H型钢轧制理论
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H型钢的力学性能及应用H型钢是一种具有优良力学性能的钢材,广泛应用于建筑、桥梁、机械制造等领域。
本文将介绍H型钢的力学性能及其在工程中的应用。
1. H型钢的构造及特点H型钢是一种经过热轧压延形成的钢材,其截面形状呈“H”字型,具有以下特点:•高强度:H型钢截面中的钢材布局合理,能充分利用材料的强度,因此具有很高的抗弯和抗压能力。
•节省材料:相比其他钢材,H型钢截面形状紧凑,能在承受相同荷载的情况下使用较少的材料,从而降低成本。
•稳定性好:H型钢截面的纵横向惯性矩相对较大,使得其稳定性较好,能够抵抗变形和扭转。
•施工方便:H型钢具有统一的截面尺寸和较高的加工精度,便于工厂预制和施工现场拼装。
2. H型钢的力学性能H型钢的力学性能对于其在工程中的应用具有决定性的影响,主要包括以下几个方面:•抗弯强度:H型钢的截面形状使其在承受弯曲荷载时能够产生更大的惯性矩,因此具有较高的抗弯强度。
•抗压强度:由于H型钢截面宽度相对较大,能够充分承受压力,因此具有较高的抗压强度。
•抗剪强度:H型钢截面的形状和结构使其具有较好的抗剪性能,能够有效抵抗剪切力。
•刚度:H型钢的截面形状决定了其在承受荷载时的变形情况,具有较高的刚度,能够保持结构的稳定性。
3. H型钢的应用H型钢由于其优良的力学性能,被广泛应用于各个领域的结构工程中,包括但不限于以下几个方面:•建筑结构:H型钢常用于大跨度、高层建筑的框架结构和梁柱系统。
其高强度和稳定性使得建筑能够承受风荷载、地震力和重力荷载等多种力的作用。
•桥梁工程:H型钢常用于桥梁主梁、横梁和塔架等部分的结构设计。
其高强度和刚度能够保证桥梁的稳定性和安全性。
•机械制造:在机械制造中,H型钢常被用于制造起重机和其他大型机械设备。
其高强度和抗振性能能够保证设备的正常运行。
•石油平台:H型钢在海上石油平台的建设中也得到了广泛应用。
其高强度和抗腐蚀性能使得石油平台能够承受严酷的海洋环境。
结论H型钢以其高强度、稳定性和良好的力学性能,成为各个领域工程中重要的结构材料之一。
热轧H型钢尺寸规格(摘自GB/T11263—1998)之巴公井开创作H—高度;B—宽度;t1—腹板厚度;t2—翼缘厚度;r—工艺圆角热轧H型钢理论重量计算公式:热轧H型钢理论重量=<hd+2r(b-d)+0.8584(r2-r12)>*L*7.85*1/1000其中 h----高度(MM),b----脚宽(MM),d----腰厚(MM),r----内面圆角半径(MM),r1----边端圆角半径(MM),L-----长度(M)热轧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,因热轧H型钢规格断面与英文字母“H”相同而得名。
热轧H型钢具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点,已被广泛应。
热轧H 型钢规格分为宽翼缘热轧H型钢规格(HW)、窄翼缘热轧H型钢规格(HN)和热轧H型钢桩规格(HP)三类。
热轧H 型钢规格暗示方法为:高度H宽度B腹板厚度t1翼板厚度t2,如H型钢Q235、SS400 200200812暗示为高200mm宽200mm腹板厚度8mm,翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢尺寸规格,其牌号为Q235或SS400。
热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢。
H型钢尺寸规格截面形状经济合理,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%。
经常使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。
热轧H型钢主要用于用于工业厂房、民用建筑、市政工程、石油平台、桥梁、平板车大梁、电气化铁路的电力支架、铁路沿线的钢结构桥梁等轻型、超轻型H型钢非常适用于集装箱、移动房屋、各类车库、箱式火车、电气支架、各类场馆、小别墅制造业。
(表一)。
热轧H型钢尺寸规格(摘自GB/T11263—1998)之阿布丰王创作H—高度;B—宽度;t1—腹板厚度;t2—翼缘厚度;r—工艺圆角热轧H型钢理论重量计算公式:热轧H型钢理论重量=<hd+2r(b-d)+0.8584(r2-r12)>*L*7.85*1/1000其中 h----高度(MM),b----脚宽(MM),d----腰厚(MM),r----内面圆角半径(MM),r1----边端圆角半径(MM),L-----长度(M)热轧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,因热轧H型钢规格断面与英文字母“H”相同而得名。
热轧H型钢具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点,已被广泛应。
热轧H 型钢规格分为宽翼缘热轧H型钢规格(HW)、窄翼缘热轧H型钢规格(HN)和热轧H型钢桩规格(HP)三类。
热轧H 型钢规格暗示方法为:高度H宽度B腹板厚度t1翼板厚度t2,如H型钢Q235、SS400 200200812暗示为高200mm宽200mm腹板厚度8mm,翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢尺寸规格,其牌号为Q235或SS400。
热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢。
H型钢尺寸规格截面形状经济合理,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%。
经常使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。
热轧H型钢主要用于用于工业厂房、民用建筑、市政工程、石油平台、桥梁、平板车大梁、电气化铁路的电力支架、铁路沿线的钢结构桥梁等轻型、超轻型H型钢非常适用于集装箱、移动房屋、各类车库、箱式火车、电气支架、各类场馆、小别墅制造业。
(表一)。
热轧H型钢截面尺寸、截面面积及理论重量表热轧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。
HW(宽翼缘)热轧H型钢(HW)截面尺寸、截面面积及理论重量表注明:1. 表中同一型号的产品,其内侧尺寸高度一致。
2. 表中截面面积计算公式为:t1(H-2t2)+2Bt2+0.858r2。
3. 表中橘色一栏数据表示的规格为市场非常用规格。
HM(中翼缘H型钢)热轧H型钢(HM)截面尺寸、截面面积及理论重量表注明:1. 表中同一型号的产品,其内侧尺寸高度一致。
2. 表中截面面积计算公式为:t1(H-2t2)+2Bt2+0.858r2。
3. 表中橘色一栏数据表示的规格为市场非常用规格。
HN(窄翼缘H型钢)热轧H 型钢(HN)截面尺寸、截面面积及理论重量表注明:1. 表中同一型号的产品,其内侧尺寸高度一致。
2. 表中截面面积计算公式为:t 1(H-2t 2)+2Bt 2+0.858r 2。
3. 表中橘色一栏数据表示的规格为市场非常用规格。
HT (薄壁H 型钢)热轧H型钢(HT)截面尺寸、截面面积及理论重量表注明:1. 表中同一型号的产品,其内侧尺寸高度一致。
2. 表中截面面积计算公式为:t1(H-2t2)+2Bt2+0.858r2。
3. 表中橘色一栏数据表示的规格为市场非常用规格。
尺寸及表示方法说明:H——高度;B——宽度;t1——腹板厚度;t2——翼缘厚度;r——圆角半径H型钢表示方法:H与高度H值×宽度B值×腹板厚度t1值×翼缘厚度t2值例如:H596×199×10×15重量及允许偏差H型钢理论重量密度按7.85g/cm3计算。
Q345CH型钢的分类与规格:通常按照翼缘宽度不同进行分为宽翼缘、中翼缘和窄翼缘三类,规格用“腹板高度h*翼缘宽度b*腹板厚度t1*翼缘厚度t2”进行表示,如“250*125*6*9”表示腹板高度250mm,翼缘宽度125mm,腹板厚度6mm,翼缘厚度9mm的H型钢。
Q345CH型钢理论重量计算公式:米重(kg)=(腹板高度h*腹板厚度t1+翼缘宽度b*翼缘厚度t2*2)*0.00785 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。
Q345CH型钢高度80~1100mm,腿宽46~454mm,腰厚2.9~78mm,单重6~1086kg/m。
聊城泰佑启金属:0635-77-9210 139-69-55-8118Q345CH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。
Q345CH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。
H型钢轧制
钢材的轧制是通过一系列轧辊,使钢坯逐渐辊成所需厚度的钢板或型钢,图2.1是宽翼缘H型钢的轧制示意图。
钢材的锻压是将加热了的钢坯用锤击或模压的方法加工成所需形状的工件,钢结构中的某些连接零件常采用此种方法制造。
热加工可破坏钢的组织,使金属的晶粒变细,还可在高温和压力下压合钢坯中的气孔、裂纹等缺陷,改善钢材的力学性能。
热乳薄板和壁厚较薄的热扎型钢,因辊扎次数较多,扎制的压缩比大,钢材的性能改善明显,其强度、塑性、韧性和焊接性能均优于厚板和厚壁型钢。
钢材的强度按板厚分组就是这个缘故。
轧钢H 型钢的轧制与发展杜立权(鞍钢设计研究院)摘要 H 型钢因其使用方便并具有很好的经济性,故用途很广泛。
详细介绍了H 型钢品种规格的分类、标准及其轧制方法和轧机布置形式,重点介绍了万能轧机机架的结构形式,最后阐述了H 型钢生产的发展方向。
关键词 H 型钢 轧制 发展Ro lling P rocess and D evelopm en t of H Secti on sD u L iquan(A ISC D esign and R esearch In stitu te ) Abstract H secti ons due to conventi onal use and good econom ical efficiency are in generaluse .Specificati ons classifying ,standard ,ro lling p rocess of H secti ons and ro lling m ills arrangem ent are introduced in detail.Structure of universal m ill stander as key po int are introduced lastly ,the developm ent directi on of p roducti on of H secti ons are described .Key W ords H secti on ro lling developm ent1 前 言H 型钢也称宽平行边工字钢或宽缘钢梁,由于使用方便并具有很好的经济性,H 型钢的用途很广泛。
它与普通的钢梁相比,具有一种合理的经济断面,其翼缘宽壁薄、单重轻、节省金属,并且高度范围大、规格多、使用灵活、翼缘内外侧表面平行,翼缘端为直角,杜立权 高级工程师 鞍钢设计研究院轧钢室邮编 114021便于组合铆焊连结,有优良的力学性能,断面模数、惯性矩及相应刚度等力学性能都优于同类工字钢。
热轧H型钢尺寸规格(摘自GB/T11263—1998)H—高度;B—宽度;t1—腹板厚度;t2—翼缘厚度;r—工艺圆角热轧H型钢理论重量计算公式:热轧H型钢理论重量=<hd+2r(b-d)+0.8584(r2-r12)>*L*7.85*1/1000其中h----高度(MM),b----脚宽(MM),d----腰厚(MM),r----内面圆角半径(MM),r1----边端圆角半径(MM),L-----长度(M)热轧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,因热轧H型钢规格断面与英文字母“H”相同而得名。
热轧H型钢具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点,已被广泛应。
热轧H型钢规格分为宽翼缘热轧H型钢规格(HW)、窄翼缘热轧H型钢规格(HN)和热轧H 型钢桩规格(HP)三类。
热轧H型钢规格表示方法为:高度H宽度B腹板厚度t1翼板厚度t2,如H型钢Q235、SS400200200812表示为高200mm宽200mm 腹板厚度8mm,翼板厚度12mm的宽翼缘H型钢尺寸规格,其牌号为Q235或SS400。
热轧H型钢是一种新型经济建筑用钢。
H型钢尺寸规格截面形状经济合理,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。
热轧H型钢主要用于用于工业厂房、民用建筑、市政工程、石油平台、桥梁、平板车大梁、电气化铁路的电力支架、铁路沿线的钢结构桥梁等轻型、超轻型H型钢非常适用于集装箱、移动房屋、各类车库、箱式火车、电气支架、各类场馆、小别墅制造业。
588×300 12 20 28 192.5 151 118000 9020 24.8 6.85 4020 601 594×302 14 23 28 222.4 175 137000 10600 24.9 6.90 4620 701热轧H型钢柱尺寸规格(摘自GB/T11263—1998)。
一、 H 型钢轧制方法
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。
1、利用普通二辊或三辊式型钢轧机的轧制方法
这种轧制方法大多采用生产普通工字钢的直轧法、斜轧法和弯腰对角轧制法生产工艺。
这种轧制方法只能轧制小规格的H 型钢,生产效率低,质量不稳定,不能生产中等规格以上的宽腿H 型钢。
2、利用一架万能轧机的轧制方法
它的主要特点是利用二辊开坯机和两架三辊式轧机进行粗轧,用一架万能轧机进行精轧。
缺点是轧辊磨损快且不易恢复,一次轧出量少,更不适合轧制多种尺寸H 型钢。
3、利用多机架万能轧机的轧制方法
用多架万能轧机轧制H 型钢,万能轧机除被驱动的上下两水平辊外,在水平辊两侧设置被动立辊,共用四个轧辊形成一个孔型。
万能轧制这种方法在世界上已获得普遍应用,是现代化H 型钢的生产方法。
(1)格林法。
格林法轧制的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。
(2)萨克法。
萨克法是闭口式万能孔型,在孔型中腿是倾斜配置的,在最后一道中安置圆柱立辊的万能机架。
在萨克法中粗轧万能孔型,其水平辊侧面采用较大斜度,可减少水平辊磨耗,同时由于立辊是采用带锥度的,可减少轧制道次和万能机架数量,节约设备投资。
(3)杰普泼法。
主要特点是粗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。
4、X -H 轧制法
X -H 轧法是SMS 取得专利的轧法。
X -H 轧法有如下优点:更高的生产能力;更高的温度水平;更少的轧制压力及驱动功率;提高轧辊的使用寿命;控温轧制实现可能;更长的轧件长度。
X -H 轧制方法是目前世界上生产H 型钢比较流行的轧制方法,已经被多数新建或新改造的H型钢厂所广泛采用。
二、 H 型钢轧制参数
轧制压力,轧制力矩,各道次压下量,轧制温度,轧机孔型,宽展
三、 H 型钢轧制变形区
基本假设如下:
①材料为各向同性且不可压缩; ②忽略弹性变形的影响; ③忽略惯性力的影响; ④假设Σ=m k,k=3/
⑤在变形区内,材料服从米赛斯(R.V onM ises)屈服条件和流动法则。
由于轧件在一对水平辊和一对立辊之间产生变形,根据孔型和轧件的对称性,
只研究其1、4变形区的yz 和xy 断面(见图1)。
考虑到翼缘和腹板交界区域变形的复杂性,将变形区断面分为3个小变形区,即:腹板变形区(1区)、交界变形区(2区)和翼缘变形区(3区),如图1所示。
图1 变形区示意图
考虑与水平辊接触前的变形,腹板厚度式为 2
2
1x
R R h h h --
+
q
x x ≤≤0 h=
2
20)
(x l R R h v --+-
v
q l x x ≤≤
在此
q
q v h x x l R R /)(-=
()
[
]2
102
10/)(2h h l h h l R x v v h q -+-=
将轧辊视为刚体,翼缘厚度用下式表示:
2
2
1x
R R t t v v --
+=
假设翼缘宽度按下式变化:
()2
101⎪
⎭⎫
⎝⎛-+=v l x B B B B 在通常轧制条件下,由于翼缘先和立辊接触并产生变形,翼缘内金属的纵向流
动速度。
在变形开始阶段应大于腹板内金属的纵向流动速度,随着变形的深入以及腹板开始与水平辊接触并产生变形,二者差距逐渐减小,直至最终以相同速度离开辊缝。
在特殊轧制条件下,上述变形过程可能相反,如在立辊偏移式轧机上轧制H 型钢或采用特殊轧制工艺时,腹板可能先与水平辊接触并产生变形,此时腹板内金属的纵向流动速度可能会大一些。
因此,在变形区内,主要在交界变形区附近,金属除纵向流动外,还会交替地从翼缘流向腹板,或从腹板流向翼缘。
基于上述考虑,假设一个反映翼缘和腹板内金属的纵向流动速度差的函数如下
=
-=∆wx fx x v v v
()()()
2
/∆--∆∆l x l x l l v δ ∆≤≤l x 0
()()
∆--l x x l v δ v l x l ≤≤∆ (1)
该函数较确切地反映了金属在翼缘和腹板间的双向流动情况。
根据秒流量相等原理和式(1),可以分别确定翼缘和腹板内金属的纵向流动速度。
四、 H 型钢轧制金属流动
由于H 形轧件是在水平辊和立辊构成的孔型中轧制,其接触条件、压下条件、摩擦条件、几何条件等都比较复杂,轧制中除产生纵向延伸外,还有复杂的横向流动。
影响金属流动的主要因素有:腰、凸缘的压下率及它们的比值;腰、凸缘的尺寸及尺寸比。
分析可知,金属在腰与凸缘间的流动具有如下特点:
(1)当断面形状系数较小时,即腰的面积占凸缘面积的比例较小时,金属流动率较大;
(2)当y t ηβ>t η时,m γ为正,A ∆>0,即腰部金属向凸缘流动。
式中:y η-腰压下系数,12
y d d η=
;
t β-凸缘宽展系数,21t H H β=;
t η-凸缘压下系数,12
t t t η=
;
m γ-金属流动率,111y t t
m
t y
ηβηγληη⎛⎫
-= ⎪ ⎪+⎝⎭
; A ∆-金属流动面积,111y y t t
t y
b d A ηβηληη⎛⎫-∆=
⎪ ⎪+⎝⎭。
(3)当y t t ηβη=时,m γ为0,A ∆=0,腰与凸缘之间没有金属流动。
(4)当y t ηβ<t η时,m γ为负,A ∆<0,凸缘金属向腰部流动。
H 型钢在万能轧机孔型中轧制时,变形区分为Ⅰ区和Ⅱ区(见图3)Ⅰ只有
凸缘压下,腰部无压下。
这时,由于凸缘压下以后,被压下的金属向纵向流动形成延伸,向横向流动形成凸缘宽展。
而腰部无压下也无延伸。
由于凸缘和腰是一个整体,腰限制凸缘的延伸,使其受到纵向附加压应力,在此压应力的作用下,凸缘被压缩的金属只有向高向流动形成凸缘的宽展,向腰部流动使腰部增厚;于此同时,腰部受到凸缘延伸的影响,引起纵向附加拉应力,该附加拉应力将使腰
部产生一定的延伸,形成延伸的金属来自腰本身的减薄和凸缘向腰部流动的金属,即腰在实现压缩以前就减薄了,但沿腰的宽度方向减薄的程度不同。
当进入Ⅱ区轧制时,由于
t η<y η,这时腰部金属流向凸缘,这时因为,如
果腰和凸缘是两个分离体,腰部受到
y
η的压下而产生
y
μ的延伸,凸缘受到
t η的
压下而产生t μ的延伸,t μ<y μ,但实际上腰和凸缘是一个整体,由于相互作
用的结果,将产生平均延伸
p
μ作为H 型钢的总体延伸。
在凸缘,由于纵向附加
拉应力的作用产生了附加延伸
t
μ∆,附加延伸的金属来源于凸缘高度的拉缩和
腰部流向凸缘的金属量,由于有金属从金属流向凸缘,则使腰部延伸由
y
μ减至
p
μ。
-
参考文献
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