余佳睿

許昌市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心 河南許昌 461000

由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)外墻建設(shè)的需求正在增加。具有良好的機(jī)械性能，完美的表面裝飾和耐腐蝕性的不銹鋼已被廣泛用于建筑業(yè)。但是，目前在建筑領(lǐng)域?qū)Σ讳P鋼材料的研究還不夠深入，還沒(méi)有指導(dǎo)不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)規(guī)范。不銹鋼是一種用于結(jié)構(gòu)目的的新型材料，是一種復(fù)雜的合金材料。其機(jī)械性能與低碳鋼非常不同。它具有非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，低速極限，比各向異性和表觀應(yīng)變硬化特性。本文回顧了國(guó)外對(duì)不銹鋼材料性能的研究結(jié)果。通過(guò)比較分析，我們選擇了一個(gè)可以反映不銹鋼非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的方程。然后，對(duì)國(guó)產(chǎn)奧氏體304 不銹鋼進(jìn)行了一系列材料力學(xué)性能測(cè)試，以證實(shí)該表達(dá)方式對(duì)國(guó)產(chǎn)不銹鋼材料的適用性。

1 國(guó)外不銹鋼材料力學(xué)性能研究現(xiàn)狀

當(dāng)前在建筑行業(yè)中使用的大多數(shù)不銹鋼零件是冷彎不銹鋼管（圓形和矩形）。冷彎不銹鋼管按其成型方法可分為冷彎管和軋制管。冷彎管直接將不銹鋼板彎曲成所需的圓管，方管或矩形管，然后進(jìn)行焊接。在壓力管的制造過(guò)程中，鋼帶依次穿過(guò)多個(gè)輥，并且由輥形成的橫截面的轉(zhuǎn)彎半徑依次減小。到達(dá)設(shè)計(jì)部分時(shí)，將使用氬弧焊。方形矩形管的橫截面基于管段，并通過(guò)一對(duì)矩形滾子投影為正方形或矩形。研究不銹鋼方管和圓管軋制的力學(xué)性能。由于冷加工的影響，不銹鋼零件的機(jī)械性能存在一定的差異，特別是在方管的拐角區(qū)域，受冷加工影響最大[1]。

2 疲勞強(qiáng)度

高溫疲勞是材料由于反復(fù)的應(yīng)力變化而在高溫下破裂的過(guò)程。研究表明，在一定的高溫下，108 倍的高溫疲勞強(qiáng)度是該溫度下高溫抗拉強(qiáng)度的1/2。

熱疲勞是指加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過(guò)程，當(dāng)溫度變化并受外部約束時(shí)，由于自膨脹和收縮變形而在材料中產(chǎn)生應(yīng)力。并且會(huì)損壞材料。如果快速重復(fù)加熱和冷卻，則來(lái)自沖擊的應(yīng)力會(huì)施加到應(yīng)力上，從而導(dǎo)致應(yīng)力比平時(shí)更大，并且某些材料會(huì)變成脆性斷裂。這種現(xiàn)象稱為熱沖擊。熱疲勞和熱沖擊是相似的現(xiàn)象，但是前者主要伴隨著大的塑性變形，而后者的破壞主要是脆性斷裂。

不銹鋼的成分和熱處理?xiàng)l件影響高溫疲勞強(qiáng)度。特別是當(dāng)碳含量增加時(shí)，高溫疲勞強(qiáng)度顯著增加，并且固溶熱處理溫度也具有很大的影響。通常，鐵素體不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，在高溫下具有良好伸長(zhǎng)率的高硅酮等級(jí)具有良好的熱疲勞性能。

熱膨脹系數(shù)越小，變形越小，變形阻力越小，斷裂強(qiáng)度越高，在相同熱循環(huán)下的使用壽命越長(zhǎng)。馬氏體不銹鋼1Cr17 的疲勞壽命最長(zhǎng)，而奧氏體不銹鋼（例如0Cr19Ni9、0Cr23Ni13、2Cr25Ni20）的疲勞壽命最短。此外，鑄件比鍛造產(chǎn)品更容易遭受熱疲勞。在室溫下，107 疲勞強(qiáng)度是抗張強(qiáng)度的1/2。與高溫下的疲勞強(qiáng)度相比，在從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)，疲勞強(qiáng)度的差異較小[2]。

3 沖擊韌性

承受沖擊載荷的材料的載荷變形曲線中包括的面積稱為沖擊韌性。對(duì)于鑄造馬氏體時(shí)效不銹鋼，鎳含量為5%會(huì)降低沖擊韌性。增加鎳含量可以提高鋼的強(qiáng)度和韌性，但是當(dāng)鎳含量超過(guò)8%時(shí)，強(qiáng)度和韌性值會(huì)再次下降。在馬氏體鉻鑷子不銹鋼中添加鉬后，可以提高鋼的強(qiáng)度并保持其韌性。

增加鐵素體不銹鋼中的鉬含量可以提高強(qiáng)度，但是缺口敏感性也提高，韌性降低。在奧氏體不銹鋼中，具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的韌性（室溫韌性和低溫韌性），并且適用于室溫和低溫下的各種鋼種。在環(huán)境中使用它。在具有穩(wěn)定的奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼的情況下，可以通過(guò)添加鎳來(lái)進(jìn)一步提高韌性。

雙相不銹鋼的沖擊韌性隨著鎳含量的增加而增加。通常，在a+r2 相區(qū)域中，沖擊韌性在160-200J 范圍內(nèi)穩(wěn)定。

4 拉伸試驗(yàn)

為了防止熱量在切割過(guò)程中進(jìn)入，采用了節(jié)水方法。在測(cè)試過(guò)程中，使用應(yīng)變測(cè)量工具將兩個(gè)應(yīng)變儀（bx120-3aa）連接到樣品的兩個(gè)表面。使用應(yīng)變儀（S31）以相等的時(shí)間間隔收集應(yīng)變值。獲得了材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。測(cè)試速度為1mm/min。如果應(yīng)變?yōu)?．02-0．05，應(yīng)變儀將從零件表面掉落，并且應(yīng)變儀在測(cè)試期間會(huì)過(guò)早失效，因此無(wú)法獲得任何數(shù)據(jù)。將每個(gè)輪廓的有效數(shù)據(jù)取平均值，以獲得不銹鋼材料的拉伸性能參數(shù)。表中的數(shù)據(jù)是有效測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。在表中，CHS 是圓形管截面，RHS 是矩形管截面，SHS 是方形管截面，P 是退火的不銹鋼板。可以看出，不銹鋼的初始彈性模量類似于普通低碳鋼的約2．0×105。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每個(gè)樣品的標(biāo)稱屈服應(yīng)力顯著不同，根據(jù)樣品的厚度，出現(xiàn)了方管80mm4mm 構(gòu)件的最大值（495．77mpa），并且出現(xiàn)了退火的不銹鋼板樣品的最小值（286．16mpa）。它趨于增加，每個(gè)樣品的固化指數(shù)n 不同，但是大多數(shù)樣品的固化指數(shù)不同。結(jié)果表明，樣品的固化指數(shù)在范圍內(nèi)，極限抗拉強(qiáng)度沒(méi)有顯著差異。平均為773．06mpa。另外，EN1993-1-4:2006《歐洲不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》提供了厚度小于6 毫米的1．4301（對(duì)應(yīng)304）冷軋鋼板。標(biāo)稱屈服強(qiáng)度為230MPa，類似于退火不銹鋼板的測(cè)試值（p-tf），但類似于：表面是相似的。可以看出，在零件生產(chǎn)中，冷加工可以顯著提高材料的強(qiáng)度[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了不銹鋼材料的結(jié)構(gòu)模型和不銹鋼角鋼的力學(xué)性能，并對(duì)國(guó)產(chǎn)304 不銹鋼材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。