工艺性能及影响因素-土木工程材料

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：图7.8冷弯试验示意图钢材的冷弯性能常用弯曲的角度α、弯心直径d 与试件直径（或厚度）a 的比值（d/a）表示。钢材的含碳量超过0.25%时，可焊接性明显降低；碳含量较高时，会在焊缝接口处产生热裂纹，使焊接质量严重下降。前者称为自然时效，后者称为人工时效。在冷加工时，一般钢筋严格控制冷拉率，称为单控。

1.冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是钢材重要的工艺性能指标。钢材的冷弯试验是通过直径（或厚度）为a 的试件，采用标准规定的弯心直径d（d＝na，n 为整数），弯曲到规定的角度（180°或90°）时，检查试件弯曲部位表面无裂纹、起层或断裂等现象，即认为冷弯性能合格。图7.8所示即为冷弯试验示意图。

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图7.8　冷弯试验示意图（d＝a，180°）

钢材的冷弯性能常用弯曲的角度α、弯心直径d 与试件直径（或厚度）a 的比值（d/a）表示。有图可知，钢材试件的弯曲角度 α愈大，d/a 愈小，试件弯曲程度愈高，表示钢材的弯曲性能愈好。钢材的冷弯性能和伸长率均是反映其塑性变形的能力。不同的是，伸长率反映的是钢材在均匀变形条件下的塑性变形能力，而冷弯性能则是钢材处于不利变形（局部变形）条件下的塑性变形能力。

冷弯性能可揭示钢材内部组织结构是否均匀、是否存在内应力以及是否有夹杂物等缺陷。这些缺陷在拉伸试验中常因塑性变形使应力重新分布而得不到反映。土木工程中，经常采用冷弯试验来检验钢材焊接接头的焊接质量。

2.焊接性能

钢材的焊接（Welding）性能是指在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面内容：其一是接合性能，即在一定的焊接条件下，产生焊接缺陷的敏感性；其二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头满足使用要求的适应性。

钢材的化学成分对钢材的焊接性能有很大影响。随着含碳量、合金元素及杂质元素含量的增加，钢材的可焊接性下降。钢材的含碳量超过0.25%时，可焊接性明显降低；碳含量较高时，会在焊缝接口处产生热裂纹，使焊接质量严重下降。实践证明：低碳钢的焊接性优良，高碳钢和铸铁的焊接性较差。

土木工程中的焊接结构用钢，应选用含碳量低的氧气转炉生产的镇静钢，结构焊接用电弧焊，钢筋连接用接触对焊。对于高碳钢和合金钢，为了改善焊接性能，焊接时一般要采用焊前预热及焊后热处理等措施。

3.冷加工时效及其应用

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图7.9　钢筋冷拉后的应力-应变图

钢材在常温下进行冷加工[冷拉（Cold Drawing）、冷拔（Cold Stretched）或冷轧（Cold Rolled）]使其产生塑性变形，而屈服强度得到提高，这个过程称为冷加工强化。产生冷加工强化的原因是：钢材在塑性变形中晶格缺陷增多，发生畸变，阻碍进一步变形。因此，钢材的屈服点提高，塑性、韧性和弹性模量下降。在土木工程中或构件厂常对钢筋和低碳钢盘条按一定规定进行冷加工，以达到提高强度、节约钢材的目的。

经过冷加工的钢材在常温下放置一段时间后，其强度和硬度会自行地提高，塑性和韧性会逐渐降低。钢材这种随时间的延长，其强度和硬度增长、塑性和韧性下降的现象称为时效，如图7.9所示。

在土木工程中，常将经过冷拉的钢筋在常温下存放15～20 d，或加热到100～200℃并保持2～3 h 后，钢筋强度进一步提高，这个过程称为时效处理。前者称为自然时效，后者称为人工时效。通常对强度较低的钢筋采用自然时效，强度较高的钢筋采用人工时效。

冷拉与时效处理（Aging Treatment）后的钢筋，在冷拉的同时还被调直和清除了锈皮，简化了施工工序。在冷加工时，一般钢筋严格控制冷拉率，称为单控。对用作预应力的钢筋，既要控制冷拉率，又要控制冷拉应力，称为双控。

在土木工程中大量使用的钢筋，同时采用冷拉与时效处理可取得明显的经济效益，它可使钢筋的屈服强度提高20～50%，节约钢材20%～30%。

工艺性能及影响因素-土木工程材料

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