H型鋼不同位置及不同類型試樣對拉伸試驗結果的影響

(馬鋼檢測中心, 馬鞍山 243000)

H型鋼有SS,SM,SN等多種規格，因具有抗震和相對輕便等優點而受到越來越多的關注。國家體育場、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型鋼的質量也成為整個建筑質量的重中之重。

對于H型鋼力學性能的測試，不同位置所取試樣的測試結果會有所不同。因此拉伸試樣的取樣部位及加工尺寸在國內外相關標準中均有明確規定。JIS G0416: 2006《鋼及鋼產品 力學性能試樣取樣位置及試樣制備》中第A.2.1 b)條規定對于法蘭寬度小于150 mm的H型鋼，可以從筒體采集測試試樣即腹板取樣；GB/T 2975-2018[1]也較1998版增加了“對于翼緣無傾斜且大于150 mm的產品應從翼緣取拉伸試樣”的內容。

為了更好地研究H型鋼產品的力學性能，深入了解不同類型試樣對拉伸試驗結果的影響，筆者針對不同牌號、不同規格的H型鋼分別在翼緣和腹板取樣，并按照JIS G0416: 2006，JIS Z 2241: 2011《金屬材料拉伸試驗方法》的要求加工成1A和1B試樣進行了對比試驗。

1 試樣制備

選取牌號為SS400和SM490B相同規格的H型鋼各兩根,并對其進行編號。對于翼緣寬度為300 mm的試樣，分別制備1A及1B試樣各3個。對于翼緣寬度為100 mm的試樣，在腹板取樣加工成1A和1B試樣各3個，由于翼緣寬度較窄，只取1B試樣3個；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 試驗設備

使用德國Zwizk公司的Z1200Y型材料試驗機進行拉伸試驗，該設備配備有雙肩平板夾具、0.5級軸向引伸計以及0.5級載荷傳感器。拉伸試驗機參數設置同時符合國標及日標要求。在彈性范圍至上屈服階段，應力速率設置為15 MPa·s-1；在塑性變形范圍至規定強度，應變速率設置為0.001 5 s-1，平行長度內的應變速率應盡可能保持恒定；測定屈服強度或者塑性延伸強度之后，應變速率設置為0.006 s-1。

表1 H型鋼拉伸試驗制樣方案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

續表2

注:a01,a02,a03為厚度實測值；b01,b02,b03為寬度實測值。

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 試驗結果與討論

拉伸斷裂后試樣的宏觀形貌如圖2所示，各試樣測試結果如表3所示。可以看出同一取樣部位、同一類型試樣的上屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率基本相同。對于取自翼緣的試樣，其斷后伸長率由于橫截面積不同會有所差別。根據Oliver公式，即

(1)

式中：A為斷后伸長率；S0為試樣原始橫截面積；L0為試樣原始標距長度；α、m為材料相關系數。

可知1A試樣的斷后伸長率約為1B試樣的1.1倍。該試驗所得數據與Oliver公式計算結果基本一致，但腹板1A，1B試樣的屈服強度及抗拉強度均比翼緣試樣的高，尤其是腹板試樣的屈服強度明顯高于翼緣試樣的。從軋制工藝來看，在截面相同時，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，因此強度比翼緣的高，可見試驗結果也與軋制工藝相吻合。

表3 H型鋼試樣拉伸試驗結果Tab.3 Tensile test results of H steel section samples

4 結論

H型鋼腹板試樣無論是1A還是1B試樣，其屈服強度及抗拉強度均明顯比翼緣試樣的高；拉伸試樣應該盡可能在H型鋼的翼緣部位取樣，當試樣寬度受限時則采用1B試樣，測得的結果較腹板試樣更具有代表性。