abstrak

Sudut Keluli adalah komponen struktur kritikal dalam pembinaan menara keluli, terutamanya untuk aplikasi penghantaran dan komunikasi kuasa. Permintaan untuk kekuatan tinggi, Keluli sudut berkualiti tinggi telah melonjak kerana keperluan untuk lebih tinggi, menara yang lebih berat yang didorong oleh keperluan infrastruktur tenaga dan komunikasi moden. Artikel ini memberikan analisis komprehensif mengenai penyelidikan pengeluaran yang mengelilingi keluli sudut tinggi kekuatan, memberi tumpuan kepada sifat bahan, proses pembuatan, dan parameter prestasi. Melalui jadual perbandingan dan perbincangan terperinci, Kami menilai sifat mekanikal, rintangan kakisan, dan rintangan buckling pelbagai gred keluli, termasuk keluli kekuatan tinggi maju (AHSS) dan keluli yang sangat tinggi (Uhss). Kajian terbaru dikaji semula untuk menyerlahkan inovasi dalam teknik pengeluaran, seperti panas, sejuk-gulung, dan galvanisasi, dan kesan mereka terhadap kualiti dan kebolehgunaan Keluli sudut untuk menara keluli. Analisis ini bertujuan untuk membimbing jurutera dan penyelidik dalam memilih bahan dan proses yang optimum untuk peningkatan prestasi menara dan kemampanan.

1. pengenalan

Menara Keluli, seperti yang digunakan dalam penghantaran kuasa dan telekomunikasi, sangat bergantung pada keluli sudut kerana keratan rentas berbentuk L, yang memberikan nisbah kekuatan-ke-berat yang sangat baik dan rintangan untuk membongkok. Peningkatan permintaan untuk menara yang lebih tinggi dan lebih berat, didorong oleh integrasi tenaga boleh diperbaharui dan pengembangan grid, Memerlukan keluli sudut dengan sifat mekanik unggul, rintangan kakisan, dan ketahanan. Keluli kekuatan tinggi (HSS) dan keluli yang sangat tinggi (Uhss) telah muncul sebagai bahan yang menjanjikan untuk memenuhi tuntutan ini, Menawarkan kekuatan hasil melebihi 450 MPA dan peningkatan ketangguhan berbanding dengan keluli konvensional.

Artikel ini mensintesis penyelidikan baru-baru ini mengenai pengeluaran kekuatan tinggi, Keluli sudut berkualiti tinggi, memberi tumpuan kepada pemilihan bahan, proses pembuatan, dan metrik prestasi. Kami membandingkan parameter utama seperti kekuatan hasil, kekuatan tegangan, Kemuluran, dan rintangan kakisan merentasi gred keluli dan kaedah pengeluaran yang berbeza. Analisis menggabungkan kajian eksperimen dan berangka, seperti yang ada di Anggota Angkat Berbentang Bintang, Untuk memberikan gambaran tentang ketahanan dan keupayaan galas beban. Dengan membentangkan jadual dan perbandingan terperinci, Kami berhasrat untuk menawarkan rangka kerja yang mantap untuk memahami pengeluaran keluli sudut yang canggih untuk menara keluli.

2. Ciri-ciri Bahan Keluli Sudut Kekuatan Tinggi

Prestasi Keluli sudut di menara keluli bergantung pada sifat materialnya, yang ditentukan oleh komposisi aloi, Mikrostruktur, dan teknik pemprosesan. Keluli kekuatan tinggi biasanya mengandungi kandungan karbon rendah (≤0.2%) dan elemen aloi seperti mangan, Chromium, Molybdenum, dan nikel untuk meningkatkan kekuatan dan ketangguhan. Keluli kekuatan tinggi maju (AHSS) dan keluli yang sangat tinggi (Uhss) Selanjutnya menggabungkan unsur -unsur microalloying seperti niobium dan vanadium untuk meningkatkan penghalusan bijirin dan pengerasan hujan.

2.1 Sifat mekanikal utama

Sifat mekanikal utama keluli sudut untuk menara keluli termasuk:

• hasil kekuatan: Tekanan di mana ubah bentuk plastik bermula, kritikal untuk menentang ubah bentuk kekal di bawah beban.
• Kekuatan Tegangan: Tekanan maksimum bahan dapat bertahan sebelum patah, menunjukkan kapasiti galas bebannya.
• Kemuluran: Keupayaan untuk mengubahsuai secara plastik tanpa patah, penting untuk penyerapan tenaga semasa beban dinamik.
• Kekuatan: Keupayaan untuk menyerap tenaga dan menahan patah, terutamanya di bawah kesan atau suhu rendah.
• Kebolehkimpalan: Kemudahan membentuk kimpalan yang kuat tanpa kecacatan, penting untuk perhimpunan menara.

2.2 Perbandingan gred keluli

Jadual 1 Membandingkan sifat mekanikal gred keluli biasa yang digunakan dalam pengeluaran keluli sudut, termasuk keluli struktur konvensional (cth, Q235, S275), Keluli kekuatan tinggi (cth, S460), dan keluli kekuatan tinggi maju (cth, Keluli dua fasa).

Sumber: Diadaptasi dari EN 10025 piawaian dan kajian baru -baru ini

[](https://en.wikipedia.org/wiki/angle-iron)[](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/high-strength-steel)

Data dalam jadual 1 menggambarkan bahawa keluli kekuatan tinggi seperti S460 dan DP780 menawarkan peningkatan yang ketara dalam hasil dan kekuatan tegangan tetapi mungkin mengorbankan beberapa kemuluran. Untuk Menara Keluli, Keseimbangan antara kekuatan dan kemuluran adalah penting untuk memastikan kestabilan di bawah beban statik dan dinamik, seperti angin atau daya seismik.

3. Proses pengeluaran untuk keluli sudut berkualiti tinggi

Pengeluaran keluli sudut kekuatan tinggi melibatkan beberapa proses pembuatan, masing -masing mempengaruhi sifat bahan akhir. Kaedah utama termasuk hot-rolling, sejuk-gulung, dan galvanisasi, dengan rawatan haba tambahan atau mengutuk untuk meningkatkan prestasi.

3.1 Hot-Rolling

Hot-Rolling adalah kaedah yang paling biasa untuk menghasilkan keluli sudut struktur, seperti gred ASTM A36 atau S355. Proses ini melibatkan billet keluli pemanasan ke atas 900 ° C dan melewati mereka melalui penggelek untuk membentuk keratan rentas berbentuk L. Keluli sudut yang dilancarkan panas adalah kos efektif dan sesuai untuk pembinaan menara berskala besar tetapi mungkin mempunyai dimensi yang kurang tepat dan kemasan permukaan berbanding dengan keluli yang digulung sejuk. Sifat mekanikalnya mencukupi untuk aplikasi umum, dengan kekuatan hasil biasanya dari 235 kepada 355 MPa.

[](https://www.industrialmetalsupply.com/cold-rolled-alvanized-a36-and-hr-astm-a36-steel-angle)[](https://www.steel-sections.com/steelsections/a36-steel-angang.html)

3.2 Sejuk-gulung

Rolling sejuk melibatkan pemprosesan keluli pada suhu bilik untuk mencapai toleransi dimensi yang lebih ketat dan kemasan permukaan yang lebih lancar. Keluli sudut yang dilancarkan sejuk, sering dibuat dari keluli ringan A1008, mempamerkan kekuatan tegangan dan keseragaman yang lebih tinggi, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketepatan. Walau bagaimanapun, prosesnya lebih mahal dan mungkin memperkenalkan tekanan sisa, yang boleh menjejaskan kebolehkalasan.

[](https://www.industrialmetalsupply.com/cold-rolled-alvanized-a36-and-hr-astm-a36-steel-angle)

3.3 galvanization

Galvanisasi melibatkan keluli sudut salutan dengan lapisan zink untuk meningkatkan rintangan kakisan, Faktor kritikal untuk menara keluli yang terdedah kepada keadaan persekitaran yang keras. Galvanized A36 Steel, sebagai contoh, menawarkan kekuatan yang setanding dengan keluli tahan karat dengan kos yang lebih rendah, dengan perlindungan karat yang bertahan selama beberapa dekad. Walau bagaimanapun, Rawatan terma semasa galvanisasi dapat mempengaruhi struktur mikro keluli kekuatan tinggi, berpotensi mengurangkan kemuluran.

[](https://www.industrialmetalsupply.com/blog/angle-iron-perection-guide)[](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/high-strength-steel)

3.4 Teknik Lanjutan

Kemajuan terkini termasuk pemprosesan terkawal termomekanik (Komersial) dan pelindapkejutan dan pembiakan (Q&T) untuk menghasilkan AHSS dan UHSS. TMCP menapis struktur mikro melalui rolling dan penyejukan terkawal, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan. Q&T meningkatkan kekerasan dan rintangan keletihan, menjadikannya sesuai untuk aplikasi ultra tinggi. Teknik-teknik ini semakin digunakan untuk keluli s460 dan gred tinggi di menara penghantaran.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/b9780080430157500105)

3.5 Perbandingan proses pengeluaran

Jadual 2 membandingkan ciri-ciri utama hot-rolling, sejuk-gulung, dan galvanisasi untuk pengeluaran keluli sudut.

Sumber: Disusun dari piawaian industri dan penyelidikan baru -baru ini

[](https://www.industrialmetalsupply.com/blog/angle-iron-perection-guide)[](https://www.industrialmetalsupply.com/cold-rolled-alvanized-a36-and-hr-astm-a36-steel-angle)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/b9780080430157500105)

4. Analisis Prestasi: Buckling dan Rintangan kakisan

Menara keluli tertakluk kepada beban mampatan, Angkatan Angin, dan pendedahan alam sekitar, Membuat metrik prestasi kritikal dan rintangan kakisan untuk keluli sudut.

4.1 Rintangan Buckling

Buckling adalah mod kegagalan utama untuk anggota keluli sudut di bawah mampatan, terutamanya di menara penghantaran tinggi. Kajian terbaru telah memberi tumpuan kepada anggota sudut bertempur bintang, yang menggabungkan dua bahagian sudut untuk meningkatkan rintangan buckling. Kajian mengenai ahli bintang S460 yang bertempur (L300x300x35, 4486 Panjang mm) menunjukkan kapasiti buckling lebih kurang 15 Mn, mencapai a 50% pengurangan berat badan dan 60% penjimatan masa reka bentuk berbanding reka bentuk konvensional. Simulasi berangka menggunakan ANSYS mengesahkan hasil ini, menunjukkan rintangan buckling 16.62 MN untuk konfigurasi yang sama.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s2352012423013620)

Rintangan buckling bergantung pada nisbah kelembapan (L/r), luas keratan rentas, dan kekuatan bahan. Jadual 3 membandingkan kapasiti buckling konfigurasi keluli sudut yang berbeza.

Sumber: Disesuaikan dengan kajian eksperimen dan berangka

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s2352012423013620)

4.2 Rintangan kakisan

Kakisan dengan ketara mengurangkan kapasiti galas beban keluli sudut, terutamanya di persekitaran pantai atau perindustrian. Kajian mengenai anggota sudut Q235 yang berkarat (L50x4, L56x4, L70X5) menunjukkan bahawa a 40% kerugian massa disebabkan oleh kakisan mengurangkan kapasiti mampatan sehingga sehingga 50%. Keluli Galvanized dan Cuaca (cth, S355K2W) Menawarkan rintangan kakisan yang unggul, dengan yang terakhir membentuk patina pelindung yang meminimumkan kemerosotan selanjutnya.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0950061820302154)[](https://en.wikipedia.org/wiki/angle-iron)

Jadual 4 Membandingkan rintangan kakisan jenis keluli sudut yang berbeza di bawah ujian kakisan dipercepatkan.

Sumber: Disusun dari kajian kakisan

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0950061820302154)[](https://en.wikipedia.org/wiki/angle-iron)

5. Kajian dan Inovasi Terkini

Penyelidikan baru -baru ini telah memberi tumpuan kepada mengoptimumkan keluli sudut untuk menara keluli melalui bahan dan konfigurasi canggih. Kajian yang ketara menyiasat penggunaan ahli-ahli bertempur bintang S460 untuk a 240 m kuasa tinggi menara penghantaran, mencapai berat badan dan penjimatan masa yang ketara. Kajian ini menggabungkan ujian eksperimen, simulasi berangka (ANSYS), dan pengiraan analisis untuk mengesahkan reka bentuk, sejajar dengan piawaian Eropah (EN 50341, EN 1993-3).

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s2352012423013620)

Satu lagi kajian meneroka penggunaan keluli dwi fasa (DP780) dalam aplikasi struktur, menonjolkan keupayaan penyerapan kekuatan dan tenaga mereka. Keluli ini sangat menjanjikan menara di zon seismik kerana kemuluran dan ketangguhan mereka. Selain itu, Penyelidikan mengenai salutan tahan kakisan, seperti aloi zink-aluminium, telah menunjukkan janji untuk memperluaskan hayat perkhidmatan keluli sudut dalam persekitaran yang keras.

[](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/high-strength-steel)[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0950061820302154)

Inovasi dalam pengeluaran termasuk penggunaan TMCP dan Q&T untuk AHSS, yang membolehkan pengeluaran keluli sudut dengan kekuatan hasil melebihi 780 MPa. Kemajuan ini penting untuk mengurangkan penggunaan bahan dan jejak karbon dalam pembinaan menara, Selaras dengan matlamat kelestarian.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/b9780080430157500105)

6. Perbincangan dan arahan masa depan

Pengeluaran kekuatan tinggi, Keluli sudut berkualiti tinggi untuk menara keluli telah maju dengan ketara, didorong oleh keperluan untuk cekap, tahan lama, dan infrastruktur yang mampan. Keluli kekuatan tinggi seperti keluli S460 dan dwi-fasa menawarkan sifat mekanik yang unggul, membolehkan pembinaan menara yang lebih tinggi dan lebih ringan. Walau bagaimanapun, cabaran kekal, termasuk perdagangan antara kekuatan dan kemuluran, kos proses pengeluaran maju, dan batasan salutan tahan kakisan untuk UHSS.

Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan:

• Membangunkan UHSS yang efektif dengan kos yang lebih baik dan ketahanan kakisan.
• Mengoptimumkan Konfigurasi Bintang Bertarik untuk Meningkatkan Rintangan Buckling di Menara Ultra-Tall.
• Meneroka bahan hibrid, seperti kombinasi komposit keluli, untuk mengurangkan berat badan selanjutnya.
• Memajukan salutan tahan kakisan yang serasi dengan keluli kekuatan tinggi.

Selain itu, Mengintegrasikan kembar digital dan pembelajaran mesin dalam reka bentuk dan pengujian anggota keluli sudut dapat meningkatkan pemodelan ramalan tingkah laku buckling dan kakisan, meningkatkan keselamatan menara dan panjang umur.

Rujukan

1. Buckling Rintangan Anggota Sudut Berbentang Bintang yang diperbuat daripada keluli kekuatan tinggi. Sciencedirect.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s2352012423013620)

2. Panduan untuk memilih sudut besi yang sesuai untuk projek anda. Bekalan logam perindustrian.

[](https://www.industrialmetalsupply.com/blog/angle-iron-perection-guide)

3. Keluli kekuatan tinggi – gambaran keseluruhan. Topik Sciencedirect.

[](https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/high-strength-steel)

4. Menilai kapasiti anggota sudut berkarat dalam struktur keluli berdasarkan eksperimen dan simulasi. Sciencedirect.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0950061820302154)

5. struktur keluli. Wikipedia.

[](https://en.wikipedia.org/wiki/angle-iron)

6. Struktur keluli berprestasi tinggi: Penyelidikan terkini. Sciencedirect.

[](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/b9780080430157500105)

7. Sudut keluli | Hot Rolled & Fabrikasi keluli bergulir sejuk. Bekalan logam perindustrian.

[](https://www.industrialmetalsupply.com/cold-rolled-alvanized-a36-and-hr-astm-a36-steel-angle)

8. ASTM A36 Sudut Struktur Keluli untuk Pembinaan, Tower, Bingkai. Bahagian Keluli.

[](https://www.abtersteel.com/)

7. kesimpulan

Kekuatan tinggi, Keluli sudut berkualiti tinggi sangat diperlukan untuk menara keluli moden, Menyokong permintaan global untuk infrastruktur tenaga dan komunikasi yang mantap. Analisis ini telah menyerlahkan peranan penting pemilihan bahan, proses pengeluaran, dan metrik prestasi dalam mencapai prestasi menara yang optimum. Melalui jadual perbandingan dan perbincangan, Kami telah menunjukkan kelebihan keluli kekuatan tinggi seperti keluli s460 dan dwi fasa, serta kepentingan teknik pembuatan galvanisasi dan maju seperti TMCP. Kajian terbaru menggariskan potensi untuk berat badan dan penjimatan kos yang ketara melalui reka bentuk yang inovatif, seperti ahli bintang bertempur. Memandangkan industri bergerak ke arah kemampanan dan ketahanan, Penyelidikan berterusan ke dalam bahan canggih, salutan, Dan teknologi digital akan menjadi penting untuk memenuhi tuntutan pembinaan menara keluli yang berkembang.