收稿时间:2002-03-18
作者简介:李四军(1972-),男,新疆奎屯市人,本溪冶专讲师.
文章编号:1008-3723(2002)02-0029-03
平整对08Al 钢冷轧薄板性能影响的研究
李四军1,齐克敏2,叶何舟2,高毅3,尹红3
(1.本溪冶金高等专科学校冶金系,辽宁本溪117022;
2.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;
3.鞍钢冷轧厂,辽宁鞍山114000)
摘 要:通过对鞍钢冷轧厂平整前后08Al 带钢深冲性能和成型性能的测定实验,研究了平整对冷轧深冲板性能的影响规律。实验结果表明,平整有利于均匀08Al 钢冷轧薄板的性能,提高08Al 钢冷轧薄板的深冲性能,但是,平整也在一定程度上损害了08Al 钢冷轧薄板的成型性能。
关键词:平整;08Al 钢冷轧薄板;深冲性能;成型性能中图分类号:TG 335.12
文献标识码:A
0 前言
平整是深冲用冷轧钢板不可缺少的一道工序。这是因为冷轧带钢经过再结晶退火,虽然消除了加工硬化组织,但却使力学性能和加工性能变坏。这时带钢的应力应变曲线具有明显的上屈服极限,并且在下
屈服极限处出现屈服平台〔1〕〔2〕
。而带有屈服平台的
钢板在冲制零件时,当变形在5～15%时就会出现碳、氮原子与位错脱锚而产生滑移线,从而使冲压件表面留下难以掩饰的缺陷。因此,带有屈服平台的钢板必须经平整加工才能用做汽车板等的覆盖件。为了弄清平整前后08Al 钢冷轧薄板性能的变化规律,本实验基于鞍钢冷轧厂生产的08Al 冷轧钢卷,着重进行了最佳平整延伸率(即板厚的百分数)〔3〕下冲压性能和成型性能的实验研究。
1 实验
1.1 实验材料
所用实验试样均是从鞍钢冷轧厂生产现场取样,要求板形良好,无明显缺陷,平整前后试样取自同一卷钢中间位置,以保证平整前后的性能参数有可比性。所取试样的化学成分如表1所示。
表1 实验钢的化学成分 (%)
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
N
As
Al
0.060.020.250.0130.0150.010.010.0360.010.052
1.2 实验过程1.
2.1 拉伸实验
力学性能参数由拉伸实验获得。拉伸实验试样
按G B228—76“金属拉力试验法”要求尺寸进行加工。要求在取样方向0°、45°、90°每个方向上至少取样3片,试样厚度均匀。本实验使用东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室材力室的Instron 4206型电子材力实验机。1.2.2 塑性应变比实验深冲性能指标由塑性应变比实验获得。本实验试样按G B5027—85“金属塑性应变比(r 值)测量试验方法”要求加工。要求在取样方向0°,45°,90°每个方向上至少取样3片,试样厚度均匀,标距长度内,任意两处的厚度值之差不大于0.01mm 。本实验采用设备是东北大学材料力学实验室WDS —电子式万能实验机。1.2.3 杯突实验
成型性能指标由杯突实验获得。杯突实验试样根据G B4156—84“金属杯突试验方法”要求进行加工。试样取自平整前后钢卷中部,尺寸和质量均满足国标要求。本试验所用的实验机为原苏联产杯突实验机,按国家标准要求进行测试,对于比较性试验,很适用。
2 实验结果及分析讨论
2.1 实验结果
第4卷 第2期2002年6月 本溪冶金高等专科学校学报JOURNAL OF BENXI COLL EGE OF METALLURGY
Vol.4 No.2
J un. 2002
所有实验结果列于表2当中。
表2平整前后带钢性能对比
状态方
向
力学性能参数深冲性能参数成型性能参数
σ
s
(Mpa)
σ
b
(Mpa)
σ
s
/σb n n r rΔrδ%
IE
(mm)
平整前0°235.2316.70.740.169
45°249.8333.70.750.155
90°234.8305.50.770.178
0.170
1.899
1.168
2.038
1.5680.801
40.6
37.8
42.3
13.08
平整后0°198.6329.40.600.192
45°205.4345.40.580.184
90°192.9323.60.600.183
0.187
1.641
1.225
2.032
1.5310.611
38.1
32.5
36.7
11.30
2.2 实验分析及讨论
从表2中数据可以看出:
(1)平整后,各个方向的屈服强度σs值明显减小,抗拉强度σb值都有不同程度的增加,导致各个方向的屈强比σs/σb值都有所减小。生产实践表明,屈强比σs/σb对板料冲压成型性能影响较大。一般认为〔4〕,屈强比越小,材料的可靠性越高。无论是伸长类或压缩类形,屈服强度σs越低,材料失稳起皱的趋势也就越小。同时,σs的降低可以相应的减小张紧毛胚的拉力,从而减小毛胚拉断的可能性,提高变形过程的稳定性;而抗拉强度σb的提高,则增强了传力区的抗拉能力,所以说,屈强比σs/σb愈小,板料由屈服到破裂的塑性变形阶段愈长,愈有利于冲压成型。
(2)平整后,各个方向的应变强化指数n值及其平均值都有所增加。生产实践表明,在金属薄板冲压成型中,应变强化指数n是个极为重要的参数。资料显示〔5〕,在成型以拉为主的零件时,n值小的材料,零件的厚度分布不均,表面粗糙,易于产生裂纹;n值大的材料,零件的厚度分布均匀,表面质量好,不易于产生裂纹。因此,n值愈大,薄板的冲压性能愈好。在成型以压为主的零件时,n值大的材料其应变匀化能力强,使危险面的承载能力得以强化,有利于改善薄板的成型性能。
(3)平整后,各个方向的性能差异变小,塑性应变比r值增加,反映薄板各向异性指标的塑性应变比的均值 r增加,凸耳参数Δr值减小。生产实践表明,塑性应变比r值反映板厚方向和板料平面方向之间
的塑性差异,即板料的塑性厚向异性。由于板料平面上各个方向也存在塑性各向异性,所以板料的塑性厚向异性程度常用加权平均值 r表示。加权平均值 r 对拉伸成型性能影响很大〔6〕, r值大,板料平面方向比板厚方向容易变形,有利于板料的拉伸成型性能。板料平面内各个方向也呈塑性各向异性,其程度可用凸耳参数Δr表示,凸耳影响零件的形状和尺寸精度,因此对于深冲件,通常要求Δr值越小越好。 r增大和Δr值减小说明平整有利于提高08Al钢冷轧薄板性能的均匀性。
(4)平整后,各个方向的断裂延伸率δ%值都有不同程度的降低,反映薄板胀形成型性能的杯突值IE值也减小。生产实践表明,拉伸实验时,试样断裂后测得的延伸率是常用的塑性指标,一般来讲〔7〕,延伸率越大,板料允许的塑性变形程度也越大,抗破裂性较好。此外,杯突值IE值大的材料,扩孔性能和“拉伸—胀形”复合成型也好。因此,断裂延伸率的降低和杯突值的减小说明平整后08Al钢冷轧薄板成型性能受到一定损害。
3 结论
(1)平整有利于提高08Al钢冷轧薄板的抗拉强度σb、应变强化指数n值并降低屈服强度σS、屈强比σ
S
/σb;有利于提高板带的深冲性能。
(2)平整有利于均允板带的性能,无论是横向、纵向和45度方向性能差异都减小。
(3)平整使08Al钢冷轧薄板成型性能有所降低。
(下转第33页)
03本溪冶金高等专科学校学报 第3卷
质量,同时要加强管理提高自身素质并及时掌握国内外发展动向,这样才能在竞争中立于不败之地。
参 考 文 献
〔1〕王有铭,李曼云,韦光,等.钢材的控制轧制和控制冷却〔M 〕.1993.〔2〕冯光纯.控轧控冷技术的现状与发展〔J 〕.四川冶金,1996,(1):73-75.〔3〕汪冶,陈安林.热轧20M nSi 钢筋性能的分析〔J 〕.鞍钢技术,1994,(5):11-13.
Improving Characteristcs of Hot 2rolled Thread Reinforcing Steel 20MnSi
YU Man 2zi
(Benxi College of Metall urgy ,Benxi ,L iaoni ng ,117022,Chi na )
Abstract :The paper gives analysis and comparison to characteristics of hot -rolled thread reinforcing steel and pro 2duction process for domestic steel industies ,and suggests economic and feasible opinions to improve characteristics in the view of theoretical and practical significance.
K ey w ords :Thread reinforing steel ;Rolling with cooling control ;Afterheat quench ;Austenite.
(上接第30页)
参 考 文 献
〔1〕西德钢铁工程师协会,武汉钢铁设计研究院情报科译.冷轧带钢生产〔M 〕.北京:机械工业出版社,1983.〔2〕鲁茨?迈耶,赵辉译.带钢轧制过程中材料性能的优化〔M 〕.北京:冶金工业出版社,1996.〔3〕张文远.〔J 〕.鞍钢技术,1994,(2):22-29.〔4〕湖南省机械工程协会锻压分会.冲压工艺〔M 〕.长沙:湖南科学技术出版社,1984.〔5〕王孝培.冲压设计资料〔M 〕.北京:机械工业出版社,1983.〔6〕王占学.塑性加工金属学〔M 〕.北京:冶金工业出版社,1991.〔7〕何肇基.金属力学性能试验〔M 〕.北京:冶金工业出版社,1988.
Research into Effect of Temper on Properties of 08Al Cold Rolled Strip
L I Si 2jun 1;Q I Ke 2min 2;YE He 2zhou 2;G AO yi 3;YIN Hong 3.
(1.Dept.of Metall urgy ,Benxi College of Metall urgy ,Benxi ,117022;
2.School of M aterials and Metall urgy ,N ortheastern U niversity ,S henyang ,110004;
3.The col d 2rolli ng m ill ,A nshan steel ,A nshan ,L iaioni ng ,114000,Chi na )
Abstract :The eflective regularity of temper on properties of cold deep drawing sheet has been studies by testing properties of deep drawing and shaping of 08A I cold rolled strip taken from the cold 2rolling mill ,Anshan steel.As results show ,temper contributes to homogenize and improve deep 2drawing properties ,but damage shaping property to some extent.
K ey w ords :Temper ;Cold rolled strip 08A I ;deep 2drawing property ;Shaping property.
3
3 第4期 于漫子等.20MnSi 热轧螺纹钢筋性能的提高
钢材中各元素对性能性的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和 冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此 用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高 还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀； 此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢 含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就 算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度， 故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅， 强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀 性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具 有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低 钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢 中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度， 提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点 高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性 能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，
使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求 钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性 能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改 善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐 磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐 腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、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。但 由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬 钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，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，发 生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以 抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化 晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18 镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶
炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因 摘要：论述钢中非金属夹杂物对钢锭质圣的影响，分析了非金属夹杂物在冶炼和铸锭过程中产生的原因，提出了控制夹杂物产生的几点行之有效的措施。 关键词：非金属夹杂物冶炼浇注电弧炉精炼炉质，控制 非金属夹杂物，一般是指钢锭在冶炼和浇注过程中产生或混人的非金属相，都是一些金属元素（Fe、Mn、Al等）及51与非金属元素（0、S、N、P、C 等）结合而生成的氧化物和硫化物（如Feo、Si02、Mno、A12O3、MnS、MnC）等。非金属夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是钢内部发生的反应产物或者因为温度降低而形成夹杂析出。外来夹杂物是由炉料带人，耐火材料及炉渣混人的颗粒。内生夹杂物可以以外来夹杂物为核心聚集到后者的颗粒上。外来夹杂物也可能与钢液反应被还原。钢中如果有非金属夹杂物的存在，即使在钢中含量极少（通常是小于万分之一）也会给钢的质量带来极为有害的影响。从2002年1～7月份重点产品的投料统计情况看，锻钢支承辊共生产68支，经探伤发现其中2支因有密集夹杂物缺陷而报废，有4支因有夹杂物等缺陷造成锻造裂纹。电站锻件钢共生产41支，经探伤发现其中4支有严重的条状缺陷，缺陷性质为夹杂物。半钢辊钢共生产27支，其中14支因夹杂物造成不同程度的裂纹。可见夹杂物对钢锭质量造成的经济损失是非常巨大的。 1 冶炼过程中产生非金属夹杂物的原因 造渣材料碱性电弧炉常用的造渣材料采用石灰、萤石。石灰，主要成份为CaO，其含量不应小于85%,SiO2含量不大于2%，硫含量应小于0.15％。石灰易吸收水分而变成粉末，所以，造渣时要使用刚烧好的、烧透的石灰，或对石灰进行预热后再使用，这样能防止石灰给钢液带人过多的水分，否则就会使钢液氢含量增加，影响钢的质量，严重时会使钢报废。萤石，主要成份为CaF2，含量为85％、95%, SiO2含量约为6％。石中若掺杂硫化物矿石，必须将这种萤石排除掉，否则会降低炉渣的脱硫能力，易造成硫化物（MnS）夹杂。 铁合金在冶炼时，如果使用烘烤时间短、烘烤温度低、甚至根本未经烘烤的铁合金材料，势必会增加外来夹杂物和气体带人钢液中的机会。经过烘烤的铁合金上到炉台，在寒冷的冬季，露天摆放的铁合金会很快凉下来，将这些凉的铁合金
各化学元素对钢材的影响 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
1、碳(C):钢中含碳量增加,屈服点与抗拉强度升高,但塑性与冲击性降低,当碳量0、23%超过时,钢的焊接性能变坏,因此用于焊接的低合金结构钢,含碳量一般不超过0、20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力,在露天料场的高碳钢就易锈蚀;此外,碳能增加钢的冷脆性与时效敏感性。 2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂与脱氧剂,所以镇静钢含有0、15－0、30%的硅。如果钢中含硅量超过0、50-0、60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限,屈服点与抗拉强度,故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1、0－1、2%的硅,强度可提高15－20%。硅与钼、钨、铬等结合,有提高抗腐蚀性与抗氧化的作用,可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢,具有极高的导磁率,用于电器工业做矽钢片。硅量增加,会降低钢的焊接性能。 3、锰(Mn):在炼钢过程中,锰就是良好的脱氧剂与脱硫剂,一般钢中含锰0、30－0、50%。在碳素钢中加入0、70%以上时就算“锰钢”,较一般钢量的钢不但有足够的韧性,且有较高的强度与硬度,提高钢的淬性,改善钢的热加工性能,如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性,用于挖土机铲斗,球磨机衬板等。锰量增高,减弱钢的抗腐蚀能力,降低焊接性能。 4、磷(P):在一般情况下,磷就是钢中有害元素,增加钢的冷脆性,使焊接性能变坏,降低塑性,使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0、045%,优质钢要求更低些。 5、硫(S):硫在通常情况下也就是有害元素。使钢产生热脆性,降低钢的延展性与韧性,在锻造与轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利,降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0、055%,优质钢要求小于0、040%。在钢中加入0、08-0、20%的硫,可以改善切削加工性,通常称易切削钢。 6、铬(Cr):在结构钢与工具钢中,铬能显著提高强度、硬度与耐磨性,但同时降低塑性与韧性。铬又能提高钢的抗氧化性与耐腐蚀性,因而就是不锈钢,耐热钢的重要合金元素。 7、镍(Ni):镍能提高钢的强度,而又保持良好的塑性与韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有防锈与耐热能力。但由于镍就是较稀缺的资源,故应尽量采用其她合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化,提高淬透性与热强性能,在高温时保持足够的强度与抗蠕变能力(长期在高温下受到应力,发生变形,称蠕变)。结构钢中加入钼,能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti):钛就是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密,细化晶粒力;降低时效敏感性与冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛,可避免晶间腐蚀。10、钒(V):钒就是钢的优良脱氧剂。钢中加0、5%的钒可细化组织晶粒,提高强度与韧性。钒与碳形成的碳化物,在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W):钨熔点高,比重大,就是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度与耐磨性。在工具钢加钨,可显著提高红硬性与热强性,作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb):铌能细化晶粒与降低钢的过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性与韧性有所下降。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、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌,可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co):钴就是稀有的贵重金属,多用于特殊钢与合金中,如热强钢与磁性材料。 14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢,往往含有铜。铜能提高强度与韧性,特别就是大气腐蚀性能。缺点就是在热加工时容易产生热脆,铜含量超过0、5%塑性显著降低。当铜含量小于0、50%对焊接性无影响。 15、铝(Al):铝就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,如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性与抗腐蚀性能,铝与铬、硅合用,可显著提高钢的高温不起皮性能与耐高温腐蚀的能力。铝的缺点就是影响钢的热加工性能、焊接性能与切削加
钢夹杂物危害及应对措施 一、前言 钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。 洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括：钢中总氧含量低，夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,国内外钢厂生产洁净钢水平见表1 表1 国内外一些钢厂生产的洁净钢水平单位: ×10 - 6
随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。 钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。随着钢铁工业的不断发展，对钢的性能及其化学成分、组织均匀性的要求越来越高。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展，其中洁净度钢的生产是2l世纪钢铁企业面临的重大课题。 二、钢中夹杂物的分类 分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。 (2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段： ①一次夹杂：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物； ②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物； ③三次夹杂：凝固过程中生成的夹杂； ④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。 一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单
三、简答题 1．简述哪些因素对钢材性能有影响？ 化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度规范值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的规范值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。
受损钢结构力学分析模型研究 摘要：通过对8组不同受损程度的Q235钢材进行力学性能实验研究，分析了不同损伤程度对钢材二次加载和卸载时加载弹性模量和卸载弹性模量的影响，提出了受损钢材的力学模型。基于受损截面的应力-应变关系，通过定义受损受弯构件截面的无损高度比K，推导了不同受损程度下构件截面的平均弹性模量和损伤指标的计算公式。用转动弹簧来模拟受损截面的力学性能，根据受损微段的应力-应变关系，推导了受损截面的弯矩-转角关系和截面转动刚度计算公式，提出了可用于受损钢结构力学分析的计算模型。算例分析表明，截面受损降低了结构的刚度，在实际工程应用时不容忽视。 关键词：钢结构；损伤；实验；力学模型；转动弹簧模型 1 引言 既有钢结构在自然灾害作用或其他因素的影响下，容易造成工程事故[1,2]。2008年，我国南方经历了一场特大冰雪和冻雨天气，导致大量轻型门式刚架结构发生坍塌[3-5]，大量的钢结构房屋受损。受损钢结构房屋能否满足其正常使用要求，一直都是人们关注的焦点。 目前，对此类结构安全可靠性的评估通常是参考《钢结构工程施工质量验收规范》[6]中的相关要求，从构件和节点的层面去评估，结合权重系数等方法来分析结构的整体可靠性[7,8]，而未考虑损伤对截面、构件和结构力学性能的不利影响，难以真实反映结构的实际力学性能。
本文从受损钢材的力学性能实验研究着手，分析损伤对钢材力学性能的影响程度，提出受损钢材、构件截面和结构的力学分析模型，研究损伤对钢结构力学性能的影响。 2 受损钢材力学性能实验 2.1 试件设计 选用Q235钢材为实验研究对象。为了分析Q235钢材在不同损伤程度时的力学性能，采用8组(每组取3个试件)标准板试件进行实验研究，研究试件在不同损伤程度情况下的二次加载和卸载时的力学性能。根据国家标准《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》[9]，板试件的几何尺寸参数如图1所示。 根据对该批试件的实验测试结果，测得试件在屈服阶段结束时的变形约为0.8 mm，强化阶段结束时的变形约为9 mm，如图2所示。为了考虑钢材不同的受损情况，将此8组试件分别在实验机上拉伸，使其初始变形分别达到0 mm,0.8 mm,2 mm,3 mm,4 mm,5 mm,7 mm和9 mm等8个级别，并测得各试件的原始弹性模量E0。初拉伸实验完成后，根据不同分组情况，将各组试件分别进行二次加载和卸载，测得受损试件在二次加载和卸载过程中的加载弹性模量和卸载弹性模量E′。 2.2 实验测试 采用型号为CMT5105的微机控制电子万能试验机，其最大负荷为100 kN，精度为0.5级。采用电子引伸计记录试件在加载和卸载过程中的变形情况，引伸计的标距为50 mm，最大变形量为10 mm。通过对微机控制
（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． （ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性． （ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优 质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改 善钢的可切削性是有利的． （ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合 金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． （ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软 磁性能． （ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性． 冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦 工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷 顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大 于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸 长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的 影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球 化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱 氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑 性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉 强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢 的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺
列表整理化学成分对钢材性能的影响 钢是以铁和碳为主要成分的合金，虽然碳和其他元素所占比例甚少，但却左右着钢材的性能。 1、碳 碳时各种钢中的重要元素之一，在碳素结构钢中则是铁以外的最主要元素。碳是形成钢材强度的主要成分，随着含碳量的提高，钢的强度逐渐增高，而塑性和韧性下降，冷弯性能、焊接性能和抗锈性能等也变劣。碳素钢按碳含量区分，小于0.25%的为低碳钢，介于0.25%和0.6%之间的为中碳钢，大于0.6%的为高碳钢。含碳量超过0.3%时，钢材的抗拉强度很高，但却没有明显的屈服点，且塑性很小，含碳量超过0.2%时，钢材的焊接性能开始恶化。因此，规范推荐的钢材，含碳量均不超过0.22%，对于焊接结构则严格控制在0.2%以内。 2、硫 硫是有害元素，常以硫化铁形式夹杂于钢中。当温度达800~1000℃时，硫化铁会熔化使钢材变脆，因而在进行焊接或热加工时，有可能引发热裂纹，称为热脆。此外，硫还会降低钢材的冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性能和焊接性能等。非金属硫化物夹杂经热轧加工后还会在厚钢板中形成局部分层现象，在采用焊接连接的节点中，沿板厚方向承受拉力时，会发生层状撕裂破坏。因而应严格限制
钢材中的含硫量，随着钢材牌号和质量等级的提高，含硫量的限制值由0.05%依次降至0.025%，厚度方向性能钢板（抗层状撕裂钢板）的含硫量更限制在0.01以下。 3、磷 磷可提高钢的强度和抗锈蚀能力，但却严重地降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能，特别是在温度较低时促使钢材变脆，称为冷脆。因此，磷的含量也要严格控制，随着钢材牌号和质量等级的提高，含磷量的限值由0.045%依次降至0.025%。但是当采用特殊的冶炼工艺时，磷可作为一种合金元素来制造含磷的低合金钢，此时其含量可达0.12%~0.13%。 4、锰 锰是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种弱脱氧剂，可提高钢材强度，消除硫对钢的热脆影响，改善钢的冷脆倾向，同时不显著降低塑性和韧性。锰还是我国低合金钢的主要合金元素，其含量为0.8%~1.8%。但锰对焊接性能不利，因此含量也不宜过多。 5、硅 硅是有益元素，在普通碳素钢中，它是一种强脱氧剂，常与锰共同除氧，生产镇静钢。适量的硅，可以细化晶粒，提高钢的强度，而对塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能无显著不良影响。硅的含量在一般镇静钢中为0.12%~0.3%，
火灾条件下钢结构力学性能的研究 [摘要]钢结构因其自身的材料特性，在建筑方面得到了广泛的应用，特别是在高层建筑和工业厂房的施工中，钢结构的选择，可以大大的缩短工期，节约成本。但钢结构在高温下的材料性能的改变，为钢结构建筑的防火提出了新的要求。本文以通过对火灾条件下钢材料力学性能研究，指出在火灾条件下钢结构建筑的隐患，并提出了一些提高钢结构抗火性能的方法。 [关键词]钢结构；火灾；抗火设计；高温试验；耐火时间 1、引言 在现代建筑结构形式中,钢结构以其重量轻、强度高受到人们的喜爱，再加上钢结构的施工速度快、抗震性能好就更加被推崇。然而，钢结构也有其自身不可避免的弱点，就是它的耐火性，在高温下，钢材便无法达到保持建筑结构所要求的强度。当火灾发生时，所产生的高温达到400℃时，钢材的强度下降到室温条件的一半，而600℃时，钢结构就将完全丧失其本身的强度和刚度。所以钢结构建筑一旦发生火灾，将对其结构造成严重的破坏，甚至发生倒塌，从而引发大量的人员伤害和财产的巨大损失。所以钢结构建筑，在利用钢结构优点的同时，对其缺点的防护措施也必不可少。 2、钢结构抗火设计方法中存在的问题 2、1火灾下建筑钢结构破坏机理 第一，高温使钢材的弹性模量降低，结构钢度下降； 第二，高温使材料强度降低，甚至融化，导致结构承载能力下降； 第三，构件内部不均匀升温，使结够内部以及整个建筑结构中产生不均匀的热膨胀，从而使构件内部及整个结构中产生很大的附加应力。 这三个方面的共同作用，导致建筑构件变形增大、开裂、屈曲、破坏，甚至局部或整体倒塌。 2、2荷载的分布与大小的影响 在实际的建筑过程中结构构件所受的荷载情况十分复杂，荷载的大小与分布的变化很难与实验中的标准状态一致。实验中得知，在荷载大小相同的情况下，偏心受压没有轴心受压所承受的耐火时间长；另外，如果假设荷载状态分布相同，那么钢构件承受的荷载越小，其耐火时间越长。 2、3构件端部约束状态的影响 另外一个不可忽视的因素，是杆端约束情况。由于钢构件的结构不可能独立于其他相连部件，因此，相连部件对杆端的约束的不同，也导致了钢构件所受的承载力和火灾升温时温度内力的差异，通常的钢构件抗火试验都是在标准的状态下进行的，不可能准确全面的模拟
钢中夹杂物浅析 1. 钢中夹杂物的分类 1.1 根据钢中非金属夹杂物的来源分类 （1）内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学变化而形成的夹杂物。内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。 （2）外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。 1.2 根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: （1）A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； （2）B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； （3）C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； （4）D类(球状氧化物类)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3),黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； （5）DS 类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 2. 钢中夹杂物主要类型及特征 2.1 硫化物
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、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。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，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，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。10、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。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，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、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。 15、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，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、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
钢材性能有影响？ 1．化学成分；冶金缺陷；钢材硬化；温度影响；应力集中；反复荷载作用。2．钢结构用钢材机械性能指标有哪几些？承重结构的钢材至少应保证哪几项指标满足要求？ 钢材机械性能指标有：抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯性能、冲击韧性； 承重结构的钢材应保证下列三项指标合格：抗拉强度、伸长率、屈服点。3．钢材两种破坏现象和后果是什么？ 钢材有脆性破坏和塑性破坏。塑性破坏前，结构有明显的变形，并有较长的变形持续时间，可便于发现和补救。钢材的脆性破坏，由于变形小并突然破坏，危险性大。 4．选择钢材屈服强度作为静力强度标准值以及将钢材看作是理想弹性一塑性材料的依据是什么？ 选择屈服强度f y 作为钢材静力强度的标准值的依据是：①他是钢材弹性及塑性工作的分界点，且钢材屈服后，塑性变开很大（2%~3%），极易为人们察觉，可以及时处理，避免突然破坏；②从屈服开始到断裂，塑性工作区域很大，比弹性工作区域约大200倍，是钢材极大的后备强度，且抗拉强度和屈服强度的比例又较 大（Q235的f u /f y ≈1.6~1.9）,这二点一起赋予构件以f y 作为强度极限的可靠安 全储备。 将钢材看作是理想弹性—塑性材料的依据是：①对于没有缺陷和残余应力影响的 试件，比较极限和屈服强度是比较接近（f p =(0.7~0.8)f y ），又因为钢材开始屈服 时应变小（ε y ≈0.15%）因此近似地认为在屈服点以前钢材为完全弹性的，即将屈服点以前的б-ε图简化为一条斜线；②因为钢材流幅相当长（即ε从0.15%到2%~3%），而强化阶段的强度在计算中又不用，从而将屈服点后的б-ε图简化为一条水平线。 5．什么叫做冲击韧性？什么情况下需要保证该项指标？ 韧性是钢材抵抗冲击荷载的能力，它用材料在断裂时所吸收的总能量(包括弹性和非弹性能)来度量，韧性是钢材强度和塑性的综合指标。在寒冷地区建造的结构不但要求钢材具有常温(℃ 20)冲击韧性指标，还要求具有负温(℃ 0、℃ 20 -或℃ 40 -)冲击韧性指标。 6．为什么薄钢板的强度比厚钢板的强度高(或钢材的强度按其厚度或直径分
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如
资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。 8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，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，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、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。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，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
钢中夹杂物的类型及控制技术发展 XX （河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009） 摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。 关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术 Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel XX (College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique. Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions 1引言 钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化
1、碳(C):钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23% 超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳 量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷 脆性和时效敏感性。 2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和 抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入 1.0-1.2%的硅，强度可提高15-20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1- 4%的 低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 3、锰(Mn):在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30 — 0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算锰钢”较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强 度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11 -14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。 4、磷(P):在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低 塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。 5、硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于 0.040%。在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。 6、铬(Cr )：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。 7、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。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。& 钼(Mo):钼能使钢的晶粒细化，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，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性 能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。 9、钛(Ti):钛是钢中强脱氧齐購它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬 18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、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。 11、钨(W):钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。 12、铌(Nb):铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，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、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。 13、钴(Co):钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。 14、铜(Cu):武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐 蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于 0.50%对焊接性无影响。 15、铝(Al):铝是钢中常用的脱氧齐叽钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，女口 作深冲薄板的08AI钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、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