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H型鋼有SS，SM，SN等多種規(guī)格，因具有抗震和相對輕便等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)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(zhì)量也成為整個建筑質(zhì)量的重中之重。

對于H型鋼力學(xué)性能的測試，不同位置所取試樣的測試結(jié)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(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.2.1b)條規(guī)定對于法蘭寬度小于150mm的H型鋼，可以從筒體采集測試試樣即腹板取樣；GB/T 2975-2018也較1998版增加了“對于翼緣無傾斜且大于150mm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拉伸試驗結(jié)果的影響，筆者針對不同牌號、不同規(guī)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(guī)格的H型鋼各兩根，并對其進行編號。對于翼緣寬度為300mm的試樣，分別制備1A及1B試樣各3個。對于翼緣寬度為100mm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。

表1 H型鋼拉伸試驗制樣方案

圖1 H型鋼拉伸試樣的宏觀形貌

表2 H型鋼拉伸試樣的尺寸

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

2、試驗設(shè)備

使用德國Zwizk公司的Z1200Y型材料試驗機進行拉伸試驗，該設(shè)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(shù)設(shè)置同時符合國標(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15MPa·s-1；在塑性變形范圍至規(guī)定強度，應(yīng)變速率設(shè)置為0.0015s-1，平行長度內(nèi)的應(yīng)變速率應(yīng)盡可能保持恒定；測定屈服強度或者塑性延伸強度之后，應(yīng)變速率設(shè)置為0.006s-1。

3、試驗結(jié)果與討論

拉伸斷裂后試樣的宏觀形貌如圖2所示，各試樣測試結(jié)果如表3所示。

圖2 H型鋼試樣拉伸斷裂后的宏觀形貌

表3 H型鋼試樣拉伸試驗結(jié)果

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(jù)Oliver公式，即

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(biāo)距長度；α、m為材料相關(guān)系數(shù)。

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(shù)據(jù)與Oliver公式計算結(jié)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(jié)果也與軋制工藝相吻合。

4、結(jié)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(yīng)該盡可能在H型鋼的翼緣部位取樣，當(dāng)試樣寬度受限時則采用1B試樣，測得的結(jié)果較腹板試樣更具有代表性。

作者：王曼娟，工程師，馬鋼檢測中心