决定和影响钢材性能的因素

钢材的主要机械性能

钢材的主要机械性能（也叫力学性能）通常是指钢材在标准条件下均匀拉伸.冷弯和冲击等.

单独作用下所显示的各种机械性能。钢材通常有五大主要的机械性能指标：

通过一次拉伸试验可得到抗拉强度，伸长率和屈服点三项基本性能；

通过冷弯试验可得到钢材的冷弯性能；

通过冲击韧性试验可得到冲击韧性。

一次拉伸试验

拉伸试验

钢材的一次拉伸试验可分为下列五个阶段：(如图）

1 .弹性阶段可得到弹性模量和比例极限

2. 弹塑性阶段

3 .屈服阶段可得到屈服强度

4 .强化阶段 钢材部分恢复了继续承受增长荷载的能力，压力曲线又有上升趋势这一阶段可得到抗拉强度

5 .颈缩阶段当试件达到时，在承载力最弱的截面处，截面收缩，局部变细,并且荷载下降直至拉断，本阶段可得到收缩率和伸长率通过上述试验可以得到钢材的三大主要的机械性能指标.

术语解释

屈服强度是根据依次拉伸试验确定的，因为钢材下屈服点受试件的加载速度，截面形状和测量技术的影响较小，对同一种钢材有较稳定的数值，所以以下屈服点作为钢材的屈服强度，由于钢材载非弹性工作阶段时，钢材屈服并暂时失去继续承受荷载的能力，伴随产生很大的变形，因此钢结构设计常吧屈服点作为构件应力可以达到的极限，即把屈服强度作为钢材强度承载能力极限状态的标志。

抗拉强度是钢材破坏性能的极限，钢材屈服强度与抗拉强度的比值称为屈服比，它表明设计强度的一种储备，既要求结构安全可靠，又要求经济合理,所以在要求钢材屈服强度的同时，也要求钢材具有适当的抗拉强度。

伸长率表明钢材的塑性变形的发展能力，伸长率较高的钢材对调整结构中局部超屈服高额应力塑性内力重分布的进行和减少，以及结构脆性破坏的倾向性等有重要意义。

冷弯试验及其性能

钢材的冷弯性能是指钢材在常温下弯曲弯曲加工发生塑性变形时对产生裂纹抵抗能力的一项指标，不仅检验钢材的冷加工能力和显示钢材的内部缺陷状态的一项指标，并且也是考虑钢材在复杂应力状态下发展裂纹变形能力的一项指标。

冷弯试验

冲头在标准试件中部加

载，检查记录试件弯曲部

位出现裂纹或分层情况时的冷

弯角。。或要求将试件

冷弯到规定的角度。。而不出现

裂纹或分层作为判断

钢材冷弯性能的方法。

影响因素

冷弯性能取决于钢材的质量，并和试验所取弯心直径于钢材厚度的比值有关。

冲击韧性试验

钢材的冲击韧性是指钢材在冲击荷载作用下断裂是吸收机械能的一种能力，是衡量钢材抵抗因低温，应力集中，冲击荷载作用等所导致的断裂能力的一项机械性能。

冲击韧性试验

将有特定缺口的标准试件在材料试验机上进行冲击荷载试验，使试件断裂测定。影响因素

钢材冲击韧性不但和钢材的质量，试件缺口形状，加载速度有关，而且受温度，特别使负温度的影响较大，当温度低于某一温度时 ，钢材的冲击韧性将急剧降低，同时冲击韧还和试件的厚度有关，厚度越大韧性较低。

决定和影响钢材性能的因素

化学成分

钢材的主要化学成分是铁和少量的碳，另外还有一些合金元素和有害杂质元素，这些元素对钢材的性能影响很大。

组成元素对钢材性能的影响

碳对钢材的强度.塑性.韧性和焊接性有决定性的影响，随着碳含量的增加，钢材的抗拉强度和屈服强度增加，塑性.冷弯性能和冲击韧性，特别是低温冲击韧性降低，焊接性也变坏，所以钢材中的碳含量不能过高。

锰是结构钢的合金元素，当含量不多是能显著提高钢的冷脆性能.屈服强度和抗拉强度而又不过多地降低塑性和冲击韧性，锰对脱钢中的有害元素的含量有作用，能减除硫的有害作用，但过量时会使钢材变脆和塑性降低。

硅因能使钢中纯铁体晶粒细小和均匀分布，是一种熔炼有较好性能镇静钢的脱氧剂，适量的硅可以提高钢的强度，而对钢的塑性.冷弯性能哈冲击韧性及焊接性无显著不良影响，过量的硅会降低钢的塑性和冲击韧性，恶化钢材的抗腐蚀性和焊接性。

硫硫和铁化合成硫化铁，散布在纯铁体层中，当温度在800-1200度时熔化而使钢材出现裂纹，称为“热脆”现象，使钢的焊接性变坏，硫还能降低钢的塑性和冲击韧性。

氧有害作用同硫，增加钢的脆性

磷

磷使钢材在低温时韧性降低并容易产生脆性破坏，称为“冷脆”

现象，高温时也使钢的塑性变差。

氮

作用类似于磷，能显著降低钢的塑性和冲击韧性并增大其“冷

脆”性

铝作为脱氧剂或合金化元素加入钢中，铝脱氧能力比硅、锰强得多。铝在钢中的主要作用是细化晶粒、固定钢中的氮，从而显著提高钢的冲击韧性，降低冷脆倾向和时效倾向性。如D级碳素结构钢要求钢中酸溶铝含量不小于0.015％，深冲压用冷轧薄钢板08～要求钢中酸溶铝含量为0.02％-0.07％。

铝还可提高钢的抗腐蚀性能，特别是与钼、铜、硅、铬等元素配合使用时，效果更好。

冶炼缺陷的影响

刚冶炼后因浇注方法不同可分为沸腾钢.半镇静钢.镇静钢和特殊镇静钢，钢材的冶炼缺陷越少质量越好，主要的冶炼缺陷有：偏折.非金属夹杂.裂纹和起层等。

缺陷类型解释说明

偏折钢材中的某些杂质元素分布不均匀即杂质元素集中在某一部分，偏折将严重影响钢材的性能，特别是硫磷等元素的偏折将会使钢材的塑性.冲击韧性.冷弯性和引炉性变差

非金属杂质如夹杂的硫化物.氧化物等对钢材的性能产生恶劣的影响

裂缝和起层在厚度方向分成多层但仍然相互连接而并未分离叫分层，这些缺陷降低了钢材的冷弯性能和冲击韧性，以及疲劳强度和抗脆断能力

热处理的作用

经过适当的热处理可显著提高钢材的强度并保持良好的塑性和韧性。残余应力的影响

残余应力是由于钢材在加工过程中温度不均匀冷却产生的，是一种自相平衡的应力，它不影响构件的静力强度，但降低了构件的刚度和稳定性。温度的影响

1.“蓝脆”现象一般在200度以内钢材的性能变化不大，但在250度左右钢材的抗拉强度有所提高，而塑性.冲击韧性变差，钢材变脆，钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征，成为“蓝脆”（表面氧化呈兰色）。

2. 低温冷脆当温度从常温开始下降时，钢材的强度稍有提高，但脆性倾向变大，塑性和冲击韧性下降，当温度下降到某一数值时，钢材的冲击韧性突然显著下降，使钢材产生脆性端裂，该现象叫低温冷脆。

应力集中的影响

应力集中在荷载作用下截面突变处的某些部位将产生高峰应力，其余部位应力较低且分布不均匀（如图），这种现象为应力集中。

下图是带有不同槽口试件的静力拉伸试验的应力-应变曲线：