【文章內容簡介】 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 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響 磷 元素 (P)也是一種有害元素。 磷的存在可提高鋼材的強度和抗銹蝕性，但嚴重降低鋼材的塑性、冷彎性能、沖擊韌性和可焊性。在低溫下，鋼材易產生低溫脆斷 ,稱為冷脆現象。鋼結構基本原理及設計 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 過時 ， 焊縫 及 熱 影響區(qū)容易 變 脆 一般 Q235A的含碳量 較 高，因此 這 一牌號通常不能用于焊 接構件。而 Q235B、 C、 D的含碳量控制在上述的適宜范 圍之內，適合 焊 接使用 在高 強 度低合金 鋼 中，低合金元素大多 對 可 焊 性有不利影響，《建筑 鋼結 構 焊 接技 術規(guī) 程》使用碳當量來衡量低合金 鋼 的可 焊 性，其的 計 算公式如下： 167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 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量有直接關系之外，還與母材厚度、焊接方法、焊接工藝參數以及結構形式等條件有關。 當 CE在 ％～ ％范 圍 內 時 ， 鋼 材呈 現 淬硬 傾 向，施 焊時 需要控制 焊 接工 藝 、采用 預熱 措施并使 熱 影響區(qū)緩 慢冷卻，以免 發(fā) 生淬硬開裂； 當 CE大于 ％ 時 ， 鋼 材的淬硬 傾 向更加明 顯 ，需 嚴格控制 焊 接工 藝 和 預熱 溫度才能 獲 得合格的 焊縫 。167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 鋼材的硬化有三種情況： 時效硬化、冷作硬化（或應變硬化）和應變時效硬化 在高溫時溶于鐵中的少量氮和碳，隨著時間的增長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界面上，對晶粒的塑性滑移起到遏制作用，從而使鋼材的強度提高，塑性和韌性下降。這種現象稱為 時效硬化 在冷加工使鋼材產生較大的塑性變形的情況下，卸荷后再重新加載，鋼材的屈服點提高，塑性和韌性降低的現象稱為 冷作硬化167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 應力 — 應變曲線將沿圖中 EDHK進行，屈服點由 D點提高到 H點塑性區(qū)和應變硬化區(qū)的范圍縮小。這也是一個對鋼結構的不利因素。167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響時效過程長在塑性變形后對鋼材加熱到 200～ 300 C，使時效在幾小時內完成，稱為人工時效。重要結構常需進行人工時效，然后再測定其沖擊韌性，以保證鋼材長期具有較好的韌性。鋼結構基本原理及設計當截面有裂紋 (內部的或表面的)、孔洞、刻槽、凹角時以及截面厚度或寬度突然改變時構件中應力分布變得不均勻。在缺陷或截面變化處附近，應力線曲折、密集、出現高峰應力的現象稱為 應力集中 。當數值相等三向拉應力時，直到材料斷裂也不屈服。三向拉應力狀態(tài)容易脆性破壞 應力集中的影響應力集中的影響167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 應力集中現象可能由內應力產生： 在澆注、軋制和焊接加工過程中，不同部位鋼材冷卻速度不同產生。 焊接殘余應力： 在焊縫附近殘余拉應力常達到屈服點，在焊縫交叉處經常出現雙向、甚至三向殘余拉應力場，使鋼材局部變脆。 當外力引起的應力與內應力處于不利組合時，會引發(fā)脆性破壞。 因此，在進行鋼結構設計時，應盡量使構件和連接節(jié)點的形狀和構造合理，防止截面的突然改變。 鋼結構焊接構造設計和施工時，盡量減少焊接殘余應力。167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 荷載可分為靜力的和動力的兩大類。 快速加載 動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 荷載類型的影響荷載類型的影響一一 . 加載速度的影響加載速度的影響 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變速率，反映出屈服點提高的傾向 試驗研究表明，在室溫環(huán)境下，雖然鋼材的屈服點和抗拉強度隨應變速率增加而提高，塑性變形能力卻沒有下降，反而提高167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計二二 . 循環(huán)荷載的影響循環(huán)荷載的影響 鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷、產生裂紋及裂紋逐漸擴展，直到最后破壞， 這種現象稱為疲勞 疲勞可分為高周疲勞和低周疲勞兩類 當鋼材承受拉力至產生塑性變形，卸載后，再使其受拉，其受拉的屈服強度將提高至卸載點（冷作硬化現象）；而當卸載后使其受壓，其受壓的屈服強度將低于一次受壓時所獲得的值。這種經預拉后抗拉強度提高，抗壓強度降低的現象 稱為包辛格效應167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計在 150℃ 以內， 鋼 材的 強 度、 彈 性模量和塑性均與常溫相近。在 250℃ 左右，抗拉 強 度有局部性提高，伸 長 率和斷面收 縮 率均降至最低，出 現藍 脆 現 象（ 鋼 材表面氧化膜呈 藍 色）。 顯 然 鋼 材的 熱 加工 應 避開 這 一溫度區(qū)段。在 300℃ 以后， 強 度和 彈 性模量均開始 顯 著下降，塑性顯 著上升。達到 600℃ 時 ， 強 度幾乎 為 零，塑性急 劇 上升， 鋼 材 處于 熱 塑性狀 態(tài) 。 溫度的影響溫度的影響 167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計 當溫度低于常溫 時 ，隨著溫度的降低， 鋼 材的 強 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 力作用的 鋼結 構 設計 中， 為 了防止脆性破壞，沖 擊試驗 并 進 行 統(tǒng)計 分析才能得到。 我國有關 標 準 對 不同牌號和等 級 的 鋼 材， 規(guī) 定了在不同溫度下的沖 擊韌 性指 標 對 Q235鋼 ，除 A級 不要求外，其它各 級鋼 均取 CV=27J 對 低合金高 強 度 鋼 ，除 A級 不要求外， E級鋼 采用CV=27J167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計影響因素： 鋼 材的化學成分、 組織 構造和缺陷等；構造缺陷和 焊 接加工引起的 應 力集中、低溫影響、 動 荷作用、冷作硬化和 應變時 效硬化等。防止脆性破壞的 發(fā) 生：(1) 合理 設計 。(2) 正確制造。(3) 合理使用。 防止脆性斷裂的方法防止脆性斷裂的方法167。24 各種因素對鋼材性能的影響各種因素對鋼材性能的影響鋼結構基本原理及設計167。25 鋼材的疲勞鋼材的疲勞 疲勞破壞的特征疲勞破壞的特征