不銹鋼材料常溫力學(xué)性能試驗的探討

余佳睿

許昌市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心 河南許昌 461000

由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對外墻建設(shè)的需求正在增加。具有良好的機械性能，完美的表面裝飾和耐腐蝕性的不銹鋼已被廣泛用于建筑業(yè)。但是，目前在建筑領(lǐng)域?qū)Σ讳P鋼材料的研究還不夠深入，還沒有指導(dǎo)不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計規(guī)范。不銹鋼是一種用于結(jié)構(gòu)目的的新型材料，是一種復(fù)雜的合金材料。其機械性能與低碳鋼非常不同。它具有非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，低速極限，比各向異性和表觀應(yīng)變硬化特性。本文回顧了國外對不銹鋼材料性能的研究結(jié)果。通過比較分析，我們選擇了一個可以反映不銹鋼非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的方程。然后，對國產(chǎn)奧氏體304 不銹鋼進行了一系列材料力學(xué)性能測試，以證實該表達方式對國產(chǎn)不銹鋼材料的適用性。

1 國外不銹鋼材料力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

當(dāng)前在建筑行業(yè)中使用的大多數(shù)不銹鋼零件是冷彎不銹鋼管（圓形和矩形）。冷彎不銹鋼管按其成型方法可分為冷彎管和軋制管。冷彎管直接將不銹鋼板彎曲成所需的圓管，方管或矩形管，然后進行焊接。在壓力管的制造過程中，鋼帶依次穿過多個輥，并且由輥形成的橫截面的轉(zhuǎn)彎半徑依次減小。到達設(shè)計部分時，將使用氬弧焊。方形矩形管的橫截面基于管段，并通過一對矩形滾子投影為正方形或矩形。研究不銹鋼方管和圓管軋制的力學(xué)性能。由于冷加工的影響，不銹鋼零件的機械性能存在一定的差異，特別是在方管的拐角區(qū)域，受冷加工影響最大[1]。

2 疲勞強度

高溫疲勞是材料由于反復(fù)的應(yīng)力變化而在高溫下破裂的過程。研究表明，在一定的高溫下，108 倍的高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。

熱疲勞是指加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程，當(dāng)溫度變化并受外部約束時，由于自膨脹和收縮變形而在材料中產(chǎn)生應(yīng)力。并且會損壞材料。如果快速重復(fù)加熱和冷卻，則來自沖擊的應(yīng)力會施加到應(yīng)力上，從而導(dǎo)致應(yīng)力比平時更大，并且某些材料會變成脆性斷裂。這種現(xiàn)象稱為熱沖擊。熱疲勞和熱沖擊是相似的現(xiàn)象，但是前者主要伴隨著大的塑性變形，而后者的破壞主要是脆性斷裂。

不銹鋼的成分和熱處理條件影響高溫疲勞強度。特別是當(dāng)碳含量增加時，高溫疲勞強度顯著增加，并且固溶熱處理溫度也具有很大的影響。通常，鐵素體不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，在高溫下具有良好伸長率的高硅酮等級具有良好的熱疲勞性能。

熱膨脹系數(shù)越小，變形越小，變形阻力越小，斷裂強度越高，在相同熱循環(huán)下的使用壽命越長。馬氏體不銹鋼1Cr17 的疲勞壽命最長，而奧氏體不銹鋼（例如0Cr19Ni9、0Cr23Ni13、2Cr25Ni20）的疲勞壽命最短。此外，鑄件比鍛造產(chǎn)品更容易遭受熱疲勞。在室溫下，107 疲勞強度是抗張強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比，在從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)，疲勞強度的差異較小[2]。

3 沖擊韌性

承受沖擊載荷的材料的載荷變形曲線中包括的面積稱為沖擊韌性。對于鑄造馬氏體時效不銹鋼，鎳含量為5%會降低沖擊韌性。增加鎳含量可以提高鋼的強度和韌性，但是當(dāng)鎳含量超過8%時，強度和韌性值會再次下降。在馬氏體鉻鑷子不銹鋼中添加鉬后，可以提高鋼的強度并保持其韌性。

增加鐵素體不銹鋼中的鉬含量可以提高強度，但是缺口敏感性也提高，韌性降低。在奧氏體不銹鋼中，具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的韌性（室溫韌性和低溫韌性），并且適用于室溫和低溫下的各種鋼種。在環(huán)境中使用它。在具有穩(wěn)定的奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼的情況下，可以通過添加鎳來進一步提高韌性。

雙相不銹鋼的沖擊韌性隨著鎳含量的增加而增加。通常，在a+r2 相區(qū)域中，沖擊韌性在160-200J 范圍內(nèi)穩(wěn)定。

4 拉伸試驗

為了防止熱量在切割過程中進入，采用了節(jié)水方法。在測試過程中，使用應(yīng)變測量工具將兩個應(yīng)變儀（bx120-3aa）連接到樣品的兩個表面。使用應(yīng)變儀（S31）以相等的時間間隔收集應(yīng)變值。獲得了材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。測試速度為1mm/min。如果應(yīng)變?yōu)?．02-0．05，應(yīng)變儀將從零件表面掉落，并且應(yīng)變儀在測試期間會過早失效，因此無法獲得任何數(shù)據(jù)。將每個輪廓的有效數(shù)據(jù)取平均值，以獲得不銹鋼材料的拉伸性能參數(shù)。表中的數(shù)據(jù)是有效測試數(shù)據(jù)的平均值。在表中，CHS 是圓形管截面，RHS 是矩形管截面，SHS 是方形管截面，P 是退火的不銹鋼板。可以看出，不銹鋼的初始彈性模量類似于普通低碳鋼的約2．0×105。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每個樣品的標稱屈服應(yīng)力顯著不同，根據(jù)樣品的厚度，出現(xiàn)了方管80mm4mm 構(gòu)件的最大值（495．77mpa），并且出現(xiàn)了退火的不銹鋼板樣品的最小值（286．16mpa）。它趨于增加，每個樣品的固化指數(shù)n 不同，但是大多數(shù)樣品的固化指數(shù)不同。結(jié)果表明，樣品的固化指數(shù)在范圍內(nèi)，極限抗拉強度沒有顯著差異。平均為773．06mpa。另外，EN1993-1-4:2006《歐洲不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》提供了厚度小于6 毫米的1．4301（對應(yīng)304）冷軋鋼板。標稱屈服強度為230MPa，類似于退火不銹鋼板的測試值（p-tf），但類似于：表面是相似的。可以看出，在零件生產(chǎn)中，冷加工可以顯著提高材料的強度[3]。

5 結(jié)語

本文綜述了不銹鋼材料的結(jié)構(gòu)模型和不銹鋼角鋼的力學(xué)性能，并對國產(chǎn)304 不銹鋼材料進行了實驗研究。