结构钢厚板低温冲击韧性试验研究

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1、结构钢厚板低温冲击韧性试验研究王元清1，胡宗文1，石永久1，周晖1，陈宏2(1.清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室，北京100084;2.清华大学建筑设计研究院，北京100084)摘要:随着结构钢厚板厚度的增大，其韧性性能会变差，特别是在低温环境中更加明显，针对该问题进行了钢厚板冲击韧性的深入研究。对60～150mm厚的钢板进行了低温下的冲击韧性试验，并且利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析，得到不同试验条件下的韧脆转变温度及其变化规律。结果显示:钢厚板的冲击韧性随温度降低，板厚增

2、大以及沿板厚度方向由表面到中心的位置变化而降低;结构钢厚板脆性特征明显，要引起足够重视。关键词:结构钢厚板;低温;冲击试验;韧脆转变温度;中心偏析TestingtheimpactresistanceofthickstructuralsteelplateatlowtemperaturesWANGYuan-qing1，HUZong-wen1，SHIYong-jiu1，ZHOUHui1，CHENHong2(1．KeyLaboratoryofCivilEngineeringSafetyandDurabilit

3、yofChinaEducationMinistry，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China;2．ArchitecturalDesignandResearchInstitute，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract:Asthicknessincreases，impactresistancedeteriorates，especiallyinlow-temperatureenvironments．Therefor

4、e，theimpactresistanceofthicksteelplateshouldbeinvestigated．Anexperimentalstudywasconductedtodeterminetheimpactresistanceof60～150mmthickplateatlowtemperatures．Theresultsshowedthatimpactresistancereduceswithreductionsintemperature，increasesinthickness，and

5、changesinthedistancefromthesurfacetothecenteralongthethicknessdirection．RegressionanalysiswiththeBoltzmannequationwasalsoinvestigated，derivingtheductile-brittletransitiontemperatureunderdifferentconditions，givenvariationsinplatethicknessandcenterpoint．T

6、hetestsclearlyverifiedthebrittlefeaturesofthickstructuralsteelplate．Thisrequiresfurtherattentionbydesigners．Keywords:structuralsteelthickplate;lowtemperature;impacttoughnesstest;ductile-brittletransitiontemperature;centralsegregation目前，结构钢厚板使用越来越广泛，包括超高

7、层及大跨建筑等随着板厚的增大，钢板的应力应变状态、应力集中等因素迅速恶化。而冶金工艺的现状，不可避免的会导致厚板的中心偏析，位于中心部位的碳、磷、硫、锰等元素集聚变化而使含量突然升高(成分出格)，使得厚板增加了裂纹和疏松的敏感性，降低了韧性［1］。另一方面，我国拥有大面积的寒冷地区，低温会降低钢材的韧性性能，低温脆断现象更加不能忽视。基于上述情况，结构钢厚板的脆性断裂研究很有意义。本文采用了结构钢厚板低温下冲击韧性的试验研究。冲击韧性指标虽然目前仍难于给出是否安全的有效评价，不能直接代替断裂韧性试验指

8、标，但因为其材料能量指标的测定比较容易，试验结果也较为丰富成熟［2］，因此目前仍旧有很多规范采用了冲击韧性判据指标，如我国的钢结构设计规范(GB50017-2003)［3］就对低温环境中结构所用钢材的冲击韧性指标进行了规定，以防止脆性断裂破坏的发生在一定条件下，冲击韧性判据指标和断裂力学指标存在着一定对应关系，因此在基于断裂力学的缺陷评价方法中,传统的能量指标仍旧作为断裂力学方法的重要辅助手段和替代手段。试验要求在钢厚板厚度方向的不同位置取样，同时设置不