建筑钢材性质的主要影响因素(上)
虽然你内心刚强，才华横溢，总在期待着大展身手，但在这个纷繁复杂的尘世间，总有那么一些人一些事，会影响你的前途你的人生。明枪易躲，暗箭难防，你准备好迎接挑战了吗？
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导 言
唯物辩证法（据说是由马克思首先提出的，故也称马克思主义辩证法）指出：
内因是事物发展的根据，外因是事物发展的外部条件。外因必须通过内因而起作用。
—— 卡尔 · 马克思
这是颠扑不破的普遍真理。自然也适用于建筑钢材。不妨先看一个例子：
钢材锈蚀时，内、外部因素分别是：
根据前面推送的内容，大家想一想：钢材锈蚀的外因是如何通过内因起作用的呢？
影响钢材性质的主要因素归纳起来，主要有这些：
可真是不老少！要怎么掌握比较方便呢？
也就是像这样子的：
同时，案例学习法会是一个不赖的选择。
案例学习法（case study）：通过典型案例的分析，把抽象的事物具体化、形象化、情景化，以便发散思维，增强学习效果。
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内部因素
纯铁（铁单质）在不同温度下具有不同的晶体结构。
高温下液态纯铁的原子处于杂乱无序的状态。
当温度降至大约1535℃时，铁水中结晶析出δ-Fe。该晶体的最小重复单元（晶胞）为体心立方体结构（Body-Centered Cube，简称BCC，即原子分别位于立方体的8个顶点和中心）。
继续降温到大约1390℃，体心立方体结构的δ-Fe晶体转变成面心立方体结构（Face-Centered Cube，简称FCC，即原子分别位于立方体的8个顶点和6个面的中心）的γ-Fe晶体。
温度进一步降低至大约910℃，面心立方体结构的γ-Fe晶体又转变成体心立方体结构的α-Fe晶体。
我们知道，钢是铁和碳的合金。碳元素搅和进来之后，事情变得复杂了。
简而言之，常温下微量的碳元素在铁基体中主要以三种形态存在。它们分别是：
固溶体指以铁为溶剂、碳为溶质形成的“固态溶液”。铁保持原有的晶体结构，碳溶解其中。常温下，碳溶解于α-Fe中形成铁素体（Ferrite）。
高温下（高于723℃），碳溶解于γ-Fe中形成奥氏体（Austenite）。奥氏体和铁素体的强度和硬度低，塑性和韧性好。处于红热状态的碳钢通常含有奥氏体，因此容易轧制成材。
化合物即铁与碳的化学结合——碳化铁（Fe3C），也称为渗碳体（Cementite），其晶体结构复杂，具有塑性很差（几乎为零）、抗拉强度很低、硬脆及耐磨等特点。
机械混合物由上述固溶物和化合物混合而成，常温时呈鲜艳的光泽，故而得名为珠光体（Pearlite）。珠光体的强度较高，塑性和韧性介于铁素体和渗碳体之间。
相图（phase diagrams）：用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图谱。
钢材的相图中，建筑钢材（含碳量通常不超过1%）仅占据左下角青色虚线框的一小块而已。由此可见，建筑钢材主要组织成分是铁素体和珠光体。
换言之，影响钢材性质的内因，包括了铁素体和珠光体的性质和相对比例。
世间任何事都不可能完美无缺，材料（物质）的微观世界也一样。
钢材的晶体结构中存在的各种点、线、面、体缺陷。
弗仑克尔缺陷（Frenkel defect 或 Frenkel disorder，也叫弗伦克尔对， Frenkel pair）是指晶体结构中由于原先占据一个格点的原子（或离子）离开格点位置，成为间隙原子（或离子），并在其原先占据的格点处留下一个空位的点缺陷（point defects）。
缺陷的影响具有两面性，可能有利也可能有害于钢材的宏观性能。例如，钢材实际强度远低于理论强度的根本原因就在于其这些缺陷的存在；钢材经冷加工后强度提高、塑性降低，也是由于缺陷发生变化所致。
可见，钢材的微观结构和组织随其化学组成而改变，最终对宏观性质产生影响。一起来看含碳量对碳素钢材基本力学性能的影响。
图中的低、中、高碳钢的分法不同于我国标准中钢材按含碳量的划分标准，这是因为含碳量上限、划分角度和参考范围不同。
从这个案例中，我们得知：
当含碳量低于0.8%时，随着含碳量的增大，珠光体增多，铁素体减少，钢材的强度、硬度随之提高，延性（或塑性、冲击韧性）则下降。
当含碳量为0.8%时，铁素体基本消失，组织成分全部变成珠光体，此时钢材的强度最高。
当碳素钢材的含碳量超过0.8%，随着含碳量的增大，珠光体减少，渗碳体出现并增多，钢材的强度随之降低，硬度继续提高，延性继续降低。
可见，0.8%的含碳量是强度随含碳量发生变化的“分水岭”。
建筑钢材在保证强度的同时，更重要的是良好的塑性和韧性，因此其含碳量不得太高。
再来看一例：
有甲、乙两种不锈钢，乙由甲添加8%的镍元素冶炼得到。二者的主要性能有着较大区别。
| 性能指标 | 甲 | 乙 |
| 冲击韧性 | 中等 | 非常好 |
| 可焊性 | 受限 | 好 |
| 热膨胀性 | 中等 | 高 |
| 耐腐蚀性 | 好 | 非常好 |
| 耐高低温性 | 差 | 非常好 |
| 铁磁性 | 有 | 无 |
从甲到乙，表面上看只是添加了少量镍，实际上这导致了晶体结构的改变：
可见，像人体需要依靠微量元素（trace elements 或 minor elements）维持正常的生命活动一样，钢材中的微量元素也是不可或缺的。
钢材和人体的微量元素，犹如皇冠上的顶钻那般稀有而珍贵，虽然体量很小，但作用和地位是关键而不可或缺的。
当然，既然是微量元素，它们的含量切不可过头，否则产生的影响适得其反。
最后，以自撰的一首打油诗来概括微量元素对钢材性能的影响。
钢材微量元素歌
江晨晖
硫磷氧氮均无益
磷碳相似增强度
塑性韧性皆受损
焊接性能亦降低
硫损强韧增热脆
乏善可陈是氧氮
硅锰有益须控量
铝钒铌钛有可为
微量元素多且繁
孰优孰劣勿概论
斯人已去，巨星陨落。虽然没有多少人真正懂得他的理论，但这并不影响他的伟大。深切悼念这个星球上知道得最为广袤深邃的人——斯蒂芬 · 威廉 · 霍金。他的理论和精神将与世长存，流芳百世。
