H型钢的种类、生产工艺及常见缺陷介绍(共17页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上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2131，其规格一般从100mm×50mm900mm×300mm。作为柱型构件的H型钢，其高度与腿宽之比为11，其规格一般从100mm×100mm400mm×400mm。H型钢高度801100mm，腿宽46454mm，腰厚2.978mm，单重61086kg/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)利用一架万能轧机的轧制法；    (3)利用多机架万能轧机的轧制法。现代化H型钢生产方法用多机架万能轧机轧制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万能孔型，腰和腿部的加工是在开口式万能孔型中同时进行的。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万能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，然后把异形坯送往万能粗轧机和轧边机进行往复连轧，并在万能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25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的万能轧机所组成。每一架万能轧机包括一架万能机架和一架轧边机。    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万能孔型，在此孔型中腿是倾斜配置的，为能最后轧出平直腿部，必须在最后一道中安置圆柱立辊的万能机架。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。    在萨克法中的粗轧万能孔型，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万能机架数量，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万能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，最后在一架万能机架上轧出成品。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，在精轧万能机架中才将轧件腿部轧成平直，成品工字钢腿部斜度为15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万能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万能孔型，精轧采用格林法开口式万能孔型，在精轧万能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，最后在第二架精轧万能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万能机架进行轧制，这架万能机架的水平辊带有7的斜度，立辊锥度也为7。在精轧万能轧机中，因工字钢品种的不同，孔型斜度也不一样，一般为1.59。在轧件通过第二个万能机架第一道次时，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。在最后一架万能轧机上用水平辊和立辊对轧件进行全面加工成形。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12001250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最佳的温度控制，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713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。最后再把轧件送入万能粗轧机轧制，一般轧制数道后送入万能精轧机，轧一道最后成形。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，矫正辊间距最大可达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，第一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)；第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，一线控制热轧作业区，一线控制精整作业区；第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中央控制机，中央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最佳手段。H型钢生产工艺的选择近几十年来，随着连铸技术的进步和在线计算机控制轧制自动化程度的提高，H型钢生产工艺也日益成熟。根据所采用的坯料、所采用的孔型系统和轧机种类的不同，可以有多种不同的工艺组合，当代H型钢生产工艺共有5种可供选择。    第一种生产工艺是采用传统的钢锭做原料。首先在初轧机上把钢锭轧成矩形坯或方坯，然后将这些矩形坯或方坯加热后送到开坯机轧制。开坯机有两种不同的孔型系统，即闭口式孔型与开口式孔型。在闭口式孔型中，材料变形均匀，但这需要较多的孔型个数和较长的辊身长度，基于这种原因，闭口式孔型广泛应用于生产中等断面的型钢；而开口式孔型则主要应用于生产具有更大腰宽和腿宽的大断面型钢。若欲采用闭口式孔型轧制大号型钢，则需要两架开坯机才能在技术上取得令人满意的效果。    钢坯在开坯机上被轧成似“狗骨头”状的异形坯，然后被送到由12架万能可逆粗轧机所组成的万能粗轧机组上轧制。万能轧机水平轧辊的碾轧和立辊的侧压，使异形坯腰厚进一步减薄，腿部变得更加尖扁。通常腿厚的压缩量比腰部厚度压缩量大，这可用在轧辊变形区轧件与轧辊接触长度来解释，因为从动立辊与轧件的接触长度比水平辊与轧件的接触长度要长。在万能精轧机架，轧件承受水平辊和立辊很小的压缩，以及轧边机对腿端部的矫正。    第二种生产工艺是采用连铸矩形坯。它与第一种生产工艺的不同之处，在于不需要初轧机，而且第二种工艺生产H型钢可以获得比第一种工艺更高的收得率、更好的成品质量和更好的经济效益。这种工艺唯一受到的限制是所生产的H型钢腿较宽，因为所用连铸坯的厚度要受连铸机设备条件的限制。连铸坯在型钢厂的轧制工艺与第一种是相同的。    第三种生产工艺是采用连铸异形坯。其优势是采用一种或少量几种连铸异形坯就可以生产全部尺寸的H型钢，这要在开坯机上采用宽展法才能达到，其孔型可用闭口式，也可用开口式。与前两种工艺相比，这种生产工艺的孔型数目更少。这种工艺的不足是受连铸异形坯腿宽的限制。开坯后的轧制工艺也与前两种方法相同，需经过万能粗轧机组粗轧和万能精轧机组精轧而成形。    第四种生产工艺是采用连铸板坯。以连铸板坯为原料生产H型钢比用初轧坯及连铸异形坯更为经济，但这需要在开坯机上设计一个专门孔型。这个孔型与轧钢轨的孔型类似，它是有一定角度的切楔，用以辗轧板坯形成类似“狗骨头”状的异形断面。为此板坯要首先在第一孔进行立轧，以形成所需的腿宽，然后在下一个异形孔中(开口孔或闭口孔均可)轧成类似“狗骨头”状的异形坯。这种生产工艺比前三种变形更均匀，其优点是仅用一台开坯机加万能粗轧机组加万能精轧机组就可以生产大号H型钢。在开坯机上还有一种改造工艺，就是开坯机采用一架万能板坯开坯机，利用其水平辊与立辊成一定角度所形成的侧压可直接轧出“狗骨头”状的异形断面。后面工序与第一种工艺相同。    第五种生产工艺是采用具有很薄腰厚的连铸异形坯为原料。这种薄连铸异形坯已接近成品H型钢尺寸，因此它可以直接在万能机组上进行粗轧和精轧，而不再需要开坯机。在这种情况下，提高产量的方向是要求连铸机具有更高的铸速，能铸造出更薄的异形断面。其轧制特点是整个轧制过程变形更加均匀。    对于上述生产工艺，我们可以得出如下结论：    若以传统的初轧坯为原料，由于初轧坯为方形或矩形，与成品H型钢在外形上无几何相似性，其轧制工艺至少需要两个步骤。第一步首先在二辊式开坯机上将初轧坯轧成“狗骨头”状异形坯，这是必不可少的。但在这个二辊式开坯机的孔型上进行的切楔轧制，由于坯料外形与孔型无几何相似性，在轧制过程中，随着整个断面腿及腰的形成，坯料即轧件不可避免地要受到剪应力的作用，同时产生金属的横向流动，即宽展。为减少因不均匀变形所造成的金属外形的破坏，应尽量在高温下采用每道小压下量来完成从初轧坯到“狗骨头”状异形坯的轧制过程，但这需要较多道次才能完成。    从异形坯到成品的轧制过程，受到轧件温度相对较低、金属塑性变差等条件的限制。首要的是要防止在轧制过程中产生横向金属流动，其办法是必须保证万能机架的驱动水平辊与从动立辊的直径比控制在31。同时在设计孔型和轧机调整时要保证轧件腿部与腰部的延伸一致，否则将会影响成品尺寸的准确和外形的完整。    若以异形初轧坯或板坯为原料轧制H型钢，则开坯机仍是不可缺少的，至于需要几架开坯机，则需根据产品范围选择，至少1架，多则23架。    若以连铸薄异形坯为原料，由于其断面形状与成品断面最接近，则可以不要开坯机，而用万能轧机直接轧出成品，因此这种工艺轧钢设备投资最省，流程最短，是最具有发展潜力的新工艺。目前这种工艺存在的主要问题是如何提高连铸机铸速及产量，以与轧机能力相平衡。采用连铸异形坯为原料时异形坯尺寸的确定根据英国钢铁研究院的报告，为保证H型钢的尺寸精度和良好的冶金性能，至少要保证其坯料与成品的压缩比为61，对梁型系列，实际压缩比还要高，平均在81101之间。    据美国1992年有关连铸工字形钢坯的专利介绍，用该专利提供的技术可生产连铸工字形坯或称为“狗骨头”状异形坯或称为“沙漏状”异形坯。这种异形坯由腰部和张开成一定角度的腿组成，其腰部平均厚度不超过75mm，腿部厚度也不超过75mm。    这种异形坯的腿部厚度与腰部厚度之比为0.5121。该连铸异形坯断面的优势是可用较小的压缩比生产所需冶金性能的H型钢，通常压缩比为31即可。这样就可以减少热轧工艺设备和投资，提供一种更为经济节能的型钢生产方法。    通常采用国内专利生产的异形坯最多经15道次就可轧出所需尺寸的H型钢，其坯与成品的压缩比约为31。同时由于这种连铸异形坯外形接近最终成品，因此它在轧制变形过程中具有最小应力和应变，有利于减少腿、腰部不均匀延伸所造成的腰撕裂及腿波浪等缺陷。用这一专利方法生产的连铸异形坯具有细的铁素体和珠光体组织，它比用普通方法生产的铸坯具有更高的冲击性能。H型钢孔型设计的基本原则H型钢是一种凸缘型钢，因此其孔型设计也要遵循凸缘型钢孔型设计的基本原则。    对于大号工字钢，因其腰部面积大于腿部面积，故其腰部对腿部的拉伸能力大。为获得标准所要求的成品腿高，在全部孔型设计中都应使腿部的延伸系数大于腰部的延伸系数，为此必须采用异形坯，而小号工字钢，虽然其腰部面积小于腿部面积，但为保证腿部正确充满，也应遵循腿部延伸系数大于腰部延伸系数的原则。    上述孔型设计的基本原则，对采用万能轧机轧制的H型钢也一样适用，即应使轧件腰部与腿部的延伸相等。若腰部延伸系数比腿部延伸系数大，则腰部会出现波浪。在实际设计时为保证腿长，往往让腿部延伸系数稍大于腰部延伸系数，即相对压下量腿部要略大于腰部2%4%。若腿部延伸系数比腰部延伸系数过大，会造成撕裂。在万能轧机中，为保证H型钢轧制过程正常，应使腰部面积和腿部面积相对变化相同。H型钢坯料尺寸确定与不同工艺之间的关系日本钢管公司等有关公司的研究表明，高度大于400mm的大型H型钢，其成品尺寸与钢坯尺寸有如下关系：    (1)用矩形坯直接轧制时，其钢坯宽度与成品宽度之比为1.21.4，钢坯高度与成品高度之比为1.82.4。    (2)采用初轧异形坯轧制时，钢坯高度与成品高度之比为1.62.0。    (3)采用连铸异形坯轧制时，钢坯高度与成品高度之比为1.01.2。 (4)采用板坯轧制H型钢时，钢坯高度与成品高度之比为0.51.0，宽厚比为1.42.0。采用多机架连轧H型钢时其连轧常数的确定目前，为提高产量H型钢的生产多采用连轧方式。为保证产品质量和生产的正常进行，首先要对各道次轧件断面变化进行准确计算，合理确定延伸系数与轧机转速，否则会使轧件在机架间产生过大的张力或推力，这不仅会引起轧件尺寸变化，也会造成堆钢或拉钢事故。因此，要实现H型钢连轧，就必须遵循连轧的基本原则。    (1)为保证轧制正常，必须满足轧件在轧线上通过每一轧机的秒流量体积不变这一条件。若这一条件被破坏，就会造成拉钢或堆钢。    (2)还必须保持轧件在前一机架的出口速度等于后一机架的入口速度。若这一条件被破坏，也必然产生张力或推力。    (3)要求在轧制过程中应保持使前机架的前张力等于后机架的后张力，即应保持恒张力。    实际生产过程是处在一种动态平衡状态中，尤其是高速下的连轧生产要完全在一种平衡状态下生产是困难的，平衡是相对的，有条件的，而不平衡则是绝对的，因为无论是外扰量还是调节量的微小变动，都会导致平衡的破坏。    由于H型钢在轧制过程中其张力测定装置不如带钢的张力测定装置那样容易安装和调整，为实现H型钢连轧，并保持轧件在机架间为无张力或微张力，就需有一合理的控制方法。现在常用的控制方法有两种：一种是用数字计算机或模拟数字计算机在线控制；一种是采用简单电参数控制。前一种方法准确、迅速、合格率高，但投资大、管理复杂。后一种方法简单可行，但控制精度低。    目前不少厂采用后一种控制方法，即用电流储存方法控制(AMTC法)。其基本原理是不直接测张力，而是直接测定轧机电机的电流值，根据电流的变化确定张力，反过来再据张力变化，控制调节轧制速度。据日本川崎公司水岛厂经验，当机架间轧件上产生的张力为40MPa时，H型钢腿尖就会出现圆弧状；当张力为23MPa时，腿宽和腿厚皆产生变窄变薄的倾向，故为保证产品质量，张力不宜大，一般应控制在0.5MPa以下。H型钢生产线的平面布置类型20世纪60年代以后，建筑业对H型钢用量的迅速增加，促进了H型钢厂的兴建和H型钢轧机的制造。据统计，1990年以来世界上大约有近100多套H型钢轧机，其中日本最多。    目前世界上H型钢轧机的布置方式主要有两类：一类是半连续布置；另一类是全连续布置。采用半连续布置比较典型的是日本川崎公司水岛中型厂，其产品规格为H100400mm，主要设备包括2架二辊式开坯机、4架万能轧机和2架轧边机。全连续布置方式是最先进的，其典型厂有美国1970年建成的宽边H型钢厂、德国萨克公司的中型厂和日本1972年投产的君津大型厂。君津大型厂产量最高，工艺设备最先进，其生产规格为100500mm，主要设备有4架二辊式粗轧机组、7架万能轧机及4架轧边机。    作为H型钢轧机的主体设备，万能轧机近年来发展很快，大有取代老式二辊或三辊轧机的趋势。万能轧机可分为两类：一种是普型材及H型钢联合轧机；一种是专用H型钢轧机。以前一种为最多，它可生产许多品种，生产灵活性大，不仅可生产H型钢， 而且还可生产重轨、圆钢、方钢、槽钢和板桩等。H型钢的主要生产缺陷类型为便于区别各类缺陷和分析其产生的原因，按工艺流程，钢材缺陷可以分为钢质缺陷、轧制缺陷和精整缺陷三大类。下面将按此三大类对H型钢常见缺陷一一阐述。H型钢常见的钢质缺陷(1)夹杂。    夹杂是指在H型钢的断面上有肉眼可见的分层，在分层内夹有呈灰色或白色的杂质，经低倍或高倍检验，这些杂质通常为耐火材料、保护渣等。造成夹杂的原因是在出钢过程中有渣混入钢液，或在铸锭过程中有耐火材料、保护渣混入钢液。夹杂会破坏H型钢的外观完整性，降低钢材的刚度和强度，使得钢材在使用中开裂或断裂，这是一种不允许有的钢材缺陷。    (2)结疤。    结疤是一种存在于钢材表面的鳞片状缺陷。结疤有与钢材本体连在一起的，也有不连为一体的。造成结疤的主要原因是浇铸过程中钢水喷溅，一般是沸腾钢多于镇静钢。局部、个别的结疤可以通过火焰清除挽救，但面积过大、过深的结疤对钢材性能影响较大，一般只好判废。    为防止带有结疤的钢坯进入轧机，通常采用火焰清理机清理钢坯表面，或采用高压水将已烧成氧化铁皮的结疤冲掉。在成品钢材上的结疤需要用砂轮或扁铲清除。    (3)分层。    分层是在H型钢断面上的一种呈线纹状的缺陷。通常它是因炼钢浇铸工艺控制不当或开坯时钢锭缩孔未切干净所致。在分层处夹杂较多，尽管经过轧制也不能焊合，严重时使钢材开裂成两半。分层使钢材强度降低，也常常造成钢材开裂。带有分层的H型钢通常要挑出判废。分层一般常出现在模铸相当于钢锭头部的那段钢材中，或发生在用第一支连铸坯或最后一支连铸坯所轧成的钢材上。    (4)裂纹。    H型钢裂纹主要有两种形式：一种为在其腰部的纵向裂纹；另一种为在其腿端的横向裂纹。腰部的纵向裂纹来自浇铸中所形成的内部裂纹，腿端的横向裂纹来自钢坯或钢锭的角部裂纹。无论是哪种裂纹均不允许存在，它都破坏钢材本身的完整性和强度。H型钢常见的轧制缺陷(1)轧痕。    轧痕一般分为两种，即周期性轧痕和非周期性轧痕。周期性轧痕在H型钢上呈规律性分布，前后两个轧痕出现在轧件同一部位，同一深度，两者间距正好等于其所在处轧辊圆周长。周期性轧痕是由于轧辊掉肉或孔型中贴有氧化铁皮而造成的在轧件表面的凸起或凹坑。非周期性轧痕是导卫装置磨损严重或辊道等机械设备碰撞造成钢材刮伤后又经轧制而在钢材表面形成棱沟或缺肉，其大多沿轧制方向分布 。    (2)折叠。    折叠是一种类似于裂纹的通常性缺陷，经酸洗后可以清楚地看到折叠处断面有一条与外界相通的裂纹。折叠是因孔型设计不当或轧机调整不当，在孔型开口处因过盈充满而形成耳子，再经轧制而将耳子压入轧件本体内，但不能与本体焊合而形成的，其深度取决于耳子的高度。另外，腰、腿之间圆弧设计不当或磨损严重，造成轧件表面出现沟、棱后，再轧制也会形成折叠。    (3)波浪。    H型钢波浪、可分为两种：一种是腰部呈搓衣板状的腰波浪；另一种是腿端呈波峰波谷状的腿部波浪。两种波浪均造成H型钢外形的破坏。波浪是由于在热轧过程中轧件各部伸长率不一致所造成的。当腰部压下量过大时，腰部延伸过大，而腿部延伸小，这样就形成腰部波浪，严重时还可将腰部拉裂。当腿部延伸过大，而腰部延伸小时，就产生腿部波浪。另外还有一种原因也可形成波浪。这就是当钢材断面特别是腰厚与腿厚设计比值不合理时，在钢材冷却过程中，较薄的部分先冷，较厚的部分后冷，在温度差作用下，在钢材内部形成很大的热应力，这也会造成波浪。解决此问题的办法是：首先要合理设计孔型，尽量让不均匀变形在头几道完成；在精轧道次要力求H型断面各部分腰、腿延伸一致；要减小腰腿温差，可在成品孔后对轧件腿部喷雾，以加速腰部冷却，或采用立冷操作。    (4)腿端圆角。    H型钢腿端圆角是指其腿端与腿两侧面之间部分不平直，外形轮廓比标准断面缺肉，未能充满整个腿端。造成腿端圆角有几方面原因：其一是开坯机的切深孔型磨损，轧出的腿部变厚，在进入下一孔时，由于楔卡作用，所以腿端不能得到很好的加工；其二是在万能机组轧制时，由于万能机架与轧边机速度不匹配，而出现因张力过大造成的拉钢现象，使轧件腿部达不到要求的高度，这样在轧边孔中腿端得不到垂直加工，也会形成腿端圆角；其三是在整个轧制过程中入口侧腹板出现偏移，使得轧件在咬入时偏离孔型对称轴，这时也会出现上述缺陷。    (5)腿长不对称。    H型钢腿长不对称、有两种：一种是上腿比下腿长；另一种是一个腿上腿长，而另一个腿则下腿长。一般腿长不对称常伴有腿厚不均现象，稍长的腿略薄些，稍短的腿要厚些。造成腿长不对称也有几种原因：一种是在开坯过程中，由于切深时坯料未对正孔型造成切偏，使异形坯出现一腿厚一腿薄，尽管在以后的轧制过程中压下量分配合理，但也很难纠正，最终形成腿长不对称；另一种是万能轧机水平辊未对正，轴向位错，造成立辊对腿的侧压严重不均，形成呈对角线分布的腿长不对称。H型钢常见的精整缺陷(1)矫裂。    H型钢矫裂主要出现在腰部。造成矫裂的原因：其一是矫直压力过大或重复矫次数过多；其二是被矫钢材存在表面缺陷(如裂纹、结疤)或内部缺陷(如成分偏析、夹杂)，使其局部强度降低，一经矫直即造成开裂。    (2)矫痕。    H型钢矫痕是指由于矫正圈上贴有氧化铁或其他金属异物，在矫直时这些氧化铁或异物在钢材表面形成等间距出现的凹坑。    (3)扭转。    H型钢扭转是指其断面沿某一轴线发生旋转，造成其形状歪扭。造成扭转的原因：一是精轧成品孔出口侧导卫板高度调整不当，使轧件受到导卫板一对力偶的作用而发生扭转；二是矫直机各辊轴向错位，这样也可形成力偶而使钢材发生扭转。    (4)弯曲。    H型钢弯曲主要有两种类型：一种是水平方向的弯曲，俗称镰刀弯；另一种是垂直方向的弯曲，也叫上下弯或翘弯。弯曲主要是由矫直机零度不准，各辊压力选择不当而造成的。    (5)内并外扩。    H型钢的内并外扩是指其腿部与腰部不垂直，破坏了其断面形状，通常呈上腿并下腿扩，或下腿并上腿扩状态。内并外扩是因成品孔出口导卫板调整不当造成的，以后虽经矫直，但很难矫过来，尤其是上腿并下腿扩这种情况，矫直机很难矫，因为矫直机多采用下压力矫直。H型钢断面选择的基本原则为便于说明H型钢(IPE梁型、IPB柱型)与普通工字钢INP在断面力学性能上的差异，我们选具有相同高度(200mm)的IPB、IPE及INP断面进行比较，这三种断面代表了轧制钢梁的历史和技术的发展过程。    在同一受力条件下，比较一下INP和IPE，尽管IPE具有低的弹性断面模数，但它的单位质量弹性断面模数WxG是优越的。在型钢横向受力时，对于弹性模数WyG，IPE更为有利。因此我们可以得到如下两个结论：    (1)在一个梁仅仅受纯弯曲应力的情况下，采用IPE断面是经济的。    (2)在一个柱子同时受到x及y两个方向的负荷作用时，则采用IPB更合理。    在上述两种情况下，具有平行腿的IPE及IPB比INP(普通工字钢)具有更大的优势。从材料力学理论出发，在选择一个仅受弯曲的梁时，应主要看它的抗弯弹性断面模数Wx，也要看其抗弯惯性矩Ix，Wx与Ix是相辅相成的。对于一个受压缩的柱，弯曲抗力与曲率半径成正比。在承受小负荷的情况下，应采用IPE；在承受中等负荷的情况下，应采用IPBL系列断面(它具有最大的弹性模数)；在承受最大应力与应变条件下，应采用IPB及IPBV(柱型H型钢)系列的H型钢。    经过计算，在各种许用弯矩下，H型钢(IPE)比普通工字钢(INP)平均单重轻10，这对于起重设备和运输设备的结构设计有很大意义。H型钢断面设计原理通常我们在进行H型钢断面设计时要考虑两个主要因素：一个是断面的安全性；另一个是断面的经济性。为了断面安全，我们要求H型钢的腰厚与高度之比应不小于145。对作柱用的H型钢，是用扭转半径与其质量之比来表示其经济性。弹性理论用来计算静态结构，如仓库、房屋、桥梁等是可行的，但对运动构件如车轮等就不太适用，这时人们往往采用塑性理论。塑性理论的研究可追溯到1914年。1975年欧洲设计委员会制定了一个塑性设计规范，它主要用于静载荷平面梁和受到弯曲应力的框架结构，其要求如下：    bs12；15    对于高层建筑，还需要进行更细致的计算。塑性设计方法在动载荷情况下，通常是按许用应力不小于动载荷再乘以许用应力的安全系数的方法进行许用应力的计算。在一个轴受弯曲的情况下，可用公式a=W动W许进行计算。用塑性方法代替弹性方法计算强度，可以提高构件的承载能力14。H型钢在高层建筑上的应用随着世界经济的发展、人口的激增、城市面积的不断扩大，原本已很昂贵的地价倍增。为更有效地利用土地空间，从1930年开始出现了不少高度超100m的高层及超高层建筑。这些高层建筑地基多采用H型钢或钢管做桩，打入地下几十米深。其地面上建筑多采用钢结构或钢与钢筋混凝土复合结构，其采用的钢材承重柱多用柱型H型钢(以400mm×400mm系列居多)，其梁多采用轻型H型钢或蜂窝孔梁(蜂窝孔梁是将H型钢的腰部切出一个个六角形的空洞以减轻质量)。从国外高层及超高层建筑用钢看，H型钢(包括T型钢、蜂窝孔梁等)大约占所用钢材量的4063。H型钢在工业建筑上的应用据国外资料介绍，H型钢用于建造工厂厂房时，同样规模下比采用焊接工艺可节约金属3，比采用铆接工艺可节约金属10。由于H型钢具有质量轻、抗弯模数大的优势，所以它是用于火力发电站重型锅炉的承重结构的断面最理想的钢材。在日本，265万kW以上的火力发电站，多采用H型钢做承重骨架。    石油精炼厂及石油化工厂中的厂房结构、储油罐等，包括各种输送管道的支架，也多采用H型钢，它不仅加工制作方便，而且造型美观。    冶金工厂的厂房和主体设备基础大多也采用H型钢作为其钢结构的主要材料。如炼钢厂厂房、轧钢主跨厂房等多采用400mm×400mm系列柱型H型钢，也有相当数量是采用高6001000mm的H型钢。冶金工厂的主体设备地基也往往打入H型钢，以加强其承受重载荷的能力，这方面用得特别多的是高炉、焦炉基础，大多采用桩型H型钢。桩型H型钢具有高的承载能力，它可比其他断面型钢减少打桩数量，既可节约费用，又可缩短施工周期。H型钢在造船和港口建设中的应用造船所需骨架材料主要是球扁钢，但对于万吨以上的大型船舶，球扁钢断面模数过小，需要使用具有更大抗弯模数的材料。国际上通常采用T型钢及L型钢。T型钢是H型钢经热纵切或冷切制成的，而L型钢是用平行腿槽钢经热纵切或冷切制成的。这两种断面的钢材只有在具有万能轧机的轧钢车间才能生产，它们是H型钢的又一个子系列。其常用尺寸规格以125mm×36mm300mm×62mm居多。    海边码头要常年承受海浪的冲击和台风袭击，为了船舶的安全，大多采用桩型H型钢建设码头。首先将H型钢打到海底岩层，然后再用以H型钢制成的衍架把桩体相互连接起来，上面铺上混凝土，这样一个坚固耐用的码头就建成了。建一个万吨级码头，需要用200mm×200mm400mm×400mm的H型钢约150t。H型钢在地下支护工程中的应用H型钢以其断面安全性和施工经济性的优势在地下工程中获得广泛采用，如建设地下铁路、煤矿巷井、海底隧道等。在日本新干线铁路和名古屋神户间高速公路的隧道建设中大量使用H型钢作为防止土层塌落的护壁。在地下铁路施工中，采用H型钢可以减小水泥墙厚度和提高地下挖掘进度，尤其是地质结构复杂地段的施工，更显示出H型钢安全可靠和便于更换的优越性。在地下支护工程中，主要采用100mm×100mm250mm×250mm尺寸的H型钢，其钢种要求抗张强度为400500MPa，伸长率不小于17，这样才能保证H型钢具有地下支护工程所要求的良好的冷弯性能和焊接性能。H型钢在桥梁建设中的使用情况据我国有关部门介绍，目前我国铁路桥所用H形部件均采用钢板、工字钢和角钢铆焊而成，它占桥梁构件的8090。如64m跨的铁路桥，所用的460mm×460mm H形构件占总量的6070，所用的1200mm×240mm H形构件占全桥总重的20。若采用轧制H型钢可以节约钢材2030，节约焊条2，节约工时4060，比铆接构件节约铆钉5。公路桥主梁也希望采用H型钢，其规格为300mm×200mm900mm×300mm。    随着我国经济的飞速发展，交通事业的发展也在加快，高速公路、高速铁路、轻轨铁路、地下铁路等快速简捷的运输方式正在纳入我国各地的发展计划，尤其是一些跨江跨海大桥今后还将要建设至少十几座。据介绍，我国仅在长江流域至少还要再建设1316座长江大桥，同时还要建设跨海峡大桥4座。H型钢在工业钢结构件中的应用冶金行业中烧结机的钢结构是用钢板焊接成H形，其尺寸为400mm×300mm，完全可以用轧制H型钢代替。再如火力发电站大型锅炉承重结构，全都是采用普通工字钢与钢板焊接而成的。其消耗钢材占电站所用钢材总量的30，若用H型钢代替普通工字钢，可以大大减少其钢材用量。火力发电站锅炉承重结构一般采用(320560)mm×(200300)mm的H型钢。在大型铁路车辆上，其车体承重主梁大多采用工字钢或乙字钢，如我国铁路平板车车体主梁就曾用日本进口H型钢制作，其尺寸为512mm×202mm。铁路自卸车车体主梁过去是采用钢板焊接成H形，其尺寸为(120850)mm×(100300)mm，这也完全可以用轧制H型钢代替。起重行业过去单梁吊车、门形吊车主梁主要用1830号普通工字钢，这部分规格的钢材完全可以采用H型钢代替。H型钢在地下铁路、矿山巷道建设中的使用情况我国城市发展地下铁路方兴未艾，北京、天津、广州、上海等城市地下铁路建设资料表明，在地下铁路挖掘过程中需要大量支护钢材保护堤坝以防止塌落，过去是用普通工字钢，规格主要为3663号，H型钢也完全可以取代这些规格的普通工字钢。    根据我国煤炭建设实践，每开采1万t煤需用钢材26t，其中支护钢材主要采用1112号矿用工字钢、U2936及1856号普通工字钢。我国每年产煤10多亿吨，需要支护钢材30万t左右。这些也完全可以用H型钢取代，而且H型钢比原普通矿工钢性能更好、质量更轻。H型钢在石油化工行业的使用情况石油工业中的采油井架全部是铆焊结构的，一台井架需要钢材30t，我国每年要生产70100台井架，用钢量约25003000t，其中H型钢规格为(200250)mm×(100150)mm，用量要占50左右。另外石油抽油机也要用H型钢，其规格多为690mm×250mm，每年全国需抽油机达30004000台，其钢材用量也是相当大的。H型钢在我国高层建筑上的使用情况我国自改革开放以来，高层建筑已从无到有，从电视塔到摩天大楼，全国各大中城市已建成数百座高层建筑。其中高层钢结构建筑有11座，比较著名的有北京国贸中心、北京京广中心、上海浦东金茂大厦等。计划在建的高层建筑还约有几十座之多，如已开工建设的上海浦东金融中心，全高460m，居世界第二。这些摩天大厦主要采用钢结构或钢+混凝土复合结构设计，H型钢用量约占其总钢材用量的4060左右。如浦东金茂大厦共用各类钢材21万t，其中，H型钢、T型钢、L型钢达133万t，占61。H型钢在隧道工程中的应用情况随着高速铁路、高速公路、大型输水工程、煤矿、地下铁路等隧道工程的大型化，H型钢作为主要支护材料获得了广泛应用。H型钢在断面稳定性、安全性，以及施工的方便性和缩短工期等方面，明显优于普通工字钢和矿用工字钢，尤其是在地下隧道、海底隧道或地质结构复杂区域施工，它是理想的支护材料，因此被世界各国施工设计部门普遍采用。    钢拱支撑架由支承架本体、连接板、剪力杆、拉杆螺栓、抗侧推架及底板几部分组成。要根据施工现场地质情况和所支护隧道尺寸来选择支撑架部件尺寸。钢拱支撑架的部件可以在地面上做好，到地下进行组装。常用支撑架根据用途分为供巷道用、供铁路用、供公路用、供输水用、供环形截面用几种。    用H型钢做支撑架有以下优点：    (1)采用H型钢做支撑架，可使隧道作业空间宽阔，便于大型机械施工，有利于缩短施工周期。    (2)由于H型钢支撑架是组装件，所以容易拆卸更换，另外增加额外支撑架补强也很方便。    (3)H型钢抗弯断面模数大，这样可以减小混凝土覆盖厚度，减少土方挖掘量和混凝土用量，降低工程费用。焊接H型钢的生产工艺H型钢是一种经济断面钢材。H型钢有热轧和焊接H型钢两大类。一般认为，当H型钢的断面模数超过10000时，再用轧制方法生产，就不如用焊接方法生产经济。还有不少种类的H型钢尽管断面模数不算大，但由于其断面是不对称的，如两腿具有不同的长度或不同的厚度等，则这种H型钢也是难以轧制的，而常常采用焊接方法生产。与轧制方法相比，焊接方法的优点是：可以生产各种难以轧制的H型钢断面，生产操作灵活，适合小批量、多品种的市场需求。焊接方法的缺点是：金属消耗高，生产成本高，产量低。    焊接H型钢生产工艺可分为两种：一种为连续式，它以钢卷为原料；另一种为间断式，它以钢板为原料。    连续式工艺流程为：钢带纵切开卷打坡口定位焊接矫直剪切包装。    间断式工艺流程为：切割下料干燥喷丸预弯对正预焊喂进焊接翻转再焊切成定尺矫直标志防锈包装。    连续式工艺大多采用高频焊接，其产量大约为2万5万ta，它可以生产高度为200500mm的窄边、中边及宽边H型钢、T型钢、L型钢等，其焊速可达30mmin。间断式工艺大多采用埋弧焊接，其产量约为1万3万ta，它可以生产高度为2001500mm的各种宽度的H型钢、T型钢等，其焊速可达18mmin左右。    连续式焊接机组最早发明于美国，以后日本、瑞典、意大利、德国等国也先后建设了连续式焊接H型钢机组。间断式焊接机组要早于连续式焊接机组，目前世界各国几乎都有。我国无锡华联焊割设备厂生产的这种机组不仅大量供应国内各单位，还出口到不少国家。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