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分析溫度對(duì)鋼材的影響
2020-08-06 09:17 陜西鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
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(diào)拉伸試驗(yàn)結(jié)果。由圖中可以看出，在150℃以內(nèi)，鋼材的強(qiáng)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(qiáng)度有局部性提高，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均降至最低，出現(xiàn)了所謂的藍(lán)脆現(xiàn)象。顯然鋼材的熱加工應(yīng)避開(kāi)這一溫度區(qū)段。在300℃以后，強(qiáng)度和彈性模量均開(kāi)始顯著下降,塑性顯著上升,達(dá)到600℃時(shí),強(qiáng)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(jié)構(gòu)的溫度達(dá)600℃及以上時(shí),會(huì)在瞬間因熱塑而倒塌。因此受高溫作用的鋼結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)不同情況采取防護(hù)措施：當(dāng)結(jié)構(gòu)可能受到熾熱熔化金屬的侵害時(shí),應(yīng)采用磚或耐熱材料做成的隔熱層加以保護(hù);當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長(zhǎng)期受輻射熱達(dá)150℃以上或在短時(shí)間內(nèi)可能受到焰作用時(shí),應(yīng)采取有效的防護(hù)措施。防火是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的一個(gè)重要名問(wèn)題,通常按國(guó)家有關(guān)防火的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火等級(jí)對(duì)不同構(gòu)件所要求的耐火極限進(jìn)行設(shè)計(jì),選擇合適的防火保護(hù)層。
當(dāng)溫度低于常溫時(shí),隨著溫度的降低,鋼材的強(qiáng)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(duì)溫度十分敏感,下圖給出了沖擊韌性與溫度的關(guān)系。圖中實(shí)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(zhuǎn)變溫度或零塑性轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guò)程中,鋼材的沖擊功急劇下降,試件的破壞性質(zhì)也從韌性變?yōu)榇嘈?故稱該溫度區(qū)間為脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)。沖擊功曲線的反彎點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度T0稱為轉(zhuǎn)變溫度。不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材具有不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)和轉(zhuǎn)變溫度，均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。
在直接承受動(dòng)力作用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了防止脆性破壞，結(jié)構(gòu)的工作溫度應(yīng)大于T1接近T0，可小于T2。但是T1、T2和T0的測(cè)量是非常復(fù)雜的，對(duì)每一爐鋼材，都要在不同的溫度下做大量的沖擊試驗(yàn)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析才能得到。為了工程實(shí)用，根據(jù)大量的使用經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同牌號(hào)和等級(jí)的鋼材，規(guī)定了在不同溫度下的沖擊韌性指標(biāo)。只要鋼材在規(guī)定的溫度下滿足這些指標(biāo)，那么就可按《規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的工作溫度，選擇相應(yīng)的鋼材作為防脆斷措施。
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