【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高， 15MnV鋼是在 16Mn鋼基礎(chǔ)上加入適量的釩(~％ )熔煉成強(qiáng)度較高低合金鋼。 硫 元素 (S)是一種有害元素。硫與鐵化合成硫化鐵 (FeS)散布在純鐵體層間中，當(dāng)溫度在 800～ 1200℃ 時(shí)熔化而使鋼材出現(xiàn)熱裂紋，且易脆斷。稱為熱脆現(xiàn)象。使鋼材焊接性能和熱加工性能變壞，降低鋼材塑性和沖擊韌性。 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 氧 、 氮 是有害元素，容易從鐵液中逸出，故含量甚少。氧的作用與硫類似，增大鋼的熱脆性。 氮的作用同磷類似，能顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性，冷彎性能和焊接性能，特別是增大鋼材的冷脆性 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 磷 元素 (P)也是一種有害元素。 磷的存在可提高鋼材的強(qiáng)度和抗銹蝕性，但嚴(yán)重降低鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性。 在低溫下，鋼材易產(chǎn)生低溫脆斷 ,稱為冷脆現(xiàn)象。 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響 含碳量超過(guò)時(shí) ， 焊縫及熱影響區(qū)容易變脆 一般 Q235A的含碳量較高 ， 因此這一牌號(hào)通常不能用于焊接構(gòu)件 。 而 Q235B、 C、 D的含碳量控制在上述的適宜范圍之內(nèi) ， 適合焊接使用 在高強(qiáng)度低合金鋼中 ， 低合金元素大多對(duì)可焊性有不利影響 ， 《 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 》 使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性 ， 其的計(jì)算公式如下： 1556CuNiVMoCrMnCCE??????? 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 其中 C、 Mn、 Cr、 Mo、 V、 Ni、 Cu分別為分別為碳、錳、鉻、鉬、釩、鎳和銅的百分含量。 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)。 當(dāng) CE在 ％ ～ ％ 范圍內(nèi)時(shí) ， 鋼材呈現(xiàn)淬硬傾向 ，施焊時(shí)需要控制焊接工藝 、 采用預(yù)熱措施并使熱影響區(qū)緩慢冷卻 ， 以免發(fā)生淬硬開(kāi)裂； 當(dāng) CE大于 ％ 時(shí) ， 鋼材的淬硬傾向更加明顯 ， 需嚴(yán)格控制焊接工藝和預(yù)熱溫度才能獲得合格的焊縫 。 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 鋼材的硬化有三種情況： 時(shí)效硬化 、 冷作硬化 （ 或應(yīng)變硬化 ） 和應(yīng)變時(shí)效硬化 在高溫時(shí)溶于鐵中的少量氮和碳 ， 隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸由固溶體中析出 ， 生成氮化物和碳化物 ， 散存在鐵素體晶粒的滑動(dòng)界面上 ， 對(duì)晶粒的塑性滑移起到遏制作用 ， 從而使鋼材的強(qiáng)度提高 ， 塑性和韌性下降 。 這種現(xiàn)象稱為 時(shí)效硬化 在冷加工使鋼材產(chǎn)生較大的塑性變形的情況下 ， 卸荷后再重新加載 ， 鋼材的屈服點(diǎn)提高 ， 塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為 冷作硬化 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 應(yīng)力 — 應(yīng)變曲線將沿圖中 EDHK進(jìn)行，屈服點(diǎn)由 D點(diǎn)提高到 H點(diǎn) 塑性區(qū)和應(yīng)變硬化區(qū)的范圍縮小。這也是一個(gè)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不利因素。 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 時(shí)效過(guò)程長(zhǎng) 在塑性變形后對(duì)鋼材加熱到 200～ 300 C，使時(shí)效在幾小時(shí)內(nèi)完成，稱為人工時(shí)效。 重要結(jié)構(gòu)常需進(jìn)行人工時(shí)效，然后再測(cè)定其沖擊韌性，以保證鋼材長(zhǎng)期具有較好的韌性。 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 當(dāng)截面有裂紋 (內(nèi)部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時(shí)以及截面厚度或?qū)挾韧蝗桓淖儠r(shí) 構(gòu)件中應(yīng)力分布變得不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應(yīng)力線曲折、密集、出現(xiàn)高峰應(yīng)力的現(xiàn)象稱為 應(yīng)力集中 。 當(dāng)數(shù)值相等三向拉應(yīng)力時(shí)，直到材料斷裂也不屈服。 三向拉應(yīng)力狀態(tài)容易脆性破壞 應(yīng)力集中的影響 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 應(yīng)力集中現(xiàn)象可能由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生： 在澆注 、 軋制和焊接加工過(guò)程中 ， 不同部位鋼材冷卻速度不同產(chǎn)生 。 焊接殘余應(yīng)力： 在焊縫附近殘余拉應(yīng)力常達(dá)到屈服點(diǎn) ， 在焊縫交叉處經(jīng)常出現(xiàn)雙向 、 甚至三向殘余拉應(yīng)力場(chǎng) ， 使鋼材局部變脆 。 當(dāng)外力引起的應(yīng)力與內(nèi)應(yīng)力處于不利組合時(shí) ， 會(huì)引發(fā)脆性破壞 。 因此 ， 在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) ， 應(yīng)盡量使構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的形狀和構(gòu)造合理 ， 防止截面的突然改變 。 鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí) ， 盡量減少焊接殘余應(yīng)力 。 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 荷載可分為靜力的和動(dòng)力的兩大類。 快速加載 動(dòng)力荷載中的沖擊荷載 連續(xù)交變荷載，循環(huán)荷載 吊車梁 地震 荷載類型的影響 一 . 加載速度的影響 在沖擊荷載作用下 ， 加載速度很高 ， 由于鋼材的塑性滑移在加載瞬間跟不上應(yīng)變速率 ， 反映出屈服點(diǎn)提高的傾向 試驗(yàn)研究表明 ， 在室溫環(huán)境下 ， 雖然鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度隨應(yīng)變速率增加而提高 ， 塑性變形能力卻沒(méi)有下降 ，反而提高 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 二 . 循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下 ， 會(huì)逐漸累積損傷 、 產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展 ， 直到最后破壞 ， 這種現(xiàn)象稱為疲勞 疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞兩類 當(dāng)鋼材承受拉力至產(chǎn)生塑性變形 ， 卸載后 ， 再使其受拉 ，其受拉的屈服強(qiáng)度將提高至卸載點(diǎn) （ 冷作硬化現(xiàn)象 ） ；而當(dāng)卸載后使其受壓 ， 其受壓的屈服強(qiáng)度將低于一次受壓時(shí)所獲得的值 。 這種經(jīng)預(yù)拉后抗拉強(qiáng)度提高 ， 抗壓強(qiáng)度降低的現(xiàn)象稱為包辛格效應(yīng) 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 在 150℃ 以內(nèi)，鋼材的強(qiáng)度、彈性模量和塑性均與常溫相近。 在 250℃ 左右，抗拉強(qiáng)度有局部性提高，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均降至最低，出現(xiàn)藍(lán)脆現(xiàn)象（鋼材表面氧化膜呈藍(lán)色）。顯然鋼材的熱加工應(yīng)避開(kāi)這一溫度區(qū)段。 在 300℃ 以后，強(qiáng)度和彈性模量均開(kāi)始顯著下降，塑性顯著上升。 達(dá)到 600℃ 時(shí)，強(qiáng)度幾乎為零，塑性急劇上升，鋼材處于熱塑性狀態(tài)。 溫度的影響 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 當(dāng)溫度低于常溫時(shí)，隨著溫度的降低，鋼材的強(qiáng)度提高，而塑性和韌性降低，逐漸變脆，稱為鋼材的 低溫冷脆 。 在直接承受動(dòng)力作用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，沖擊試驗(yàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析才能得到。 我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材，規(guī)定了在不同溫度下的沖擊韌性指標(biāo) 對(duì) Q235鋼，除 A級(jí)不要求外，其它各級(jí)鋼均取 CV=27J 對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼，除 A級(jí)不要求外， E級(jí)鋼采用CV=27J 167。 24 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 鋼結(jié)構(gòu)基本原理及設(shè)計(jì) 影響因素：鋼材的化學(xué)成分、組織構(gòu)造和缺陷等；構(gòu)造缺陷和焊接加工引起的應(yīng)力集中、低溫影響、動(dòng)荷作用、冷作硬化和應(yīng)變時(shí)效硬化等。 防止脆性破壞的發(fā)生： (1) 合理設(shè)計(jì)。