本文原创作者：whzfjy（武汉梓枫教育）
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钢材材质均匀性能可靠强度高具有一定的可塑性韧性能承受较大的冲击荷载和振动荷载可焊接铆接、螺栓连接便于装配。由各种型材组成的钢结构自重轻安全性高话用于高层超高层建筑及大跨度空间结构等。钢结构的应用范围极广有些情况下无法用其他建筑材料的结构代替。但是当钢材处于复杂受力状态且未承受三向或二向同号应力时，或钢材处于低温工作条件下或有较大应力集中时钢材均会由塑性转变为脆性产生突然的脆性破坏这是很危险的。因此如何防止钢材的脆性破坏是一个必须重视的问题。
脆性破坏属于瞬间发生几乎不发生变形当发生破坏时主要是由于其应力明显低于极限承载力加上钢材晶格之间由于受到限制无法发生剪切滑动使得变形无法发生最后的结果就是导致钢材晶格间在短时间内被拉断而且这种机率发生率较大具有很大的危险性。同时在某此焊接部位中残余应力也发挥着一定的作用其对焊接部分有着三轴向拉力作用尤其是钢材金属其中含有大量的非金属材质这对拉力作用具有很强的敏感性一旦应力作用集中那么在所有情况下均会发生脆性断裂。
一、造成钢材脆性破坏的因素
1、钢材化学成分的影响
在普通碳素钢中磷和硫都是有害杂质磷的存在可提高强度、耐磨性和耐蚀性但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性等。磷能使钢材在低温时变脆(冷脆)。磷在钢中的偏析倾向强烈一般认为磷的偏析富集使铁素体品格严重畸变是钢材冷脆性显著增大的原因。硫含量的增大会降低钢的塑性、冲击韧性疲劳强度和抗锈性等钢材在进行热加工或电焊时会使钢内产生微小裂纹(热脆)。因此规范中规定承重结构的钢材应具有磷和硫含量的合格保证。
氧氮和氢也都是有害杂质氧会使钢材在冷脆氮会使钢材在热脆氢能使钢产生裂纹。
2、钢板厚度的影响
钢板厚度对脆性断裂有较大的影响即随钢板厚度的增加脆性转变温度升高钢材的缺口脆性增加。脆化原因一般认为与材料的冶金质量和应力状态有关厚钢板的冶金质量比薄钢板差如厚板晶粒粗大偏析程度增加冶炼质量缺陷及组织不均匀使得厚板脆化倾向提高钢板厚度增加即处于平面应变状态从而增加材料对脆性的敏感性
3、冶金质量的影响
钢中常见的冶金缺陷包括裂纹重皮(结疤)表面呈舌状或鱼鳞片的翘起薄片、折叠、气泡、疏松、缩孔残余、非金属夹杂物、金属夹杂物过烧、晶粒粗大等。
4、温度的影响
钢材性能受温度的影响十分明显。总的趋势是温度升高钢材强度降低应变增大反之温度降低钢材强度会略有增加塑性和韧性却会降低而变脆。
5、连接方法(焊接)的影响
焊接连接中存在的主要问题是受焊接时的高温影响焊缝附近的主体金属易导致材质变脆焊缝易存在各种缺陷因而导致构件内产生应力集中而使裂纹扩大由于焊接钢结松刚度大个别存在的局部裂纹易扩展到整体焊接结构容易发生低温冷脆就是这个原因。
6、细部构造
细部构造也是造成脆性断裂的一个重要影响因素。具体的原因是由于在焊缝与其他地方的相交处存在着构造缝隙或者是在操作过程中构造焊缝没有焊透造成应力集中而发生断裂。从本质上讲构造焊缝属于一个较长的裂缝这个裂缝在一定条件下极易发生应力集中并且在残余应力的影响下周围的金属在热塑作用下发生变形进而脆性提高。因此保证焊透非常重要。
7、钢材硬化的影响
硬化有时效硬化和冷作硬化两种。其中冷作硬化是指当钢材在冷加工(或一次加载)作用下产生较大的塑性变形卸荷后再重新加载时钢材的屈服点提高塑性和韧性降低的现象。冷作硬化增大了出现脆性破坏的可能性。
8、裂纹的影响
钢材的断裂来源于存在于钢材中的微小裂纹因此要防止钢材的脆性断裂，就应设法消除或减少钢材中的微裂纹。从事故分析中还可以看出事故都是在低温下发生的温度愈低愈易脆断而且大多数是焊接结构。焊接裂纹是钢材中存在微裂纹的重要原因焊缝冷却时收缩作用受到约束有可能促使它出现裂纹。