碳素结构钢

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碳素结构钢范文第1篇

[关键词]控轧控冷；折叠；划伤；开裂

1.引言

低、中碳素结构钢线材的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金钢，它是一种在室温条件下，利用金属塑性，采用加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢，主要用于制造螺栓、螺母、螺钉、自攻螺钉等紧固件和各种成形的零配件。它广泛应用于汽车、机械设备、建筑和电器等行业领域。

2.低、中碳素结构钢常见质量缺陷

低、中碳素结构钢线材质量控制的特点不同于对应的低、中碳素结构钢线材，其最终的性能要保证有足够的强度和良好的塑性和韧性，其金相组织为铁素体加珠光体，常见的成品质量缺陷为裂纹、折叠、划伤、结疤、分层、夹杂等，有时在毛坯上会出现表面裂纹，即产生开裂，在标准件生产中，存在一个常温下变形为主的工艺过程，材料局部变形大，变形速度快，表面容易产生裂纹，低、中碳优质碳素结构钢冷顶锻开裂主要有三种类型：夹杂裂纹、划伤裂纹和折叠裂纹，夹杂裂纹的特征是在钢材或零件表面有小米粒大小的“掉肉”，留下小坑，显微镜下的氧化物夹杂，划伤裂纹的特征是沿纵向较深，裂纹深处有氧化、脱碳，折叠裂纹在钢材或零件两侧对称出现，且多为纵向裂纹，裂纹内壁有轻微氧化、脱碳。

3.原因分析

3.1坯料质量及加热制度对性能的影响。

（1）坯料质量检查。连铸坯的断面边长允许偏差为±4.0mm，坯料定尺长度偏差+50mm；连铸坯的对角线长度之差要求不大于6mm，连铸坯的弯曲度要求每米不大于20mm；连铸坯表面不得有肉眼可见的裂纹、重接、翻皮、结疤、夹杂、深度或高度大于3mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、冷溅、耳子、凸块、凹块和深度大于2mm的发纹，横截面不得有缩孔和皮下气孔。

（2）炉温控制。

同钢坯的表面温差在长度方向上两端中间高30℃，断面温差小于30℃，钢坯出炉，用高压水除鳞，水压≥180Mpa。

如果坯料表面质量有严重缺陷或炉温控制不当，在生产过程中难以得到完全消除，则容易造成在材料表面形成冷顶锻过程中的裂纹源。

3.2控轧工艺措施对产品性能的影响。

3.2.1设备与备件的加工精度、安装质量对性能的影响。

（1）1#、2#、3#飞剪的前后导槽、活套装置的活套架与起套压套轮、空过导槽、吐丝管与吐丝盘、风冷辊道与导向轮、布卷器鼻锥与集卷筒、双芯棒等，如果加工精度不高，安装不到位或维护保养不当，造成设备与轧件产生剧烈摩擦，极易在轧件表面产生划伤。

（2）导卫插件内表面有台阶或尖角毛刺、导轮不转或转动不灵活、导卫或导槽或空过导管不对中轧制线或磨损严重等，在线材高速经过时，摩擦线材表面易造成表面划伤。

线材表面的划伤会导致线材在后续加工中因为划伤尖端处的应力集中，而在划伤处开裂或断裂。

3.2.2生产调整对产品性能的影响。高线的生产调整是影响高线性能的主要因素，若轧制生产调整不当，使得产品在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品的表面，就容易形成顶锻开裂的裂纹源。如果轧制压下量调整过大，或轧制张力调整不当，或轧制中心线调整偏差较大，或导卫开口度调整不合适，或轧制孔型轴向调整不当（错辊）等等，都容易在轧制过程中产生双边或单边耳子，后面轧制道次如不能消除，将产生成品折叠，导致其在冷顶锻时开裂。

3.2.3控冷工艺措施对线材产品性能的影响。

在控制轧制中，冷轧温度是决定奥氏体晶粒度的主要参数之一，它通过对奥氏晶粒度的影响而影响到相变过程中的组织转变和转变产物的形貌，终轧温度对奥氏体晶粒度的影响规律是：终轧温度高，晶粒粗大；终轧温度低，晶粒细小。由于轧制速度较高，线材在预精轧机、精轧机、减定径机组轧制时一直是升温状态。一般通过水箱穿水冷却和水冷导卫冷却的方式，将线材进NTM温度、进RSM温度、吐丝温度控制到合理的工艺温度。

吐丝温度是控制相变开始温度的关键参数，吐丝温度的高低直接影响过冷奥氏体的稳定性，因而对性能产生重要的影响，其主要从两个方面影响产品的性能：1）过冷奥氏体的出现。由于线材在穿水冷却时速度较大，线材上温度梯度大，冷却极不均匀，若吐丝温度过低，容易使线材表面出现过冷奥氏体，若空冷速度不合理，会促成上贝氏体或马氏体的产生，严重破坏材料的组织结构，降低材料的塑性和韧性。2）晶粒的异常长大。若吐丝温度过高，在较高的温度下，发生组织的回复和再结晶，若保温时间较长，材料内部发生高温下奥氏体晶粒异常长大的现象，促进魏氏体的生成，也会影响材料的塑性。

线材吐丝成卷后的冷却速度也是影响产品质量的关键，主要通过控制斯太尔摩运输机上的辊道速度、风机和保温罩的开启位置来共同实现。线材在相变温度附近的不同冷却速度可以得到不同的奥氏体转变组织，冷却速度过快，出现过冷奥氏体之后高温转变会产生上贝氏体，低温转变会产生马氏体组织，异常长大的高温奥氏体组织，在冷却速度较快时还会促进魏氏体组织的生成，这些不良组织的出现会严重恶化材料组织，降低材料的塑性和韧性，从而影响产品的性能。

碳素结构钢范文第2篇

【关键词】静力弹塑性；大跨钢结构；设计；应用

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

目前，我国静力弹塑性分析方法的应用还不是非常的广泛，在大跨钢结构设计过程中，如果能够合理有效的使用静力弹塑性分析方法，将能够大大提升大跨钢结构设计的科学性。

二、PUSHOVER方法的基本原理

作为一种较简单的弹塑性分析方法――静力弹塑性分析（Pushover analysis），是在结构上施加竖向荷载并保持不变，同时施加某种分布的水平荷载，该水平荷载单调增加，构件逐步屈服，从而得到结构在横向静力作用下的弹塑性性能。静力弹塑性分析不是新方法，但在研究基于性能/位移抗震设计理论和方法中受到关注，是实现基于性能/位移抗震设计方法的关键之一。

静力弹塑性分析方法主要用于确定结构的非弹性效应、局部破坏机制、和整体倒塌的形成方式。因此该方法可以用于旧建筑的抗震鉴定和加固，以及新建筑的设计和抗震性能评估。这种方法的基本原理是：首先利用由反应谱换算得到的代表抗震需求的需求谱和体现结构自身性能的能力谱得到结构在可能地震作用下所对应的需求位移，然后在施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到原结构计算模型上进行静力推覆分析，在达到需求位移时停止荷载递增，最后在荷载终止状态对结构进行抗震性能评估，判断是否可以保证结构在该水平地震作用下满足相应的功能要求。

静态弹塑性分析方法并没有非常严格的理论基础，所以采用这种方法是基于以下两个基本假设下的：

（一）结构的反应和简化为等效单自由度体系的反应相关，这就意味着机构的反应由第一振型控制；

（二）在整个地震过程中机构沿高度的变形由保持不变的形状向量表示。

很明显这两个假设忽略了高阶振型和扭转效应的影响，对于高层建筑存在着较大的理论问题，但是，已有的研究表明对于由第一振型起控制作用的多自由度结构，静力弹塑性分析方法可以得到很好的分析结果。这两个假设使PUSHOVER方法简单易用，但同时也在很大程度上限制了它的应用范围。针对这一问题，很多学者从水平荷载分布形式、目标位移的分析方法等方面做了深入研究不仅提高了计算精度，而且在很大程度上扩大了该方法的应用范围。

三、pushover分析方法的实施步骤

1、准备结构数据：包括建立结构模型，构件的物理常数和恢复力模型等；

2、计算结构在竖向荷载作用下的内力（将其与水平力作用下的内力叠加，作为某一级水平力作用下构件的内力，以判断构件是否开裂或屈服）；

3、施加一定量的水平荷载。水平力施加于各层的质量中心处，水平力的大小的确定原则是：水平力产生的内力与第2步竖向荷载产生的内力叠加后，恰好能使一个或者一批构件进入屈服。

4、对在上一步进入屈服的构件，改变其状态，对其刚度进行修正后，在其上在施加一定量的水平荷载，又使一个或一批构件恰好进入屈服。

5、不断地重复3，4步，直到结构的侧向位移达预定的破坏极限，或由于铰点过多而成为机构（这种情况一般很难出现）。

6、成果整理：将每一个不同的结构自振周期及其对应的水平力总量与结构自重（重力荷载代表值）的比值（地震影响系数）绘成曲线，也把相应场地的各条反应谱绘在一起，在途中会出相应的变形，更便于评价结构的抗震能力。

四、工程应用案例

大学体育馆屋盖钢结构，最大跨度87．76m，屋盖中心脊点据地面高度14．5m，屋盖面积5909m2，不计檩条与屋面板的结构用钢量415．6t，单位面积用钢量70kg／m2．该屋盖采用弦支穹顶的结构体系，即在屋盖钢结构单层网壳的6道主脊梁及4圈环梁下面设置带有预拉力的钢拉索和钢撑杆．拉索和撑杆分别为轴心拉、压受力构件，通过后张法在拉索中导人预拉力，以调整单层网壳的内力分布状况，使单层网壳构件受力趋于均匀，从而提高了材料的使用效率，大大降低了用钢量．由于拉索的存在，在导人预拉力之后，整个屋盖结构体系出现向上的反拱，可抵消因结构自重和屋面活荷载引起的一部分向下的竖向挠度，从而增强了结构刚度，并扩大了室内净空高度，得以充分发挥玻璃顶的自然采光作用．

屋盖结构体系主要受力构件采用Q345方钢管，主要构件尺寸为：主脊梁口850mm×400mm×10mm×16mm，采光顶脊梁口500mm×200mm×8mm×10mm，径向、环向梁口600mm×300mm×10mm×16mm，中心网格口250mm×100mm×4mm×6mm，内环上弦杆口600mm×300mm×8mm×10mm，内环下弦杆口300mm×200mm×6mm×8mm，支座v形柱口500mm×300mm×8mm×10mm．钢撑杆截面为口120mm×120mm×5mm×5mm，撑杆高度从外到内分别为2．7，3．0，3．3，3．6，3．6m．

图1体育馆弦支穹顶屋盖钢结构构件示意图

1、Push―over分析

进行Push―over分析前，首先应在结构可能出现塑性铰并能显著影响结构整If本受力性能的位置预设某种类型的塑性铰．根据屋盖结构特点，6道主脊梁为主要受力构件，主脊梁梁端出现塑性铰，对结构内力重分布将产生较大影响，因此在所有主脊梁单元两端预先设置塑性铰．考虑到梁端刚域的影响，塑性铰设置在距主脊梁单元端部节点0．05L处(L为主脊梁单元长度)，整个屋盖共定义66个塑性铰．根据主脊梁单元受力特点，塑性铰类型采用轴力与主平面弯曲相耦合的P―M3铰，铰应力应变属性采用基于FEMA一273定义的钢材应力一应变曲线．Push―over分析使用位移控制的加载方式，监控位移设在屋盖中心节点．

对于大跨钢结构，在正常使用情况下，屋盖结构最大竖向变形不得超过结构跨度的1／400，该屋盖钢结构最大跨度为87．76m，即屋盖结构最大竖向变形应小于219mm．但在Push―over分析中，为正确评估结构的弹塑性受力特性，特别是为能正确评估塑性铰出现后的结构后继承载力，应采用较大的位移加载值．因此本文取变形限制的5倍，以屋盖中心节点竖向位移达到1000mm作为目标位移，即结构失效的计算终止条件．

SAP2000对结构构件出现塑性铰后的内力重分布，提供了3种荷载卸载方式：①结构整体卸载；②荷载局部重分配；③使用割线刚度重新开始．因此，笔者首先比较了3种卸载方式对Push―over结果的影响，两种工况组合作用下结构的荷载一位移曲线如图2所示．图中水平坐标轴表示屋盖中心节点的竖向位移(向下为正)，在自重和拉索预应力共同作用下，初始值为一36．70mm(向上拱起)；竖向坐标轴表示基底总竖向反力(向上为正)，其中不包括由杆件自重引起的基底反力，因此竖向坐标轴数值也表示除结构自重外所施加的外荷载值．

由图2可见，3种荷载卸载方式对应的荷载一位移曲线有一定差异，但结构出现第1批塑性铰时所对应的屋盖中心节点竖向位移及基底总竖向反力值完全相同．荷载一位移曲线表明：结构并不会随着第1批塑性铰的出现而完全丧失承载能力，承载力降低一定程度后随着整个结构的塑性内力重分布，结构的后继承载力会继续增高，即结构有较强的安全储备．但考虑到工程实际，当主要杆件(主脊梁)出现第1批塑性铰后，屋盖中心节点的竖向变形约已达到结构最大跨度的1／300，此时已超过结构正常使用的变形限值，故应将此时作用在结构上的荷载作为结构的弹塑性极限荷载．因此，虽然后继荷载一位移曲线有所不同，但区分3种荷载卸载方式已经意义不大．本文下面仅给出采用第1种荷载卸载方式计算所得的结果．

图2不同卸载方式的荷载一位移曲线

2、计算结果及结论

两种工况组合下结构第1批塑性铰出现的位置如图3所示．

图3第1批塑性铰位置示意图

根据以上计算结果可得出以下结论：

（一）采用不同荷载卸载方式得到的结构荷载一位移曲线有所区别，但结构的弹塑性极限承载力相同，即在利用SAP2000分析结构的弹塑性极限承载力时，对不同的荷载卸载方式可不再区分．

（二）主脊梁出现第1批塑性铰后，结构的承载能力显著下降．但随着继续加载，杆件内力的塑性重分布，结构的后继承载能力仍可增高，但宜作为结构的安全储备，仍将第1批塑性铰出现时的承载力作为结构的弹塑性极限承载力．

（三）两种工况组合下，第1批塑性铰均出现在第3层主脊梁端部，该处为整个屋盖结构的最薄弱部分，设计、施工时应特别注意，应采取一些适当的构造措施对该处加强．

（四）两种工况组合下，弦支穹顶比单层网壳的弹塑性极限承载力均有显著的提高：工况组合1提高13．1％，工况组合2提高26．6％，可见拉索所起作用非常显著．

（五）在最不利荷载工况组合下(工况组合1)，

该体育馆弦支穹顶屋盖的弹性屈曲安全系数5．88，弹塑性极限承载安全系数2733，可认为该屋盖结构是安全可靠的．

五、结束语

综上所述，大跨钢结构设计的过程中，必须要合理的使用静力弹塑性分析的方法，以不断提升大跨钢结构设计的效果，同时，应用静力弹塑性分析方法的过程也是提升静力弹塑性分析水平的过程。

【参考文献】

[1]叶燎原，潘文．结构静力弹塑性分析（Pushover）的原理和计算实例[J]．建筑结构学报，2010，21（1）．

[2]潘龙．基于推倒分析方法的桥梁结构地震损伤分析与性能设计[D]．同济大学硕士学位论文，上海：同济大学，2011．

碳素结构钢范文第3篇

[关键词]建筑钢结构 钢材 普通碳素钢 结构钢

中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

提起钢结构用钢大家并不陌生，像Q235和Q345这样的钢材是最常用的，也是生活中接触最多的。的确，从材性、材质方面看，现在市场充分供应的Q235及Q345号钢的各类钢材，可以保证建筑钢结构的基本需求。钢结构是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。它的基本特点是强度高、重量轻、刚度大、质地均匀和各向同性好。

因此，用什么类型的钢材对钢结构的影响很大。下面就从建筑钢结构用钢的钢种钢号及板带钢中的钢结构用钢这两方面对钢结构的选用做一介绍。

一、建筑钢结构用钢的钢种钢号

1.普通碳素结构钢 普通碳素结构钢执行《碳素结构钢》—GB/T700-2006标准。因价格便宜，产量较大，大量用于金属结构和一般机械零件，按用途可以分为：一般用途的普通碳素钢和专用普通碳素钢。

按含碳量及屈服强度高低分为5种牌号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。其中钢结构主要用Q235号钢。Q215和Q255也可作结构用，但是产量和用量相对较少。 使用该标准钢号要注意以下几点: (1)该标准钢号主要用作工程用和一般结构用钢。 (2)该标准钢在在使用品种方面主要有钢、钢带和型钢。 (3)该标准钢号可用作焊接和栓接结构用钢。但焊接承重钢结构不宜选用Q235-A级钢。 (4)该标准钢号一般在热轧状态下交货和使用。

2.耐候钢 耐候钢执行《焊接结构用用耐候钢》GB/T4172-2000和《高耐候结构钢》GB/T4171-2000，是指在钢的冶炼过程中加入少量合金元素，使之在金属基本表面上形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能。这类钢又分为高耐候结构钢和焊接结构用耐候钢两类。耐候钢分为Q295 GNH、Q295GNHL、Q345GNH、Q345GNHL、Q390GNH五种牌号。焊接结构耐候钢分为Q235NH、Q295NH、Q355NH、Q460NH四个牌号。

3.低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢执行《低合金高强度结构钢》—GB/T1591-2008标准，是指在炼钢过程中增添一些合金元素，其总量不超过5%的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，使钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能有充分发挥，尤其在大跨度或重负荷结构中优点更为突出，一般可比碳素结构刚节约20%左右的用钢量。按屈服强度高低分为8种牌号,其中钢结构中Q345最为常用。

4.建筑结构用钢板

执行《建筑结构用钢板》GB/T19879-2005标准，该标准为原冶金行业标准《高层建筑用钢板》（YB4104-2000）修订升级后的国标。有Q235GJ、Q345GJ、Q390GJ、Q420GJ、Q460GJ牌号。其综合性能优于普通碳素结构钢和低合金高强度结构钢，对钢材的质量要求较高：

1）要能够抵御地震力的破坏，既要能防震和抗震。为此就要使钢板在具有足够强度的同时，还要具有较低的屈强比。低屈强比可使材料具有良好的冷变形能力和髙塑性变形能力，即使局部超载失稳也不至于发生突然断裂。

2）要使钢板具有较窄的屈服强度波动范围。若钢板的屈服强度波动较大，当建筑物受到地震时，就会发生塑性铰转移，不能按设计目标控制损坏程度儿倒塌。

3）要使钢板具有层状撕裂能力（厚度方向性能）。高层钢结构在梁柱连接和箱型柱角部焊缝等处，由于局部构造，形成高约束，焊接时容易引起沿板厚方向的层状撕裂，因此，此类钢板必须要具有一定级别的厚度方向性能。

4）良好的焊接性能，明确规定焊接碳当量和焊接裂纹敏感指数。

5）降低了有害元素硫、磷含量。

5.桥梁用结构钢

执行《桥梁用结构钢》GB/T714-2008标准。对应4个强度等级Q235q（C、D级）、Q345q（C、D、E级）、Q370q（C、D、E级）、Q420q（C、D、E级）。2008版较2000版增加了Q460q、Q500q、Q550q、Q620q、Q690q牌号。

化学成分要求更严格，硫、磷有害元素较低合金结构钢低。碳当量较低合金结构钢低。冶炼方法要求进行炉外精炼。二、建筑钢结构用钢品种、规格 1.结构用的板带钢主要有：热轧钢板和钢带，冷轧钢板和钢带。热轧钢板厚度的适用范围为4~200mm，热轧钢带厚度的适用范围为4~25 mm。冷轧钢板厚度的适用范围为0.2~5 mm，冷轧钢带厚度的适用范围不大于3 mm。

2.热轧H型钢和焊接H型钢。广泛应用于建筑钢结构中。热轧H型钢分为宽翼缘、中翼缘和窄翼缘三种规格。

3.普通型材(工字钢、槽钢、角钢)。工字钢、槽钢、角钢是钢结构中应用最早的型钢。工字钢和槽钢的型号都是以截面高度的厘米数来表示，其长度通常为5~19 m。角钢是传统的格构式钢结构构件中应用最广泛的的轧制型材，有等边角钢和不等边角钢两大类，长度通常为4~19 m。

4.冷弯型钢。冷弯型钢是用薄钢板（钢带）在连续辊式冷弯机组上生成的冷加工型材，能加工壁厚为1.5~6 mm，随着生产工艺的发展，现在已能生产厚度12 mm以上的冷弯型钢。其截面形式有等边角钢、卷边等边角钢、Z型钢、卷边Z型钢、C型钢、卷边C型钢等开口截面以及方形和矩形闭口截面的管材。

5.厚度方向性能钢板。随着焊接结构使用钢板厚度的增加，对钢材材性提出了新的内容——要求钢板在厚度方向有良好的抗层状撕裂性能。建筑钢结构用钢和桥梁钢结构用钢提出了板厚方向的性能要求。厚度方向性能有三个级别，分别用Z15、Z25、Z35表示，分别表示断面收缩率≥15、25、35。

6.结构用钢管。结构用钢管有热轧无缝钢管和焊接钢管两大类。焊接钢管由钢带卷焊而成，依据管径大小，又分为直缝焊和螺旋焊两种。结构用无缝钢管分热轧和冷拔两种。

7.其他建筑钢结构的钢材制品还有花纹钢板、钢格栅板和网架球节点等。

花纹钢板是用碳素结构钢、船体用结构钢、高耐候性结构钢热轧成的菱形、扁豆形、或圆豆形钢板制品。

压焊钢格栅板是由负载扁钢作为纵条，扭绞方钢作为横条，在正交方向压焊于纵条，并有包边和挡边板的钢格板。

钢网架球节点分螺栓球节点和焊接球节点两大类。三、钢材选用1.钢材的牌号一般应在设计规范推荐的，不同强度级别的碳素结构钢Q235和低合金高强度钢Q345钢中选用，当有合理依据时，亦可选用强度更高的低合金高强度钢Q390钢或Q420钢。

《钢结构设计规范》GB 50017-2003中3.3.1规定,承重结构的钢材宜采用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢,其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当采用其他牌号的钢材时,尚应符合相应有关标准的规定和要求。

《高层建筑民用钢结构技术规程》JGJ99-98规定，高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢，以及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢。其质量标准应分别符合我国现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）《低合金高强度结构钢》GB/T1591，当有可靠依据时可采用其他牌号的钢材。

《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102规定：

1用于承重的冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢和钢板，应采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235钢和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345钢。

2门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B或Q345A及以上等级的钢。非焊接的檩条和墙梁等构件可采用Q235A钢。当有根据时，门式刚架、檩条和墙梁可采用其它牌号的刚制作。

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018规定：用于承重结构的冷弯薄壁型钢的带钢或钢板应采用符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700规定的Q235钢和《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定的Q345钢。当有可靠依据时可采用其他牌号的钢材，但应符合相应有关国家标准的要求。

2.钢结构构件所用钢材的性能与质量要求应考虑结构的重要性。荷载特征（是否承受动荷载）、连接方法（焊接或非焊接结构）、环境温度（是否低温工作）及钢材厚度等因素，正确合理的选用。

3.焊接承重结构不应采用Q235-A钢。

4.有抗震设防计算的承重钢结构，其钢材材性应符合下述要求：

1）钢材的屈强比，即抗拉强度与屈服强度之比不应小于1.2；

2）钢材应有明显的屈服台阶，且延伸率（δ5）应大于20%；

3）具有良好的可焊性及合格的冲击韧性。

5.设计安全等级为一级的工业与民用建筑钢结构及抗震设防类别为甲级的建筑钢结构，其主要承重结构（框架、大梁、主桁架）钢材的质量等级不宜低于C级，必要时还可要求碳当量（Ceq）的附加保证。

6.重要承重钢结构（高层或多层钢结构框架等）的焊接节点，当截面板件厚度t≥40mm，并承受板厚方向拉力（撕裂作用）时，该部位或构件的钢材应按《厚度方向性能钢板》GB5313的规定。附加保证断面收缩率（分Z15、Z25、Z35级别），一般可按Z15或Z25两级选用。

7.高层钢结构或大跨度钢结构等的主要承重焊接构件，其板材应选用符合《建筑结构用钢板》GB/T19879-2005标准规定的Q235GJZ钢或Q345GJZ钢，当所用板材厚度，大于等于40mm并有抗撕裂方向性能要求时，该部位钢材应选用标准中保证方向性能的Q235GJZ钢或Q345GJZ钢。

8.在室外侵蚀性环境中的承重钢结构构件，可选用《焊接结构用耐候钢》GB4172要求的耐候钢。承重钢结构选用耐候钢时，其表面仍应进行除锈与涂装处理。

上述都是建筑钢结构的主要用钢。以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，因此钢结构特别适于建造跨度大和高度高、荷载大的结构也最适用于可移动，有拆装要求的结构；材料塑性和韧性好，在超载情况下不会发生断裂，承受较大变形，能很好地承受动力荷载；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；工业化生产程度最高，制造精度高，施工方便，周期短；其缺点是耐火性和耐腐性较差。主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。钢结构今后应研究高强度钢材，大大提高其屈服点强度；由于钢结构的这些特点,它将会在建筑方面占有很重要的地位。

参考文献:

[1]《钢结构设计规范》—GB50017-2003.

[2]《低合金高强度结构钢》—GB/T1591-2008.

[3]《碳素结构钢》—GB/T700-2006

[4]《建筑结构用钢板》—GB/T 19879-2005

[5]《桥梁用结构钢》—GB/T714-2008

[6] 《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002

[7] 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002

[8] 《高层建筑民用钢结构技术规程》JGJ99-98

碳素结构钢范文第4篇

关键词：出口钢结构；缺陷；焊接；防腐

出口钢结构货物，由于生产完成到最终安装完成需要一个长期的周期，通常1～3年时间，且期间通过海上运输，经过海风和海水的环境，盐分加剧了锈蚀的速度，尤其是在缺陷的部位，锈蚀更为明显，而产品往往就是通过这一缺陷点，锈蚀逐步向周围扩散，最终产品安装时，已是锈蚀不堪，严重影响到产品质量。下面我们谈谈影响出口钢结构防腐的主要因素。

1、焊接因素

1.1、焊瘤

焊瘤是指在焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上，未能和母材或前道焊缝熔合在一起而堆积的金属；焊瘤处理不当不仅影响产品外观质量，且在油漆喷涂时，能难达到设计要求的各道油漆厚度，是很已发生锈蚀的部位；

防治措施：焊瘤不但影响成形美观，而且容易引起应力集中，焊瘤处易夹渣、未溶合，导致裂纹的产生。一般可利用焊条左右摆动和挑弧动作加以控制；在搭接或帮条接头立焊时，焊接电流应比平焊适当减少，焊条左右摆动时在中间部位走快些，两边稍慢些。焊接坡口立焊接头加强焊缝时，可选用小直径的焊条，并应适当减小焊接电流。

1.2、飞溅

飞溅是在CO2焊中，大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，有一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅；焊瘤和飞溅由于处理不彻底，往往成为构件最早发生锈蚀部位，由于产品经过长时间的海运，海水本身是一种强的腐蚀介质，在飞溅处加速锈蚀，最终产品表面形成麻点，影响到外观质量；

防治措施：正确选择工艺参数，在小电流区域（短路过度区域）飞溅率较小，进入大电流区域后（细颗粒过度区域）飞溅率也较小，而中间区的飞溅率最大，电流小于150A或大于300A飞溅率都较小，介于两者之间的飞溅率较大。在选择焊接电流时，应尽可能避开飞溅率高的电流区域。另外在焊接前，刷涂防飞溅剂，可在焊接完成后，处理飞溅更为简单测底。

1.3、焊缝咬边

咬边是焊缝两侧发生将母材部分溶化，造成沿焊趾的沟槽或凹陷，产生咬边的原因是焊接不规范，操作手法不当，如焊接电流太大、电弧过长、运条角度不当、停留时间不当；焊机轨道不平，均可产生咬边，咬边是焊缝的外部缺陷，处理不当，在油漆作业时，很难达到要求的厚度，也是较易发生锈蚀的部位；

防治措施：正确选择焊接电流，要注意焊接速度不宜过高；掌握正确运条手法，随时控制焊条角度和电弧长度；焊机轨道要平整，焊条角度适当等，可有效预防咬边。

1.4、应力孔包角

由于焊接空间狭小，焊工操作时通常容易忽略转角位置，使得双面焊缝不是完整的一条焊缝，应力孔造成包角不到位，形成夹缝，雨水或海水往往可以进入缺陷内部，发生锈蚀；

防治措施：培养焊工操作习惯，要求焊接完成后，在应力孔位置进行包角焊，使双面焊形成一天连续的焊缝；另外的油漆作业喷涂前，可采用毛刷预涂应力孔位置，可更好的达到防腐蚀效果。

1.5、气孔

指在焊接时， 焊缝表面和内部因熔池中的气泡未逸出而形成的圆形或洞形空穴。焊接气孔的成因主要有焊件未清洁表面的油、污、锈、垢及氧化膜；焊条受潮或质量不好；焊接现场环境恶劣；电弧太长，电弧保护失效；保护气体不纯；焊丝和母材的化学成分不匹配等原因，使焊接后吸附或自产生的气体来不及排出而形成气孔。产生气孔后，如果处理不好，海水灌入其中，可短时间内发生锈蚀（3～5天）；

防治措施：为有效预防气孔产生，要控制气体质量、焊材的保温、焊件表面油、污、锈、垢及氧化膜的清理；正确选用符合国家标准的焊条，和母材相匹配；选择低氢焊接方法，可采用直流反接法进行焊接；严格按焊接工艺规程和运条方式。

2、基底处理因素

2.1、基底处理的目的就是为了提高附着力，同时它又是个隐蔽工程，处理质量的好坏直接影响到油漆涂装的质量，时间不长产生涂膜大面积起皮，鼓泡，龟裂，脱落，导致防腐层过早失效，发生锈蚀；

防治措施：钢结构涂装前，为了使涂层与基体具有良好的粘结性能，必须对待涂装的钢材表面及附近区域进行预处理。首先，其表面必须洁净，不允许有灰尘、油污、水渍或其它污垢和疏松氧化物。其次，适当的粗糙度有助于提高涂膜附着力，延长涂层的寿命，所以针对不同表面等级的材料时，应选用合适的丸料，钢丸直径越大清理完的表面粗糙度越高，但对设备的损伤程度也越大，钢丸直径越小对钢材表面浮锈的处理越好，但效率低；另外处理的质量一定要满足设计要求的等级，检查合格后才能进入油漆喷涂工序。

3、油漆施工的因素

3.1、漆膜厚薄不均

操作人员在油漆喷涂作业时，由与距离与速度控制的不当，喷枪的导致过度磨损又不更换，枪嘴会变得大而圆，这就使得喷出涂料的扇形面变小，喷出的喷束图形会很不规则，并且流速会超过理论流速，在这样的情况下，即使一个合格的油漆工完全按要求来操作，也难以控制涂料用量和确保喷涂质量，导致喷涂面上各点厚度不均匀，往往漆膜薄处远远低于设计标准，导致未达到设计年限就出现锈蚀；

防治措施：应对作业人员进行系统培训及施工交底，油漆操作人员应根据构件结构形式选择首先喷涂点，尽可能先喷涂角落位置，后喷涂大面位置；喷枪运行时，应保持喷枪与被涂物面呈直角、平行运行。喷枪的移动速度要求尽量保持匀速运行，理论喷枪距离构件表面的距离在50cm最佳，最大不能超过1m，要求喷涂人员走近构件，严禁远距离喷涂。

3.2、涂层间的附着力

出口钢结构项目，为了保证最终产品的整体外观，往往采用最后一道面漆国外现场施工的方式，但最后一道油漆施工往往需要海运和安装完成后才会进行，此时原表面以缺乏附着力施工长时，直接喷涂后长时间后出现层与层之间相互剥离，甚至可以像撕皮一样整片撕下。造成漆膜层间附着力不良的直接原因是油漆工施工时，层间没有打磨所致。由于油漆工为赶时间，在下一道工序时，未经打磨，而是直接涂刷于上一道漆膜上，加上气温高，湿漆膜与干漆膜界面形成牢固层所需时间不足，使附着力受影响。

防治措施： 要求层间打磨工序，拉毛油漆表面后再进行最后一道面漆的施工。

3.3、摩擦面的保护

为了确保高强螺栓安装后，两板件间的摩擦系数，往往不进行油漆作业，基本上没有任何保护，但经过海运后，盐份加速了钢材表面的锈蚀，往往经过几个月的时间后，摩擦面上的螺栓孔都会锈蚀损坏，严重的导致产品报废；

防治措施： 油漆作业前，在摩擦面上贴保护纸，直接在其上喷涂油漆，即可防止摩擦面喷上油漆，在海运时也可起到一定的保护作用；

4、产品保护的因素

4.1、起吊点的设置

出口钢结构货物，需要进行包装，在包装时由于未设置吊点和吊耳，期间经过多次的转运装卸，操作人员往往直接将起吊夹具直接夹在构件上起吊，导致产品涂层破损，失去防腐效果；

防治措施：根据包件重量和重心，设置起吊点，并喷涂起吊标示，便于每次转运时，操作人员施工；

4.2、包装方式的设计

合理的选择包装方式，可有效的起到成品保护的作用，由于包装的不合理，产品节点件往往伸出包件外，运输过程中发生碰撞，导致涂层面的破损；

结论

本文着重分析了影响出口钢结构产品的各种因素及防控措施，通过每个环节的精细化管理，合理的手段来降低这些因素对产品防腐性能的影响，从而提高产品的质量。

参考文献：

碳素结构钢范文第5篇

关键词：14MnMoNbB钢；焊接性；焊接工艺

1. 低合金高强结构钢概念

低合金钢综合性能优异，经济效益显著，是焊接结构中用量最大的一类工程材料。这类钢的应用范围广泛，涉及国民经济和国防建设的各个领域。

1.1低合金高强度结构钢分类及特点

1.1.1低合金高强度结构钢的分类

低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是含碳量Wc0.20％的碳素结构钢基础上，加入少量的合金元素发展起来的，强度高于碳素结构钢 此类钢中除含有一定量硅或锰基本元素外，还含有其他适合我国资源情况的元素。

低合金高强度结构钢按钢的屈服强度级别及热处理状态又分为热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。国内外常见的低合金高强钢见表1.1。

表1.1国内外常见的低合金高强钢

类型 屈服强度/MPa 国内外常见钢牌号

热轧及正火钢 294-490 09Mn2（Cu），09Mn2Si，16Mn（Cu），14MnNb，15MnV,15MnVN,18MnMoNb，14MnMoV

低碳

调质钢 490-980 14MnMoVN, 14MnMoNbB,T-1,HT-80,Welten-80C，NS-63,HY-130,HP9-4-20,HQ70,HQ80,HQ100,HQ13O

中碳

调质钢 880-1176 35CrMoA,35CrMoVA, 30CrMnSiA, 30CrMnSiNi2A,

40CrMnSiMoA, 40CrNiMoA,4340,H-11

⑴热轧及正火钢

屈服强度为294-490MPa (30-50kgf/mm2)在热轧或正火的状态下使用属于非热处理强化钢，应用十分广泛。

⑵低碳调质钢

屈服强度为490-980MPa (50-100kgf/mm2)在调制状态下供货使用，属于热处理强化钢，他即有高的强度，又有较好的塑形和韧性，可以直接在调制的状态下焊接，焊后不需要调质处理。这类刚主要用于大型机械、压力容器及潜艇制造。

⑶中碳调质钢

屈服强度一般在880-1176MPa（90-120kfg/mm2）以上，钢中含碳量较高（0.25%~0.5%），常用于强度要很较高的产品或部件，如火箭发动机壳体、飞机起落架等。

1.1.2低合金高强度结构钢的特点

低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素（一般不超过3%）冶炼的低合金钢。这类钢碳含量低（不超过0.2%），合金元素主要有钒、铌、钛、锰、硼等，这类钢与碳素结构钢相比，强度较高、韧性好，有较好的加工性能、焊接性能和耐蚀性。

1.214MnMoNbB钢的化学成分及力学性能

14MnMoNbB钢具有强度高、综合性能好、使用寿命长、应用范围广、比较经济等优点。该钢多轧制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中。

14MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的化学成分和力学性能见表1.2，1.3。

表1.214MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的化学成分

钢号 14MnMoNbB 14MnMoVN 15MnMoVNRE

C 0.12-0.18 0.14

Mn 1.30-1.80 1.41

Si 0.15-0.35 0.30

Mo 0.45-0.70 0.47 0.35-0.60

V 0.13 0.03-0.08

S

P

其他 Nb-0.04B-0.001 N0.015 RE0.10-0.20

表1.3 14MnMoNbB钢和部分低碳调质钢的力学性能

序号 牌号 拉伸试验 冲击试验

RmN/mm2 ReLN/mm2 A％ 试验温度℃ AKVJ

1 14MnMoVN ≥690 ≥590 ≥15 －40 ≥27

2 14MnMoNbB ≥755 ≥686 ≥14 －40 ≥31

3 15MnMoVNRE ― ≥666 ― －40 ≥27

2. 14MnMoNbB刚的焊接性分析

2.114MnMoNbB刚的焊接性

我国已开发出14MnMoNbB、HQ80和HQ80C等抗拉强度为800MPa的低碳调质钢及其配套焊材，并在工程中获得广泛应用。14MnMoNbB钢不含Ni、Cr但含有Nb元素。

14MnMoNbB刚以热轧状态或高温回火交货，也可以调质状态交货，但一般须经调质处理后使用。调质处理工艺为910-930℃，600～650℃回火，空冷。具体调质处理工艺应根据刚才化学成分上、下限，对热处理温度做适当调整。一般地，偏上限成分时，淬火温度选下限，回火温度选上限，这样可获得较好的综合力学性能。

板厚小于20mm的钢板焊接后易发生挠曲变形，对于箱型焊接结构来说，解决这种变形通常都是采用火焰方法矫正。但是，14MnMoNbB钢属于调质钢，是否可以进行火焰矫正是人们所担心的问题。实验结果表明，14MnMoNbB刚焊后进行单次货多次火焰矫正是可行的， 问题的关键在于控制加热温度和冷却速度。加热温度控制在900-1000℃范围为宜；800-500℃冷却速度以12-33℃/s为宜，即控制t8/5=9-25s范围内最好。火焰矫正后须进行650℃的局部回火处理。这样火焰矫正处理过的故为，其性能与钢板调质后的性能基本相当。4MnMoNbB刚焊接热影响区连续冷却曲线（SH-CCT）见图2.1，连续冷却转变曲线数据见表2.1；焊接连续冷却时间（t8/5）与热影响区组字组成的关系见图2.2，焊接时间（t8/5）与HAZ硬度的关系见图2.3。

表2.114MnMoNbB钢焊接连续冷却转变曲线数据

编号 t8/5/s HV 组织组成/% 临界冷却时间/s

1 5.8 475 M100 t′b55

2 10 455 M100

3 17 455 M100

4 33 440 M100

5 79 385 M20,B80

6 110 350 M10,B90

7 187 330 M2,B98 t′m200

8 234 290 B100

9 330 290 B100

10 486 305 B100

11 840 290 B100

12 2024 275 B100

13 4020 265 B100

注：t′b――形成贝氏体的临界时间，t′m――形成马氏体的临界时间

14MnMoNbB钢经焊接热循环作用后，淬硬倾向较大，热影响区硬度增高，但随预热温度增高其硬度随之降低。根据’铁延实验“和十字接头裂纹实验结果，14MnMoNbB钢避免焊接冷裂纹产生的余热温度约为150℃，采用较低的预热温度但增加后热处理可获得同样效果。板厚 小于6mm的薄板焊接时，如果环境温度大于14℃时，采用较大规范的手弧焊可以在不预热条件下施焊。

参考文献：