中交路桥科技有限公司

中文版 ENGLISH

咨询电话:17736920826

钢结构检测 > 行业知识 > 钢材性能的影响因素
钢材性能的影响因素
日期:2015-6-2 11:26:45 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心

影响钢材性能的主要因素一般有化学成分、生产过程、冷加工和时效硬化、温度、应力集中、反复荷载、复杂应力状态等,

化学成分的影响

钢是由各种化学成分组成的,各化学成分及其含量对钢的性能有着重要的影响。铁(Fe) 是钢材的基本元素,在碳素结构钢中约占质量分数99%,碳(C)和其他元素约占1%,但这l% 部分的化学元素对钢材的性能却有决定性的影响。其他元素包括硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫 (S)、氧(O)、氮(N)等。低合金钢中还含有少量(低于5%)的合金元素;如铌(Nb)、钒(V)、钛 (Ti)、铬(Cr)、铜(Cu)、硼(B)等。

(1)碳(C)

碳是仅次于铁的主要元素,它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。碳对钢材性能的影响所示:当钢中含碳量在0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度和硬度HB提高,而塑性和韧性降低;但当含碳量在1.0%以上时,随着含碳量的增加,钢材的强度反而下降。随着含碳量的增加,钢材的焊接性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),冷脆性和时效敏感性增大,耐大气锈蚀性下降。

(2)硅(Si)

硅是一种脱氧剂,其脱氧作用比锰强,是钢中的有益元素。硅含量较低时,能提高钢材的强度,而对塑性和韧性无明显影响,但是当硅含量超过0.8%-1.0%时,则塑性下降,特别是冲击韧性显著降低。硅以硅酸形式存在于钢中,对钢丝拉拔是有害的。

(3)锰(Mn)

锰是作为脫氧除硫的元素加入钢中的,是钢中的有益元素。锰具有很强的脱氧去硫能力,它可以和硫结合形成MnS,从而在相当大程度上消除硫的有害影响。锰还能消除或减轻氧、硫引起的热脆性,显著改善钢材的热加工性能。同时,锰对碳素钢的力学性能有良好影响,它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性。少量锰(小于0.8%)能在保持(或只略降)原有的塑性及冲击韧性的条件下,大幅度提高碳素钢的屈服极限及强度极限。

锰对钢的焊接性能也有影响。在含锰量很低时,锰主要起消除热脆性的作用,此时锰对焊接性能的影响,特别是在硫含量略高时,是有益的;但在含锰量远远超过消除热脆性所必需的含量时,多余的锰会显著增加奥氏体的过冷能力,这时锰主要起增加冷裂纹形成的作用,会使得钢的焊接性能变差。

综上所述,锰是钢中的有益杂质,钢中的含锰量必须保证有关标准中所规定的含锰量。如果钢中的含锰量低于标准规定的下限,可能引起强度的降低和热脆性及冷脆性的增加,因此是不允许的。

(4)磷(P)

磷是钢中难去除的有害杂质,主要害处是增加钢的冷脆性、损坏钢的焊接性能。对于焊接结构用钢,为了保证它有良好的焊接性,就必须控制其含磷量。对优质钢,磷含量应小于0.040%,对于高级优质钢,磷含量则应小于0.030%-0.035%,或更低。磷对钢在大气作用下的腐蚀稳定性有着良好的影响,由 此可见,增加建筑钢抗大气腐蚀的稳定性,是磷在建筑钢中的一个有益作用。另外磷能提高切削性能和抗蚀性,故在易切削或耐候钢中可适当增加磷含量。

(5)硫(S)

硫是有害杂质元素,它主要来自炼钢原料,炼钢时难以除尽。硫在钢中是以硫化物夹杂形式存在,并沿加工方向伸展形成层状硫化物夹杂。硫对钢的塑性、韧性、焊接性能、厚度方向性能、疲劳性能和耐腐蚀性都有不利影响。

硫的最大危害是引起钢在温度范围800~1200℃时的热加工变脆而易于开裂,即产生热脆性,降低钢的熔点,扩大其结晶区间,严重影响钢材的焊接性能,造成焊缝中产生气孔和疏松。如果钢材中的含硫量较高,焊接时不仅促进焊缝冷却时热裂纹的形成,而且也会降低焊缝金属的质量,所以硫是显著影响钢的焊接性能的元素。造成热脆的原因是硫的严重偏析,可以通过加入锰来避免钢中形成硫化铁( FeS),以防止热脆。另外焊接时使用碱性焊条可使熔化的焊缝金属得到脱硫,从而减小其被硫增浓的程度,同时减小焊缝热裂纹形成的倾向。

硫的含量高时也会降低钢材的塑性、冲击韧性和耐腐蚀性。但硫能提高钢材的切削加工性,这是硫的有益作用,所以在制造要求表面粗糙度较细而强度要求不十分严格的零件时,可采用含硫高的易切削钢。

在进行加工时,由于较脆的、强度较低的条状硫化物沿加工方向伸长并以层状夹杂存在,使得钢的厚度方向力学性能也显著降低。

另外以硫化物形式存在的硫对钢的疲劳强度也有不利影响。硫化物是可塑性的,在变形时沿加工方向伸长,强度较低、较脆的硫化物夹杂物,相当于内部切口的作用,容易在其尖角处附近引起应力集中,引起疲劳强度的降低。

综上所述,为了提高钢材的质量和性能,不仅要生产低硫钢,而且要通过减小硫在钢中的偏析程度以提高钢的质量和性能。优质结构钢硫含量控制在0.015% -0. 020%以下。

(6)氧(O)

氧是有害杂质元素,在钢中氧几乎全部以氧化物的形式存在,钢中各种氧化物的总量随着含氧量增加而增加,含氧量对钢材力学性能的影响实质上也就是氧化物杂质对力学性能的影响。一般随着钢中含氧量增加,钢的塑性、冲击韧性降低,氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低,使冷冲压性、锻造加工性及切削加工性变差。

(7)氮(N)

氮对钢材性能的影响与碳、磷相似,随着氮含量的增加,可使钢材的强度显著提高,塑性特别是韧性也显著降低,可焊性变差,冷脆性加剧;同时增加时效倾向及冷脆性和热脆性,损坏钢的焊接性能及冷弯性能。因此,应该尽量减小和限制钢中的含氮量。一般规定氮含量应不高于0.018%。

氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利影响,改善钢材性能,可作为低合金钢的合金元素使用。规范《低合金高强度结构钢》(GB 1591-2008)对V、Nb、Ti规定范围较宽。

(8)铬(Cr)

铬能显著提高钢材强度、硬度和耐磨性,但同时降低塑性和韧性。铬还能提高钢材的抗氧化性和耐腐蚀性,因而是不锈钢和耐热钢的重要合金元素。

(9)镍(Ni)

镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈和耐热能力。

(10)钼(Mo)

铝能使钢的晶粒细化,提高淬透性和热强性能,在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力而发生变形叫做蠕变)。结构钢中加入钼,能提高机械性能,还可以抑制合金钢因火而引起的脆性。

(11)钛(Ti)

钛是强脱氧剂,它能使钢的内部组织致密,细化晶粒;降低时效敏感性和冷脆性,改善焊接能。在一些奥氏体不锈钢中加入适量的钛,可避免晶间腐蚀。

(12)钒(V)

钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒,提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

(13)铌(Nb)

铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌,可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀的能力。铌还可改善焊接性能。在奥,氏体不锈钢中加铌,可防止晶问腐蚀现象。

(14)铜(Cu)

铜能提高强度和韧性,并有良好的抗大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过o. 5%时塑性显著降低。当铜含量小于0.5%时对焊接性能无影响。

(15)硼(B)

钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能,提高强度。

(16)铝(Al)

铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝,可细化晶粒,提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能,铝和铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

化学成分决定了钢材的基本性能,各化学成分及其含量对钢材的特定性能都有重要影响,根据桥梁用钢的特殊性,综合各方面的因素,《桥梁用结构钢》(GB/T 714-2008)对各牌号及化学成分做了规定,推荐使用的牌号需符合所列的规定。

中交路桥工程检测主要检测业务:钢结构检测桥梁检测隧道检测


更多相关信息 还可关注 中交路桥工程检测 公众号 扫一扫下方二维码即可关注


  • 下一篇文章:
  • 上一篇文章:
  • 热门版块: | 钢结构检测桥梁检测隧道检测
    首页 | 企业简介 | 企业文化 | 公司业务 | 人才招聘 | 联系我们
    Copyright@2014 中交路桥 All Rights Reserved. 冀ICP备12000803
    友情链接:企业选址 | 市政设计| 管线探测|连锁店装修|膜结构车棚 |环境工程设计|悬浮地板 |地铁led | 桥梁切割 | 网站地图
    TAG标签: 桥梁检测 隧道检测 钢结构检测 结构健康安全监测
    >