H型钢不同位置及不同类型试样对拉伸试验结果的影响

(马钢检测中心, 马鞍山 243000)

H型钢有SS,SM,SN等多种规格，因具有抗震和相对轻便等优点而受到越来越多的关注。国家体育场、港珠澳大桥等世界瞩目的建筑均使用大量的H型钢作为梁或支架，因此H型钢的质量也成为整个建筑质量的重中之重。

对于H型钢力学性能的测试，不同位置所取试样的测试结果会有所不同。因此拉伸试样的取样部位及加工尺寸在国内外相关标准中均有明确规定。JIS G0416: 2006《钢及钢产品 力学性能试样取样位置及试样制备》中第A.2.1 b)条规定对于法兰宽度小于150 mm的H型钢，可以从筒体采集测试试样即腹板取样；GB/T 2975-2018[1]也较1998版增加了“对于翼缘无倾斜且大于150 mm的产品应从翼缘取拉伸试样”的内容。

为了更好地研究H型钢产品的力学性能，深入了解不同类型试样对拉伸试验结果的影响，笔者针对不同牌号、不同规格的H型钢分别在翼缘和腹板取样，并按照JIS G0416: 2006，JIS Z 2241: 2011《金属材料拉伸试验方法》的要求加工成1A和1B试样进行了对比试验。

1 试样制备

选取牌号为SS400和SM490B相同规格的H型钢各两根,并对其进行编号。对于翼缘宽度为300 mm的试样，分别制备1A及1B试样各3个。对于翼缘宽度为100 mm的试样，在腹板取样加工成1A和1B试样各3个，由于翼缘宽度较窄，只取1B试样3个；具体制样方案见表1，拉伸试样宏观形貌见图1，各试样尺寸见表2。

2 试验设备

使用德国Zwizk公司的Z1200Y型材料试验机进行拉伸试验，该设备配备有双肩平板夹具、0.5级轴向引伸计以及0.5级载荷传感器。拉伸试验机参数设置同时符合国标及日标要求。在弹性范围至上屈服阶段，应力速率设置为15 MPa·s-1；在塑性变形范围至规定强度，应变速率设置为0.001 5 s-1，平行长度内的应变速率应尽可能保持恒定；测定屈服强度或者塑性延伸强度之后，应变速率设置为0.006 s-1。

表1 H型钢拉伸试验制样方案Tab.1 Sample preparation scheme for tensile test of H steel section

图1 H型钢拉伸试样的宏观形貌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型钢拉伸试样的尺寸Tab.2 Size of tensile samples of H steel section

续表2

注:a01,a02,a03为厚度实测值；b01,b02,b03为宽度实测值。

图2 H型钢试样拉伸断裂后的宏观形貌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 试验结果与讨论

拉伸断裂后试样的宏观形貌如图2所示，各试样测试结果如表3所示。可以看出同一取样部位、同一类型试样的上屈服强度、抗拉强度、断后伸长率基本相同。对于取自翼缘的试样，其断后伸长率由于横截面积不同会有所差别。根据Oliver公式，即

(1)

式中：A为断后伸长率；S0为试样原始横截面积；L0为试样原始标距长度；α、m为材料相关系数。

可知1A试样的断后伸长率约为1B试样的1.1倍。该试验所得数据与Oliver公式计算结果基本一致，但腹板1A，1B试样的屈服强度及抗拉强度均比翼缘试样的高，尤其是腹板试样的屈服强度明显高于翼缘试样的。从轧制工艺来看，在截面相同时，流到腹板或淤积在腹板上的冷却水比翼缘上的多，腹板的冷却速度快，获得的组织较细，因此强度比翼缘的高，可见试验结果也与轧制工艺相吻合。

表3 H型钢试样拉伸试验结果Tab.3 Tensile test results of H steel section samples

4 结论

H型钢腹板试样无论是1A还是1B试样，其屈服强度及抗拉强度均明显比翼缘试样的高；拉伸试样应该尽可能在H型钢的翼缘部位取样，当试样宽度受限时则采用1B试样，测得的结果较腹板试样更具有代表性。