上海应用技术大学金属新材料国家重点实验室
上海科技学院数理大学
概括
在材料试验机上完成了耐火钢在湿度100-600℃、温度600℃不同保温时间下的低温拉伸试验，并对试样断口微观形貌进行了分析。 测试结果表明，耐火钢在600℃时的屈服硬度满足设计硬度要求。
钢结构以其硬度高、可靠性好、重量轻、承载力强、施工方便、污染低等优点而广泛应用于建筑领域。 建筑结构中普通结构钢的硬度在温度达到400-500℃时开始显着增加，在600℃时失去大部分硬度。 耐火钢是用于钢结构建筑或小型高层建筑的高硬度低合金工程结构钢材。 在一定条件下具有耐火性和抗倒塌性。 通常规定在600℃，1～3小时内，其屈服硬度小于屈服温度。 硬度的2/3。 与普通钢相比，耐火钢具有良好的低温耐火度高强度与普通强度钢材钢框架设计对比分析，具有广阔的发展前景。 本文以耐火钢为研究对象，完成了材料在100-600℃和600℃不同保温时间下的拉伸试验，并通过扫描电镜观察了试样的断口形貌，并进行了分析不同水温下的断口形貌。 种类。
1 低温拉伸试验
参照GB/T228.2-2015《金属材料拉伸试验第2部分：低温试验方法》，设计样品半径为6.0mm的M12螺纹样品（图1）。 在材料试验机上完成耐火钢温度、低温100、200、300、400、500、600℃、600℃不同保温时间（20min、1h、2h、3h）的低温拉伸试验（图2）。 采用低温引伸计.42C-01进行应变检测，试验加载速度为2%应变前5×10-5应变率，屈服后5×10-4应变率。
图1 拉伸试样
a——试验设备； b——高温炉中的样品和引伸计。
图2 测试设备
2 测试结果与分析
每个测试温度完成3个样品的测试，取3个样品的算术平均值作为测试结果。 各温度下的拉伸曲线如图3所示，具体测试结果如表1所示。
1——室温； 2—200℃； 3—100℃； 4—300℃； 5—400℃； 6—500℃； 7—600℃。
图3 不同水温下的拉伸挠度-应变曲线
表耐火钢高温和低温拉伸试验结果
从图3可以看出，耐火钢的屈服硬度和延伸硬度随着温度的降低而逐渐降低，在500℃和600℃时增加尤为显着。
从表1试验结果可以看出，耐火钢的伸长率和断面收缩率随温度的降低变化不大，伸长率在22%～26.6%之间，断面收缩率介于 71.5% 至 79.6% 之间。 弹性挠度在室温至300℃之间变化不大，范围为180～，但在400℃后开始显着增加，在600℃时增加至。 耐火钢的屈服硬度在300℃之前变化不大，约为，400℃时增加到，600℃时增加到； 耐火钢的延伸硬度和屈服硬度表现出相同的变化规律。 耐火钢的设计要求是600℃时的屈服硬度为室温设计值的2/3，即，因此耐火钢的屈服硬度满足设计要求。
表2为耐火钢在600℃下不同保温时间的拉伸结果。 保持时间为20min、1h、2h、3h。 从表2结果可以看出，材料的屈服硬度、拉伸硬度、伸长率、断面收缩率和弹性挠度在不同保温时间下基本没有变化。 因此耐火钢在600℃时具有非常好的低温稳定性。
表2 600℃不同保温时间的拉伸试验结果
3 试件断口微观形貌分析
图4显示了样品在200℃、400℃和600℃温度下断裂表面的宏观形貌。 从图4可以看出，断口中心的金属碳化物被拉长，形成纤维区，断口由许多纤维“小峰”组成。 ”，各峰的小斜面与拉伸轴形成45°角，且样品的收缩率未达到100%，且未出现颈缩成点，说明试样中存在裂纹萌生。裂纹是塑性变形过程中微裂纹不断扩展、相互连接而产生的，纤维区形状为椭圆形，椭圆中心为破裂源，宏观形貌具有典型的纤维区断裂面中纤维区所占比例较大，且剪切唇较厚，图4中未发现辐射区，在拉伸过程中，裂纹从样品中心的纤维处开始。区域向外扩展，裂纹两侧整个区域发生了较大的塑性变形，产生了较大的剪切唇高强度与普通强度钢材钢框架设计对比分析，说明它们都是脆性断裂，材料的塑性相当好。在不同的水温下，样品的伸长率分别为23.7%、22.1%、24.9%和26.6%，温度对伸长率影响不大。 600℃样品的断裂面积大于其他三个样品，说明600℃样品的面积收缩率小于其他三个温度样品，塑性最好，缩颈是材料塑性变形的直接反映。 该值越大，材料的塑性越好。 因此，这种材料具有良好的塑性，随着温度的降低，样品的硬度降低。
a——室温； b—200℃； c—400℃； d—600℃。
图4 样品宏观断口形貌
图5为500倍温度、200℃、400℃和600℃样品断裂时SEM微断裂形貌。 从图5a和图5b可以看出，断裂韧窝的尺寸和深度基本相同。 因此，温度和200℃试样的拉伸热性能差别不大，韧窝的大小受第二相颗粒的尺寸和分布、形变硬化指数、显微组织和相对塑性的影响。材料本身。 然而，图5c和图5d中凹坑的深度和密度减小了。 这表明400℃和600℃样品与同温样品相比具有不同的热性能。 在相同应变速率下，温度通过影响材料的塑性和硬化指数来影响韧窝的规格； 随着温度降低，韧性和韧窝深度减小； 相同的应变率，韧窝半径相差不大。 同时，温度下降，降低了作为韧窝核心的第二相的驱动力，降低了韧窝的密度，提高了材料的塑性。
a——室温； b—200℃； c—400℃； d—600℃。
图5 样品500次断裂形貌
图6为2000倍温度、200℃、400℃和600℃样品断裂时SEM显微断口形貌。 从图6a可以看出，温度断裂中存在第二相，解理面较多，分布均匀，面积较小，在管壁上形成蛇形滑动、波纹、延伸区等特征。大酒窝。 当主偏转方向垂直时，在凹坑自由面上形成新的滑移，且初始滑移痕迹尖锐，继续滑移使其顺利发展成蛇形图案，从而成为波纹状、无特征区域； 200℃时的断裂情况与温度基本相同。 400℃试样断口的小解理面逐渐减小，韧窝数量逐渐减少。 小凹痕密集地分布在大凹痕周围。 在少数凹坑的顶部有尺寸为1-2μm的第二相。 第二相颗粒对韧窝的形核起着重要作用，在满足条件时成为韧窝的核心，但并不是所有的第二相都能产生韧窝的核心。 600℃时未见小解理面，可能是解理面消失或数量少、规格极小所致。 同时，韧窝深度较深，表明样品的塑性硬度在600℃时最佳。
a——室温； b—200℃； c—400℃； d—600℃。
图6 试件断裂SEM 2000倍照片
4 推论
1）耐火钢在600℃时屈服硬度为，超过的2/3，满足设计要求； 耐火钢在不同保温条件下1/3~3h，其屈服硬度等参数基本不发生变化，因此，耐火钢具有很好的低温稳定性。
2）样品在该温度和200℃时的断裂韧窝尺寸和深度基本相同，因此拉伸热性能相差不大； 600℃时样品的断裂韧窝深度较深，表明其塑性硬度最好。
来源：王连清，马文江，王红英. 级耐火钢低温热性能研究[J].钢结构,2019,34(11):110-112.
doi：10.13206/j。
