2.1.4-1影響鋼材性能的因素

影響鋼材性能的因素單元2建筑鋼結(jié)構(gòu)材料《建筑鋼結(jié)構(gòu)施工》地址：邢臺(tái)市橋西區(qū)鋼鐵北路552號(hào)郵政編碼：054000（1）化學(xué)成分的影響鋼是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時(shí)則為鑄鐵。制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料有碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼。其中純鐵約占99%，碳及雜質(zhì)元素約占1%，低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3%。化學(xué)成分影響FeV主要成分鋼材CSiMn有益元素合金元素有害元素PSNO①碳（C）隨著碳含量的增加，鋼材的屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度提高，而塑性和沖擊韌性尤其是低溫沖擊韌性下降，冷彎性能、可焊性和抗銹蝕性能等也明顯惡化。鋼結(jié)構(gòu)用鋼的碳含量一般不超過0.22%，對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，為了有良好的可焊性，以不超過0.2%為好。②錳（Mn）錳是有益元素，它能顯著提高鋼材強(qiáng)度但不過多降低塑性和沖擊韌性，但是錳可使鋼材的可焊性降低。錳有脫氧作用，是弱脫氧劑。③硅（Si）硅是有益元素。它作為強(qiáng)脫氧劑而加入普通碳素鋼中，以制成質(zhì)量較優(yōu)的鎮(zhèn)靜鋼。適量的硅可提高鋼的強(qiáng)度，而對(duì)塑性、沖擊韌性、可焊性及冷彎性能無明顯不良影響。過量時(shí)則會(huì)惡化可焊性及抗銹蝕性。④釩（V）、鈮（Nb）、鈦（Ti）釩、鈮、鈦都能使鋼材晶粒細(xì)化。我國的低合金鋼都含有這三種元素，既可提高鋼材強(qiáng)度，又保持良好的塑性、韌性。⑤鋁（Al）、鉻（Cr）、鎳（Ni）

鋁是強(qiáng)脫氧劑，用鋁進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，不僅進(jìn)一步減少鋼中的有害氧化物，而且能細(xì)化晶粒。低合金鋼的C、D及E級(jí)都規(guī)定鋁含量不低于0.015%，以保證必要的低溫韌性。鉻和鎳是提高鋼材強(qiáng)度的合金元素，用于Q390鋼和Q420鋼。⑥硫（S）硫是有害元素，屬于雜質(zhì)，能生成易于熔化的硫化鐵，當(dāng)熱加工及焊接使溫度達(dá)800-1000oC時(shí)，可能出現(xiàn)裂紋，稱為熱脆。硫還能降低鋼的沖擊韌性，影響疲勞性能與抗銹蝕性能。

⑦磷（P）磷既是有害元素也是能利用的合金元素。磷是碳素鋼中的雜質(zhì)，它在低溫下使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。磷還能降低鋼的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性，因此鋼材中磷含量也要嚴(yán)格控制，一般應(yīng)不超過0.035-0.045%。但磷能提高鋼的強(qiáng)度和抗銹蝕能力。⑧氧（O）、氮（N）氧和氮也屬于有害雜質(zhì)。氧能使鋼熱脆，其作用比硫劇烈，氮能使鋼冷脆，與磷相似。氧和氦的含量也應(yīng)嚴(yán)加控制。（2）冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響①冶煉、澆鑄的影響冶煉與澆鑄這一冶金過程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金相組織結(jié)構(gòu)，以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼。由于脫氧方法、脫氧劑的種類和數(shù)量不同，最終脫氧效果也差別很大，形成有鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼的區(qū)別。沸騰鋼是以脫氧能力較弱的錳作為脫氧劑，因而脫氧不夠充分，鋼水中氧化鐵和碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成一氧化碳和氧、氮等氣體從鋼中逸出，鋼水劇烈沸騰故稱為沸騰鋼。沸騰鋼結(jié)晶構(gòu)造粗細(xì)不勻、偏析嚴(yán)重，常有夾層，塑性、韌性及可焊性相對(duì)較差。鎮(zhèn)靜鋼一般用硅為脫氧劑。當(dāng)在鋼水中投入錳和適量的硅作脫氧劑，鋼水中氧化鐵絕大部分被還原，很少能再和碳化合析出一氧化碳?xì)怏w，同時(shí)脫氧還原過程放出大量熱量，使鋼錠冷卻緩慢，鋼中有害氣體容易逸出，澆鑄時(shí)鋼水表面平靜，稱之為鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼組織致密，氣泡少，偏析程度小，含非金屬夾雜物亦較少，因而塑性、沖擊韌性及可焊性比沸騰鋼好，同時(shí)冷脆及時(shí)效敏感性也低。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在用錳和硅脫氧之后，再加鋁或鈦進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，鋁的脫氧能力非常強(qiáng)，是錳的90倍，因而其性能得到進(jìn)一步的明顯改善，尤其是可焊性顯著提高。

1.偏析金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的現(xiàn)象。主要是硫、磷偏析，其后果是偏析區(qū)鋼材的塑性、韌性、可焊性變壞。

3.裂紋鋼材中存在的微觀裂紋。

2.非金屬夾雜指鋼材中的非金屬化合物，如硫化物、氧化物，他們使鋼材性能變脆。4.氣泡澆鑄時(shí)由FeO和C作用所生成的CO氣體不能充分逸出而滯留在鋼錠那形成的微小空洞。5.分層澆鑄時(shí)的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。冶金缺陷②軋制的影響

熱軋過程始于1200-1300℃高溫，終止于900-1000℃。軋制過程可改善鋼錠的鑄造組織、細(xì)化晶粒并消除顯微組織缺陷，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。因此軋制鋼材的性能比鑄鋼優(yōu)越，軋制次數(shù)多的鋼材比軋制次數(shù)少的性能改善程度要好些。軋制型材規(guī)格愈小，一般來說強(qiáng)度愈高，而且塑性及沖擊韌性也比較好。③熱處理一般鋼材以熱軋狀態(tài)交貨，某些高強(qiáng)度鋼材則在軋制后經(jīng)過熱處理才出廠。熱處理的目的在于取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌性。國家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-94）規(guī)定：“鋼一般應(yīng)以熱軋、控軋、正火及正火加回火狀態(tài)交貨。Q420、Q460C、D、E級(jí)鋼也可按淬火加回火狀態(tài)交貨”。具體交貨狀態(tài)由需方提出并訂入合同，否則由供方?jīng)Q定。正火處理屬于最簡(jiǎn)單的熱處理，即把鋼材加熱至850-900℃并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻。如果鋼材在終止軋制時(shí)溫度正好控制在上述溫度范圍，可得到正火效果，稱為控軋。淬火處理是把鋼材加熱至900℃以上，保溫一段時(shí)間，然后故入水或油中快速冷卻，得到高硬度、高強(qiáng)度?；鼗鹛幚硎菍⒋慊痄撝匦录訜嶂料嘧兣R界點(diǎn)以下的預(yù)定溫度，并保溫一段時(shí)間，然后在空氣中自然冷卻，其目的是減