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摘要:目前，钢结构应用越来越广泛，钢结构质量事故也越来越多，本文就影响钢结构质量的一个重要因素，钢材性能进行了论述，分析了钢材性能如何影响钢结构质量，并结合工程案例，提出了应对措施。
关键词:钢结构;质量;钢材性能;措施
引言
近些年，随着冶炼水平的发展，钢产量、质量也大幅度提高，同时因为钢结构本身的优点，在土木建筑中广泛应用了钢结构，例如房屋建筑工程领域，有大量多高层钢结构建筑物、钢结构厂房、体育馆、展览馆等。在交通工程中，有各种结构的大跨度的梁桥、刚架桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等。随着钢结构的广泛使用，钢结构的质量越来越受到重视和关注，纵观钢结构事故，钢结构性能是影响钢结构质量的一个重要方面。钢结构对钢材性能的基本要求如下:承重结构的钢结构应具有抗拉强度、屈服强度和硫、磷含量的证明，焊接结构应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证;对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证;对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证;重要的受拉或受弯的焊接结构中，厚度大于等于16mm的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。本文结合工程案例，对影响钢材性能的因素进行论述。
1化学成分的影响
钢中除了杂质元素铁(Fe)外，还有碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)氧(0)等。在碳素结构钢中，碳是仅次于纯铁的主要元素，它直接影响钢材的强度、塑性、韧性和可焊性。硫和磷(其中特别是硫)是钢中的有害成分，它们降低钢材的塑性、韧性、可焊性和疲劳强度。在高温时，硫使钢变脆，即热脆，一般硫的含量不超过0.045%。在低温时，磷使钢变脆，即冷脆。氧和氮都是钢中有害杂质，氧的作用和硫类似，氮的作用与磷类似。硅和锰是钢中的有益元素，在碳素结构钢中，硅的含量应不大于0.3%，锰的含量为0.3%-0.8%。在钢结构矫正变形中，火焰矫正变形只适用于低碳钢、Q345;对于中碳钢、高合金钢、铸铁和有色金属等脆性较大的材料，由于冷却收缩变形会产生裂纹，不得采用。钢结构焊前预热的目的主要是防止焊缝金属升温过快和邻接木材冷却速度也快而产生氢裂纹的重要措施，同时也可改善焊接性能;确定预热与否，预热温度多少与诸因素有关，其中有一个重要的因素就是碳当量。碳当量[Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15],当Ceq<0.4%钢材的淬硬倾向较小，因此除大刚度(获拘束度大)、大厚度(大于等于40mm)和低温下(0°C以下)焊接时需要预热外，一般都不需要预热，而当Ceq>0.4%钢材的淬硬倾向较大，一般在无刚性固定具有一定自由度(一般拘束度)、中等厚度以上(25mm以上)和环境温度在0°C及以上，一般都需要预热，预热温度与钢材的碳当量Ceq有关,碳当量增加则预热温度就提高。以下是实际发生的与钢材的化学成分有关的工程案例。某车间跨度为36m,柱距为12m,总长为200m,屋架下弦标高20.2m，该车间两端有50t和80t桥吊各一台。吊车梁采用实腹式。
该吊车梁制作完成以后，在个别吊车梁上发现裂纹,当时有些吊车梁已涂完油漆，鉴于此只好将涂完油漆的吊车梁用碱水浸泡，除去油漆然后用放大镜逐个寻找裂纹，再用超声波对完好部位抽查，最后发现68根梁中，有28根有裂纹，裂纹都发生在上翼缘的热影响区处，排查完焊接工艺措施和过程质量检查记录，都没有发现什么问题，最后通过抽查材料进货记录，发现有裂纹的28根梁30厚的板与没裂纹的梁的30厚的钢板是从不同的厂家进货的,经复核材质证明书材料的力学性能和化学成分，都符合相关标准，最后通过取样分析，发现有裂纹的吊车梁翼缘板硫、磷都超标，而当时制作时，因为工期紧，材料的化学成分没有进行复检，那么硫、磷超标是这次吊车梁裂纹的主要原因。最后通过超声波检查，发现裂纹几乎都是深度裂纹，只好将有裂纹的吊车梁全部报废更换，本次质量事故，忽略其他成本，光材料就损失246吨。
2冶金和轧制的影响
热轧钢材由于不均匀冷却产生残余应力，一般在冷却较慢处产生拉应力，冷却较快时产生压应力。钢材在冶金和轧制中难免会出现缺陷，如偏析，非金属夹杂，裂纹，分层。这些缺陷将严重降低钢材的塑性、韧性和冷弯性能，尤其在产生拉应力集中时使脆性破坏的可能性增加。以下是实际发生的与钢材的冶炼和轧制有关的工程质量案例。某工程为钢桥，钢桥为铆接结构，钢桥的跨度为800m,该桥投入两年后发现裂纹，裂纹大部分在钢板边缘和铆钉周围，呈辐射状。通过对钢材金相组织进行分析，结果表明钢材材质不均匀，后经调查发现，该钢材在冶炼时，脱氧不够，由于氧化亚铁及硫增加了脆性，特别是金相颗粒不均匀，母材冷弯试验在90°C已开裂，到180°C时还有断裂发生，且钢材边缘发现夹层。最后，调查结果显示以下结果(1)该桥实际负荷并不大;(2)大部分裂纹不在受力处，各部分构件受力情况较好，所以决定钢桥继续使用。
3钢材的硬化
钢材的硬化包括时效硬化、冷作硬化和应变时效硬化。硬化虽然可以提高钢材的强度，但却降低了钢材的塑性和韧性，使脆性破坏的可能性增加。重要承重结构的钢板用冲压机械剪切时，由于剪切应力很大，剪切边缘有1.5mm-2mm的区域产生冷作硬化，使钢板脆性增加，因此对于厚度较大，承受动载的一类重要结构，剪切后，应将金属的硬化层部分刨削或铲削除去。对重级工作制吊车梁等受拉零件的全部边缘用气割或机械剪切时，应将硬化层全部刨除，用半自动或手工气割局部时，应用机械或砂轮将局部淬硬层除去。
4温度的影响
钢材性能随温度的变化而变化，0C以上，总的趋势是:温度升高，钢材的强度降低，应变增大，温度升高约在200C以内，钢材性能没有明显变化，430°C-540°C之间强度急剧下降，600°C时，强度很低，不能承担荷载，但在250C左右，钢材的强度反而略有提高，同时塑性、韧性均下降，材料有转脆的倾向，钢材表面氧化膜呈现蓝色，称为蓝脆现象。对各种焊接结构脆断事故进行分析和研究，发现温度对材料(包括母材和焊材)断裂性质影响很大。从热轧低碳钢的温度拉伸性能关系曲线中可以看出，随着温度降低，材料屈服点Rel和抗拉强度Rm增加，而反映材料塑性的断面收缩率Z却随着温度的降低而降低。
5结束语
钢材的性能涉及到钢材化学成分,钢材的冶炼与轧制，钢材的硬化以及温度，所以钢结构在选用钢材时，除了应具有质量证明书，当对钢材的质量有异议时，可按国家现行有关标准规定进行抽样检验，同时还应注意钢材加工硬化以及使用温度。
参考文献
[1]汤金华，钢结构制造与安装[M]，长沙，中南大学出版社，2006
[2]邓祥发,钢结构工程[M],北京,中国电力出版社,2008
[3]刘志刚，GB50755-2012，《钢结构工程施工规范》