【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 80176。 以試件表面和側(cè)面不出現(xiàn)裂紋和分層為合格 。 冷彎試驗(yàn)不僅能檢驗(yàn)材料承受規(guī)定的彎曲變形能力的大小 ， 還能顯示其內(nèi)部的冶金缺陷 ， 因此是 判斷鋼材塑性變形能力和冶金質(zhì)量的綜合指標(biāo) 。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材 ， 均應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證 。 （ 2） 沖擊韌性 由單調(diào)拉伸試驗(yàn)獲得的韌性沒(méi)有考慮應(yīng)力集中和動(dòng)荷作用的影響 ， 只能用來(lái)比較不同鋼材在正常情況下的韌性好壞 。沖擊韌性也稱缺口韌性 （ notch toughness） 是評(píng)定帶有缺口的鋼材在沖擊荷載作用下抵抗脆性破壞能力的指標(biāo) ， 通常用帶有夏比 V型缺口 （ Charpy Vnotch） 的標(biāo)準(zhǔn)試件做沖擊試驗(yàn) ，以擊斷試件所消耗的沖擊功大小來(lái)衡量鋼材抵抗脆性破壞的能力 。 沖擊韌性也叫沖擊功 ， 用 AKV或 CV表示 ， 單位為 J（ 1J=1N 1m， 即 1焦耳＝ 1牛頓 1米 ） 。 五 、 各種因素對(duì)鋼材性能的影響 化學(xué)成分的影響 如前所述 ， 鋼是以鐵和碳為主要成分的合金 ， 雖然碳和其它元素所占比例甚少 ， 但卻左右著鋼材的性能 。 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 。 碳是形成鋼材強(qiáng)度的主要成分 ， 隨著含碳量的提高 ， 鋼的強(qiáng)度逐漸增高 ， 而塑性和韌性下降 ， 冷彎性能 、 焊接性能和抗銹蝕性能等也變劣 。 硫是有害元素 ， 常以硫化鐵形式夾雜于鋼中 。 當(dāng)溫度達(dá)800～ 1000℃ 時(shí) ， 硫化鐵會(huì)熔化使鋼材變脆 ， 因而在進(jìn)行焊接或熱加工時(shí) ， 有可能引發(fā)熱裂紋 ， 稱為熱脆 。 此外 ， 硫還會(huì)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 。非金屬硫化物夾雜經(jīng)熱軋加工后還會(huì)在厚鋼板中形成局部分層現(xiàn)象 ， 在采用焊接連接的節(jié)點(diǎn)中 ， 沿板厚方向承受拉力時(shí) ，會(huì)發(fā)生層狀撕裂破壞 。 磷可提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力 ， 但卻嚴(yán)重地降低鋼的塑性 、 韌性 、 冷彎性能和焊接性能 ， 特別是在溫度較低時(shí)促使鋼材變脆 ， 稱為冷脆 。 錳是有益元素 ， 在普通碳素鋼中 ， 它是一種弱脫氧劑 ，可提高鋼材強(qiáng)度 ， 消除硫?qū)︿摰臒岽嘤绊?， 改善鋼的冷脆傾向 ， 同時(shí)不顯著降低塑性和韌性 。 錳還是我國(guó)低合金鋼的主要合金元素 ， 其含量為 ％ ～ ％ 。 但錳對(duì)焊接性能不利 ，因此含量也不宜過(guò)多 。 釩 、 鈮 、 鈦等元素在鋼中形成微細(xì)碳化物 ， 加入適量 ，能起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用 ， 從而提高鋼材的強(qiáng)度和韌性 ，又可保持良好的塑性 。 鋁是強(qiáng)脫氧劑 ， 還能細(xì)化晶粒 ， 可提高鋼的強(qiáng)度和低溫韌性 ， 在要求低溫沖擊韌性合格保證的低合金鋼中 ， 其含量不小于 ％ 。 鉻 、 鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素 ， 用于 Q390及以上牌號(hào)的鋼材中 ， 但其含量應(yīng)受限制 ， 以免影響鋼材的其它性能 。 銅和鉻 、 鎳 、 鉬等其它合金元素 ， 可在金屬基體表面形成保護(hù)層 ， 提高鋼對(duì)大氣的抗腐蝕能力 ， 同時(shí)保持鋼材具有良好的焊接性能 。 在我國(guó)的焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼中 ， 銅的含量為 ％ ～ ％ 。 鑭 、 鈰等稀土元素 （ RE） 可提高鋼的抗氧化性 ， 并改善其它性能 ， 在低合金鋼中其含量按 ％ ～ ％ 控制 。 氧和氮屬于有害元素 。 氧與硫類(lèi)似使鋼熱脆 ， 氮的影響和磷類(lèi)似 ， 因此其含量均應(yīng)嚴(yán)格控制 。 氫是有害元素 ， 呈極不穩(wěn)定的原子狀態(tài)溶解在鋼中 ， 其溶解度隨溫度的降低而降低 ， 常在結(jié)構(gòu)疏松區(qū)域 、 孔洞 、 晶格錯(cuò)位和晶界處富集 ， 生成氫分子 ， 產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力 ， 使鋼材開(kāi)裂 ， 稱為 氫脆 。 氫脆屬于延遲性破壞 ， 在有拉應(yīng)力作用下 ， 常需要經(jīng)過(guò)一定孕育發(fā)展期才會(huì)發(fā)生 。 在破裂面上?？梢?jiàn)到白點(diǎn) ， 稱為 氫白點(diǎn) 。 含碳量較低且硫 、 磷含量較少的鋼 ， 氫脆敏感性低 。 鋼的強(qiáng)度等級(jí)越高 ， 對(duì)氫脆越敏感 。 鋼材的焊接性能 鋼材的焊接性能受含碳量和合金元素含量的影響 。 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(guò)上述范圍時(shí) ， 焊縫及熱影響區(qū)容易變脆 。 一般Q235A的含碳量較高 ， 且含碳量不作為交貨條件 ， 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) ， 是適合焊接使用的普通碳素鋼牌號(hào) 。 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 ， 我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 》 （ JGJ81）推薦使用碳當(dāng)量來(lái)衡量低合金鋼的可焊性 ， 其的計(jì)算公式如下： （ ） 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 。 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) 。 目前 ， 國(guó)內(nèi)外都采用可焊性試驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)鋼材的焊接性能 ， 從而制定出重要結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的焊接制度和工藝 。 鋼材的硬化 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 （ 圖 ） 。 這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化 （ 也稱老化 ） 。 產(chǎn)生時(shí)效硬化的過(guò)程一般較長(zhǎng) ， 但在振動(dòng)荷載 、 反復(fù)荷載及溫度變化等情況下 ， 會(huì)加速發(fā)展 。 在冷加工 （ 或一次加載 ） 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 （ 圖 ） 稱為冷作硬化 。 在鋼材產(chǎn)生一定數(shù)量的塑性變形后 ， 鐵素體晶體中的固溶氮和碳將更容易析出 ， 從而使已經(jīng)冷作硬化的鋼材又發(fā)生時(shí)效硬化現(xiàn)象 （ 圖 ） ， 稱為應(yīng)變時(shí)效硬化 。 這種硬化在高溫作用下會(huì)快速發(fā)展 (a）時(shí)效硬化及冷作硬化 (b)應(yīng)變時(shí)效硬化 圖 硬化對(duì)鋼材性能的影響 應(yīng)力集中的影響 應(yīng)力集中的嚴(yán)重程度用應(yīng)力集中系數(shù)衡量 ， 缺口邊緣沿受力方向的最大應(yīng)力 σmax和按凈截面的平均應(yīng)力 σ0＝ N/An（ An為凈截面面積 ） 的比值稱為應(yīng)力集中系數(shù) 。 即： k= σmax / σ0 應(yīng)力集中現(xiàn)象還可能由內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生 。 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 。 在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí) ，應(yīng)盡量減少焊接殘余應(yīng)力 。 ； ； 圖 板件在孔口處的應(yīng)力集中 圖 應(yīng)力集中對(duì)鋼材性能的影響 荷載類(lèi)型的影響 荷載可分為靜力的和動(dòng)力的兩大類(lèi) 。 靜力荷載中的永久荷載屬于一次加載 ， 活荷載可看作重復(fù)加載 。 動(dòng)力荷載中的沖擊荷載屬于一次快速加載 ， 吊車(chē)梁所受的吊車(chē)荷載以及建筑結(jié)構(gòu)所承受的地震作用則屬于連續(xù)交變荷載 ， 或稱循環(huán)荷載 。 1） 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 ， 因而反映出屈服點(diǎn)提高的傾向 。 但是 ， 試驗(yàn)研究表明 ， 在 20℃ 左右的室溫環(huán)境下 ， 雖然鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的增加而提高 ， 塑性變形能力卻沒(méi)有下降 ， 反而有所提高 ， 即處于常溫下的鋼材在沖擊荷載作用下仍保持良好的強(qiáng)度和塑性變形能力 。 應(yīng)變速率在溫度較低時(shí)對(duì)鋼材性能的影響要比常溫下大