2.5 各种因素对钢材性能的影响.doc

2.5 各种因素对钢材性能的影响 化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1%；普通低合金钢中有＜5%的合金元素。 碳（C）：钢材强度的主要来源，但是随其含量增加，强度增加，塑性、冷弯性能、冲击性能、疲劳强度降低，可焊性降低，抗腐蚀性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下时，可焊性良好。 硫（S）：热脆性。有害元素，引起热脆和分层。不得超过0.05%。 磷（P）：冷脆性。抗腐蚀能力略有提高，可焊性降低。不得超过0.045%。 锰（Mn）：合金元素。弱脱氧剂。与S形成MnS，（熔点为1600），可以消除一部分S的有害作用。 硅（Si）：合金元素。强脱氧剂。，可细化精粒，提高强度，且不影响其它性能，但过量会恶化焊接性和抗锈性。 钒（V）：合金元素。细化晶粒，提高强度，其碳化物具有高温稳定性，适用于受荷较大的焊接结构。 氧（O）：有害杂质。 氮（N）：有害杂质。 碳当量 (carbon equivalent ) 把钢中合金元素的含量按其对某种性能(如焊接性、铸造工艺性等)的作用换算成碳的相当含量。 Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15 冶金缺陷 常见的冶金缺陷有偏析、非金属夹杂、气孔、裂纹等。 偏析：金属结晶后化学成分分布不均匀的现象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析区钢材的塑性、韧性、可焊性变坏。 非金属夹杂：指钢材中的非金属化合物，如硫化物、氧化物，他们使钢材性能变脆。 裂纹：钢材中存在的微观裂纹。 气泡：浇铸时由FeO和C作用所生成的CO气体不能充分逸出而滞留在钢锭那形成的微小空洞。 分层：浇铸时的非金属夹杂在轧制后可能造成钢材的分层。 构造缺陷 试件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突变时，应力不均匀，力线变曲折，缺陷处有高峰应力——应力集中。 结果：塑性降低，脆性增加。 原因：不正确的设计（构造不合理）、制造（不光滑）及使用（在构件上乱打火等）。 加荷速度 1. 加荷速度高，钢材屈服点提高，呈脆性。因此， 1）．材性试验要求缓慢加载 2）．要考虑动荷载对结构的不利影响 2. 循环荷载的影响 钢材在连续交变荷载作用下，会逐渐累积损伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，直到最后破坏——疲劳破坏。 钢材的硬化 冷作硬化——当荷载超过材料比例极限卸载后，出现残余变形，再次加载则比例极限（或屈服点）提高的现象，也称“应变硬化”。（主观的） 时效硬化——随时间的增长，碳和氮的化合物从晶体中析出，使材料硬化的现象。 （客观的） 应变时效——钢材产生塑性变形时，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同时可以加速时效硬化，因此也称“人工时效”。 温度的影响 1．正温范围 100以内 对钢材性能无影响； 100以上 随温度升高，总的趋势是强度、弹性模量降低，塑性增大 250左右 抗拉强度略有提高，塑性降低，脆性增加——兰脆现象，该温度区段称为“兰脆区”。 250～350 产生徐变现象。 600左右 弹性模量趋于零，承载能力几乎完全丧失。 2．负温范围 当温度低于常温时，钢材的脆性倾向随温度降低而增加。 ～之间温度转变脆性区，Akv急剧下降。而且不同的钢材其脆性转变区温度不同，必须通过试验确定。使用温度必须高于，但不一定高于（浪费）。 厚度、直径的影响 钢材要经过轧制最后成型。一般为热轧，即钢锭在1200－13000C经轧机轧制成型。经过轧机压力的作用，使钢材的晶粒变得细密均匀，内部的裂纹和气泡得以焊合。所以，钢材轧制得越薄，其强度、塑性和韧性就越好。 钢材的分组尺寸（mm） 组 别 钢 号 Q235 Q345 Q390 Q420 钢材直径或厚度 第一组 ≤16 ≤16 ≤16 ≤16 第二组 ＞16～40 ＞16～35 ＞16～35 ＞16～35 第三组 ＞40～60 ＞35～50 ＞35～50 ＞35～50 第四组 ＞60～100 ＞50～100 ＞50～100 ＞50～100 残余应力的影响（第三章详述） 残余应力和残余变形影响构件的受力和使用，并且是形成各种焊接裂纹的因素之一。