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    钢结构缺陷的类型和原因分析

    钢结构是由钢材组成的一种承重结构。它的完成通常要经过设计、加工、制作和安装等阶段。由于技术和人为的原因,钢结构缺陷在所难免,其类型及原因如下:
    1‘钢材的先天性缺陷
    钢材的种类繁多,但在建筑衡阳钢结构中,常用的有两类钢材,即低碳钢和低合金钢。例如,Q235,16Mn,15MnV等。钢材的种类不同,缺陷自然也不同。钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和轧制过程中的质量控制。常见的先天性缺陷如下:
    1.化学成分缺陷
    化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的角度来讲,化学成分将产生一种先天性缺陷。
    就Q235钢材而言,其中Fe约占99%,其余的I%为C,Mn,Si,S,P,0,N,Ho它们虽然仅占1%,但其影响极大。
    (1)碳(C)o碳素钢主要是铁和碳的合金,除铁之外,碳是最主要的元素。钢材因含碳量不同而区分为低碳钢(C<0.25%)、中碳钢(C二0.25%一0.60%)和高碳钢(C二0.60%一1.7%)。碳的含量愈高,钢材的强度愈高,但其塑性、韧性、冷弯性能、冲击韧性和可焊性以及抗锈蚀性能等都显著降低,尤其是可焊性和负温冲击韧性。因此作为建筑钢结构材料只能是低碳量,要求C,0.22%。对于焊接结构,为保证其良好的可焊性,通常要求C,0.20%0
    (2)锰(Mn)o锰作为一种钢液的弱脱氧剂,是一种有益的元素,它既可以改善钢材的冷脆倾向而又不明显降低钢材的塑性和冲击韧性;但是,锰的含量过高对可焊性不利,故需加以限制。普通碳素钢中锰的含量约为0.3%一0.8%,16Mn钢中含量则达到I.2%~I.6%。
    (3)硅(SO。硅作为一种钢液的强脱氧剂,也是一种有益的元素,以制成质量优质的镇静钢。适量的硅可提高钢的强度,而对其他性能影响较小,但含量过高则对钢的塑性、韧性、抗锈蚀能力以及可焊性有降低作用。一般低碳钢中硅的含量为0.12%一0.30%,低合金钢中应为0.20%一0.55%o
    (4)硫(S)。硫是钢材的一种有害杂质。硫与铁的化合物硫化铁(FeS),散布在纯铁体的间层中,在800一1200℃时熔化而使钢材出现裂纹,称为“热脆”现象。另外,含硫量增大,会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度、抗锈蚀性和可焊性。故应严格控制其含量,一般不应超过0.035%一0.050%00
    (5)磷(P)0磷是钢材的一种有害杂质。磷虽然可以提高钢的强度和抗锈蚀能力,但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,尤其是磷使钢在低温时韧性降低而产生脆性破坏,称为“冷脆”现象。故对磷的含量要严格控制,一般不超过0.035%-0.045%。
    (6)氧(0)0氧是钢材的一种有害杂质。氧通常是在钢熔融时由空气或水分分解而进人钢液,冷却后残留下来。氧的有害影响同硫,且更甚,使钢材“热脆”,一般含量应低于0.05%0
    (7)氮(N)0氮作为有害杂质,可能从空气进人高温的钢液中。氮的影响与磷相似,会使钢材“冷脆”,一般氮的含量应低于0.008%0
    (8)氢(H)0氢作为有害杂质,通常也是由空气或水分分解而进人钢液。氢在低温时易使钢材呈脆性破坏,产生所谓的“氢脆”破坏现象。
    综上所述,普通低碳钢的八种化学成分均对钢材的性能有不利影响,其中的C、Mn,Si是有益元素,但不可过量;S,P,0,N,H纯属有害杂质。因此,我们将其影响视为先天性缺陷,并加以严格控制。根据《碳素结构钢)(GB700-88)和《低合金结构钢》(GB1591-88)的规定,现将Q235钢、16Mn钢、15MnV钢等的主要化学成分列人表2.1,希望引起工程技术人员的高度重视。
    2.冶炼及轧制缺陷
    钢材在冶炼和轧制过程中,由于工艺参数控制不严等问题,缺陷在所难免,常见的缺陷如表2.2所示。
    由表2.2可见,缺陷有表面缺陷和内部缺陷,也有轻重之分。最严重的应属钢材中形成的各类裂纹,其危害后果应引起高度重视。
    2钢构件的加工制作缺陷
    钢结构的加工制作主要是钢构件(柱、梁、支撑)的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板材。完整的钢结构产品,需要通过将基本元件使用机械设备和成熟的工艺方法,进行各种操作处理,达到规定产品的预定要求目标。现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锯、涂、抛、热处理、无损检测等加工能力的设备,并辅以各种专用胎具、模具、夹具、吊具等工艺设备。由此可见,钢结构的加工制作过程将由一系列的工序而组成,每一工序都有可能产生缺陷。
    一般钢结构加工制作的工序,即流水作业生产工艺流程,如图2.1所示;流水生产区域划分如图2.2所示。
    仔细分析上述工艺,归纳起来,钢结构加工制作可能出现的缺陷如下:
    (1)选材不合格;
    (1)原材料矫正引起冷作硬化;
    (2)放样、号料尺寸超公差;
    (3)切割边未加工或达不到要求;
    (4)孔径误差;
    (5)冲孔未作加工,存在硬化区和微裂纹;
    (6)构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹;
    (7)构件热加工引起的残余应力;
    (8)表面清洗防锈不合格;
    (9)钢构件外型尺寸超公差。


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