H型鋼不同位置及不同類型試樣對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響

(馬鋼檢測(cè)中心, 馬鞍山 243000)

H型鋼有SS,SM,SN等多種規(guī)格，因具有抗震和相對(duì)輕便等優(yōu)點(diǎn)而受到越來越多的關(guān)注。國家體育場(chǎng)、港珠澳大橋等世界矚目的建筑均使用大量的H型鋼作為梁或支架，因此H型鋼的質(zhì)量也成為整個(gè)建筑質(zhì)量的重中之重。

對(duì)于H型鋼力學(xué)性能的測(cè)試，不同位置所取試樣的測(cè)試結(jié)果會(huì)有所不同。因此拉伸試樣的取樣部位及加工尺寸在國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均有明確規(guī)定。JIS G0416: 2006《鋼及鋼產(chǎn)品 力學(xué)性能試樣取樣位置及試樣制備》中第A.2.1 b)條規(guī)定對(duì)于法蘭寬度小于150 mm的H型鋼，可以從筒體采集測(cè)試試樣即腹板取樣；GB/T 2975-2018[1]也較1998版增加了“對(duì)于翼緣無傾斜且大于150 mm的產(chǎn)品應(yīng)從翼緣取拉伸試樣”的內(nèi)容。

為了更好地研究H型鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能，深入了解不同類型試樣對(duì)拉伸試驗(yàn)結(jié)果的影響，筆者針對(duì)不同牌號(hào)、不同規(guī)格的H型鋼分別在翼緣和腹板取樣，并按照J(rèn)IS G0416: 2006，JIS Z 2241: 2011《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》的要求加工成1A和1B試樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。

1 試樣制備

選取牌號(hào)為SS400和SM490B相同規(guī)格的H型鋼各兩根,并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)。對(duì)于翼緣寬度為300 mm的試樣，分別制備1A及1B試樣各3個(gè)。對(duì)于翼緣寬度為100 mm的試樣，在腹板取樣加工成1A和1B試樣各3個(gè)，由于翼緣寬度較窄，只取1B試樣3個(gè)；具體制樣方案見表1，拉伸試樣宏觀形貌見圖1，各試樣尺寸見表2。

2 試驗(yàn)設(shè)備

使用德國Zwizk公司的Z1200Y型材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，該設(shè)備配備有雙肩平板夾具、0.5級(jí)軸向引伸計(jì)以及0.5級(jí)載荷傳感器。拉伸試驗(yàn)機(jī)參數(shù)設(shè)置同時(shí)符合國標(biāo)及日標(biāo)要求。在彈性范圍至上屈服階段，應(yīng)力速率設(shè)置為15 MPa·s-1；在塑性變形范圍至規(guī)定強(qiáng)度，應(yīng)變速率設(shè)置為0.001 5 s-1，平行長(zhǎng)度內(nèi)的應(yīng)變速率應(yīng)盡可能保持恒定；測(cè)定屈服強(qiáng)度或者塑性延伸強(qiáng)度之后，應(yīng)變速率設(shè)置為0.006 s-1。

表1 H型鋼拉伸試驗(yàn)制樣方案Tab.1 Sample preparation scheme for tensile test of H steel section

圖1 H型鋼拉伸試樣的宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of tensile samples of H steel section：a) samples 987; b) samples 164; c) samples 205; d) samples 241

表2 H型鋼拉伸試樣的尺寸Tab.2 Size of tensile samples of H steel section

續(xù)表2

注:a01,a02,a03為厚度實(shí)測(cè)值；b01,b02,b03為寬度實(shí)測(cè)值。

圖2 H型鋼試樣拉伸斷裂后的宏觀形貌Fig.2 Macro morphology of H steel section samples after tensile fracture: a) samples 987; b) samples 164; c) samples 205; d) samples 241

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

拉伸斷裂后試樣的宏觀形貌如圖2所示，各試樣測(cè)試結(jié)果如表3所示?？梢钥闯鐾蝗硬课?、同一類型試樣的上屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率基本相同。對(duì)于取自翼緣的試樣，其斷后伸長(zhǎng)率由于橫截面積不同會(huì)有所差別。根據(jù)Oliver公式，即

(1)

式中：A為斷后伸長(zhǎng)率；S0為試樣原始橫截面積；L0為試樣原始標(biāo)距長(zhǎng)度；α、m為材料相關(guān)系數(shù)。

可知1A試樣的斷后伸長(zhǎng)率約為1B試樣的1.1倍。該試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)與Oliver公式計(jì)算結(jié)果基本一致，但腹板1A，1B試樣的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均比翼緣試樣的高，尤其是腹板試樣的屈服強(qiáng)度明顯高于翼緣試樣的。從軋制工藝來看，在截面相同時(shí)，流到腹板或淤積在腹板上的冷卻水比翼緣上的多，腹板的冷卻速度快，獲得的組織較細(xì)，因此強(qiáng)度比翼緣的高，可見試驗(yàn)結(jié)果也與軋制工藝相吻合。

表3 H型鋼試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Tensile test results of H steel section samples

4 結(jié)論

H型鋼腹板試樣無論是1A還是1B試樣，其屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度均明顯比翼緣試樣的高；拉伸試樣應(yīng)該盡可能在H型鋼的翼緣部位取樣，當(dāng)試樣寬度受限時(shí)則采用1B試樣，測(cè)得的結(jié)果較腹板試樣更具有代表性。