各種因素對鋼材性能的影響.doc

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1、2.5各種因素對鋼材性能的影響一．化學(xué)成分普通碳素鋼中Fe占99%，其他雜質(zhì)元素占1%；普通低合金鋼中有＜5%的合金元素。碳（C）：鋼材強(qiáng)度的主要來源，但是隨其含量增加，強(qiáng)度增加，塑性、冷彎性能、沖擊性能、疲勞強(qiáng)度降低，可焊性降低，抗腐蝕性降低。一般控制在0.22%以下，在0.2以下時，可焊性良好。硫（S）：熱脆性。有害元素，引起熱脆和分層。不得超過0.05%。磷（P）：冷脆性?？垢g能力略有提高，可焊性降低。不得超過0.045%。錳（Mn）：合金元素。弱脫氧劑。與S形成MnS，（熔點(diǎn)為1600℃），可以消除一部分S的有害作

2、用。硅（Si）：合金元素。強(qiáng)脫氧劑。，可細(xì)化精粒，提高強(qiáng)度，且不影響其它性能，但過量會惡化焊接性和抗銹性。釩（V）：合金元素。細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，其碳化物具有高溫穩(wěn)定性，適用于受荷較大的焊接結(jié)構(gòu)。氧（O）：有害雜質(zhì)。氮（N）：有害雜質(zhì)。碳當(dāng)量(carbonequivalent)把鋼中合金元素的含量按其對某種性能(如焊接性、鑄造工藝性等)的作用換算成碳的相當(dāng)含量。Ceq=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15二．冶金缺陷常見的冶金缺陷有偏析、非金屬夾雜、氣孔、裂紋等。1.偏析：金屬結(jié)晶后化學(xué)成分分布不均勻的

3、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。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。1.裂紋：鋼材中存在的微觀裂紋。2.氣泡：澆鑄時由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。3.分層：澆鑄時的非金屬夾雜在軋制后可能造成鋼材的分層。一．構(gòu)造缺陷試件表面不平整，有刻槽、缺口，厚度突變時，應(yīng)力不均勻，力線變曲折，缺陷處有高峰應(yīng)力——應(yīng)力集中。結(jié)果：塑性降低，脆性增加。原因：不正確的設(shè)計（構(gòu)造不合理）、制造（不光滑）及使用（在構(gòu)件上亂打火等

4、）。一．加荷速度1.加荷速度高，鋼材屈服點(diǎn)提高，呈脆性。因此，1）．材性試驗要求緩慢加載2）．要考慮動荷載對結(jié)構(gòu)的不利影響2.循環(huán)荷載的影響鋼材在連續(xù)交變荷載作用下，會逐漸累積損傷，產(chǎn)生裂紋及裂紋逐漸擴(kuò)展，直到最后破壞——疲勞破壞。二．鋼材的硬化冷作硬化——當(dāng)荷載超過材料比例極限卸載后，出現(xiàn)殘余變形，再次加載則比例極限（或屈服點(diǎn)）提高的現(xiàn)象，也稱“應(yīng)變硬化”。（主觀的）時效硬化——隨時間的增長，碳和氮的化合物從晶體中析出，使材料硬化的現(xiàn)象。（客觀的）應(yīng)變時效——鋼材產(chǎn)生塑性變形時，碳、氮化合物更易析出。即冷作硬化的同時可以加

5、速時效硬化，因此也稱“人工時效”。一．溫度的影響1．正溫范圍100℃以內(nèi)對鋼材性能無影響；100℃以上隨溫度升高，總的趨勢是強(qiáng)度、彈性模量降低，塑性增大250℃左右抗拉強(qiáng)度略有提高，塑性降低，脆性增加——蘭脆現(xiàn)象，該溫度區(qū)段稱為“蘭脆區(qū)”。250～350℃產(chǎn)生徐變現(xiàn)象。600℃左右彈性模量趨于零，承載能力幾乎完全喪失。2．負(fù)溫范圍當(dāng)溫度低于常溫時，鋼材的脆性傾向隨溫度降低而增加?！g溫度轉(zhuǎn)變脆性區(qū)，Akv急劇下降。而且不同的鋼材其脆性轉(zhuǎn)變區(qū)溫度不同，必須通過試驗確定。使用溫度必須高于，但不一定高于（浪費(fèi)）。二．厚度、直徑的

6、影響鋼材要經(jīng)過軋制最后成型。一般為熱軋，即鋼錠在1200－13000C經(jīng)軋機(jī)軋制成型。經(jīng)過軋機(jī)壓力的作用，使鋼材的晶粒變得細(xì)密均勻，內(nèi)部的裂紋和氣泡得以焊合。所以，鋼材軋制得越薄，其強(qiáng)度、塑性和韌性就越好。鋼材的分組尺寸（mm）組別鋼號Q235Q345Q390Q420鋼材直徑或厚度第一組≤16≤16≤16≤16第二組＞16～40＞16～35＞16～35＞16～35第三組＞40～60＞35～50＞35～50＞35～50第四組＞60～100＞50～100＞50～100＞50～100一．殘余應(yīng)力的影響（第三章詳述）殘余應(yīng)力和殘余變

7、形影響構(gòu)件的受力和使用，并且是形成各種焊接裂紋的因素之一。