智能建造工程專業(yè)96課件講解

智能建造工程專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.5.2冶煉、澆鑄、軋制和熱處理的影響

主講人：王麗02軋制的影響03熱處理的影響01冶煉、澆鑄的影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄Part01冶煉、澆鑄的影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冶煉與澆鑄這一冶金過(guò)程形成鋼的化學(xué)成分與含量、鋼的金相組織結(jié)構(gòu)，以及不可避免的冶金缺陷，從而確定不同的鋼種鋼號(hào)及其相應(yīng)的力學(xué)性能。鋼材的冶煉方法主要有平爐煉鋼、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼、堿性側(cè)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼及電爐煉鋼。在建筑鋼結(jié)構(gòu)中，主要使用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼材。建筑用的軋制鋼材，是將煉鋼爐煉出的鋼液注入盛鋼桶中，再由盛鋼桶送入澆鑄車間，澆鑄成鋼錠和鋼坯，一般鋼錠或鋼坯冷卻至常溫放置，需要時(shí)再將鋼錠或鋼坯加熱切割，送入軋鋼機(jī)中反復(fù)碾壓軋制成各種型號(hào)的鋼材。澆鑄成鋼錠或鋼坯的方法有兩種，一種是澆入鑄模做成鋼錠，另一種是澆入連續(xù)澆鑄機(jī)做成鋼坯，澆鑄和脫氧同時(shí)進(jìn)行。由于脫氧方法、脫氧劑的種類和數(shù)量不同，最終脫氧效果也差別很大，形成有沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和鎮(zhèn)靜鋼的區(qū)別。沸騰鋼是以脫氧能力較弱的錳作為脫氧劑，因而脫氧不夠充分，鋼水中氧化鐵和碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成一氧化碳和氧、氮等氣體從鋼中逸出，鋼水劇烈沸騰故稱為沸騰鋼。沸騰鋼結(jié)晶構(gòu)造粗細(xì)不勻、偏析嚴(yán)重，常有夾層，塑性、韌性及可焊性相對(duì)較差。鎮(zhèn)靜鋼一般用硅為脫氧劑。當(dāng)在鋼水中投入錳和適量的硅作脫氧劑，鋼水中氧化鐵絕大部分被還原，很少能再和碳化合析出一氧化碳?xì)怏w，同時(shí)脫氧還原過(guò)程放出大量熱量，使鋼錠冷卻緩慢，鋼中有害氣體容易逸出，澆鑄時(shí)鋼水表面平靜，稱之為鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼組織致密，氣泡少，偏析程度小，含非金屬夾雜物亦較少，因而塑性、沖擊韌性及可焊性比沸騰鋼好，同時(shí)冷脆及時(shí)效敏感性也低。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼稱為半鎮(zhèn)靜鋼。它是用較少的硅進(jìn)行脫氧半鎮(zhèn)靜鋼的性能大大地優(yōu)于沸騰鋼，其強(qiáng)度和塑性完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，縱向軋制鋼材的均勻性不次于鎮(zhèn)靜鋼。特殊鎮(zhèn)靜鋼是在用錳和硅脫氧之后，再加鋁或鈦進(jìn)行補(bǔ)充脫氧，鋁的脫氧能力非常強(qiáng)，是錳的90倍，因而其性能得到進(jìn)一步的明顯改善，尤其是可焊性顯著提高。Part02軋制的影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱軋過(guò)程始于1200-1300℃高溫，終止于900-1000℃。軋制過(guò)程可改善鋼錠的鑄造組織、細(xì)化晶粒并消除顯微組織缺陷，因而改善了鋼材的力學(xué)性能。因此軋制鋼材的性能比鑄鋼優(yōu)越，軋制次數(shù)多的鋼材比軋制次數(shù)少的性能改善程度要好些。軋制型材規(guī)格愈小，一般來(lái)說(shuō)強(qiáng)度愈高，而且塑性及沖擊韌性也比較好。如軋制時(shí)壓縮比過(guò)小，成品厚度較大，停軋溫度過(guò)高，則在隨后的冷卻過(guò)程中會(huì)形成降低強(qiáng)度和塑性的金相組織；如停軋溫度過(guò)低，將增加鋼的冷脆傾向，并由于形成帶狀組織而破壞鋼的各向同性的性質(zhì)。為了保證鋼材的質(zhì)量，必要時(shí)，在軋制過(guò)程中應(yīng)控制軋制溫度和冷卻速度，提供在“控軋”狀態(tài)下的供貨狀況。Part03熱處理的影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般鋼材以熱軋狀態(tài)交貨，某些高強(qiáng)度鋼材則在軋制后經(jīng)過(guò)熱處理才出廠。熱處理的目的在于取得高強(qiáng)度的同時(shí)能夠保持良好的塑性和韌性。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T1591-94）規(guī)定：“鋼一般應(yīng)以熱軋、控軋、正火及正火加回火狀態(tài)交貨。Q420、Q460C、D、E級(jí)鋼也可按淬火加回火狀態(tài)交貨”。具體交貨狀態(tài)由需方提出并訂入合同，否則由供方?jīng)Q定。正火處理屬于最簡(jiǎn)單的熱處理，即把鋼材加熱至850-900℃并保持一段時(shí)間后在空氣中自然冷卻。如果鋼材在終止軋制時(shí)溫度正好控制在上述溫度范圍，可得到正火效果，稱為控軋。淬火處理是把鋼材加熱至900℃以上，保溫一段時(shí)間，然后故入水或油中快速冷卻，得到高硬度、高強(qiáng)度?；鼗鹛幚硎菍⒋慊痄撝匦录訜嶂料嘧兣R界點(diǎn)以下的預(yù)定溫度，并保溫一段時(shí)間，然后在空氣中自然冷卻，其目的是減小淬火鋼的脆性。淬火鋼回火后的力學(xué)性能取決于回火的溫度和時(shí)間，可依據(jù)需要分別選擇低溫回火（150-200℃）、中溫回火（300-500℃）和高溫回火（50