做钢结构设计，你了解钢材性能的影响吗？

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我们在进行钢结构设计时，首先要了解钢材的性能。 只有掌握了钢材的性能，设计才能做到有据可依、有的放矢。

下面我们从三个方面来讲解钢材的性能：1.钢材的组织结构，2.成品工艺对钢材性能的影响，3.外界因素对钢材性能的影响

1.1 在分析影响钢材性能的因素之前，我们需要先了解钢材的内部结构。 钢是由无数晶体组成的。 这些微小的晶体也称为晶粒，具有不规则的形状。 然而，晶粒中的铁原子有规则地排列成空间网格，称为晶格。 晶格由立方晶胞组成（见图1-13），结构随温度变化。

图1-13 晶格

1.2 在910℃以下呈体心立方形状，称为α-铁（如图1-14（a）所示）。 其晶胞共有9个原子，其中8个原子位于立方晶格的节点处，每个原子由8个相邻晶胞共享，另一个位于立方体的中心。 当温度超过910℃但低于1390℃时，晶胞转变为面心立方y铁（如图1-14（b）所示）。 除了晶格节点上的八个原子外，每个正交平面的中心还有一个原子，由两个相邻晶胞共享。 两个立方体的边长分别为0.287nm和0.357nm。 当温度降至910℃以下时，y铁转变为α铁，体积略有膨胀。

图1-14 体心和面心立方晶格

1.3 钢是铁和碳的合金。 两者结合有两种不同的方式，即形成固溶体和形成化合物。 作为溶质的碳原子均匀分布在铁原子（溶剂）之间，是铁碳固溶体。 碳原子的直径为0.118nm，比铁原子的直径0.252nm小得多。 可以进入铁晶格的间隙而不改变晶体的结构模式，除了晶格的轻微变形之外。 y 铁立方晶格中心空隙的直径为0.104nm，比碳原子的直径小不了多少。 碳原子占据这个位置，形成的固溶体称为奥氏体。 α-铁虽然比y-铁疏松，但空隙较多，直径较小，溶解碳原子的能力很差。 在碳溶解能力最高的723℃温度下，仅为0.02%左右，在室温下更是可以忽略不计。 这种溶解有极少量碳的铁称为铁素体或纯铁（F）。 铁素体的强度和硬度较低，但塑性和韧性良好。 奥氏体强度较低，但塑性良好，因此钢的热加工应在奥氏体状态下进行。

1.4 随着温度降低，y铁晶格逐渐转变为α铁，大部分碳原子从固溶体中析出，使铁雾化合成碳化铁（Fe3C），称为渗碳体。 渗碳体的晶体结构非常复杂，晶格尺寸为0.51nmx0.45nmx0.67nm。 渗碳体硬度和强度高，但塑性低。 在建筑结构用低碳钢中，渗碳体一般不是单独存在，而是与铁素体形成混合物，称为珠光体（P）。 珠光体中，铁素体和渗碳体呈层状交替分布。 图1-15（a）显示了奥氏体形成珠光体的过程，图1-15（b）显示了其显微组织（放大300倍）。

图1-15 珠光体的形成及显微组织

1.5 珠光体的强度和塑性介于铁素体和渗碳体之间，强度比铁素体高，塑性比渗碳体好。 建筑结构用钢的含碳量不超过0.22%。 常温下其组织成分大部分为铁素体，少部分为珠光体。 珠光体分布在铁素体周围，如图1-16（放大100倍）所示。 图中浅色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。 图1-17是钢的铁碳状态图，显示了不同温度下不同碳含量的钢的成分。 含碳量大于0.8%的高碳钢与含碳量小于0.8%的中低碳钢差别较大。

图1-16 结构钢的显微组织

图1-17 钢的铁碳状态图

1.6建筑结构用低合金钢的含碳量在0.20%以内，相当于在低碳钢中添加了一些合金元素。 其组织仍保持铁素体-珠光体形态。 主要合金元素是锰。 通过用锰原子取代α-铁晶格中的部分铁原子，并保持体心立方晶格结构不变，锰可以固溶在铁素体中，形成合金固溶体。 原子取代导致晶格轻微变形，从而提高其屈服点。 其他合金元素也存在类似的情况。 合金元素在加热条件下易溶于奥氏体，增加其稳定性和过冷能力，从而提高钢中珠光体的百分比，增加珠光体的弥散性，使铁素体结晶。 谷物已精制。

1.7细化晶粒可以改善钢的多方面性能。 首先是提高其屈服点，同时还提高钢的延展性并降低脆性转变温度。 晶体的屈服是内部滑移的结果。 图1-18所示为晶粒塑性变形的机理。 这种变形是在克服晶界上杂质和珠光体的阻碍后发生的。 随着钢晶粒的细化，总晶粒界面增加，从而增加了抗滑移性。 钢的强度是产生滑移所需的力，并遵循以下关系：

fy = σi + k /√(d) (公式1-3)

式中，σi——大颗粒单晶屈服强度，低碳钢为5N/mm2；

d——粒径，mm；

k——材料常数，约38N。 mm -3/2 适用于低碳钢。

图1-18 晶体的塑性变形 (a) 滑移前 (b) 滑移后

钢的脆性转变温度也与d 1/2 直接相关，见图1-19。

图1-19 脆性转变温度与粒径的关系

2.1 熔化与脱氧

冶炼决定了钢的化学成分，对其性能起着最重要的作用。 碳是提高钢强度最有效的元素，但随着含碳量的增加，钢的塑性和韧性下降。 因此，钢结构用低碳钢和低合金钢的含碳量限制在0.22%或0.20%。 低合金钢的合金元素有锰、钒、铌、钛、铬、镍。 锰不仅在钢中具有脱氧作用，而且能与硫结合形成MnS，以减少硫的有害作用。 如果不添加锰，则会生成更多有害的硫化铁。 因此，碳素结构钢中总是含有少量的锰。 硅是比锰更强的脱氧剂，也存在于碳结构钢中。

当锰作为合金元素以提高钢的强度时，其含量大于0.8%但不大于1.7%。 然而，晶格畸变增加了强度，同时略微降低了塑性。 另一方面，铁素体晶粒细化，在提高强度的同时提高了韧性并降低了脆性转变温度。 其他合金元素大多在增加强度的同时降低塑性，合金元素越多，塑性越低。 合金元素钒、铌、钛也起到细化晶粒的作用，在GB/T1591-94中称为细化晶粒元素。 锰含量过高会转化为有害方面，主要是增加淬透性，不利于焊接。 GB/TI591-94中各钢种的锰含量不超过1.7%。

钢中有害元素有硫、磷、氧、氮、氢等。当硫、磷含量不高时，它们以硫化物和磷化物颗粒的形式存在，分别使钢产生热脆和冷脆，不利于韧性。 为此，GB/T1591-94规定Q345等低合金钢中P、S含量应从A级到E级逐步降低0.005%，以提高其韧性。 碳素结构钢Q235的情况也类似。 性能钢板厚度方向的硫含量规定更加严格，从Z15逐渐降低到Z35，后者的硫含量仅为0.005%。 硫化物还会引起钢的偏析和分层。 添加稀土元素和硫化合物，形成等轴颗粒，可以减少硫对厚度方向韧性的危害。

氧气和氮气也是有害杂质，会促进钢的脆性，当金属处于熔融状态时从空气中进入。 可以如下所述去除氧气。 氧气转炉炼钢避免了钢水与氮气的接触，可以控制钢的氮含量。 GB700-88规定氧气转炉炼钢的氮含量不应大于0.008%。 炼钢的目的是除去铁水中多余的碳和有害元素硫、磷。 在此过程中，少量的铁不可避免地被氧化形成FeO。 为此，需要对钢水进行脱氧。 锰是弱脱氧剂。 如果只用锰来脱氧，结果就是沸腾的钢。 硅是一种强脱氧剂。 硅与锰共同作用，脱氧比较完全，可获得镇静钢。 GB700-88规定Q235A、B级钢可以是沸腾钢、半镇静钢或镇静钢，C级只能是镇静钢，D级是特殊镇静钢。 后者需要用铝进行补充脱氧。

铝不仅进一步减少了钢中的有害氧化物，而且细化了晶粒，从而获得更高的室温冲击韧性和更低的冷脆倾向。 图1-20为两种含碳量为0.20%的钢板冲击韧性与温度的关系曲线。 曲线1中的钢板厚度为10mm，是一种添加铝脱氧的特种镇静钢。 脆性转变温度低至-60℃。 曲线2中的钢板厚度为18mm，为沸腾钢。 其室温冲击韧性并不比曲线1低很多，但在负温度下却有很大差异。 脆性转变温度为-10°C。 近年来，钢坯连铸已逐渐取代传统铸造方法，铸造过程中不再出现沸腾状态。 煮水钢已逐渐退出市场。

图1-20 冲击韧性比较

低合金结构钢Q345、Q390、Q420均为镇静钢。 其C、D、E级均添加了铝以进行脱氧。

2.2 滚动

轧制是型钢和钢板的成形工艺，对这些钢材的组织和性能影响很大。 轧制可分为热轧和冷轧，其中以热轧为主。 冷轧主要用于薄板。 热轧使钢的组织更加致密，提高其机械性能。 从图1-21可以了解钢材在轧制过程中晶粒细化的过程。 轧制次数越多，压缩比越大，钢材的性能越好。 这就是为什么厚度较小的钢板的屈服点比厚度较大的钢板的屈服点高的原因。 厚钢板不仅屈服点较低，而且塑性和韧性也比薄钢板低。 国家标准GB700-88不仅根据钢材的厚度区分屈服点，而且根据厚度区分伸长率和冷弯试验的弯曲中心直径。 GB/T1591-94仅规定了不同的屈服点和不同的弯曲中心直径。 热轧槽钢和H型钢的翼缘厚度比腹板大，因此屈服点比腹板低。 这是设计师应该注意的。

图1-21 热轧细化钢材晶粒

热轧钢的性能与轧制停止温度有关，下一节将结合热处理进行讨论。

热轧的另一个后果是冷却不均匀造成的残余应力，这在钢结构教科书中有所讨论。 热轧钢材残余应力分布的特点是较厚部位（如H型钢的翼缘、腹板连接）散热缓慢。 在最后的冷却阶段，收缩受到限制并产生张力，而远离该部分的材料则受到压缩。

2.3 热处理

根据国家标准，碳素结构钢一般以热轧（含控轧）状态交货。 低合金高强度钢一般应以热轧、控轧、正火、正火加回火状态交货。 Q420、Q460 C、D、E级钢也可以调质状态交货。 正火、回火、淬火都是热处理方法。 控轧利用热处理的原理来获得正火效果。 调质也称为调质热处理。 正火和调质热处理的目的是通过改变钢的组织来提高钢的性能。

图1-17所示为铁碳状态图。 含碳0.2%的低碳钢，当温度降至860℃（即临界点A3）时，开始由奥氏体分化为部分铁素体。 当温度降至723℃以下时，即临界点A，将全部转变为铁素体和珠光体，直到温度降至室温为止，不再有其他变化。 这是缓慢冷却的情况，相当于在加热炉中逐渐冷却退火。 如果温度下降得稍快一些，上述转变就会有所延迟，形成所谓的过冷现象。 结果是铁素体比例稍高，晶粒更细，珠光体晶粒更细。 这些微观结构的变化提高了钢的屈服点并提高了其延展性和韧性。 这种情况是将钢加热到相变临界线A3以上并保持一段时间，然后在空气中冷却，称为正火处理。 加热温度不宜太高，因为奥氏体晶粒随时间增加，且温度越高增加越大。

正火后有时也进行回火，即重新加热至650℃并保温一段时间，然后在空气中冷却。 可消除内应力（残余应力），进一步提高钢的塑性和韧性，但屈服点略有降低。 根据上述原则，热轧钢最好在A3线附近稍高的温度进行轧制。 前面说过，钢的热加工是在奥氏体状态下进行的，即A3线以上，但温度不宜太高。 在较低温度下经历较大的压缩变形后，可以获得更细的晶粒。 所谓“控轧”是指轧制的最后阶段保持在900～850℃之间，以获得正火效果。 但如果轧制停止温度太低，则会出现带状组织，使钢材垂直于轧制方向的韧性、塑性和冷弯性能过低。 另一方面，如果轧制停止温度过高，不仅会导致奥氏体晶粒增大，而且铁素体也不会以粒状形式析出，而是沿一定方向以叶状形式析出，形成魏氏组织，其强度和韧性较低。 带状结构和魏氏组织结构都可以通过标准化消除。

淬火是将钢材加热到A3线以上，保温一段时间，然后在水或油中快速冷却。 当冷却速度很快时，奥氏体来不及分解为铁素体和珠光体，而是转变为马氏体。 马氏体是一种不稳定的结构，其晶格具有方形截面的棱柱体，如图1-22中的粗虚线所示。 其高度c约为边长a的1.41倍，可以看作是由两个相邻的面心立方晶格的一部分组成，但略有缩短。 体心方柱体的马氏体强度高、硬度高、塑性差。 它不适合建筑结构。 需要进行高温回火，以提高其塑性和韧性。 回火后马氏体分解为铁素体和粒状碳化铁的混合物，称为索氏体，具有较好的塑性和韧性。 虽然强度不如马氏体，但仍高于未经热处理的材料。 GB/T1591规定，只有高强度（Q420、Q460）和高韧性要求（C、D、E级）的钢材才需要淬火、回火。

图1-22 奥氏体向马氏体的转变

除了钢材成本增加外，调质钢还存在一些缺点，即对热矫正处理比较敏感，焊接接头和热影响区容易发生脆化。 图1-23显示了上述热处理的温度变化。

图1-23 热处理温度变化 (a) 正火 (b) 回火 (c) 淬火和回火

钢从高温冷却时，是否形成马氏体而不是铁素体和珠光体，不仅取决于冷却速度，还取决于其碳含量和合金元素含量。 容易形成马氏体的性质称为淬透性或淬透性。 碳含量低于0.25%的低碳钢的淬透性非常低。 低合金结构钢的含碳量虽然不高于0.22%，但通过锰等合金元素的加入，提高了其淬透性。 这就是合金元素影响焊接性的原因。

2.4 冷弯成型

冷弯型钢是由薄钢板（钢带）经冷轧或模压等加工方法成型。 冷加工使钢材局部硬化并增加其强度。 图1-24显示了轧制槽钢屈服点的变化。 截面拐角部分的屈服点大大提高，那里的抗拉强度也有所提高，但幅度没有屈服点那么大。 平板零件拐角之间的屈服点增加很小，其幅度与成型工艺密切相关。 压模机的平面部分没有明显的改进。

图1-24 冷弯型钢屈服点的提高

显然，圆角半径与板厚之比越小，材料承受的应变越大，屈服点增加越大。 具体改善率可以用以下公式表示：

fye / fy= b /( r / t )m

式中，fye、fy——分别为冷加工后和加工前的屈服点；

b、m——常数。

当fu/fy小于1.2且r/t大于7时，该公式不适用。冷加工之所以能提高屈服强度，是因为有一个比它更高的抗拉强度fu。 当材料拉伸超出屈服平台并到达图1-25中的C点时，卸载后存在残余应变OC'。 再次加载时，屈服强度为C点纵坐标，比原来的f高很多，但最多也只能达到fu。 因此，材料的强度屈服比越大，fy 的改善也越大。 b和m可以用以下两个公式表示：

6=3.69(fu/fy)-0.819(fu/fy)2-1.79

m =0.192(fu/fy)-0.068

图1-25 屈服点增加和应力应变曲线

当冷弯型钢用作轴向受拉或受压构件时，其屈服点可为整个截面的加权平均值，即：

fyp = cfye +(1- c ) fy

c——截面内圆角所占面积与整个面积的比值。

冷弯型钢还存在残余应力，这是由室温下塑性变形引起的。 残余应力分布与热轧型钢不同。 制造冷弯薄壁型钢的原材料往往是轧制板材，板材在加工前必须进行压平。 此时，薄板发生第一次塑性变形，形成一定的残余应力。 随后，在冷轧成形过程中，角部再次发生弯曲塑性变形，因此冷弯型钢的残余应力在截面上呈曲线状分布，即沿板厚方向变化。墙板。 图1-26所示为卷边槽钢纵向残余应力的测量结果。 当墙板外侧受拉、内侧受压时，平坦部分的残余应力基本相同，但在转角部分则有所增加。 增加的幅度大致对应于拐角处屈服点的增加。 残余应力沿厚度方向的变化可近似视为线性变化，外表面残余应力在(0.25~0.7)fy之间。 分析元件性能时，可取0.5fy。 与卷边槽钢类似，冷弯焊接圆管、方管的残余应力也呈曲线分布，外表面被拉伸，内表面被压缩。 冷弯产生的残余应力可通过回火消除。

图1-26 轧制槽钢的残余应力

3.1 冷加工和包辛格效应

冷弯型钢的成形过程实际上是钢材冷加工的一种。 另外，钢材在金属结构工厂加工成构件时，有一些工序会引起冷塑性变形。 拉直稍微弯曲的杆只会引起少量的塑性变形。 如果应变没有超过屈服平台，则残余变形不大（见图1-25中的OB'），屈服强度不会增加，材料的延展性也不会降低太多。 相反，剪切和冲孔使钢材产生严重的塑性变形，使剪切边缘和冲孔孔壁严重硬化，甚至出现微裂纹。 对于比较重要的结构，需要刨剪点，采用较小的冲床进行冲孔。 冲孔后，钻头展开。 这些措施的目的是去除硬化部分，防止裂纹进一步扩展。 将钢板或其一部分弯曲成圆柱形表面会增加强度，但会降低延展性。 相对于板厚度的弯曲半径越小，承受的应变就越大。 只有当应变不超过2%或内表面半径与板厚之比不小于25时，才能忽略变形的影响。对于较小厚度的板，r/t可取小一些。 以下数字适用于带焊缝的板材：

当1≤8时，r/1≥1.5；

当1≤12时，r/1≥3.0；

当t≤16时，r/t≥10.0。

当钢材冷拉至塑性变形后再压缩时，其压缩应力-应变关系与未经预拉伸的压缩钢筋有很大不同。 随着拉伸屈服点升高，压缩屈服点降低，压缩应力应变关系早期不再是直线，变形模量从E开始逐渐减小（见图1-27）。 这种现象称为包辛格效应。 拉伸屈服点增加得越多，压缩屈服点相应地降低。 因此，冷拔棒材的抗压承载能力达不到常规值。 先压缩后拉也会产生类似的退化现象，但工程中很少遇到。

图1-27 钢的包辛格效应

3.2 焊接和气割

焊接钢材时，除了焊缝的铸造组织与轧制钢材不同外，焊缝旁边的热影响区也会发生组织变化。 热影响区根据加热程度分为几个部分。

温度达到1100℃以上的部分称为过热区（见图1-28）。 高温导致该区域的奥氏体晶粒变粗。 输入的线能量越大，高温时间越长，晶粒越粗大，导致强度和硬度增加，塑性和韧性降低。 温度在900～1100℃之间的部分为正火区，相当于进行正火处理。 该区域的机械性能非常好，具有较高的强度、塑性和韧性。 温度在723～900℃之间的部分称为部分再结晶区。 该区域晶粒尺寸不均匀，一部分是经过再结晶的细小的铁素体和珠光体，另一部分是晶粒粗大的铁素体。 由于晶粒粗细不均匀，机械性能不是很好。 有些钢材在723℃以下的温度下组织没有变化。 热影响区宽度不大。 采用手工焊时不超过6mm，采用自动焊时仅为2.5~3.0mm。 然而，该区域是焊接连接的薄弱部分。 如果输入热量小且冷却速度快，则可能发生硬化并导致裂纹。

图1-28 焊缝热影响区 1-过热区 2-正火区 3-部分再结晶区

虽然焊缝金属的组织与轧钢不同，但只要采用厚药皮焊条或气体保护焊和埋弧自动焊，焊缝金属就可以受到较厚的渣层的保护，免受有害气体的侵害并冷却。慢慢地。 ，并从焊接材料中吸收一些合金元素，从而获得机械性能不低于母材的焊缝。 相反，如果防护效果不足，空气中的氮气和氧气可能会侵入。 同时，如果焊条受潮但未干燥，氢气就会侵入。 这些有害气体会破坏熔融金属的成分。 如果冷却速度太快，也可能会出现硬化效应。 焊接道数对此也有影响。 单道焊冷却快，只淬火，不回火。 多道焊则不同。 随后的焊道加热前一层焊层，使其转变为更细的晶粒并提高性能。

对于焊接结构，重要的是要避免使用具有较高淬透性的材料，并且焊接方式要适当。 淬透性本质上与焊接性相反。 式(1-2)给出的碳当量是淬透性的指标。 尽管碳含量不超过0.20％并且锰含量超过1％，但是淬火性有增加的倾向。 另一方面，控制焊后降温速度是保证较高淬透性钢材顺利焊接的必要条件。 当焊件厚度较大时，焊接电弧的热量散失快，温度下降快，与薄焊件相比是不利的。 因此，厚钢在焊接前后应进行预热和后加热，使其缓慢冷却。 预热温度应根据坡口类型和焊接接头实际尺寸、板厚和构件约束条件确定。 对于碳结构钢和低合金结构钢，“建筑钢结构焊接的技术法规”中指定的厚度不同，分别大于40mm和25mm。 预热温度在60至140°C之间，而后温度的温度是通过测试确定的。 如果焊接过程中的环境温度低于0°C，则更紧急地进行预热和后置的需求，并且应根据过程测试确定加热方法。

焊接会导致焊接部件的残留应力和残余变形，并在一般钢结构教科书中进行讨论。 焊接组件中残留应力的特征是，在高温下焊接和附近的材料的膨胀受到相邻部分的约束，无法实现，因此将其压缩。 冷却过程中的缩短趋势再次受到限制，以产生拉伸应力。 焊接中的残留拉伸应力通常达到碱金属的屈服点，除了高强度钢。

氧气切割的热效应类似于电弧焊接。 切割边缘附近的金属在一定程度上变硬，并导致残余应力和残余变形。 对于重要的结构，应从气切边缘剃掉2mm。 但是，如果要焊接边缘，则无需剃光。

3.3压力状态的影响

当钢沿两个垂直方向拉伸时，其强度会增加，其伸长延伸会减小。 相反，在带有不同符号的双向应力的作用下，强度降低，伸长率增加。 图1-29显示了这两个应力状态和单轴张力期间应力 - 应变关系的比较。 如果是三向张力，则可以进一步降低可塑性，而不是双向张力，并且失败将是脆弱的。 因此，三轴张力对钢结构非常有害。 在实际的工程中，发生三轴拉伸应力的情况包括：三个相互垂直的焊缝产生的残余应力，这些焊缝在太空中的某个点相遇； ②带有间隙的厚板（缺陷或结构间隙）。

图1-29在不同的应力条件下应力 - 应变图

（a）单向拉伸（b）双向拉伸（c）双向应力，带有不同的迹象

图1-30显示了薄和厚板的凹槽横截面的应力分布，当它们拉伸时，它们的应力分布。 薄板可以在厚度方向上相对自由地变形，并且属于平面应力状态，即它们仅带有σ1和σ2，而厚板却遭受高浓度应力。 当它进入可塑性并沿厚度方向收缩时，相邻材料的限制阻碍了其收缩，从而导致平面应变状态和拉伸应力σ3的存在。 另外，当非常厚的钢板是对接焊接时，还可能发生厚度方向的残余应力。

图1-30 Notch应力分布

在两种情况下，结构承受动态载荷。 一种是影响效应，即加载速率很高的情况。 最典型的是爆炸的影响，强烈的地震也属于这一类别。 另一个是随着时间的流逝周期性变化的负载。

结构钢的强度在冲击和快速载荷下增加。 同时，塑性变形能力没有降低，而是略有增加（见图1-31）。 对于Q235级钢，当应变速率为0.1s-1时，产量点增加了24.5％，拉伸强度增加了8.3％，总应变增加了7.3％。 高强度钢的改进较低。 建筑结构钢可以在影响下保持良好的强度和变形能力，这可以通过某些灾难性事故证明。 具体例子包括美国纽约的381米高帝国大厦，该大楼在1945年被B25轰炸机击中，这是英国的多层框架建筑，在第二次世界大战期间被炸弹击中在美国纽约的世界贸易中心，连接了两座塔。 尽管一些建筑物在1993年被炸药损坏，但它们并未崩溃。

图1-31静态和动态组成关系的比较

影响动态载荷在钢的性质上也具有负面的一面，也就是说，随着负载速率的增加，脆性过渡温度会增加。 在图1-12中所示的Notch韧性测试中的能量和温度之间的关系曲线是在冲击负载下获得的。 如果凹口样品缓慢加载，则结果曲线大致等于图中的曲线，该曲线被翻译到左侧的一定距离。

在重复的重复循环载荷下，钢的磁滞回路是丰满而稳定的（见图1-32）。 这是一个出色的特性，为钢结构在地震作用下耗散能量的基础提供了基础。 但是，Bauschinger效应对地震设计有重大影响。 从图1-32可以看出，随着循环期间拉伸力的增加，切线模量E继续减少。

图1-32循环载荷下钢的滞后曲线

3.4高温，环境和时间的影响

温度对钢性能的影响包括两个方面：低温和高温。 钢的韧性随温度降低而降低。

随着钢的机械性能随温度的升高而变化，一般的趋势是强度和刚度往往会降低。 弹性模量显着下降到200°C以上，屈服点开始降低到300°C以上。 这里解释的是结构暴露于火灾后钢的性能变化。 根据报道，当火灾温度低于700°C（即低于临界点A1）时，冷却后钢的拉伸性能通常可以在正常温度下恢复到水平。 原因是钢不会在A1线以下进行结构变化。 当火灾温度为800〜1000℃时，冷却后钢的残余强度为原始强度的85％〜100％。 但是，如果该组件在火灾中承受较大的负载，或者负载不是很大，而是温度接近或达到600°C，则可能会导致张力构件的颈部和/或弯曲或弯曲或弯曲的压缩和弯曲构件由于高温软化。 面板的失真和当地屈曲。 项链减少了横截面区域，弯曲，扭曲和凸性使组件的机械性能恶化。 在这种情况下，显然应考虑进行维修，加固或更换。

当组件加热和校正时，还会发生高温，包括在损坏和变形后生产和校正期间进行校正。 GB 50205-200规定：“加热温度不应超过900°C。在加热和校正后应自然冷却低合金结构钢。” 显然，加热温度不应超过700°C，最好在650°C下控制它。 为了不消除回火的效果，应在回火温度以下控制淬火和回火的高强度钢的温度，最好不超过590°C，并且应注意以减速冷却。

腐蚀性环境对钢有两种影响。 首先，腐蚀减少了钢的有效横截面区域，并损坏了组件的负载能力。 其次，腐蚀性环境加速了成分裂纹的发展。 对于承受循环载荷的组件，疲劳寿命将降低，即腐蚀疲劳。 对于承受静态负荷的组件，将减少脆性断裂的临界应力，这可能导致应力腐蚀破裂。 防止腐蚀的方法是借助油漆，或使用具有强锈的风化钢。

随着时间的流逝，生物和无机物质也老化。 钢的衰老称为衰老，这表现为强度的增加和变形能力的降低。 年龄硬化的机制是，溶解在铁素体中的氮会随着时间的流逝而逐渐沉淀出来形成氮化物，从而阻碍了铁素体晶粒之间的滑动。 钢的年龄敏感性通常取决于衰老撞击测试。 第一步是使用人工方法来加速衰老过程：首先施加10％的冷塑料变形，然后加热至250°C，并保持温暖1小时，然后在空气中冷却。 可以通过比较人为老化的样品和未衰老样品的冲击韧性来测量钢的老化灵敏度。 冶金工业部在1981年颁布的“桥梁的结构钢”标准规定了衰老的影响价值。 但是，除锅炉钢板（GB 713-86）以外，随后的国家钢铁标准没有规定后衰老的影响值。

由于衰老敏感性主要取决于铁素体中固体氮的含量，因此降低钢的总氮含量是降低衰老敏感性的有效方法。 GB 700-88规定氧转化器钢的氮含量不应大于0.008％。 这就是原因。 钒与氮具有高亲和力。 用钒作为合金元素将少量的氮添加到钢中不会增加其衰老敏感性，而是对钢的强度有益。 只要含量是氮含量的4倍以上，氮和钒化合物不会牢固地溶于铁素体，不会增加衰老敏感性。 柔扬长长江桥中使用的15MNVN钢的氮含量为0.010％〜0.020％，钒含量为0.10％〜0.20％（请参阅国家标准GB 1591-88）。 新的低合金结构钢标准（GB/T 1591-90）对应于15MNVN钢级Q420。 标准规定的是，在供应方和需求方之间的协商后，可以将氮添加到Q420钢中，其熔融分析含量为0.010％〜0.020％。