2020年岩土工程师基础知识高频考点：影响建筑钢材力学性质的主要因素

　　影响建筑钢材力学性质的主要因素

　　1.建筑钢材的晶体组织

　　建筑钢材具有晶体结构，晶格中包含铁原子与碳原子，原子间结合的主要形式是金属键。因此，建筑钢材多具有很高的强度和一定的塑性。

　　钢的组织主要有：

　　(1)铁素体：

　　(2)奥氏体：

　　(3)渗碳体：

　　(4)珠光体：

　　建筑钢材含碳量多在 0.8%以下，其基本组织由铁素体和珠光体组成。因而，它们具有较高的强度，同时兼有较好的韧性与塑性。

　　2.化学成分

　　建筑钢材中除铁元素外，还包含碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)、氧(O)等元素，在许多情况下还要考虑各种合金元素。它们对钢材会产生有利或不利的影响，分述如下。

　　(1)碳(C)：建筑钢材中含碳量不大于 0.8%，C 含量的增加将提高钢材的抗拉强度与硬度，但使塑性与韧性降低，焊接性能、耐腐蚀性能也随之下降。

　　(2)硅(Si)：当含硅量小于 1%时，Si 含量的增加可以显著提高钢材的强度及硬度，且对塑性及韧性无显著影响。其原因在于，此时大部分 Si 溶于铁素体中，使铁素体得以强化。正是由于适量的

　　Si 可以多方面改善钢的机械性能，所以它是钢材的主加合金元素之一。

　　(3)锰(Mn)：锰可起脱氧去硫作用，故可有效消减因硫引起的热脆性，还可显著改善耐腐及耐磨性，增强钢材的强度及硬度。锰的这些作用机理在于：锰原子溶于铁素体中使其强化，而且还将珠光体细化，从而提高了强度。所以锰也是主要的合金元素之一。

　　(4)硫(S)：硫为有害元素。它引发热脆性，建筑钢材要求含硫量低于 0.045%。

　　(5)磷(P);磷为有害元素。它能引起冷脆性，磷可使钢的耐磨性及耐腐蚀性提高。其他如氧也是钢中的有害元素。

　　3.冶炼过程

　　钢的冶炼过程对钢材性能有直接影响。钢在冶炼过程中，使化学成分得以严格控制，其中要特别指出的是要进行脱氧。通过加入脱氧剂(铝、锰、硅等)将氧化铁还原。

　　4.加工处理

　　其原理为前面所述的增加晶格缺陷，因而加大了晶格间的滑移阻力。冷加工可以提高钢材的屈服点，使塑性、韧性下降，但抗拉强度维持不变。

　　时效处理是指经过冷加工的钢材，常温下存放 15d 左右，或加热到 100～200ºC 并保持一定的时间。经这样处理可使屈服点进一步提高，抗拉强度也有增长，塑性、韧性继续下降，还可使冷加工产生的内应力消除。时效处理效果的内在原因是使钢中 C、N 原子向缺陷处移动与富集，使钢中缺陷增加，位错阻力增大。钢材的弹性模量在时效处理后基本维持不变。

　　例 3：建筑钢材中含有各种杂质元素，其中可能使钢材冷脆性明显增大的元素为( )。

　　(A)磷

　　(B)氧

　　(C)硫

　　(D)氮

　　答案：(A)