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,见下图: 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,是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材,因其断面与英文字母“H”相同而得名。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。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。 H型钢与工字钢的区别和用途说明 1、工字型钢不论是普通型还是轻型的,由于截面尺寸均相对较高、较窄,故对截面两个主袖的惯性矩相差较大,因此,一般仅能直接用于在其腹板平面内受弯的构件或将其组成格构式受力构件。对轴心受压构件或在垂直于腹板平面还有弯曲的构件均不宜采用,这就使其在应用范围上有着很大的局限。 2、H型钢属于高效经济裁面型材(其它还有冷弯薄壁型钢、压型钢板等),由于截面形状合理,它们能使钢材更高地发挥效能,提高承裁能力。不同于普通工字型的是H型钢的翼缘进行了加宽,且内、外表面通常是平行的,这样可便于用高强度螺栓和其他构件连接。其尺寸构成合理系列,型号齐全,便于设计选用。(除了吊车梁用工字型钢) 3、H型钢的翼缘都是等厚度的,有轧制截面,也有由3块板焊接组成的组合截面。工字钢都是轧制截面,由于生产工艺差,翼缘内边有1:10坡度。H型钢的轧制不同于普通工字钢仅用一套水平轧辊,由于其翼缘较宽且无斜度(或斜度很小),故须增设一组立式轧辊同时进行辊轧,因此,其轧制工艺和设备都比普通轧机复杂。国内可生产的大轧制h型钢高度为800mm,**过了只能是焊接组合截面。 我国热轧H型钢国标(GB/T11263-1998)将H型钢分为窄翼缘、宽翼缘和钢桩三类,其代号分别为hz、hk和hu。窄翼缘H型钢适用于梁或压弯构件,而宽翼缘H型钢和H型钢桩则适用于轴心受压构件或压弯构件。工字钢与H型钢相比,等重量前提下,w、ix、 iy都不如H型钢。 4. 工字钢的边长小,高度大,只能承受单方向的力。 5. H型钢槽深,厚度大,可以承受两个方向的力。 6. 随着钢结构建筑的发展需要,只有工字钢是不行的,就是加厚工字钢,用于承重柱容易失稳。 7. 工字钢只能用于横梁,而H型钢才能用于结构的承重柱。 8.H型钢是一种断面力学性能较工字钢优良的经济型断面钢材,因其断面的形状与英文字母“H”相同而得名。热轧H型钢的翼缘比工字钢宽、侧向刚度大、抗弯能力强。同等规格下H型钢理重较工字钢轻。制造原理微信,内容不错,值得关注。 9. 工字钢翼缘是变戴面靠腹板部厚,外部薄; H型钢的翼缘是等戴面。 10. HW HM HN H是H型钢的通称,H型钢是焊制;HW HM HN是热轧。 11. HW是H型钢高度和翼缘宽度基本相等;主要用于钢筋砼框架结构柱中钢芯柱,也称劲性钢柱;在钢结构中主要用于柱。 12. HM是H型钢高度和翼缘宽度比例大致为1.33~~1.75;主要在钢结构中:用做钢框架柱,在承受动力荷载的框架结构中用做框架梁;例如:设备平台。 13. HN是H型钢高度和翼缘宽度比例大于等于2; 主要用于梁;工字钢的用途相当于HN型钢。
H型钢生产工艺流程 为生产出质量好、成本低的H型钢,首先需要确定一个合理的生产工艺流程。 一般小号H型钢多选用方坯,大号H型钢多选用异形坯,方坯和异形坯可用连铸坯,也可由初轧直接供给。 钢坯在经过精整和称重后,装入步进式加热炉中加热到1200~1250℃出炉。步进式炉大多数采用双绝热滑轨和轴流式烧嘴,可对不同规格钢坯提供佳的温度控制,并节约燃料。 钢坯出炉后,先用1800MPa的高压水除鳞,然后被送入开坯机轧制。开坯机一般为两辊可逆式轧机,在开坯机上需要轧制7~13道左右,然后轧件被送往热锯,热锯只负责切去头尾未成形部分。后再把轧件送入**粗轧机轧制,一般轧制数道后送入**精轧机,轧一道后成形。这时还要再次切去头尾,并按定货要求把轧件切成定尺长度再送往冷床冷却。由于H型钢腿厚与腰厚之比较大,若采用平放容易因腰腿冷却速度不一致,造成腰部波浪,故一般多采用立冷。现在多数都采用步进式冷床,这不仅可以减少原来用链式拖运机构造成的缺陷,而且容易控制钢材冷却速度。经过冷却后的H型钢被送入矫直机矫直。由于H型钢断面模数较大,一般都采用8辊或9辊式矫直机矫直,矫正辊间距大可达2200mm,同时还需用卧矫进行补充矫直。钢材经矫直后被送到检查台检查尺寸、外形和表面质量,并根据标准做出标志,然后按不同等级、不同长度进行分类、堆垛和打捆后送入仓库。对不合格品按再处理品进行重矫后,用冷锯切断或修磨、焊补后再重新检查。 为提高轧机作业率、减少换辊时间,大多数厂采用快速换辊系统,即在生产的同时预先把下一个品种所需轧辊组装好。在换辊时只要把全部原机架拉出,换上已装好的新机架即可。每个机架都装有一个自动电器接线,以及冷却水、稀油和干油管接头及连接杆的定位连接装置。该装置拆接方便、迅速,整个换辊时间约20min。 为对生产工艺流程进行有效控制,现代化的H型钢厂都采用计算机控制。一般是三级控制系统,**级用于生产组织管理,采用大型计算机进行DDC控制(直接数字控制);*二级是对生产过程的控制,即程序控制,程序控制计算机一般分两线控制,*控制热轧作业区,*控制精整作业区;*三级是对每道工序的控制,包括对加热、轧制、锯切等工序的控制,一般采用微型机进行控制。各工序微型机反应的生产信息通过中间计算机反映给各自的程序控制机,经程序控制机汇总分析后反映给控制机,控制机再根据生产标准要求发出下一步调整和控制的指令。 总之,由于计算机反应迅速,可以对产品质量信息及时进行收集处理,因此计算机控制是进行生产工艺控制的佳手段。
H型钢是一种新型经济建筑用钢。H型钢截面形状经济合理,力学性能好,轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小,与普通工字钢比较,具有截面模数大、重量轻、节省金属的优点,可使建筑结构减轻30-40%;又因其腿内外侧平行,腿端是直角,拼装组合成构件,可节约焊接、铆接工作量达25%。常用于要求承截能力大,截面稳定性好的大型建筑(如厂房、高层建筑等),以及桥梁、船舶、起重运输机械、设备基础、支架、基础桩等。
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**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。**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**低碳合金钢。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。热锯采用计算机精确定位。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。检查台后还专门配备了自动堆垛和打捆设备。全厂生产管理采用计算机三级控制。该厂无论工艺设备还是自动化程度均是当今世界上**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**)、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。 该厂的先进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。其三级计算机系统,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。
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