談 鋼鐵材料取樣的規定

鋼鐵材料取樣送檢,依照規範都有規定應符合的數值,針對試驗結果,只要確認相符即可。因此,試驗前後,都要確認採用的材料是否與規範相符。當然如果一切符合標準,大概只要簽個名就結束了;但是偶爾會碰到少數與規範略有落差之情形,這時的判斷正確與否,就很重要了。以下彙整材料取樣中規範的規定,供大家參考。

CNS對鋼鈑取樣基本原則為:同一爐號及厚度在兩倍以內者,視為同一批,取樣一個。若該批鋼鈑重量大於50T者,取樣兩個。若一片鋼鈑重量大於50T者,在該片鋼鈑上取樣。CNS 2608及ISO 630,對於鋼材取樣位置如附圖1、2所示,由於鋼材因軋延的關係,因此具有方向性(不等向),因此基本上均需於平行軋延方向取樣。另由圖中可知,鋼鈑取樣位置,需在中間附近的位置。這是因為軋延前後鋼材冷卻的速度不一,邊緣的冷卻速度較快,因此強度會較高,但伸長率會下降。反之,中間位置冷卻速度較為緩慢,因此較為柔軟。雖然差距不會很大,但是為了避免困擾,CNS規範規定了從中間起算二分之一的取樣位置,以免有爭議的產生。另由圖2可知,ISO則取較偏外側之三分之一的位置。

鋼鐵材料取樣後,需依據合約或規範之規定施作試驗。筆者就曾遇到某大試驗機構,將耐候鋼材之鋼鈑SMA規範與一般可銲鋼材SM鋼鈑規範弄錯的情形。這兩者在CNS的規範並不相同,分別為CNS 4269與 CNS 2947。可是設計監造與營造廠的品管人員,竟然都未發覺用錯規範的情事。

試驗,大抵分物性與化性試驗。所謂物性試驗,主要是指力學性質的試驗,如降伏強度、抗拉強度、伸長率及衝擊試驗等。ASTM A6第13.3節規定了誤差範圍,如果抗拉強度140kgf/cm2、降伏強度70 kgf/cm2及伸長率在2%的誤差以內,可以從同爐號內重新取樣。

CNS 14570針對一般鋼料,訂定有取樣合格標準的規定。對於試驗,分為組試驗與個別試驗兩種。例如衝擊試驗,取樣一組3個為組試驗;個別試驗則如拉伸、彎曲等試驗。組試驗之規定為:(1)3個平均值須符合規定,若僅有一個試體試驗值低於規範,但大於規範值之70%,仍視為合格。(2)若3個試驗值有兩個低於規範值,但僅一個試樣低於規範值之70%,可重新於該批取樣一組,但必須符合以下條件:(a)6個試片之平均值在規定值以上。(b)6個試片未達規定值者在2個以下。(c)
6個試片未達規定值70%者在1個以下;對於個別試驗如不合格時,原試驗可以重新取樣,依協議從同一個或同一批試樣中再取樣兩個,且兩次試驗皆須合格。

另外,化性試驗則是主要針對化學成分而言。但是對於鋼鐵材料成分的規定,大部分的規範僅有鋼液分析的規定,也就是在盛鋼桶中還是液態下取樣。如果冷卻成為製品後,由於冷卻速度快慢不同,造成類似偏析及分布不均的情形,也就是說,中間與外表間成分多少就會有點差異。因此,若是規範未對成品的成分規定允許值時,取樣分析其成分之容許誤差標準,應較鋼液分析之值予以提高。因此,如果規範規定為鋼液成分時,成品之判定標準,可以依CNS 3158「軋製或鍛製鋼料之製品分析法及其許可差」之規定,對正負誤差之上下限予以調整。CNS3158總共有4個表,其中表1及表2是針對碳鋼製品、表3是針對合金鋼,而表4則是針對不銹鋼及耐熱鋼材。其中CNS 3158之表1~表3如附表所示,但使用時只能選用單一的表格,不可取用其他表格混合來判定合格與否。

從化學成分可以計算另一個參數,就是碳當量Ceq。碳當量可用來評定鋼材之加工性能,但,建築一般是用來判定鋼鐵材料之可銲性較多,因此在買賣雙方協議下,可以銲接冷裂敏感指數Pcm代替。另外也不是所有鋼材都有規定碳當量,例如剛才提到的CNS耐候鋼SMA的鋼材,耐候性質與碳當量較無關係,因此除非是使用TMCP製程,只規定了各成分的上下限,並無一定要做碳當量的規定。但是,設計者如有需求,仍可在圖說中加以規定,廠商在購料時,才能要求鋼鐵生產商註明清楚。

從品管統計分析的角度來說,鋼鐵材料的生產,仍然具有一定之誤差發生的可能。因此如何按照規範去確定其是否合格,對我們來說確有其重要性。

參考文獻

1.劉澤山(2018)。「鋼結構施工」,第二章。

表1 CNS 3158之表一(碳鋼)

成分

化學成分規定值之

最大值(%)

許可差

下限

上限

C

0.15以下

0.02

0.03

超過0.15,0.4以下

0.03

0.04

超過0.4,0.8以下

0.03

0.05

超過0.8

0.03

0.06

Si

0.3以下

0.02

0.03

超過0.3,0.6以下

0.05

0.05

Mn

0.6以下

0.03

0.03

超過0.6,1.15以下

0.04

0.04

超過1.15,1.6以下

0.05

0.05

P

0.060以下

0.01

S

0.060以下

0.01

 

表2 CNS 3158之表二(碳鋼)

成分

化學成分規定值之最大值(%)

對於不同截面大小之許可差

65000mm2以下

超過65000mm2,130000mm2以下

超過130000mm2,260000mm2以下

超過260000mm2,520000mm2以下

下限

上限

下限

上限

下限

上限

下限

上限

C

0.25以下

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

超過0.25,0.55以下

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

超過0.55

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

0.07

0.07

Si

0.35以下

0.02

0.03

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

超過0.3,0.6以下

0.05

0.05

Mn

0.9以下

0.03

0.03

0.04

0.04

0.06

0.06

0.07

0.07

超過0.9,1.65以下

0.06

0.06

0.06

0.06

0.07

0.07

0.08

0.08

P

0.050以下

0.008

0.010

0.010

0.015

S

0.060以下

0.008

0.010

0.010

0.015

Cu

規定最小值時

0.02

0.03

 

 

表3 CNS 3158之表三(合金鋼)

成分

化學成分規定值之最大值(%)

對於不同截面大小之許可差

65000mm2以下

超過65000mm2,130000mm2以下

超過130000mm2,260000mm2以下

超過260000mm2,520000mm2以下

下限

上限

下限

上限

下限

上限

下限

上限

C

0.30以下

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

超過0.30,0.75以下

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

超過0.75

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

Si

0.35以下

0.02

0.02

0.02

0.02

0.03

0.03

0.04

0.04

超過0.3,2.2以下

0.05

0.05

0.06

0.06

0.06

0.06

0.07

0.07

Mn

0.9以下

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

超過0.9,2.1以下

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

0.07

0.07

P

0.050以下

0.005

0.010

0.010

0.010

S

0.060以下

0.005

0.010

0.010

0.010

Cu

1.0以下

0.03

0.03

超過1.0,2.0以下

0.05

0.05

Ni

1.0以下

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

超過1.0,2.0以下

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

超過2.0,5.3以下

0.07

0.07

0.07

0.07

0.07

0.07

0.07

0.07

超過5.3,10.0以下

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

Cr

0.9以下

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

超過0.9,2.1以下

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

超過2.1,10.0以下

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

Mo

0.9以下

0.01

0.01

0.01

0.01

0.02

0.02

0.03

0.03

超過0.9,2.1以下

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

0.03

0.04

0.04

超過2.1,10.0以下

0.03

0.03

0.04

0.04

0.05

0.05

0.06

0.06

V

0.1以下

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

超過0.1,0.25以下

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

0.02

超過0.25,0.5以下

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

0.03

規定最小值時

0.01

0.01

0.01

0.01

W

1.0以下

0.04

0.04

0.05

0.05

0.05

0.05

0.06

0.06

超過1.0,4.0以下

0.08

0.08

0.09

0.09

0.10

0.10

0.12

0.12

Al

1.50以下

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

0.10

 

1232-2-1

圖1 CNS 2608規定之鋼材取樣位置

 

1232-2-2

圖2 ISO 630的取樣位置

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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