分析温度对钢材的影响
2020-08-06 09:17 陕西钢结构 华邦建设
钢材的性能受温度的影响十分明显，下图给出了低碳钢在不同正温下的单调拉伸试验结果。由图中可以看出，在150℃以内，钢材的强度、弹性模量和塑性均与常温相近，变化不大。但在250℃左右，抗拉强度有局部性提高，伸长率和断面收缩率均降至最低，出现了所谓的蓝脆现象。显然钢材的热加工应避开这一温度区段。在300℃以后，强度和弹性模量均开始显著下降,塑性显著上升,达到600℃时,强度几乎为零,塑性急剧上升,钢材处于热塑性状态。
钢材具有一定的抗热性能,但不耐火,一旦钢结构的温度达600℃及以上时,会在瞬间因热塑而倒塌。因此受高温作用的钢结构,应根据不同情况采取防护措施：当结构可能受到炽热熔化金属的侵害时,应采用砖或耐热材料做成的隔热层加以保护;当结构表面长期受辐射热达150℃以上或在短时间内可能受到焰作用时,应采取有效的防护措施。防火是钢结构设计中应考虑的一个重要名问题,通常按国家有关防火的规范或标准,根据钢结构建筑的防火等级对不同构件所要求的耐火极限进行设计,选择合适的防火保护层。
当温度低于常温时,随着温度的降低,钢材的强度提高,而塑性和韧性降低,逐渐变脆,称为钢材的低温冷脆。钢材的冲击韧性对温度十分敏感,下图给出了冲击韧性与温度的关系。图中实线为冲击功随温度的变化曲线,虚线为试件断口中晶粒状区所占面积随温度的变化曲线,温度T也称为NDT,为脆性转变温度或零塑性转变温度,在该温度以下,冲击试件断口由100%晶粒状组成,表现为完全的脆性破坏。温度T也称FTP,为全塑性转变温度,在该温度以上,冲击试件的断口由100%纤维状组成,表现为完全的塑性破坏。温度由T2向T1降低的过程中,钢材的冲击功急剧下降,试件的破坏性质也从韧性变为脆性,故称该温度区间为脆性转变温度区。冲击功曲线的反弯点对应的温度T0称为转变温度。不同牌号和等级的钢材具有不同的转变温度区和转变温度，均应通过试验来确定。
在直接承受动力作用的钢结构设计中，为了防止脆性破坏，结构的工作温度应大于T1接近T0，可小于T2。但是T1、T2和T0的测量是非常复杂的，对每一炉钢材，都要在不同的温度下做大量的冲击试验并进行统计分析才能得到。为了工程实用，根据大量的使用经验和试验资料的统计分析，我国有关标准对不同牌号和等级的钢材，规定了在不同温度下的冲击韧性指标。只要钢材在规定的温度下满足这些指标，那么就可按《规范》的有关规定，根据结构所处的工作温度，选择相应的钢材作为防脆断措施。
