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以热轧H型钢为主的钢结构,其结构科学合理,稳定性高,抗震能力强,适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构,以及一些多地震发生带的建筑结构。但关于评估H型钢抗震能力理论依据的研究还很少,同时在H型钢产品方面,还缺少相应的抗震性能研究和适用的产品标准。建筑结构钢在交变地震载荷下的破坏属于高应变低周疲劳。为此,本文主要对马钢现行生产工艺条件下不同尺寸的热轧H型钢的抗震性能进了了评估,同时研究了合金成分上下限和不同轧制工艺对热轧H型钢高应变低周疲劳性能的影响,并结合金相组织观察、疲劳断口观察和透射电镜观察,对试验钢的低周疲劳性能进行了综合分析。
试验结果显示:现行生产条件下的不同尺寸的H型钢翼缘处的循环韧度在25J/cm-3左右,还处在较低的水平。由于采用了加VN微合金化,钥中的[N]含量较高,试验钢对应变时效较敏感。通过调整合金成分,采用V+Nb复合微合金化,用VFe代替VN,设计了上下限两种合金成分,通过实验室模拟热轧H型钢翼缘轧制,进行低周疲劳试验,结果表明,上限成分试样的循环韧度高于下限成分试样,达到了28.6J/cm-3,较不同尺寸的热轧H钢也有一定的提高,同时,试验钢应变时效不敏感。
采用优化的合金成分炼钢,通过正交设计,分析了钢坯的加热温度、950℃下的变形量以及终轧温度对H型钢低周疲劳性能的影响。结果表明,随着钢坯的加热温度的升高,微合金元素的作用发挥越充分,试验钢的循环韧度越高;由于终轧温度不一样,相应的待温时间也不一样,低的终轧温度,待温时间较长,在待温过程中,可能发生奥氏体晶粒的再结晶和长大现象。因此,终轧温度对试验结果的影响没有充分体现出来。结合实际生产情况,采用1250℃的钢坯加热温度,控制950℃以下变形量为50%左右,终轧温度在820~880℃范围内的轧制工艺,可以得到较高的循环韧度,获得低周疲劳性能较好的热轧H型钢。
通过疲劳断口扫描发现,疲劳微裂纹不仅在试样表面处形核,同时也在试样内部杂质处形核,然后通过不断的扩展形成微裂纹,许多微裂纹通过扩展连接形成宏观裂纹,最终导致材料断裂。