1
KẾT CẤU THÉP 1

C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G1
1
:
:

P
P&
&S
S
Ự
ỰL
L
À
À
M
MV
V
I
I
Ệ
Ệ
C
C



G
G
V
V
:
:N
N
G
G
U
U
Y
Y
Ễ
ỄT
T
p
p
.
.H
H
C
C
M
M
,
,T
T
h
h
á
á
n
n

2
O
3
,
Fe
3
O
4
)
luyện trong
lò cao
======

Gang là
hợp kim Fe
và C, lợng
C chiếm
trên 1,7%.

lò luyện
thép để
khử bớt C
======

Thép,
lợng
C <
1,7%.

Luyện bằng lò quay:
Không khí đợc thổi qua đáy vào nớc
gang lỏng để oxy hóa các hợp chất cần khử của gang (C, Si,
Mn, P). Tùy theo thành phần của quặng làm gang có ít hay
nhiều phôtpho, mà cấu tạo lò quay khác nhau: lò Bessmer; lò
Thomas.
Ưu nhợc điểm:
Năng suất cao, thời gian luyện mỗi mẻ chỉ chừng 30 phút,
nhng chất lợng thép không tốt vì N trong không khí hòa tan
trong thép thành những bọt khí, làm thép giòn. Ngoài ra không
thể khử hết hoàn toàn P là thành phần có hại làm cho thép bị
già.

5
Phơng pháp luyện bằng lò quay tiên tiến mới đợc áp dụng
trong mấy chục năm gần đây là lò thổi oxy. Thép đợc sản
xuất bằng phơng pháp này có chất lợng tốt tơng đơng nh
thép lò bằng, nhng rẻ hơn nhiều vì năng suất cao, thời gian
luyện nhanh (40 - 50 phút). Hiện nay, các lò Bessmer và lò
Thomas hầu nh không đợc dùng nữa.

Luyện bằng lò bằng (lò Martin):
Trong lò bằng, nớc gang
lỏng đợc trộn lẫn với thép vụn và đợc đốt nóng bằng khí
đốt. Các chất của gang đợc oxy hóa bằng các sắt oxyt
trong thép vụn. Thời gian luyện một mẻ từ 8 đến 12 giờ,
năng suất thấp, giá thành thép cao. Nhng thép có chất
lợng tốt cấu trúc thuần nhất và thành phần thép có thể
điều chỉnh đợc trong quá trình luyện.

a. Cấu trúc của thép
Thép có cấu trúc tinh thể, có hai thành phần
chính:
- Ferit, các hạt màu sáng, chiếm tới 99% thể tích
(ferit là sắt nguyên chất), có tính mềm và dẻo;

Cấu trúc của
thép cacbon
thấp
- Xementit là hợp chất sắt cacbua (Fe
3
C), rất cứng và giòn.
ở thép cacbon thấp, xenmentit hỗn hợp với ferit thành peclit, là
lớp mỏng màu thẫm nằm giữa các hạt ferit.
Các lớp peclit bao quanh các hạt ferit mềm dẻo nh một màng
đàn hồi, quyết định sự làm việc dới tải trọng và các tính chất
dẻo của thép. Thép càng nhiều C thì màng peclit càng dày và
thép càng cứng, kém dẻo.

9
b. Thành phần hóa học của thép
Thép cacbon, ngoài hai thành phần chính là Fe và C, còn có
các thành phần phụ khác nh Mn, Si, S, P.
Mn, làm tăng cờng độ và độ dai của thép, làm giảm ảnh
hởng có hại của S. Nếu % Mn > 1,5%, thép trở nên
giòn.
Si là chất khử oxy. Si làm tăng cờng độ của thép nhng
làm giảm tính chống gỉ, tính hàn, %Si < 0,3% đối với thép
cacbon thấp.


Tùy theo yêu cầu sử dụng các thép này dợc chia làm ba nhóm:
+ Nhóm A: thép đợc đảm bảo chặt chẽ về tính chất cơ học;
+ Nhóm B: thép đợc đảm bảo chặt chẽ về thành phần hoá học;
+ Nhóm C: thép đợc đảm bảo về tính chất cơ học và cả thành
phần hoá học.
Các loại thép cacbon thấp có
y
f
vào khoảng 2200 2700
2
daN/cm
(giá trị lớn nhất ứng với chiều dầy t 20mm, khi chiều
dầy thép càng tăng, các đặc trung cơ học càng giảm),
u
f
từ 3300
đến 5400
2
daN/cm
.

12
Bảng 1 - Thép các bon TCVN 1765 : 1975
Mác thép
Độ bền
kéo
f
u
,
2


40
> 40

Không nhỏ hơn

Không nhỏ hơn

CT34s


220

210 200 33 32 30
CT34n,
CT34

230

220 210 32 31 29
CT38s


240

230 220 27 26 24
CT38n,
CT38

250

daN/cm
,
u
f
từ
4500 - 5400
2
daN/cm
.
c. Thép cờng độ cao
Gồm các loại thép hợp kim có nhiệt luyện,

y
f
4400
2
daN/cm

và

u
f
5900
2
daN/cm
nh các mác 16Mn2NV, 12Mn2SiMoV
v.v Dùng thép cờng độ cao, tiếp kiệm đợc vật liệu tới 25 -
30%.
d
a)
B
d
x
y
b
d
c)
d)
x
y
x
b)

15
b. Thép chữ I (TCVN 1655: 1975)
-
Thép hình chữ I gồm có 23
loại tiết diện, chiều cao từ
100 đến 600 mm (hình 1.10,
a).
-
Từ các số hiệu 18 đến 30,
còn có thêm tiết diện phụ,
cùng chiều cao nhng cánh
rộng và dày hơn, ký hiệu
thêm chữ a
, ví dụ I 22a.
Chiều dài đợc sản xuất từ 4

d
y
y
xx
d
a)
b)
c)

17
d. C¸c lo¹i thÐp h×nh kh¸c
 ThÐp I c¸nh réng, cã t
Ø
lÖ bÒ réng c¸nh trªn bÒ cao

b:h lµ 1:1,65 ®Õn
1:2,5,
chiÒu cao tiÕt diÖn
h
cã th
Ó
tíi 1000 mm.
-
ThÐp èng cã hai lo¹i:
kh«ng cã ®êng hµn däc vµ
cã ®êng hµn däc.
- Ngoµi ra, cßn cã nh÷ng
lo¹i kh¸c: thÐp ch÷ T, thÐp
ray, thÐp vu«ng, thÐp trßn
v.v

19
3. Thép hình dập, cán nguội
-

Từ các thép tấm mỏng, thép
d
ải,
dày 2 -
16 mm, mang dập, cán
nguội.
- T
hép góc đều cạnh, không đều
cạnh, chữ [, tiết diện hộp v.v
ngoài ra, có thể có những tiết diện

rất đa dạng theo yêu cầu riêng.

- Nhẹ hơn nhiều so với thép cán nóng, dùng chủ yếu cho các loại
kết cấu thép nhẹ, cấu kiện chịu lực nhỏ nhng cần có độ cứng
lớn.
- Khuyết điểm là có sự cứng nguội ở những góc bị uốn; chống gỉ
kém hơn.

B
B
y
y
xx
t
B

liệu làm việc theo định luật
Hook: =
E
.
tơng ứng với
điểm A gọi là
tl
.

Biểu đồ kéo của thép cacbon
thấp
- AA, không còn giai đoạn tỉ lệ nữa, nhng thép vẫn làm việc
đàn hồi. tơng ứng với điểm A gọi là
đh

(


0,05%).

O
O'
84 12 16 20

l


2
A
A'

A

B (
giai đoạn đàn hồi dẻo
)
.
Thép không còn làm việc đàn
hồi nữa;
E

giảm dần đến bằng 0
ở điểm B, ứng với

2400

daN/cm
2
.

- BC (
giai đoạn chảy dẻo
). Đoạn nằm ngang, ứng với = 0,2%
đến = 2,5% đợc gọi là thềm chảy. tơng ứng với giai đoạn
chảy dẻo gọi là
c
.
- CD (
giai đoạn củng cố
), ( = 2,5% đối với CCT38), thép
không chảy nữa và lại có thể chịu đợc lực. Quan hệ ứng - là

D




b
c
d
h
tl

l

100%

P
A
,
kN/cm

22
-

Hiện tợng thềm chảy chỉ
có ở thép có hàm lợng C

từ 0,1-
0,3%. Nếu ít cacbon,
các mạng peclit không đủ
để giữ các hạt ferit bị trợt.

tl
c
b
1
2



tl

c

b


23
b. Các đặc trng cơ học chủ yếu của thép:
- Biểu đồ kéo của thép cho ta các đặc trng cơ học chủ yếu
của thép: giới hạn tỉ lệ
tl
; giới hạn chảy
c
; giới hạn bền
b
;
biến dạng khi đứt
o
; môđun đàn hồi.
- Quan trọng nhất là
giới hạn chảy

thì

b
là trị số giới
hạn cho ứng suất làm việc. Ngay với thép cacbon thấp, có thềm
chảy, khi mà kết cấu đợc phép có biến dạng lớn, ngời ta có thể
lấy ứng suất làm việc vợt quá
c
và bằng
b
chia cho một hệ số
an toàn nhất định.
- Biến dạng khi đứt
o
, đặc trng cho độ dẻo và độ dai của
thép. Đối với thép cacbon thấp,
o
rất lớn, tới 200 lần biến dạng
khi làm việc đàn hồi. Có thể nói kết cấu thép không bao giờ bị
phá hoại ở trạng thái dẻo. Kết cấu chỉ có thể có phá hoại khi thép
đã chuyển thành giòn.
-
Sự làm việc chịu nén của thép không khác sự làm việc chịu
kéo: cùng E,

tl
,

đh
,