碳素结构钢实用4篇

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碳素结构钢范文1

[关键词]控轧控冷；折叠；划伤；开裂

1.引言

低、中碳素结构钢线材的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金钢，它是一种在室温条件下，利用金属塑性，采用加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢，主要用于制造螺栓、螺母、螺钉、自攻螺钉等紧固件和各种成形的零配件。它广泛应用于汽车、机械设备、建筑和电器等行业领域。

2.低、中碳素结构钢常见质量缺陷

低、中碳素结构钢线材质量控制的特点不同于对应的低、中碳素结构钢线材，其最终的性能要保证有足够的强度和良好的塑性和韧性，其金相组织为铁素体加珠光体，常见的成品质量缺陷为裂纹、折叠、划伤、结疤、分层、夹杂等，有时在毛坯上会出现表面裂纹，即产生开裂，在标准件生产中，存在一个常温下变形为主的工艺过程，材料局部变形大，变形速度快，表面容易产生裂纹，低、中碳优质碳素结构钢冷顶锻开裂主要有三种类型：夹杂裂纹、划伤裂纹和折叠裂纹，夹杂裂纹的特征是在钢材或零件表面有小米粒大小的“掉肉”，留下小坑，显微镜下的氧化物夹杂，划伤裂纹的特征是沿纵向较深，裂纹深处有氧化、脱碳，折叠裂纹在钢材或零件两侧对称出现，且多为纵向裂纹，裂纹内壁有轻微氧化、脱碳。

3.原因分析

坯料质量及加热制度对性能的影响。

（1）坯料质量检查。连铸坯的断面边长允许偏差为±，坯料定尺长度偏差+50mm；连铸坯的对角线长度之差要求不大于6mm，连铸坯的弯曲度要求每米不大于20mm；连铸坯表面不得有肉眼可见的裂纹、重接、翻皮、结疤、夹杂、深度或高度大于3mm的划痕、压痕、擦伤、气孔、皱纹、冷溅、耳子、凸块、凹块和深度大于2mm的发纹，横截面不得有缩孔和皮下气孔。

（2）炉温控制。

同钢坯的表面温差在长度方向上两端中间高30℃，断面温差小于30℃，钢坯出炉，用高压水除鳞，水压≥180Mpa。

如果坯料表面质量有严重缺陷或炉温控制不当，在生产过程中难以得到完全消除，则容易造成在材料表面形成冷顶锻过程中的裂纹源。

控轧工艺措施对产品性能的影响。

设备与备件的加工精度、安装质量对性能的影响。

（1）1#、2#、3#飞剪的前后导槽、活套装置的活套架与起套压套轮、空过导槽、吐丝管与吐丝盘、风冷辊道与导向轮、布卷器鼻锥与集卷筒、双芯棒等，如果加工精度不高，安装不到位或维护保养不当，造成设备与轧件产生剧烈摩擦，极易在轧件表面产生划伤。

（2）导卫插件内表面有台阶或尖角毛刺、导轮不转或转动不灵活、导卫或导槽或空过导管不对中轧制线或磨损严重等，在线材高速经过时，摩擦线材表面易造成表面划伤。

线材表面的划伤会导致线材在后续加工中因为划伤尖端处的应力集中，而在划伤处开裂或断裂。

生产调整对产品性能的影响。高线的生产调整是影响高线性能的主要因素，若轧制生产调整不当，使得产品在轧制过程中产生折叠或划伤，破坏产品的表面，就容易形成顶锻开裂的裂纹源。如果轧制压下量调整过大，或轧制张力调整不当，或轧制中心线调整偏差较大，或导卫开口度调整不合适，或轧制孔型轴向调整不当（错辊）等等，都容易在轧制过程中产生双边或单边耳子，后面轧制道次如不能消除，将产生成品折叠，导致其在冷顶锻时开裂。

控冷工艺措施对线材产品性能的影响。

在控制轧制中，冷轧温度是决定奥氏体晶粒度的主要参数之一，它通过对奥氏晶粒度的影响而影响到相变过程中的组织转变和转变产物的形貌，终轧温度对奥氏体晶粒度的影响规律是：终轧温度高，晶粒粗大；终轧温度低，晶粒细小。由于轧制速度较高，线材在预精轧机、精轧机、减定径机组轧制时一直是升温状态。一般通过水箱穿水冷却和水冷导卫冷却的方式，将线材进NTM温度、进RSM温度、吐丝温度控制到合理的工艺温度。

吐丝温度是控制相变开始温度的关键参数，吐丝温度的高低直接影响过冷奥氏体的稳定性，因而对性能产生重要的影响，其主要从两个方面影响产品的性能：1）过冷奥氏体的出现。由于线材在穿水冷却时速度较大，线材上温度梯度大，冷却极不均匀，若吐丝温度过低，容易使线材表面出现过冷奥氏体，若空冷速度不合理，会促成上贝氏体或马氏体的产生，严重破坏材料的组织结构，降低材料的塑性和韧性。2）晶粒的异常长大。若吐丝温度过高，在较高的温度下，发生组织的回复和再结晶，若保温时间较长，材料内部发生高温下奥氏体晶粒异常长大的现象，促进魏氏体的生成，也会影响材料的塑性。

线材吐丝成卷后的冷却速度也是影响产品质量的关键，主要通过控制斯太尔摩运输机上的辊道速度、风机和保温罩的开启位置来共同实现。线材在相变温度附近的不同冷却速度可以得到不同的奥氏体转变组织，冷却速度过快，出现过冷奥氏体之后高温转变会产生上贝氏体，低温转变会产生马氏体组织，异常长大的高温奥氏体组织，在冷却速度较快时还会促进魏氏体组织的生成，这些不良组织的出现会严重恶化材料组织，降低材料的塑性和韧性，从而影响产品的性能。

碳素结构钢范文2

关键词：幕墙，支撑钢结构，设计，应用

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

建筑幕墙是建筑物的护结构，是当今实现建筑外观不可或缺的装饰手段。目前建筑外观正逐渐向追求新颖、奇特、大气的方向发展，为了保证建筑外观的实现，建筑幕墙的支撑钢结构形式及连接也正变得更加复杂。

在建筑幕墙系统中，支撑结构是否可行，其设计是否合理、可靠是直接影响幕墙安全性能的关键。由于幕墙支撑钢结构多与主体混凝土结构相联系，并非完全独立的结构，其设计应考虑主体结构及幕墙影响等多种因素，因此其区别于普通的钢结构设计。

一、幕墙支撑钢结构的形式

幕墙支撑钢结构及其连接的形式千变万化，从力学角度考虑，大致可以分为以下几种——刚架、桁架、索杆结构或者由这三种形式组合而成的复合形式，简介如下：

1、刚架结构

刚架结构中杆件之间采用刚接，因此结构整体刚度大，抵抗变形能力强，在幕墙中得到很广泛的应用。但是为了保证杆件之间能够很好的传递弯矩，通常节点构造比较复杂，且质量要求较高。

图1 某刚架结构体系玻璃幕墙

2、桁架结构

桁架结构中杆件之间采用铰接，因此杆件为二力杆，杆件内力仅为轴力，不产生弯矩，其节点构造容易实现。优点是在结构形式比较简单时，结构采用手算即可，比较方便。缺点是整体性不如刚架结构，抵抗变形性能不是太好。

图1某桁架结构体系采光顶

3、索杆结构

索杆结构是指通过张拉在细杆或者索构件中施加预应力，从而使结构产生刚度以抵抗结构的变形的形式。索杆结构造型轻盈、形式多样、通透性好、艺术表现力极强，因此在现代建筑中颇为流行。但其结构刚度受其张拉力的影响很大，因此它属于几何非线性结构，设计和施工都很复杂。

图3某自平衡体系点式幕墙

二、幕墙支撑钢结构中的钢材要求

为保证幕墙支撑钢结构的承载能力，应根据其主体结构形式、受荷情况、连接形式和方法等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。选用的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和S、P含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接结构承重结构采用的钢材还应具有冷弯试验的合格证。 幕墙支撑钢结构中常用的钢材可分为碳素结构钢、低合金钢和不锈钢。

1、碳素结构钢、低合金钢

碳素结构钢是应用最普遍的工程用钢。建筑幕墙支撑钢结构中常用的碳素结构钢为Q235。低合金钢全称是低合金高强度结构钢，是指在炼钢过程中增添一些合金元素，其总量不超过5%，加入合金元素后强度可明显提高，在建筑幕墙支撑结构中比较常用的低合金钢为Q345。

碳素结构钢和低合金结构钢应当符合国标《碳素结构钢》(GB/T 700-2006)、《优质碳素结构钢》(GB/T 699-1999)、《合金结构钢》(GB/T 3077-1999)、《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591-2008)、《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》(GB/T 912-2008)、《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》(GB/T 3274-2007)、《高耐候结构钢》(GB/T 4171-2008)、《焊接结构用耐候钢》(GB/T 4172-2000)、《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T 6728-2002)和《冷拔异型钢管》(GB/T 3094-2000)中的相关规定。

碳素结构钢和低合金钢应采取有效的防腐处理，当采用热浸镀锌处理时，锌膜应符合国标《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》（GB/T13912）中的相关规定。支撑钢结构用碳素结构钢和低合金钢采用氟碳喷涂或聚氨酯喷涂时，涂膜厚度不宜小于35μm；在空气污染严重及滨海地区，涂膜厚度不宜小于45μm。

钢材之间进行焊接时，应符合国标《建筑钢结构焊接规程》（GB/T8162）、《碳钢焊条》（GB/T5117）、《低合金钢焊条》（GB/T5118）以及现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81）的相关规定。

幕墙支撑钢结构高度超过40m时，钢构件宜采用高耐候钢，并应在其表面涂刷防腐涂料。钢构件采用冷弯薄壁型钢时，其壁厚不得小于，强度应按实际工程验算。

2、不锈钢

宜采用奥氏体不锈钢，且含镍量不应小于8%，不锈钢材其技术要求应符合国标《不锈钢冷轧钢板和钢带》（GB/T 3280-2007）、《不锈钢热轧钢板和钢带》(GB/T 4237-2007)，《不锈钢棒》（GB/T 1220-2007）、《不锈钢冷加工钢棒》(GB/T 42262009)、《冷顶锻用不锈钢丝》(GB/T 4232-2009)和《形状和位置公差未注公差值》(GB/T 1184-1996)中的相关规定。

钢材（包括不锈钢）的性能试验方法，应符合国家标准《金属材料弯曲试验方法》(GB/T 232-2010)和《金属材料室温拉伸试验万法》（GB/T 228-2002）中的相关规定。

三、幕墙支撑钢结构的计算

幕墙支撑钢结构的计算，当结构形式比较简单时，可以采用一般的结构计算软件或手算进行结构计算，但当结构形式比较复杂，则应采用有限元软件来进行计算，目前行业上常用的计算软件主要有Ansys、sap2000、MIDAS、3D3S等，但最终的评价标准仍应符合中国规范相应要求。

计算主要分析结构在以下三方面的性能以保证幕墙结构的安全：

（1）强度验算

计算在承载能力极限状态作用下构件的强度。在计算时应把各种工况考虑全面，取最不利作为设计值。

（2）变形验算

当结构形式不同，使用功能不同，其变形控制值也不同，详参《钢结构设计规范》附录部分。对于幕墙中的刚架或者桁架结构，在风荷载作用下的挠度限值为其跨度的1/250，对于悬挑结构跨度取其悬挑长度的2倍，对于张拉结构取其跨度的1/200。

（3）稳定计算

对于构件的稳定计算可以按照《钢结构设计规范》中相关规定来进行计算，可以分为整体稳定和局部稳定分析，对于复杂的结构可以采用软件进行几何非线性屈曲分析。对于构件稳定相关内容见《钢结构设计规范》所述。

参考文献：

1、《钢结构设计规范》（GB50017-2003），中国建筑工业出版社。

碳素结构钢范文3

关键词：圆头锤；断裂；化学成分分析；金相检验

中图分类号：O59 文献标识码：A文章编号：1997-0668(2008)0210045-01

1. 情况简介

某机电公司购置了一批圆头锤销售，但销售出去的锤使用一段时间后，多数用户均因断裂而退货。

2. 检验与结果

宏观断口分析

该圆头锤从中间断裂(见图1)，断裂组织颜色不一致，断裂起源于有严重的铸造缺陷(见图2)。

化学成分分析

在断口附近取样做化学成分分析，结果见表1,不符合GB/T13473－1992《钢锤通用技术条件》中，"关于材料的要求－钢锤锤体采用GB699规定的45～60号优质碳素结构钢，或同等以上性能的钢材"的要求。碳素钢通常分为低碳钢(含碳量≤％)、中碳钢(含碳量～％)和高碳钢(含碳量＞％)，而含碳量在～％的铁碳合金是铸铁。从化学成分可判断，圆头锤非优质碳素结构钢制造，而为铸铁。

金相检验

在圆头锤的断口取样，抛光后，在显微镜下观察，石墨呈颗粒状分布，并有块状渗碳体存在(见图3)，白色为照片反光。用4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察，基体组织为莱氏体(见图4)。从金相组织可知该材料断口组织非碳素结构钢组织，而是白口铸铁组织。

3. 分析与讨论

从宏观分析知，该圆头锤断裂为铸造缺陷，从化学成分分析知，圆头锤的化学成分不符合GB/T13473－1992《钢锤通用技术条件》的标准要求，说明该圆头锤材质不正常。从金相分析知，断口组织为白口铸铁组织，白口铸铁组织的碳不以石墨形态析出，而以铁结合成渗碳体－Fe3C。渗碳体铁和碳的化合物，机械性能硬而脆，硬度可达HB800kg/mm2，但强度很低，塑性和韧性都几乎为零。断面基体组织为莱氏体，在室温下，莱氏体是珠光体和渗碳体的均匀混合物，因此，其中渗碳体量很多，性能也接近渗碳体的性能，即硬又脆。从断口组织的石墨呈颗粒状分布并有块状渗碳体存在，说明该材料在石墨化热处理时，渗碳体未全部分解成石墨，因此有残余的块状渗碳体存在。我们知道可锻铸铁是将白口铸铁坯件通过石墨化或氧化脱碳热处理，改变其金相组织或成分，而获得具有较高韧性的铸铁。从以上分析可知该材质非碳素结构钢，而为未经热处理的可锻铸铁。由此可知，制造厂为了降低成本，选用不符合标准要求的低质材料，偷梁换柱。

4. 结论

综合上述分析结果证明，受检产品圆头锤选用的材料相当于未经热处理的可锻铸铁，该铸铁件有严重的铸造缺陷，故在使用中造成断裂。圆头锤锤体材料不符合GB/T13473－1992《钢锤通用技术条件》的标准要求。

碳素结构钢范文4

关键词：碳化深度 时变可靠度 构件抗力 使用寿命

中图分类号：TU37文献标识码： A

引言：钢筋混凝土构件作为世界范围内应用最广泛的构件，由于碳化造成其时变可靠度的改变，影响了承载力和整体稳定性的变化，已成为世界各国普遍关注的研究课题[1][2]。许多构件由于构件时变可靠度的改变，必须进行修整或重建，给国家和人民造成巨大的经济损失。在我国，近几年对水利工程、港口工程、铁路桥梁、公路桥梁、建筑构件的调查也表明了混凝土构件时变可靠度问题的严重性。随着我国许多建筑构件已进入了“老化”阶段，迫切需要对这些构件进行科学检测，因此，钢筋混凝土时变可靠度的研究对结构安全评估与检测有重要意义。从许多研究来看[3]，影响钢筋混凝土结构时变可靠度的主要原因是混凝土碳化和钢筋锈蚀，而碳化又是造成锈蚀的主要原因，故本文主要研究了碳化对钢筋混凝土结构时变可靠度的影响。

1、碳化与时变可靠度的联系

钢筋混凝土构件在碳化的作用下会造成保护层厚度的减少，混凝土裂缝的增大，从而使钢筋失去“钝化“保护，钢筋发生锈蚀，钢筋的锈蚀又会促进碳化的发展，形成恶性循环，在这个循环中构件的时变可靠度会随着时间发生变化，但变化的程度不同，主要原因是当碳化到一定深度后，影响时变可靠度的因素会增加，如裂缝、钢筋锈蚀等。

碳化深度对时变可靠度的影响

混凝土中的钢筋锈蚀和碳化是造成混凝土构件耐久性损伤的主要原因，而在大气环境下，混凝土碳化则是钢筋锈蚀的前提，因此，碳化深度的研究对构件时变可靠度的研究有重要意义。一般来讲，碳化模型为Fick第一扩散定律模型：，其中，为碳化系数，是反映碳化速度快慢的综合参数；预测混凝碳化深度的随机模型：，其中，为CO2浓度影响系数，为混凝土立方体抗压强度平均值与标准值的比值。

通过阅读一些碳化资料[3][4]主要分为两个阶段：（1）碳化深度未到最外层钢筋表面，即(C为保护层厚度)；（2）碳化深度从接触最外层钢筋表面后到构件发生破坏，即(H为构件破坏时的碳化深度) ，这一阶段考虑了碳化和钢筋锈蚀等因素共同作用下的时变可靠度的影响。通过这两个阶段，可以更好的反应碳化开始到构件破坏的全过程。

钢筋锈蚀的影响

碳化是从外向内的一种扩散反应，当混凝土碳化到钢筋表面时，钢筋周围的碱环境还会遭到破坏，钢筋发生锈蚀，钢筋的锈蚀程度和构件的承载力有密切关系。通过研究得到钢筋锈蚀速度，故能推出钢筋直径随时间变化的关系。则钢筋承受的弯矩随时间的变化简单关系式为：，其中，。

混凝土裂缝的影响

当混凝土碳化时，会使混凝土的收缩加剧，从而导致混凝土表面产生裂缝，严重时，会使构件表面破坏，也有可能造成钢筋界面裂缝，影响钢筋与混凝土的粘结力，以及混凝土覆盖层剥落等。而裂缝作为一种在混凝土构件中普遍存在的现象，它不仅会影响建筑的使用功能，而且也会影响构件的作用，导致构件承载力改变。故碳化与裂缝的关系也不容小觑[5][6]。

2、碳化时间与时变可靠度的关系

碳化随着时间的变化，会导致其碳化深度的增长，然后引起其他因素如钢筋锈蚀等对构件抗力造成影响，总的来说，这种影响会使构件抗力降低，时变可靠度失效的功能随机过程为：，由于构件抗力的降低并且降低到一定的数值时，使得成为负值，构件的稳定性就会发生改变，式中：为构件抗力随机过程；为构件荷载随机过程，时变可靠度的失效概率模型为。其中T为构件破坏时的时间，即为构件的使用寿命，表示抗力，表示荷载效应。构件的风险率是指构件直到t时刻仍然完好工作，但在随后的时间内失效的条件概率，则有。

化深度与碳化时间的关系

由于碳化深度的测量相比碳化时间的测量来说更加直接和更容易测量，故通过测量碳化深度和Fick第一扩散定律来得到碳化的时间，，其中X为碳化深度，碳化深度的测量方法有很多种，如使用酚酞试液测量、碳化深度深度测定仪等多种方法。目前直接测量建筑物构件的碳化深度通过碳化深度测定仪，也可通过运用新材料来进行研究，如透明混凝土和颜色观测法（注：碳化深度测定仪使用的原理和酚酞试液的原理相同，都是通过颜色发生变化来测量的）结合来测混凝土。

碳化深度对时变可靠度的影响

由于碳化深度的不同，影响构件时变可靠度的因素可能就不同，但都是通过构件抗力来影响的，故将碳化深度分为两个阶段来研究。第一阶段是碳化深度未到最外层钢筋表面，既，该阶段影响构件抗力的因素主要是碳化和一些混凝土内部的裂缝；第二阶段是碳化深度到达混凝土保护层厚度后继续碳化，直到构件发生破坏结束，既，该阶段影响构件抗力的因素主要是碳化、钢筋锈蚀、裂缝等因素，构件抗力在此阶段上发生变化的速率也比较快，时变可靠度的影响也是极其重要的。这两个阶段不是绝对的，有可能构件在碳化的第一阶段就发生了破坏，就只有一个破坏阶段，总的来说，碳化深度是分为这两个阶段的。

3、构件抗力对时变可靠度的研究

第一阶段的构件抗力

该阶段影响构件抗力的因素主要是碳化和混凝土裂缝，由于混凝土裂缝的不确定性及其具有个体差异性导致其对构件抗力的影响很难测定，故计算时不予考虑，用系数w表示对构件抗力的影响，碳化的影响主要是从混凝土保护层厚度发生变化来研究的。具体关系如下：

抗弯承载力计算模型为：

抗剪承载力计算模型为：

式中：为抗弯计算模式的不确定性；为抗剪计算模式的不确定性；为纵向钢筋抗拉强度设计值；分别为纵筋和箍筋面积；纵筋配筋率；为箍筋抗拉强度设计值。

第二阶段的构件抗力

该阶段影响构件抗力的因素主要是碳化、混凝土裂缝和钢筋锈蚀，混凝土裂缝用W表示此阶段对构件抗力的影响，碳化还是从保护层厚度的变化来实现的，此时可能碳化深度比保护层厚度大，钢筋锈蚀且在混凝土表面，钢筋直径的变化取，具体钢筋的锈蚀深度可参照文献。具体关系如下：

抗弯承载力计算模型为：

抗剪承载力计算模型为：

式中：为抗弯计算模式的不确定性；为抗剪计算模式的不确定性；为纵向钢筋抗拉强度设计值；分别为纵筋和箍筋直径；纵筋配筋率；为箍筋抗拉强度设计值[7]。

4、结论

1、本文主要从碳化的两个阶段研究了碳化深度对构件时变可靠的研究，当在第一阶段时，主要研究了碳化对构件抗力的影响；当在第二阶段时，研究了碳化和钢筋锈蚀共同作用下对构件抗力的影响。研究得出碳化深度加快的阶段是第二阶段，故如果建筑构件存在第二阶段时，应考虑到碳化时间加快的因素。

2、第二阶段碳化加快是由于钢筋锈蚀（受力钢筋）的影响，可以考虑钢骨混凝土的应用，减慢碳化对钢筋的锈蚀，延长构件使用寿命。

3、本研究有一些不确定因素，如已碳化混凝土构件计算有效高度时，保护层厚度取多少；没有找到两个阶段的分界时间；对混凝土裂缝对构件抗力的影响研究不够专业。

[1] 贡金鑫， 赵国藩。 钢筋混凝土结构耐久性研究的进展[J]. 工业建筑， 30（5）

[2] 管昌生，江智鹏。 钢筋混凝土结构耐久性预测的时变可靠度方法[J]，武汉理工大学学报，2003，25（6）：31-35

[3] 田冠飞，安雪晖，沈乔楠。 混凝土结构碳化寿命的时变可靠度分析[j]. 哈尔滨工业大学学报，39(6)：967-971

[4] 牛荻涛，石玉钗，雷怡生。 混凝土碳化的概率模型及碳化可性分析[J]. 西安建筑科技大学学报

[5] 王松林。 混凝土裂缝成因的分析与防控措施[J]，建筑科学