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。 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,提高承载能力。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。其尺寸构成系列合理,型号齐全,便于设计选用。
按钢板的理论重量7.85kg/m计算,注:腹板翼板各加2公分(河北省计算法) 计算式:腹板:{1X(300-18+20)X6.5X7.85}/1000=15.4kg 翼板: {1X(150+20)x9x7.85x2}/1000=24.02kg 腹板+翼板=39.42kg 钢材理论重量计算的计量单位为公斤( kg )。 其基本公式为: W (重量, kg ) = F (断面积 mm2 )× L (长度, m )×ρ(密度, g/cm3 )× 1/1000 钢的密度为: 7.85g/cm3 各种钢材理论重量计算公式如下: 名称(单位):圆钢 盘条(kg/m) 计算公式:W= 0.006165 ×d 2 符号意义: d = 直径mm 计算举例:直径100 mm 的圆钢,求每m 重量。每m 重量= 0.006165 ×1002=61.65kg 名称(单位):螺纹钢(kg/m) 计算公式:W= 0.00617 ×d 2 符号意义:d= 断面直径mm 计算举例: 断面直径为12 mm 的螺纹钢,求每m 重量。每m 重量=0.00617 ×12 2=0.89kg 名称(单位):方钢(kg/m) 计算公式: W= 0.00785 ×a 2 符号意义: a= 边宽mm 计算举例:边宽20 mm 的方钢,求每m 重量。每m 重量= 0.00785 ×202=3.14kg 名称(单位):扁钢(kg/m) 计算公式: W= 0.00785 ×b ×d 符号意义: b= 边宽mm d= 厚mm 计算举例: 边宽40 mm ,厚5mm 的扁钢,求每m 重量。每m 重量= 0.00785 ×40 ×5= 1.57kg 名称(单位):六角钢(kg/m) 计算公式: W= 0.006798 ×s 2 符号意义: s= 对边距离mm 计算举例: 对边距离50 mm 的六角钢,求每m 重量。每m 重量= 0.006798 ×502=17kg 名称(单位):八角钢(kg/m) 计算公式: W= 0.0065 ×s 2 符号意义: s= 对边距离mm 计算举例: 对边距离80 mm 的八角钢,求每m 重量。每m 重量= 0.0065 ×802=41.62kg 名称(单位):等边角钢(kg/m) 计算公式:W= 0.00785 ×[d (2b – d )+0.215 (R2 – 2r 2 )] 符号意义: b= 边宽 d= 边厚 R= 内弧半径 r= 端弧半径 计算举例: 求20 mm ×4mm 等边角钢的每m 重量。从冶金产品目录中查出4mm ×20 mm 等边角钢的R 为3.5 ,r 为1.2 ,则每m 重量= 0.00785 ×[4 ×(2 ×20 – 4 )+0.215 ×(3.52 – 2 ×1.2 2 )]=1.15kg 名称(单位):不等边角钢(kg/m) 计算公式: W= 0.00785 ×[d (B+b – d )+0.215 (R2 – 2 r 2 )] 符号意义: B= 长边宽 b= 短边宽 d= 边厚 R= 内弧半径 r= 端弧半径 计算举例: 求30 mm ×20mm ×4mm 不等边角钢的每m 重量。从冶金产品目录中查出30 ×20 ×4 不等边角钢的R 为3.5 ,r 为1.2 ,则每m 重量= 0.00785 ×[4 ×(30+20 – 4 )+0.215 ×(3.52 – 2 ×1.2 2 )]=1.46kg 名称(单位):槽钢(kg/m) 计算公式: W=0.00785 ×[hd+2t (b – d )+0.349 (R2 – r 2 )] 符号意义: h= 高 b= 腿长 d= 腰厚 t= 平均腿厚 R= 内弧半径 r= 端弧半径 计算举例: 求80 mm ×43mm ×5mm 的槽钢的每m 重量。从冶金产品目录中查出该槽钢t 为8 ,R 为8 ,r 为4 ,则每m 重量=0.00785 ×[80 ×5+2 ×8 ×(43 – 5 )+0.349 ×(82–4 2 )]=8.04kg 名称(单位):工字钢(kg/m) 计算公式: W= 0.00785 ×[hd+2t (b – d )+0.615 (R2 – r 2 )] 符号意义: h= 高 b= 腿长 d= 腰厚 t= 平均腿厚 R= 内弧半径 r= 端弧半径 计算举例:求250 mm ×118mm ×10mm 的工字钢每m 重量。从金属材料手册中查出该工字钢t 为13 ,R 为10 ,r 为5 ,则每m 重量= 0.00785 ×[250 ×10+2 ×13 ×(118 –10 )+0.615 ×(102 –5 2 )]=42.03kg 名称(单位):钢板(kg/m2) 计算公式: W= 7.85 ×d 符号意义: d= 厚 计算举例: 厚度 4mm 的钢板,求每m2 重量。每m2 重量=7.85 ×4=31.4kg 名称(单位):钢管(kg/m) 计算公式:W= 0.02466 ×S (D – S ) 符号意义:D= 外径 S= 壁厚 计算举例: 外径为60 mm 壁厚4mm 的无缝钢管,求每m 重量。每m 重量= 0.02466 ×4 ×(60 –4 )=5.52kg
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H100~400mm,主要设备包括2架二辊式开坯机、4架**轧机和2架轧边机。全连续布置方式是先进的,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。君津大型厂产量高,工艺设备先进,其生产规格为100~500mm,主要设备有4架二辊式粗轧机组、7架**轧机及4架轧边机。 作为H型钢轧机的主体设备,**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。**轧机可分为两类:一种是普型材及H型钢联合轧机;一种是H型钢轧机。以**种为多,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**支连铸坯或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**机组轧制时,由于**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,终形成腿长不对称;另一种是**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。
中国上海大通钢结构公司的焊接H型钢生产线情况 该厂是由日本住友、中国宝钢等企业合资组成的股份制工厂,总投资1220万美元。主体设备是从美国引进的一条高频焊接轻型H型钢生产线,设计生产能力为6万t/a。该厂生产的品种主要有:H型钢,尺寸为100mm×50mm~300mm×150mm,单重为5.8~32.3kg/m;还可生产波纹H型钢、L型钢、T型钢等。 该厂的工艺流程为:采用热轧板卷为原料,经过开卷、平整、卷带横向对接、腹板镦粗、焊接、超声波探伤、剪切、尺寸及外观检验、涂油、捆扎等工序。 这条H型钢生产线可连续生产,焊接速度可达9~23m/min。 该厂拥有在线检测、在线矫直和在线剪切等设备。 中国闽台东和钢铁公司**型钢生产线工艺与产品 该厂是中国闽台省内的**个**型钢厂,其工艺设备是由德马克等公司提供的。设计年产量为40万t,其中H型钢20万t、中板15万t、方圆钢5万t。该厂于1992年投产。 该厂生产的产品品种规格有:桩型(柱型)H型钢100mm×100mm~350mm×350mm,梁型H型钢100mm×50mm~600mm×300mm,中板(250~1200)mm×(10~50)mm,方钢100~150mm,圆钢60~120mm。 随着H型钢在我国的应用和生产,用户对产品规格的需求越来越多,对产品的形式和尺寸精度要求日益严格,为满足市场的需求,适应市场竞争,就必须严把质量关,严格执行GB11263-98标准,努力提高生产现场工艺调整水平,熟悉H型钢产品缺陷及调整方法。 下面介绍几种H型钢常见的成品缺陷及调整方法。 一、 尺寸偏差 H型钢断面形状与英文字母“H”相似,成品尺寸需要测量及控制16个点(相对于棒线材成品尺寸测量及控制要复杂),**轧机三个机架UR、E、UF全自动轧制,设备紧凑,程序复杂,成品调整需要考虑的因素比较多、难度大。其主要的尺寸偏差有腹板与翼缘厚度**差、翼缘厚度不等、腹板斜度、腹板偏心。 1、 腹板与翼缘厚度**差。腹板与翼缘厚度**差是指腹板与翼缘厚度**出规定偏差,这主要是水平辊、立辊辊缝不合适,可以通过修改参数,适当的调整UF辊缝大小来解决,其次水平辊、立辊辊缝不合适还有可能是由于辊缝没有校准或不正确的校准造成,如果是这个原因就必须重新校准辊缝,重新调整. 2、翼缘厚度不等。翼缘厚度不等又包括边对边不等和角对角不等。 翼缘厚度边对边不等主要是因为UF轧机两侧辊缝不等或轧辊磨损不均匀,从而造成成品两侧翼缘厚度尺寸偏差大,可通过单独调整一侧立辊的压下量来补偿这种厚度偏差,如果是轧辊已磨损严重,则需更换新辊系。 翼缘厚度角对角不等主要原因是**轧机上下水平辊错辊或串辊,如果是翼缘厚而长,调整UR轴向,如果是翼缘薄而长,调整UF轴向。 3、腹板偏心。腹板偏心是指腹板不在翼缘正中,它是H型钢轧制过程中常见,调整难度大的一种缺陷,产生腹板偏心的主要原因有:1)、UR机前升降辊道高度不合适,出现头尾腹板偏心。如果下部翼缘长,提升辊道,如果上部翼缘长,则降低辊道。2)、UR水平辊轧制线与立辊轧制线不在同一水平线上,如果下腿长,上调轧制线,如果上腿长,则下调轧制线。3)、E机架轧制线偏移,这种情况可通过调整E机架轧制线来解决,同时,适当的调整E机架压下量,保证E机架轧辊与腹板之间的间隙在一个小值(标定值为1.5mm),切不可压下量过大,使E轧辊辊环参与轧制。4)、开坯机来料不合适,来料本身存在腹板偏心,为避免这种问题,必须保证开坯机辊道平面低于下辊槽底面;另外,开坯机上下辊孔型磨损不均匀也可能造成腹板偏心,必要时需更换开坯机辊系。 二、 轧制缺陷 轧制缺陷主要包括腹板波浪、翼缘波浪形、折叠、翼缘厚薄不均等。 1、腹板波浪。当腹板的压下率大于翼缘压下率时,腹板上的金属向前延伸受到翼缘的牵制,得不到完全延伸,腹板得不到有效的伸长,多出的长度只能在翼缘之间被压制成波纹,即腹板波浪。 **轧机自动轧制过程中,任何一道都有可能出现腹板波浪,并且直接影响到后一道成品出现腹板波浪。如果成品*五道出现腹板波浪,首先考虑*五道UF腹板压下量是不是太大,如果是,则适当减少腹板压下量,如果不是,则再考虑UR的腹板压下量,或再往前各道次的腹板压下量,确定后再作出正确的压下量调整,减少腹板压下量或增加翼缘压下量,决定采用哪一种调整方法和调整量必须基于样品的测量结果和各道次轧制力分配情况。轧制过程中保证第四、五道水平辊轧制力小于立辊轧制力能有效的改善这种缺陷。另外,开坯机孔型磨损,轧辊弹跳大,导致开坯机来料腹板就厚,进入**轧机后腹板压下量大,延伸大,也容易出现腹板波浪。所以生产过程中要经常观察开坯机的料形,适时调整,保证开坯机来料能满足**轧机的需要。 2、翼缘波浪形。翼缘波浪形正好与腹板波浪相反,出现的原因正是因为翼缘的压下量远大于腹板的压下量,此缺陷可能以两种形式出现,即翼缘波浪和端部波浪。翼缘波浪如果出现在成品,首先考虑UF翼缘压下量与腹板压下量是否匹配,适当的增加腹板压下量或减少翼缘压下量,保证轧件各部分金属流动处于一种平衡状态能有效的消除此缺陷。调整时,如果有必要为了让腹板压下量匹配于翼缘压下量,也可以适当的调整开坯机辊缝,增加来料的腹板厚度。 翼缘端部波浪是因为翼缘上的波浪被成品轧辊矫直了,多余的金属材料被强压进翼缘长度方向无目标的延伸,然后在翼缘端部出现起伏的波浪。如果出现端部波浪,首先观察轧件的轧制情况和各道次红样,分析轧件波浪出现在哪个道次哪个机架,确定后有针对性的对其水平辊立辊辊缝进行调整,逐步消除端部波浪。 3、折叠。折叠实际上是一个“被轧入的裂纹”,在成品上仅凭肉眼很难看出来。成品内部出现折叠直接影响到钢的物理性能,所以必须避免这种缺陷的出现。通过合理调整开坯机辊缝,保证开坯机来料不要过充满,及时更换磨损严重的旧辊系等措施能有效的避免折叠的出现。 4、翼缘厚薄不均。翼缘厚薄不均的主要原因是UF立辊偏心,轧件翼缘宽度间断变化,宽度大的地方翼缘薄,宽度小的地方翼缘厚。增大立辊辊缝,减少立辊压下量能稍微的改善这种缺陷。如果翼缘厚薄相差太大,则需更换新立辊。 总之,H型钢生产是新工艺,新设备,长钢H型钢厂才建成投产,对工艺及设备的认识还处于摸索阶段,还需要时间去探索,发现问题,积累经验,才能进一步完善工艺,提高产品质量,创造大的经济效益。