2.2 钢材力学性能及影响因素
2.2.1 钢材的损伤形式
两种破坏形式：
(1)塑性破坏：由于过度变形超过材料或构件可能的应变能力而引起，只有在构件的应力达到钢材的抗拉强度fu后才会发生。
(2)脆性破坏：脆性破坏前的塑性变形很小甚至没有塑性变形。 计算出的应力可能小于钢材的屈服点fy，断裂从应力集中开始。 破坏之前没有任何警告，它发生得很突然。
2.2.2 钢材主要力学性能
(1) 单轴拉伸试验曲线
根据钢材的单轴拉伸性能曲线，在工程应用中，将钢材的性能视为理想弹塑性体，并确定fy作为钢材抗拉、抗压强度的标准值。
(2)钢材主要力学性能
A。 强度：f强度设计标准值钢材抗拉强度值，设计依据； fu钢最大承重强度，安全储备。
b. 塑性——δ5（δ10），钢发生塑性变形而不发生脆性断裂的能力，有利于内力重新分布和吸收能量，是一项重要指标。
C。 冷弯性能——90度和180度。 冷加工时发生塑性变形时，对裂纹的敏感性是判断钢材塑性和冶金质量的综合指标。
d. 韧性——冲击韧性αk，钢在一定温度下发生塑性变形和断裂时吸收能量的能力。 它用来表征钢材承受动载荷的能力（动指数）。 根据常温（20度）和零温（0度）和负温（-20度、-40度）。
e. 可焊性——表示钢材焊接后具有良好焊接接头性能的能力——不产生裂纹，焊缝影响材料性能并满足相关要求。
2.2.3 影响钢材性能的主要因素
(1)化学成分的影响
基本成分是铁，占碳钢的99%。 碳、硅、锰是杂质元素。 硫、磷、氮、氧是冶炼过程中难以去除的有害元素。
碳：决定强度、塑性、韧性和焊接性的碳含量应控制在≤0.22%，焊接结构应控制在≤0.20%。
硅：含有适量的硅对强度影响不大，是有益的。 应控制在≤0.1~0.3%
硅：含有适量的硅可以降低硫和氧的热脆性影响，提高热加工性能，对其他性能影响不大，是有利的。
硫：含量↑使强度↑、塑性、韧性、冷弯性、焊接性↓； 它使钢在高温下变脆——热脆性。
磷：使钢在低温下变脆——冷脆性； 其他与硫相同。
氧和氮：氧与硫相同； 氮同磷，控制含量≤0.008%；
(2)冶金和轧制的影响
对冶金的影响主要是脱氧方法：Mn作为沸腾钢的脱氧剂，速度快、价格低、质量差； 硅用作镇静钢的脱氧剂，速度慢、成本高、质量好。 特种镇静钢先用Si脱氧，然后补充铝脱氧。
反复轧制可以提高钢材的塑性，同时焊补钢材中的气孔、裂纹、疏松等缺陷，使金属晶体结构致密，细化晶粒，消除纤维组织缺陷，提高机械性能的钢材。
(3)冷作硬化和时效硬化
由于某些因素的影响，钢的强度增加，塑性和韧性下降，脆性增加，称为硬化。
冷加工（室温下的弯曲、冲孔、剪切等）时，钢材发生的塑性变形和钢材的硬化现象称为冷加工硬化。
随着时间的推移和温度的变化，钢中的碳和氮形成碳化物和氮化物。 使钢材变脆的“时效”现象称为时效硬化。
(4)复杂应力和应力集中的影响
在同符号的多向应力场作用下，钢材一个方向的变形受到另一方向的限制，使钢材的强度增加，塑性、韧性下降。 对于不同符号的应力场则相反。
钢构件由于截面变化、孔洞、沟槽、裂纹等，造成构件内部应力集中。 实际的应力集中是：局部应力增加并且大部分应力场具有相同的符号。
(5)残余应力的影响
钢材在轧制、焊接、切削等过程中会在构件内部产生自平衡内力，残余应力虽然对构件的强度没有影响，但会对构件的变形（刚度）、疲劳和稳定性产生不利影响。构件的承载能力（后续章节将详细介绍）。
(6)温度的影响
温度的影响一般可分为两部分：正温度和负温度。
正温度影响
总体影响规律是，随着温度升高，钢的强度下降，塑性、韧性增加。 这种现象称为热塑性现象。 当温度达到600度左右时，钢材的强度几乎降至零，而塑性和韧性却极高。 易于进行热加工，这个温度称为热锻造温度。
注：钢材温度在300度左右时，强度增加，塑性、韧性下降，钢材表面发蓝。 这种反复出现的现象称为蓝脆性。 钢材在300度以上时应采取隔热措施。
负温度效应
随着温度降低，钢的强度增加，塑性和韧性下降，脆性增加，称为低温冷脆性。 当温度下降到一定温度时，钢的脆性急剧增加钢材抗拉强度值，这个温度点称为脆性温度。 。
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第一章 钢结构概述
