分析溫度對鋼材的影響
2020-08-06 09:17 陜西鋼結構 華邦建設
鋼材的性能受溫度的影響十分明顯，下圖給出了低碳鋼在不同正溫下的單調拉伸試驗結果。由圖中可以看出，在150℃以內(nèi)，鋼材的強度、彈性模量和塑性均與常溫相近，變化不大。但在250℃左右，抗拉強度有局部性提高，伸長率和斷面收縮率均降至低，出現(xiàn)了所謂的藍脆現(xiàn)象。顯然鋼材的熱加工應避開這一溫度區(qū)段。在300℃以后，強度和彈性模量均開始顯著下降,塑性顯著上升,達到600℃時,強度幾乎為零,塑性急劇上升,鋼材處于熱塑性狀態(tài)。
鋼材具有一定的抗熱性能,但不耐火,一旦鋼結構的溫度達600℃及以上時,會在瞬間因熱塑而倒塌。因此受高溫作用的鋼結構,應根據(jù)不同情況采取防護措施：當結構可能受到熾熱熔化金屬的侵害時,應采用磚或耐熱材料做成的隔熱層加以保護;當結構表面長期受輻射熱達150℃以上或在短時間內(nèi)可能受到焰作用時,應采取有效的防護措施。防火是鋼結構設計中應考慮的一個重要名問題,通常按國家有關防火的規(guī)范或標準,根據(jù)鋼結構建筑的防火等級對不同構件所要求的耐火極限進行設計,選擇合適的防火保護層。
當溫度低于常溫時,隨著溫度的降低,鋼材的強度提高,而塑性和韌性降低,逐漸變脆,稱為鋼材的低溫冷脆。鋼材的沖擊韌性對溫度十分敏感,下圖給出了沖擊韌性與溫度的關系。圖中實線為沖擊功隨溫度的變化曲線,虛線為試件斷口中晶粒狀區(qū)所占面積隨溫度的變化曲線,溫度T也稱為NDT,為脆性轉變溫度或零塑性轉變溫度,在該溫度以下,沖擊試件斷口由100%晶粒狀組成,表現(xiàn)為完全的脆性破壞。溫度T也稱FTP,為全塑性轉變溫度,在該溫度以上,沖擊試件的斷口由100%纖維狀組成,表現(xiàn)為完全的塑性破壞。溫度由T2向T1降低的過程中,鋼材的沖擊功急劇下降,試件的破壞性質也從韌性變?yōu)榇嘈?故稱該溫度區(qū)間為脆性轉變溫度區(qū)。沖擊功曲線的反彎點對應的溫度T0稱為轉變溫度。不同牌號和等級的鋼材具有不同的轉變溫度區(qū)和轉變溫度，均應通過試驗來確定。
在直接承受動力作用的鋼結構設計中，為了防止脆性破壞，結構的工作溫度應大于T1接近T0，可小于T2。但是T1、T2和T0的測量是非常復雜的，對每一爐鋼材，都要在不同的溫度下做大量的沖擊試驗并進行統(tǒng)計分析才能得到。為了工程實用，根據(jù)大量的使用經(jīng)驗和試驗資料的統(tǒng)計分析，我國有關標準對不同牌號和等級的鋼材，規(guī)定了在不同溫度下的沖擊韌性指標。只要鋼材在規(guī)定的溫度下滿足這些指標，那么就可按《規(guī)范》的有關規(guī)定，根據(jù)結構所處的工作溫度，選擇相應的鋼材作為防脆斷措施。
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