2011結(jié)構(gòu)工程師第15章-鋼結(jié)構(gòu)考點(diǎn)(10)
(一)化學(xué)成分的影響
鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造,從而影響鋼材的力學(xué)性能。
結(jié)構(gòu)用鋼的基本元素是鐵(Fe),約占99%。此外還有其他元素。
有益的元素有:
碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)等,還有合金元素,如鎳Ni、鉻Cr、銅Cu、釩v、鉬Mo、鋁Al、鈦Ti等,其總量不超過(guò)1.5%。
有害元素有:
硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)等,它在冶煉中不易除盡,其總量不超過(guò)0.95%0。
1.碳(C)
碳是除鐵以外最主要的元素,它直接影響鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性等。碳的含量提高,鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉極限強(qiáng)度提高,但塑性和韌性、特別是低溫沖擊韌性下降。鋼材的可焊性、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能也會(huì)下降。因此結(jié)構(gòu)用鋼的含碳量不宜太高,一般不超過(guò)0.22%,在焊接結(jié)構(gòu)中則低于0.2%。
2.錳(Mn):弱脫氧劑,錳與鐵、碳的化合物能溶解于純鐵體、滲碳體中,起強(qiáng)化作用。一般含量0.3%--0.8%,含量過(guò)高(達(dá)1.6%以上)會(huì)使鋼材變脆。
3.硅(Si):一般作脫氧劑加入,含量0.10%--0.30%,能使純鐵體結(jié)晶均勻,晶粒細(xì)致,它能使強(qiáng)度提高而塑性、韌性等不降低。含量過(guò)高(達(dá)≥1.0%時(shí))則會(huì)使鋼材變脆。
4.硫(S):有害元素,使鋼材“熱脆”。
硫與鐵化合為硫化鐵(FeS),散布在純鐵體晶粒間層中,含硫量大時(shí),鋼材的塑性、韌性、疲勞強(qiáng)度等降低,高溫時(shí)(800—12000C)如焊、鉚、熱加工等,硫化鐵即熔化(熔點(diǎn)為9850C),造成晶界開(kāi)裂,稱(chēng)為“熱脆”,一般結(jié)構(gòu)控制≤0.055%;焊接結(jié)構(gòu)≤0.050%。
5.磷(P):有害元素,使鋼材“冷脆”。
磷與純鐵體結(jié)成不穩(wěn)定的固溶體,有增大純鐵體晶粒的害處。磷可使鋼的強(qiáng)度提高,但大大降低塑性和韌性,使鋼在低溫時(shí)變得很脆,即“冷脆”,一般含量≤0.050%,焊接結(jié)構(gòu)≤0.045%。
6.氧(O):殘留雜質(zhì),作用與硫s相似,“熱脆”。
7.氮(N):殘留雜質(zhì),作用與磷P相似,“冷脆”。
硫、磷含量嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量:
普通碳素鋼:硫S≤0.055%;磷P≤0.045%。
優(yōu)質(zhì)碳素鋼:硫S≤0.040%一0.030%;磷P≤0.040%一0.035%。
高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼:硫S≤0.030%一0.020%;
磷P≤0.035%一0.030%。
為了改善鋼材的力學(xué)性能,可以摻入一定數(shù)量的合金元素,這種鋼稱(chēng)為合金鋼。鋼材 中摻入的合金元素含量較少,稱(chēng)為低合金鋼,它可提高鋼材強(qiáng)度,對(duì)其他性能均無(wú)不利影 響。
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