Nhà Thép Tiền Chế

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA THÉP

2.2.1. Cứng nguội
Đó là hiện tượng tăng tính giòn của thép sau khi bị biến dạng dẻo ở nhiệt độ thường. Thép sau khi đã bị biến dạng dẻo thì trở nên cứng hơn, giới hạn đàn hồi cao hơn (tăng giới hạn đàn hồi của thép do bị biến dạng dẻo trước) và biến dạng khi phá hoại nhỏ hơn, thực tế đã trở nên một loại thép khác, thường gặp khi gia công nguội các cấu kiện: uốn nguội, cắt bằng máy cắt, đột lỗ.

Hình 2.6. Sự cứng nguội của thép:

a-trong giới hạn đàn hồi; b-có nghỉ; c-không nghỉ
Sự cứng nguội tuy làm tăng cường độ của thép (tăng giới hạn chảy, giới hạn bền) nhưng làm cho thép giòn ( giảm). Xét ví dụ (hình 2.6,a) kéo nguội thép gần tới giới hạn chảy rồi dỡ tải, trong thép còn biến dạng đàn hồi nên trở về hình dáng ban đầu, nếu kéo một lần quá giai đoạn chảy, sang giai đoạn củng cố. Lúc này, cấu trúc

tinh thể thép biến đổi, thép trở thành một loại thép khác, cứng hơn, trong thép có biến dạng dư  (hình 2.6,b), thềm chảy ngắn lại.
Khi thép bị làm cứng nguội nhiều MP
52
lần, cả fy và fu đều tăng cao. Ví dụ với
thép CT3, qua uốn nguội, fy tăng tới 80%,
fu tăng tới 35%, thể hiện rõ ở hình vẽ 2.7. 37
Nói chung nên coi cứng nguội là bất lợi
đối với kết cấu thép (chỉ trong một số 24
trường hợp khi mà việc giảm độ giãn phá hoại không quan trọng lắm, thì có thể sử dụng sự cứng nguội để tăng cường độ
thép, ví dụ sợi thép kéo nguội dùng làm
cốt của cấu kiện bêtông cốt thép. Hình 2.7. Sự tăng cường độ thép: a-
trước khi uốn nguội; b- sau uốn nguội
Sự tăng cường độ này diễn ra không đều trên tiết diện, tùy thuộc vào phương pháp, dụng cụ uốn nguội. Hình 2.8 cho thấy sự phân bố cường độ của các thớ, của tiết diện thép góc và chữ C, chế tạo trên máy cán (đường liền) và máy uốn gập (đường đứt). Để tránh hiện tượng trên có những qui định riêng khi gia công nguội
kết cấu thép. Hình 2.8
2.2.2. Sự hóa già của thép

Già hóa – còn gọi là sự hoá già của thép, tính chất của thép thay đổi nhưng không có sự thay đổi cấu trúc tinh thể. Già hóa làm giảm tính dẻo, cường độ tăng một chút, độ giãn và độ dai va đập giảm đi, thép trở nên giòn hơn, kém dẻo. Nguyên nhân là giảm sự hòa tan chất cacbon và Nitơ từ nhiệt độ 650-700oC (luyện cán thép, hàn ...) xuống nhiệt độ thường. Các chất này dần dần tách ra nhóm lại, tạo nên các hạt cứng giữa các hạt ferrit. Hình 2.9. Cường độ thép: a-điều kiện bình thường; b-sau khi hóa già
Ảnh hưởng cơ học, đặc biệt là biến dạng dẻo, thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi sự hòa tan và tốc độ khuếch tán của các chất (già hóa nhiệt). Ở nhiệt độ 150- 200ºC, sự già hóa tăng lên đáng kể. Thép sôi có cấu trúc hạt kém thuần nhất, dễ bị

lão hóa hơn cả. Sự lão hóa tự nhiên dù có làm tăng cường độ thép nhưng không
được kể đến trong tính toán vì nó đồng thời làm cho thép kém dẻo, tăng giòn.
2.2.3. Ảnh hưởng nhiệt độ
Nhiệt độ từ 2000C2500C tính chất của thép thay đổi không đáng kể (hình 2.10). Nhiệt độ từ 2500C3000C cấu trúc của thép bắt đầu thay đổi, thép trở nên giòn hơn, trên các mặt đứt gẫy có cấu trúc hạt lớn. Ở nhiệt độ này không nên cho thép chịu lực rung động, xung kích.

Khi nhiệt độ tăng trên 4000C, giới hạn chảy và bền giảm rất nhanh, nếu ở 5000C có c = 1400daN/cm2, b = 2500daN/cm2 thì chỉ cần ở nhiệt độ 6000C các giới hạn trên đã giảm rất nhanh: c = 400daN/cm2, b = 500 daN/cm2. Nhiệt độ t = 6000C
 6500C được gọi là nhiệt độ dẻo, kết cấu thép mất khả năng chịu lực.
Nhiệt độ âm, giới hạn chảy tăng nhưng thép giòn hơn, xu hướng giòn ở nhiệt độ thấp phụ thuộc vào kích thước hạt, tạp chất có hại (phốt pho, lưu huỳnh, nitơ, hydro), chiều dày thép. Xu hướng gãy giòn dễ xảy ra với thép sôi.
Hình 2.10. Sự thay đổi tính chất cơ học thép cacbon thấp thay đổi theo nhiệt độ: 1-môđun đàn đồi E; 2-độ bền kéo đứt b; 3-giới hạn chảy c;
4- hệ số giãn nở nhiệt ; 5-độ dãn dài tương đối
. Ăn mòn do môi trường và phương pháp bảo vệ
Phần lớn kết cấu thép làm việc trong môi trường không khí ẩm, nhất là trong môi trường xâm thực, thép bị gỉ, gỉ từ bề mặt cho đến phá hoại hoàn toàn, có thể chỉ sau vài ba năm. Sự gỉ của kết cấu kim loại chủ yếu là hiện tượng ăn mòn điện hóa. Trên bề mặt kim loại có những phân tử vi mô hoạt động như những điện cực. Tiếp xúc với chất điện giải là dung dịch nước của hơi nước không khí, có chứa các hợp chất, khí cacbonic. Dòng điện xuất hiện, cực dương bị tan trong chất điện phân. Hiệu thế giữa các cực càng lớn, dòng điện càng mạnh và sự ăn mòn càng nhanh. Bởi vậy, cần bảo vệ chống ăn mòn cho thép, nhất là ở những nơi ẩm ướt, nơi có hàm lượng các chất ăn mòn cao.

Theo mức độ ăn mòn của môi trường được chia thành: không ăn mòn, ăn mòn yếu, ăn mòn trung bình và mạnh. Sự phân chia này được xác định bởi độ ẩm tương đối và thành phần của loại khí ăn mòn hoặc muối gây ăn mòn và bụi.

Hình 2.11. Dạng ăn mòn:a- ăn mòn đều; b- không đều: c-đốm, vết; d-hang hốc: e- điểm, lỗ: f-ăn mòn ven tinh thể; g-dưới bề mặt (chọn lọc); h-ăn mòn ứng lực (do nứt kim loại)
Ăn mòn có thể trên toàn bộ tiết diện hoặc ăn mòn cục bộ (hình 2.11). Tốc độ ăn mòn xác định bằng bề sâu ăn mòn của thép mm/năm hoặc trọng lượng thép mất đi trên một đơn vị diện tích g/m2/năm.
Tốc độ này thay đổi phụ thuộc trước hết vào môi trường, ví dụ:
- vùng nông thôn 0,004mm/năm;
- thành phố 0,030,06mm/năm;
- vùng biển 0,060,16mm/năm;
- nhà máy hóa chất 1mm/năm.

Hình 2.12. Hình dáng tiết diện ảnh hưởng tới tốc độ ăn mòn
Hình vẽ 2.12 cho thấy tốc độ ăn mòn (tính bằng g/năm) đối với thép, phụ thuộc vào hình dạng của tiết diện và vào vị trí trong không gian, ăn mòn không đều trên toàn bộ tiết diện:

- lớn nhất ở mặt trên nằm ngang, nhỏ nhất ở mặt trần;
- mặt đứng ở vào mức trung bình, tuy nhiên ở phía cánh dưới thì nhanh hơn;
- mặt trong của tiết diện kín là ít ăn mòn, mặt trong của tiết diện nửa kín bị ăn mòn nhanh;
- kém nhất là tiết diện ghép 2L hoặc 2C, tại khe hở sẽ tích tụ bụi, hơi ẩm và khó sơn bảo vệ.
Trong thiết kế có thể áp dụng một số biện pháp cấu tạo, để tăng độ chống ăn mòn:

- Dùng loại tiết diện chống ăn mòn cao (hình 2.13): cao nhất là tiết diện ống, gấp 2 lần so với tiết diện thép góc. Dầm tiết diện hộp chống ăn mòn tốt hơn dầm I;
- Tiết diện đặc chống ăn mòn tốt hơn tiết diện rỗng;So 1 1,13 1,16 1,17 1,27 1,3 1,35 1,38 1,55 1,6 1,8 1,9
Hình 2.13. So sánh độ ăn mòn của các loại tiết diện

- Triệt để áp dụng nguyên tắc tập trung vật liệu: tăng bước kết cấu lên để làm tiết diện cấu kiện lớn hơn, thành dày hơn. Đưa đến khả năng chống ăn mòn tốt hơn, giảm lượng sơn bảo vệ;
- Chọn dùng loại vật liệu chống gỉ cao, ví dụ thép hợp kim thấp;
- Tìm các giải pháp cấu tạo để cấu kiện không tích bụi, tích ẩm, ví dụ đặt nghiêng dốc, tạo các lỗ thoát nước.

TRÌNH BÀY