一级建筑师《建筑结构》影响钢材性能的因素

　　影响钢材性能的因素;

　　1.化学成分

　　碳是形成钢材强度的主要成分，对于焊接结构，为了良好的可焊性，以不大于0.2%为好，因此结构用钢大都是低碳钢。

　　锰是有益元素，是弱脱氧剂，它能显著提高钢材强度且不过多降低塑性和冲击韧性。

　　硅是有益元素，是强脱氧剂，能使钢材粒度变细。

　　钒、铜、钛、硼都是有益元素，钒能提高强度，铜能提高抗腐蚀能力，钛、硼能使钢晶粒细化，从而提高强度、韧性与塑性。

　　硫、磷、氧、氮都属有害杂质，硫能降低钢的冲击性能和疲劳性能，磷能降低塑性、增大脆性，硫和氧能使钢热脆，磷和氮能使钢冷脆。

　　实际上，多种元素的不同组合，是影响钢材性能的主要因素，所谓“有害”元素，对某些钢种反而是“有益”元素。

　　2.冶炼、浇注、轧制

　　熔炼与浇注这一冶金过程形成钢的化学成分与含量、钢的金相组织结构，以及不可避免的冶金缺陷，从而确定不同的钢种、钢号及其相应的力学性能。

　　钢材的轧制能使金相的晶粒变细，也能使气泡、裂纹等焊合，因而改善了钢材的力学性能。薄板因辊轧次数多，故其强度比厚板略高。

　　3.热处理

　　钢材经过适当的热处理程序，例如调制(淬火后高温回火)等，可以显著提高强度并有良好的塑性与韧性。

　　4.温度

　　钢材的内部晶体组织对温度很敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。相比之下，低温变脆性能更重要。

　　约在200℃以内钢材性能没有很大变化;250℃附近有兰脆现象;在250℃～320℃时有徐变现象;430℃～540℃之间则强度(fy、fu)急剧下降;600℃时强度很低不能承担荷载。

　　5.应力集中

　　当截面完整性遭到破坏，如有裂纹、孔洞、刻槽、凹角时以及截面的厚度和宽度突然改变时，构件中的应力分布将变得很不均匀。在缺陷和截面变化处附近出现应力集中现象。总有三向拉应力的应力状态，使材料沿力作用方向塑性变形的发展受到很大约束，材料容易脆性破坏。

　　6.重复荷载

　　钢材中缺陷(裂纹、孔洞)会在连续重复荷载作用下不断扩展直至脆性断裂。

　　7.冷加工、时效硬化

　　冷拉、冷弯、冲孔、机器剪切等冷加工使钢材产生很大塑性变形，从而提高了钢材的屈服点，同时降低了钢材的塑性和韧性，即材料发生了冷加工硬化。

　　随时间的增长，钢材的强度提高，塑性和韧性下降，即发生的时效硬化。时效硬化的过程一般很长，但如在材料塑性变形后加热，可使时效硬化发展特别迅速，这种方法称为人工时效。

　　在一般钢结构中，不利用硬化所提高的强度，有些重要结构要求对钢材进行人工时效后检验其冲击韧性，以保证结构有足够的抗脆性破坏能力。另外，应将局部硬化部分用刨边或扩钻予以消除。

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