2019二級結(jié)構(gòu)工程師重點(diǎn)：鋼材性能的主要影響因素

1)化學(xué)成分

碳直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳含量增加，鋼的強(qiáng)度提高，而塑性、韌性和疲勞強(qiáng)度下降，同時惡化鋼的可焊性和抗腐蝕性。硫和磷是鋼中的有害成分，它們降低鋼材的塑性、韌性、可焊性和疲勞強(qiáng)度。在高溫時，硫使鋼變脆，稱之熱脆;在低溫時，磷使鋼變脆，稱之冷脆。

2)冶金缺陷

常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋及分層等。

3)鋼材硬化

冷加工使鋼材產(chǎn)生很大塑性變形，從而提高了鋼的屈服點(diǎn)，同時降低了鋼的塑性和韌性，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化(或應(yīng)變硬化)。在一般鋼結(jié)構(gòu)中，不利用硬化所提高的強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗脆性破壞能力。另外，應(yīng)將局部硬化部分用刨邊或擴(kuò)鉆予以消除。

4)溫度影響

鋼材性能隨溫度變動而有所變化。總的趨勢是溫度升高，鋼材強(qiáng)度降低，應(yīng)變增大;反之，溫度降低，鋼材強(qiáng)度會略有增加，塑性和韌性卻會降低而變脆。在250℃左右，鋼材的強(qiáng)度略有提高，同時塑性和韌性均下降，材料有轉(zhuǎn)脆的傾向，鋼材表面氧化膜呈現(xiàn)藍(lán)色，稱為藍(lán)脆現(xiàn)象。鋼材應(yīng)避免在藍(lán)脆溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工。

當(dāng)溫度在260℃～320℃時，在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形，此種現(xiàn)象稱為徐變現(xiàn)象。當(dāng)溫度從常溫開始下降，特別是在負(fù)溫度范圍內(nèi)時，鋼材強(qiáng)度雖有提高，但其塑性和韌性降低，材料逐漸變脆，這種性質(zhì)稱為低溫冷脆。

5)應(yīng)力集中

構(gòu)件中有時存在著孔洞、槽口、凹角、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等。此時，構(gòu)件中的應(yīng)力分布將不再保持均勻，而是在某些區(qū)域產(chǎn)生局部高峰應(yīng)力，在另外一些區(qū)域則應(yīng)力降低，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。承受靜力荷載作用的構(gòu)件在常溫下工作時，在計算中可不考慮應(yīng)力集中的影響。但在負(fù)溫或動力荷載作用下工作的結(jié)構(gòu)，應(yīng)力集中的不利影響將十分突出，往往是引起脆性破壞的根源，故在設(shè)計中應(yīng)采取措施避免或減小應(yīng)力集中，并選用質(zhì)量優(yōu)良的鋼材。

6)反復(fù)荷載作用

在直接的連續(xù)反復(fù)的動力荷載作用下，鋼材的強(qiáng)度將降低，低于一次靜力荷載作用下的拉伸試驗的極限強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為鋼材的疲勞。疲勞破壞表現(xiàn)為突然發(fā)生的脆性斷裂。材料總是有“缺陷”的，在反復(fù)荷載作用下，先在其缺陷發(fā)生塑性變形和硬化而生成一些極小的裂痕，此后這種微觀裂痕逐漸發(fā)展成宏觀裂紋，試件截面削弱，而在裂紋根部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料處于三向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形受到限制，當(dāng)反復(fù)荷載達(dá)到一定的循環(huán)次數(shù)時，材料終于破壞，并表現(xiàn)為突然的脆性斷裂。