造價員輔導資料:建筑鋼材(4)


三、鋼材的冷加工與熱處理
(一)鋼材的冷加工
金屬材料在常溫下進行的加工稱為冷加工,包括冷拉、冷拔或冷軋。將金屬材料進行冷加工,能使之產生一定的塑性變形,其強度將明顯提高,塑性和韌性有所降低,這個過程稱為金屬材料的冷加工強化。
鋼材的性質隨時間延長而變化的性質叫做時效。經過冷拉的鋼筋,于常溫下存放15~20d,或加熱到100~200℃,并保持2~3h,則鋼筋強度進一步提高,這個過程稱為時效處理。時效處理有自然時效和人工時效。
1.冷拉
冷拉加工就是將鋼筋拉至其σ—ε曲線的強化階段內的任一點K處,然后緩慢卸去荷載,則此時的σ—ε曲線將沿著與OA近于平行的直線KO’回落到O’點如圖2-2-9,OO’表示殘留下來的塑性應變。若卸荷后重新加載張拉,應力與應變又重新按正比關系增加,并且σ—ε曲線仍沿著O’K直線上升到K1點,然后由K1點開始按原來的σ—ε曲線變化。由此可見,若使材料受拉進入強化階段后卸載,則當再度加載時,其屈服極限將有所提高,而其塑性變形能力卻有所降低。鋼筋經冷拉后,再經過時效處理,再次拉伸,其應力應變曲線為O’K1C1D1。可見,經冷拉,再經時效處理,鋼材的屈服強度提高,而屈強比降低。
2.冷拔
冷拔加工是強力拉拔鋼筋通過截面小于鋼筋截面積的拔絲模。冷拔作用比純拉伸的作用強烈,鋼筋不僅受拉,而且同時受到擠壓作用。經過一次或多次冷拔后得到的冷拔低碳鋼絲,其屈服點可提高40%~60%,但已失去軟鋼的塑性和韌性,具有硬鋼的特點。
3.冷軋
冷軋是將圓鋼在軋鋼機上軋成斷面按一定規律變化的鋼筋,可提高其強度及與混凝土的粘接力。鋼筋在冷軋時,縱向與橫向同時產生變形,因而能較好地保持其塑性和內部結構的均勻性。
建筑工程中大量使用的鋼筋采用冷加工強化具有明顯的經濟效益。鋼筋經冷拉后,一般屈服點可提高20%~25%。冷拔鋼絲的屈服點可提高40%~60%。由此可適當減小鋼筋混凝土結構設計截面,或減少混凝土中配筋數量,從而達到節約鋼材的目的。鋼筋冷拉還有利于簡化施工工序。冷拉盤條鋼筋可省去開盤和調直工序;冷拉直條鋼筋則可與矯直、除銹等工序一并完成。但冷拔鋼絲的屈強比較大,相應的安全儲備較小。因此在強調安全性的重要建筑物的施工現場,已越來越難見到鋼筋的冷加工車間。
(二)鋼材的熱處理
將鋼材加熱到一定溫度,并保持一定時間,再以一定的方式進行冷卻,使鋼材內部晶體組織和顯微結構按要求改變,或清除鋼中的應力,從而獲得所需的力學性能,這一過程叫做熱處理。熱處理有以下幾種方式:
1.淬火。將鋼材加熱到723℃以上,保持一定時間后放在水中或油中急速冷卻;鋼材的強度、硬度提高,脆性加大,塑性、韌性明顯降低。
2.回火。將淬火鋼加熱到723℃以下,保持一定時間后緩慢冷卻至室溫;鋼材的硬度稍有降低,塑性和韌性得到恢復。
3.退火。將鋼材加熱到723℃以上,保持一定時間后在退火爐中緩慢冷卻至室溫;使鋼材的硬度降低,塑性、韌性提高。
4.正火。將鋼材加熱到723℃以上,保持一定時間后在空氣中緩慢冷卻;使鋼材強度、硬度提高,塑性較退火鋼小。
四、鋼材的防銹與防火
(一)鋼材的防銹
當鋼材表面與環境介質發生各種形式的化學作用時,就可能遭到腐蝕。例如,因與O2、SO2、H2S等腐蝕性氣體作用而被氧化。當環境潮濕或與含有電解質的溶液接觸時,則可能因形成微電池效應而遭電化學腐蝕。
腐蝕的結果是:在鋼材表面形成疏松的氧化物,或稱為生銹。一般說來,鋼材的銹蝕有危害,可降低鋼材的性能,使鋼結構斷面減小,因而承載能力降低,甚至由于局部腐蝕引發應力集中,導致鋼結構突然破壞,造成嚴重的后果。
防止鋼材銹蝕的方法通常是采用表面刷防銹漆。常用底漆有紅丹、環氧富鋅漆、鐵紅環氧漆等;面漆有灰鉛油、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。薄壁鋼材可熱浸鍍鋅或鍍鋅后加涂塑料涂層,這種方法防銹效果好,但造價高。
埋于混凝土中的鋼筋具有一層堿性保護膜,故在堿性介質中不致銹蝕。但氯等鹵素離子可加速銹蝕反應,甚至破壞保護膜,造成銹蝕迅速發展。因此,混凝土配筋的防銹措施應考慮:限制水灰比和水泥用量,限制氯鹽外加劑的使用,采取措施保證混凝土的密實性,還可以采用摻加防銹劑(如重鉻酸鹽等)的方法。
(二)鋼材的防火
鋼材的防銹已廣為人知,但對鋼材,特別是鋼結構的防火,卻常引起常識上的疏忽。實際上,盡管鋼結構具有良好的機械性能,尤其是有很高的強度,但在高溫時,卻會發生很大的變化。裸露的、未作表面防火處理的鋼結構,耐火極限僅15min左右。在溫升500℃的環境下,強度迅速降低,甚至會迅速塌垮。因此,對于鋼結構,尤其是有可能經歷高溫環境的鋼結構,需要作必要的防火處理,主要的方法是在其表面上涂敷防火涂料。一般采用分層噴涂工藝制作涂層,局部修補時,可用手工抹涂或刮涂。
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