)元素約占1%；低合金結(jié)構(gòu)鋼種，除了鐵﹑碳之外還加入總量不超過3%的合金元素。碳及其他元素雖然所占比例不大，但對(duì)鋼材性能卻有重要影響。碳的含量對(duì)鋼的強(qiáng)度﹑塑性﹑韌性和焊接性有決定性的影響。含碳量增加，鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也隨之提高。但是其塑性﹑冷彎性能和沖擊韌性，特別是在低溫沖擊韌性降低，可焊性變壞。因此鋼結(jié)構(gòu)的含碳量不宜太高，%，﹪以內(nèi)。錳是結(jié)構(gòu)鋼中的常有元素。錳能夠顯著提高鋼材強(qiáng)度而不過多降低塑性和沖擊韌性。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。錳還能消除硫?qū)︿摬牡臒岽嘧饔?。碳素鋼種錳是有益雜質(zhì)，低合金鋼中錳是合金元素。%～﹪。錳可使鋼材的可焊性降低，故含量應(yīng)受限制。硅是有益元素，有更強(qiáng)的脫氧作用，是強(qiáng)脫氧劑。而且硅能使鋼材的晶粒變細(xì)，適量的硅可提高鋼材的強(qiáng)度而對(duì)其塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性不會(huì)產(chǎn)生不良的影響。過量的硅將降低鋼材的塑性和沖擊韌性，惡化其抗繡能力和焊接性。硅的含量，﹪～﹪，﹪～﹪。釩是熔煉錳釩低合金時(shí)特意添加的一種合金元素，可提高鋼材強(qiáng)度和細(xì)化鋼的晶粒，釩的化合物具有高溫穩(wěn)定性，使鋼材的高溫硬度提高。15MnV鋼是在低合金16Mn的基礎(chǔ)上加上適量的釩而熔煉成功的一種新的強(qiáng)度較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼。硫和磷是兩種極為有害的元素。硫與鐵化合成硫化鐵（FeS）,散步在純鐵體晶粒的間層中。含硫量過大時(shí)，會(huì)降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度和抗銹性等。當(dāng)溫度在800℃～1200℃時(shí)，如在焊、鉚和熱加工時(shí)，硫化鐵將融化使鋼材變脆而產(chǎn)生裂紋，稱之為“熱脆”。故應(yīng)限制結(jié)構(gòu)尤其是焊接結(jié)構(gòu)的含硫量，%～%。磷的有害作用主要是使鋼在低溫時(shí)韌性降低并且容易產(chǎn)生脆性破壞，稱之為“冷脆”。%～%。氧和氮容易從鐵液中逸出，含量較少。這兩種物質(zhì)是及其有害的元素，使鋼材變脆。氧的作用與硫類似，是引起熱脆的因素之一。氮能使鋼材強(qiáng)化，與磷的作用相似，顯著降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和冷彎性能，增大時(shí)效傾向和冷脆性。因此，重要的鋼結(jié)構(gòu)，特別是在低溫動(dòng)載下的結(jié)構(gòu)用鋼也應(yīng)嚴(yán)格限制其含量。二、冶煉、澆鑄、軋制過程的影響冶煉和澆鑄這一冶金過程形成了鋼的化學(xué)成分與含量、金相組織結(jié)構(gòu)以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼號(hào)和相應(yīng)的力學(xué)性能。我國(guó)目前鋼結(jié)構(gòu)冶煉的方法主要是平爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐兩種，其質(zhì)量大體相當(dāng)。電路鋼結(jié)構(gòu)精良，但成本高，鋼結(jié)構(gòu)中一般不用。注錠過程中因脫氧程度不同，分別稱為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。鎮(zhèn)靜鋼因?yàn)闈茶T時(shí)投入錳和適量的硅作脫氧劑，保溫時(shí)間長(zhǎng)，氣體容易逸出，沒有沸騰現(xiàn)象。鎮(zhèn)靜鋼雜質(zhì)少，偏析等冶金缺陷不嚴(yán)重，因而性能比沸騰鋼好，但價(jià)格略高。脫氧程度的不同和脫氧劑部分進(jìn)入鋼材，對(duì)鋼材的化學(xué)成分產(chǎn)生影響，鎮(zhèn)靜鋼中硅的含量較多，因而與沸騰鋼相比，其強(qiáng)度和沖擊韌性較高。冶煉和澆鑄的過程會(huì)產(chǎn)生偏析、非金屬夾雜、氣孔等冶金缺陷，從而降低鋼材的力學(xué)性能。偏析是指鋼材中化學(xué)成分分布不均；非金屬夾雜是指鋼中混有硫化物、氧化物等雜志；氣泡是指澆鑄時(shí)氣體不能充分逸出而留在鋼錠內(nèi)形成的缺陷。軋制的過程使得金屬的晶粒變細(xì)，也使氣孔、裂縫焊合，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。薄板因多次的輥扎而比厚板強(qiáng)度更高。澆鑄時(shí)的非金屬夾雜物在軋制后可能造成鋼材的分層，在設(shè)計(jì)中應(yīng)避免拉力垂直板面的情況，以防止層間撕裂發(fā)生。三、應(yīng)力集中的影響前述的鋼材的工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)，通常是以軸心受力構(gòu)件中應(yīng)力均勻分布的情況為基礎(chǔ)的，事實(shí)上鋼構(gòu)件當(dāng)中不可避免地存在著孔洞、刻槽、凹角、裂紋以及厚度或?qū)挾鹊耐蝗桓淖?，此時(shí)構(gòu)件中的應(yīng)力不再保持均勻分布，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生高峰應(yīng)力，另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，即所謂應(yīng)力集中的現(xiàn)象見圖25鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理通常把截面高峰應(yīng)力與平均應(yīng)力（當(dāng)截面受軸心力作用時(shí)）的比值稱之為
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