提高H型钢性能的方法 H型钢作为结构用材料,广泛应用于高层建筑、工业厂房、码头、桥梁、地下巷道等大型工程。根据这些工程结构设计的要求,H型钢应具备如下性能: (1)良好的可焊性; (2)高的抗张强度和屈服强度; (3)高的抗疲劳强度; (4)良好的抗断裂韧性; (5)均匀的材料强度与塑性。 有关金属材料的研究告诉人们,提高H型钢性能的冶金途径主要有以下八条: (1)关于提高H型钢的强度,可以通过增加碳含量使珠光体量增加,从而达到提高材料抗张强度的目的。但为使材料不因碳含量提高而损害材料的可焊性和抗断裂强度,一般其碳含量上限不超过0.2%。 (2)向钢中添加合金元素,如硅、锰、铬、镍等,利用合金元素在铁素体中的固溶强化作用,也可显著提高金属材料的强度。但合金元素的加入也会使材料的可焊性变差,一般认为加入的合金元素总量应限定在1.5%以下。 (3)通过热处理,借助马氏体转变,可提高金属材料的强度和硬度。 (4)通过冷加工变形,提高金属晶体的位错密度,从而提高强度。 (5)铌、钒、钛等合金元素的沉淀硬化作用对铁素体晶粒直径的影响与终轧温度有关,终轧温度越低,晶粒直径越小,沉淀硬化作用越大,尤其是铌和钒。而且沉淀硬化可使金属材料的屈服强度提高,同时可以降低金属的脆性转变温度。金属的韧性很大程度上取决于其硫的含量和硫化物夹杂的种类。欲使钢材具有良好的韧性,其硫含量应控制在0.0029%以下,同时要控制硫化物和氧化物形状。 (6)通过晶粒再结晶,尤其是加入有利于晶粒细化的元素,如铌、钛、钒等,均可促使晶粒细化,使屈服强度提高,韧性改善。对铌而言,其大加入量为0.03%~0.04%。 (7)对H型钢而言,控制轧制是提高其性能的主要手段。世界各国的有关研究指出,对于普通碳素钢及低合金钢钢材,其性能主要取决于终轧温度、变形程度和晶粒尺寸。低的终轧温度可以提高其抗断裂强度。实验表明,终轧温度每低10℃,屈服强度可以增加13MPa,抗张强度增加10MPa。增加金属的变形程度有利于其韧性的提高。而微量合金元素的作用则是通过晶粒细化和沉淀硬化来使钢材强韧化。在H型钢轧制过程中,控制冷却是提高钢材性能的简单易行的办法。通常是控制精轧机前的冷却,使从粗轧机过来的轧件温度从大约1050~1100℃降到850℃,然后再送入精轧机轧制。从1050℃降到850℃,大约需要120s。通常采用气水冷却,喷雾时间与空冷时间为1∶3。冷却装置安放在粗轧机后的工作辊道旁,喷嘴在高度和宽度上可以调整。在精轧机后的冷却,对H型钢残余应力水平的控制更为关键。H型钢这时要从850℃降到80℃,大约需要110s。为使整个断面温度均匀降低,还要对H型钢的腿部进行冷却。通常也是采用喷雾冷却,同时在冷床上采用空冷,使其腰、腿温差变小。如控制不当,常常会出现腰部波浪或腿部波浪,或很大的残余内应力。总之,要使H型钢具有良好的外形和性能,就必须严格轧制工艺中的塑性形变,选择佳终轧温度和冷却速度。当以连铸坯为原料时,H型钢的性能将受到塑性变形程度、夹杂物分布、加热温度、终轧温度、冷却强度等因素的影响。 (8)用于建筑业的H型钢,通常采用低碳或碳合金钢。具体钢种则根据终用途而定。 马钢轧钢厂的生产工艺与设备 该轧钢厂以H型钢为主要产品,一期工程年产60万t,其中H型钢42万t。二期工程年产100万t;其中H型钢为82万t。全厂是采用世界H型钢新工艺组织生产,主要设备是从德国曼内斯曼·德马克·萨克公司、西门子公司和美国依太姆公司引进的。马钢轧钢厂这条H型钢生产线是中国目前生产H型钢装备水平好、自动化程度高的生产线。 这条生产线以连铸异形坯为原料,采用步进式加热炉加热,选择了二辊式大行程开坯机、粗轧机组可逆轧制和精轧成形工艺流程。在轧机上装有AGC辊缝自动控制系统和快速换辊装置。热锯采用计算机定位。冷床为液压步进式冷床,并预留了今后进行长尺冷却的位置。矫直机采用9辊式辊距可调悬臂矫直机。检查台后还配备了自动堆垛和打捆设备。全厂生产管理采用计算机控制。该厂无论工艺设备还是自动化程度均是当今世界上流的。 该厂的工艺装备特点是: 其坯料采用连铸异形坯和连铸矩形坯,采用连铸异形坯轧制H型钢是轧制H型钢的新工艺,它大大减少了轧制道次,变形均匀,轧制尺寸精度高。 该厂主体设备如轧机、热锯、矫直机等均是由德国德马克公司设计制造的,主辅传动电机和自动化控制系统是由德国西门子公司供应的,这些主体设备性能优良、操作方便。另外,该厂还从国外引进了相应技术软件,如辊缝零位自动调整技术(德国德马克公司专利)、UBS型钢轧制模拟系统软件和交流传动的矢量控制技术等,保证该厂从轧机调整、孔型设计到主辅传动各方面都处于世界水平。 该厂的计算机系统实现了从原料入厂到成品发货生产全过程的自动化管理。其计算机系统,保证了全厂经营管理、生产过程控制和工序操作始终处于受控佳状态,为提高企业效益提供了可靠保证。 莱钢H型钢厂的生产工艺与设备 该厂设备由日本新日铁和东芝公司提供。工艺操作设备总重11000t,其中轧线设备7560t。电气设备装机总容量为23176kW。该车间年生产能力为50万t,其中H型钢35万t。该车间总投资约为88821万元。 该车间采用短流程型钢生产工艺,从连铸开始,经热装、连轧、冷却、矫直、锯切、检查、堆垛、打捆等工序,是目前我国一条水平较高的型钢生产作业线。
H型钢的种类 根据使用要求及断面设计特性,通常H型钢分为两大类:一类是作为梁型建筑构件用的H型钢;另一类是作为柱型(或桩型)建筑构件的H型钢。作为梁型构件的H型钢,其高度与腿宽之比为2∶1~3∶1,其规格一般从100mm×50mm~900mm×300mm。作为柱型构件的H型钢,其高度与腿宽之比为1∶1,其规格一般从100mm×100mm~400mm×400mm。H型钢高度80~1100mm,腿宽46~454mm,腰厚2.9~78mm,单重6~1086kg/m。 H型钢的生产工艺 H型钢的轧制方法按历史的顺序,可大致分为以下3类: (1)利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制法; (2)利用一架轧机的轧制法; (3)利用多机架轧机的轧制法。 现代化H型钢生产方法 用多机架轧机轧制H型钢,这种方法在世界上已获得普遍采用,具体方法有格林法、萨克法、杰·普泼法等。 格林法 格林法的主要特点是采用开口式孔型,腰和腿部的加工是在开口式孔型中同时进行的。为有效地控制腿高和腿部加工的质量,格林认为立压必须作用在腿端,故把腿高的压缩放在与机架一起连轧的二辊式机架中进行。目前世界各国的轧边机多采用格林法。 采用格林法轧制H型钢其工艺大致如下:用初轧机或二辊式开坯机把钢锭轧成异形坯,然后把异形坯送往粗轧机和轧边机进行往复连轧,并在精轧机和轧边机上往复连轧成成品。格林法在进行立压时只是用水平辊与轧件腿端接触(腰部与水平辊不接触),这可使轧件腿端始终保持平直。这种方法其立辊多为圆柱形,而水平辊两侧略有斜度,在荒轧机组中,水平辊侧面有约9%的斜度。在精轧机组中水平辊侧面有2%~5%的斜度,不过精轧机组水平辊侧面斜度应尽量小,才能轧出平行的腿部。 1908年在美国伯利恒公司建的轧钢厂就是采用上述工艺流程,它由一架异形坯初轧机和两架紧接其后间距为90m的轧机所组成。每一架轧机包括一架机架和一架轧边机。 现代化的H型钢厂也广泛采用格林法设计。 萨克法 萨克法采用闭口式孔型,在此孔型中腿是倾斜配置的,为能后轧出平直腿部,必须在后一道中安置圆柱立辊的机架。萨克法的立压与格林法不同,它是把压力作用在腿宽方向上,而这容易引起轧件的移动,尤其是在闭口孔型中常常会因来料尺寸的波动,造成腿端凸出部分容易往外挤出形成耳子,影响成品质量。 在萨克法中的粗轧孔型,其水平辊侧面可采用较大斜度,这样可减少水平辊的磨耗,同时由于立辊是采用带锥度的,故可对腰腿同时进行延伸系数很大的压缩。这样可减少轧制道次和机架数量,有利于节约设备投资。 萨克法的主要工艺流程是:采用一架二辊式开坯机,将钢锭轧成具有工字形断面的异形坯,然后将异形坯送到由四辊机架和二辊立压机架所组成的可逆式连轧机组中进行粗轧,后在一架机架上轧出成品。荒轧机组水平辊侧面斜度为8%,中间机组水平辊侧面斜度为4%,在精轧机架中才将轧件腿部轧成平直,成品工字钢腿部斜度为1.5%左右。 杰·普泼法 杰·普泼法综合了格林法和萨克法的优点,即吸收了萨克法斜配孔型一次可获得较大延伸和格林法采用立压孔型便于控制腿宽的加工这两大优点。杰·普泼法的主要特点是荒轧采用萨克法斜配孔型,精轧采用格林法开口式孔型,在精轧轧机上首先用圆柱立辊和水平辊把腿部压平直,然后立辊离开,仅用水平辊压腿端,后在第二架精轧轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工。其工艺流程是:采用一架二辊可逆开坯机与两架串列布置的机架进行轧制,这架机架的水平辊带有7%的斜度,立辊锥度也为7%。在精轧轧机中,因工字钢品种的不同,孔型斜度也不一样,一般为1.5%~9%。在轧件通过第二个机架道次时,首先用柱形立辊把轧件腿部轧平直,然后在返回道次中立辊离开,仅用水平辊直压腿端。在后一架轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工成形。
H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面型材,因其断面与英文字母“H”相同而得名。由于H型钢的各个部位均以直角排布,因此H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点,已被广泛应用。 分类
H型钢分为
宽翼缘H型钢(HW)
中翼缘H型钢(HM)
窄翼缘H型钢(HN)
薄壁H型钢(HT)
H型钢桩(HU)
表示方法
高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼板厚度t2,如H型钢Q235、SS400200×200×8×12表示为高200mm宽200mm腹板厚度8mm,翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢,其牌号为Q235或SS400。热轧H型钢的表示方法。
H型钢分为宽翼缘H型钢(HW)、窄翼缘H型钢(HN)和H型钢桩(HU)三类。其表示方法为:高度H×宽度B×腹板厚度t1×翼板厚度t2,如H型钢Q235B、SS400200×200×8×12表示为高200mm宽200mm腹板厚度8mm,翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢,其牌号为Q235B或SS400。
常有人问到工字钢与H型钢形状相似,在实际运用中如何选择?很多从事多年建筑行业的人员都不能详解。
这里为大家做一个详尽的解答:很多人认为工字钢是国内的叫法,H型钢是国外的叫法,其实这个认知是错误的。H型钢和工字钢从形状上来说是不一样的工字钢如名所示,是一种“工”字形截面型钢,上下翼缘内表面有倾斜度,一般为1:6,使得翼缘外薄而内厚,因此造成工字钢在两个主平面的截面特性相差巨大,在应用中难以发挥刚才的强度特性。虽然工字钢市场上上也出现了加厚工字钢,但工字钢的结构已经决定了其抗扭性能短板。
H型钢是当今钢结构建筑中应用广泛的型材,它与工字钢相比有很多区别。首先是翼缘,其次翼缘内表面没有倾斜度,上下表面平行。H型钢的截面特性要明显优于传统的工字钢、槽钢和角钢。金属加工微信,内容不错,值得关注。H型钢,是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面型材,因其断面与英文字母“H”相同而得名。H型钢的两条外边内侧没有斜度,是平直的。这使得H型钢的焊接拼接比工字钢操作简单,单位重量的力学性能更好,可以节省大量的材料和施工时间。
工字钢截面受直压力好,耐拉,但是截面尺寸因翼板太窄,不能抗扭。H钢则反之,两者各有优劣。
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