摘要：伴随科学技术的迅猛发展，现如今对于钢结构建筑材料的性能检测水平不断提升，这为钢铁企业带来了机遇，同时带来产品质量高要求的挑战。钢材硬度检验工作，除按标准检验外，还需不断创新检验方法，提高检验技术。然而，钢材硬度检测由于方法不同而各有千秋，本文将各自分析这些检测方法的利弊，对钢材硬度检测技术的应用及发展前景进行阐释，并着重对应用最为广泛的“里氏硬度”法展开实例分析，以期获得新思路。
关键词：钢结构；建筑材料；力学性能；硬度检测
引言
很多钢结构设施需要对其硬度进行检测，验证其能否继续安全使用。钢材硬度是钢材力学性能指标最重要的一项，必须要着力检验。而硬度检测技术能够保护钢构件，几乎不会产生任何不良影响。
一、硬度检测技术
硬度检测技术主要指借助设备仪器为导向实施硬度形式的检测，在提升检测精度的同时，还可对以往检测方式伴有的损伤性进行把控，确保设备具体结构、工艺、材料以及介质等得到深度检测。此外，该技术以不破坏设备结构为其突出特征，可针对容器内部相应的微观结构做到正确检测，从而明确内部腐蚀、焊接以及运作状况，为后续维修工作夯实基础。通常硬度检测涵盖了超声波、磁粉检测、射线以及渗透检测等，其中射线检测以及超声波检测较为常用。实际应用需要以容器特征为导向进行检测形式的切实选取。
二、常见检测方法原理及比较
1.里氏硬度法
里氏硬度法在1978年被发明，原理是用一定质量的冲击物体在弹力的作用下以一定速度垂直冲击试样表面，计算回弹速度和冲击速度的比值，由此套入公式可以得到钢构件的硬度大小。该方法是目前最常用的硬度检测方法，其具有所用仪器体积小，操作方便，适合随时随地检测的特性，可以提高工作的效率。但是由于里氏硬度法的后续计算目前还没有明确的规范，所以不同施工单位计算出来的结果可能不一致。同时对于火灾后的钢材硬度测定，里氏硬度法也是没有用武之地的。
2.维氏硬度法
维氏硬度法创立于1924年，通过金刚石材质的压头施加一定的压力压入试件，测量压痕的对角线长度等数据，之后经过相应计算得到维氏硬度。由于创立时间较早，所以该方法使用较为广泛、成熟，精度也比较准确。但是该方法不能算是“硬度检测”，因为会在构件表面形成难以愈合的压痕，对钢材材质造成不可逆转的损害，很可能导致检测后的钢材硬度大大降低，从而影响建筑质量。
3.布氏硬度法
布氏硬度是表示材料硬度的一种标准。由瑞典人布纳瑞（J.A.Brinell）首先提出，故称布氏硬度，通过布氏硬度计测定。布氏硬度测量法适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材，不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。
4.洛氏硬度法
洛氏硬度（HR）测试是以压痕塑性变形深度来确定硬度值的指标，以0.002毫米作为一个硬度单位。在洛氏硬度试验中采用不同的压头和不同的试验力，会产生不同的组合，对应于洛氏硬度不同的标尺。常用的有3个标尺，其应用涵盖了几乎所有常用的金属材料。
三、钢材硬度检测方法及回归分析
1.实验研究
选择钢结构中最经常使用的钢材Q235和Q345进行研究分析，同时试料的厚度也是在建筑施工中最常使用的6、8、10等。主要的实验步骤分为6步：第一：把所选用的钢材按照拉伸试验的要求来加工，使得钢材的长度和宽幅分别达到50cm和3cm。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二：对完成拉伸试验的钢材表面进行打磨和抛光，在打磨过程中注意表面的粗糙程度，要求在打磨过程中进行不少于5次的粗糙度检测，最后取平均值计算。第三：对完成打磨过程的钢材进行化学成分分析，有条件的施工单位可以使用光谱仪来准确得知钢材中不同元素的含量。第四：使用经过校准的里氏硬度分析仪来对钢材表面进行硬度测试。第五：经过多次测量得到试样的里氏硬度和抗拉强度，其中抗拉强度可以通过拉力试验机进行测试得到。第六：使用各种各样的数理统计手段，来分析钢材表面硬度和钢材硬度之间呈现的关系，并且最后使用回归分析法进行数据的拟合。
2.回归分析
回归分析的前提条件就是实验产生大量有效的数据，再对这些数据进行集合汇总，一般采用统计学的方法。在实验过程当中，人们发现钢材的抗拉强度和碳元素含量呈现正相关关系、和硫元素含量呈现负相关关系，也就是说含碳量高的钢材抗拉强度会高于含硫量高的钢材，但是碳含量过高又影响到钢材的延展性。此外，根据相关数据进行回归方程的建立，也能够得到与之一致的结果，当然还需要把回归分析的结果运用到实际工程中来。
回归分析得到的另一个结果就是：钢材的抗拉强度和里氏硬度值成正相关关系。不过在相同的实验条件下，相同的里氏硬度值的钢材的抗拉强度也有所差别。这是企业的生产原因造成的，大企业生产的钢材与小企业生产的相比，二者相同里氏硬度值，但是前者抗拉强度明显高于后者。原因是生产工艺的不同，导致钢材表面品质虽然都能符合国家标准，但是钢材内部的品质差异极大。小企业生产的钢材内部各层面硬度分布不均，导致非正规企业生产的钢材内部致密性不好，相应地抗拉强度也很低。
四、实例分析
1.工程概览
某钢厂的既有钢结构设备由于年代久远需要检测，该钢结构主体为2层钢框架结构的教学楼。房屋平面图大致是正方形，总长度72.0m。中间无分缝，楼盖采用压型钢板现浇筑钢筋混凝土上组合钢楼板，楼顶采用的是轻质钢构架。由于国家组织对各钢厂的基础设施进行安全性检查，所以本次钢结构钢材硬度检测分析目的就是为了保证该厂的正常运转。
2.检测鉴定主要内容
（1）钢结构主楼外观尺寸检测
现场检查的值显示该主楼外观没有明显的倾斜、变形。同时没有因为地基的不均匀沉降带来的主体结构失衡。主要钢构件的锈蚀程度也不高，完全可以符合国家安全标准。钢结构楼梯主要是螺栓连接，现场检查后发现大部分螺栓连接处都保持良好，基本没有松动和脱落的问题，同时对于有松动的螺丝进行加固操作。
（2）钢材硬度检测
运用最常用的里氏硬度检测方法，对钢构件的里氏硬度进行抽查。此处里氏硬度检测运用D型冲击头，同时对抽查部位的钢结构构件进行抛光处理。最后的检测结果显示所有抽检部位的钢构件硬度都满足原设计的承载需求。所以该钢厂钢构件质量合格，可以继续使用。
结语
如何将硬度检测的技术精确地实际应用在工程之中是当今面临的难题，尤其是现在年代久远的建筑质量问题层出不穷。对于它们的检测和加固迫在眉睫。钢材的硬度检测方法有很多种，目前最常用的是里氏硬度法，钢材的里氏硬度和硬度之间存在一定的关系。本文通过具体的实验方法和回归分析数据总结得出了相应的结论，希望广大钢材及建筑企业能够对之有效的推广。
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论文作者:刘言奇,王彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：硬度论文; 钢材论文; 里氏论文; 钢结构论文; 抗拉强度论文; 表面论文; 检测方法论文; 《基层建设》2019年第19期论文;