23影响钢材力学性能的因素
影响钢材力学性能的因素有:
化学成分冶金和轧制过程时效应力集中和残余应力复杂应力状态
冷作硬化
温度
1化学成分
钢的基本元素为铁(Fe),普通碳素钢中占99,此外还有碳(C)、硅(Si)、锰(M
)等杂质元素,及硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等有害元素,这些总含量约1,但对钢材力学性能却有很大影响。
碳:除铁以外最主要的元素。碳含量增加,使钢材强度提高,塑性、韧性,特别是低温冲击韧性下降,同时耐腐蚀性、疲劳强度和冷弯性能也显著下降,恶化钢材可焊性,增加低温脆断的危险性。一般建筑用钢要求含碳量在022以下,焊接结构中应限制在020以下。
硅:作为脱氧剂加入普通碳素钢。适量硅可提高钢材的强度,而对塑性、冲击韧性、冷弯性能及可焊性无显著的不良影响。一般镇静钢的含硅量为010~030,含量过高(达1),会降低钢材塑性、冲击韧性、抗锈性和可焊性。
锰:是一种弱脱氧剂。适量的锰可有效提高钢材强度,消除硫、氧对钢材的热脆影响,改善钢材热加工性能,并改善钢材的冷脆倾向,同时不显著降低钢材的塑性、冲击韧性。普通碳素钢中锰的含量约为03~08。含量过高(达10~15以上)使钢材变脆变硬,并降低钢材的抗锈性和可焊性。
硫:有害元素。引起钢材热脆,降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度和抗锈性等。一般建筑用钢含硫量要求不超过0055,在焊接结构中应不超过0050。
磷:有害元素。虽可提高强度、抗锈性,但严重降低塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,
f尤其低温时发生冷脆,含量需严格控制,一般不超过0050,焊接结构中不超过0045。
氧:有害元素。引起热脆。一般要求含量小于005。
氮:能使钢材强化,但显著降低钢材塑性、韧性、可焊性和冷弯性能,增加时效倾向和冷脆性。一般要求含量小于0008。
为改善钢材力学性能,可适量增加锰、硅含量,还可掺入一定数量的铬、镍、铜、钒、钛、铌等合金元素,炼成合金钢。钢结构常用合金钢中合金元素含量较少,称为普通低合金钢。
2冶金轧制过程
按炉种分:
结构用钢我国主要有三种冶炼方法:碱性平炉炼钢法、顶吹氧气转炉炼钢法、碱性侧吹转炉炼钢法。
平炉钢和顶吹转炉钢的力学性能指标较接近,而碱性侧吹转炉钢的冲击韧性、可焊性、时效性、冷脆性、抗锈性能等都较差,故这种炼钢法已逐步淘汰。
按脱氧程度分:沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。
沸腾钢脱氧程度低,氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出,形成钢液的沸腾。沸腾钢r