Виды стали и ее применение в строительстве

Сталь, технический более или менее ковкий сплав железа с различными элементами, содержащий не менее 50% железа. Наиболее характерной и наиболее выгодной особенностью сплавов, объединяемых понятием сталь, является возможность изменения их структурных, механических и физических характеристик в чрезвычайно широких пределах путём изменения химического состава и применения термической обработки.

Главной и непременной составной частью стали является углерод, входящий в неё в количестве от сотых долей процента до 2%. По современной терминологии вязкое техническое железо, получаемое из жидкого состояния, называется сталью, термин «железо» сохраняется как название некоторых марок малоуглеродистой стали, например, «котельное железо».

Состав стали

Кроме углерода, обычными спутниками железа в стали являются: марганец—до 1,0%, кремний—до 0,5 %, фосфор и сера—до 0,1% каждый. Для изменения различных механических, физических и химических свойств в желаемом направлении в нёе вводятся специальные, т. н. легирующие, элементы: марганец (1,0—15%), кремний (0,5—15%), никель (до 45%), хром (до 30%), вольфрам (до 20%), кобальт (до 35%), молибден (до 10%), ванадий (до 3%), алюминий (до 15%), медь (до 2%), а также—в значительно меньших количествах (десятых долях процента)— титан, цирконий, бериллий, бор, уран, ниобий, тантал и др.

Фрагмент ВИДЕО УРОКА по Технологии — Сталь и её виды.

Наиболее часто применяются сорта, содержащие, кроме углерода и обычных спутников его, два—три специальных легирующих элемента одновременно. В соответствии с существующими методами производства подразделяются на следующие виды:

1. Основная мартеновская.
2. Кислая мартеновская.
3. Бессемеровская.
4. Томасовская.
5. Основная электросталь.
6. Кислая электросталь и тигельная.

Наилучшей по качеству является тигельная. Однако производство этой стали в наст, время почти прекращено вследствие дороговизны и трудности получения этим способом крупных слитков. Далее по качеству получаемой стали следуют основные и кислые процессы в электропечах и кислый мартеновский процесс. Этими процессами производится сталь для изделий наиболее ответственного назначения. Наибольшее количество стали изготовляется по основному мартеновскому процессу, который даёт возможность быстро и дёшево производит, сталь, удовлетворяющую большинству запросов.

При тщательном ведении основного мартеновского процесса удаётся готовить весьма ответственные марки, почти не уступающие свойствам электростали и кислой мартеновской. Бессемеровская и томасовская сталь уступают по качеству мартеновской и идут на производство рядового проката, не подвергаемого термической обработке (рельсы, балки и пр.). Таким образом, литую сталь получают следующими способами:

• Конвертерные процессы (бессемеровский и томасовский);
• Мартеновский процесс—основной и кислый;
• Электроплавка в дуговых печах, индукционных и высокой частоты;
• Тигельный процесс.

Бессемеровская

Эта сталь обычно содержит повышенное количество фосфора, менее плотна, чем мартеновская, в ней много газовых и шлаковых включений. Она весьма неоднородна, в результате чего она твёрже и более хрупка, чем мартеновская, и уступает ей по качеству. И поэтому бессемеровская сталь по сравнению с мартеновской имеет ограниченное применение. В последнее время выработаны новые методы контроля процесса и дефосфорации в ковше. Это позволит расширить сырьевую базу для бессемеровского передела и увеличить применение бессемеровской стали.

Конструкционные и инструментальные углеродистые стали

Томасовская

Основной мартеновский

Этим процессом производится отливка наибольшего количества стали. По качеству основная мартеновская превосходит конвертерную, но уступает электростали, тигельной и кислой мартеновской, что объясняется менее благоприятными условиями раскисления металла и очищения его от серы и фосфора по сравнению с электросталью. В последнее время применяют т. н. диффузионное раскисление основной стали, что улучшает её качество и приближает к кислой мартеновской.

Кислая мартеновская

Эта сталь, по сравнению с основной, лучше раскислена, более плотна, однородна и имеет меньше газов и шлаковых включений. При испытаниях на разрыв она даёт лучшие результаты, чем основная сталь, в отношении поперечных и продольных проб. Это преимущество обусловливает её применение при отливке орудий большого калибра, коленчатых валов и других особо ответственных изделий.

По качеству кислая мартеновская лучше основной и уступает только электростали и тигельной. Недостаток кислого мартеновского процесса заключается в том, что он требует применения особо чистых материалов (P

Тигельный процесс

Это один из самых старых способов производства литой стали, изобретённый в 1740. Плавка ведётся в закрытых тиглях небольшого объёма, вмещающих 30—50 кг.

Применяют особо чистые материалы. Металл в тигле не подвергается влиянию атмосферы (не окисляется). Тигли изготовляются из кислых материалов, что создаёт благоприятные условия для раскисления металла, выделения газов и шлаковых включений, и тем самым обусловливается высокое качество тигельной стали. В тигельной плавке происходит самопроизвольное раскисление металла в тигле при восстановлении Si из тигля. При продолжительной выдержке металла в тигле происходит выделение газов и шлаковых включений.

В результате тигельный металл приобретает высокие качества: плотность, чистоту, хорошую раскисленность и содержит минимальное количество шлаковых включений и газов. В тигельной стали не встречаются флокены (т. е. нарушения внутренней сплошности металла). По качеству тигельный металл может быть поставлен на первое место.

С ним конкурирует только электросталь из печей высокой частоты. Тигельный способ применяют для выплавки самой ответственной высоколегированной стали, напр., быстрорежущей. Недостатки тигельного процесса — необходимости применения чистых материалов, малая производительность и высокая стоимость металла.

Электросталь

Преимущество электростали состоит в более высокой температуре плавки, что даёт возможность, более полно очищать металл от серы и фосфора. В электроплавке, при основном белом или карбидном шлаке, происходит самопроизвольное раскисление металла шлаком. При электроплавке достигается лучшее очищение металла от шлаковых включений. Атмосфера дуговой электропечи нейтральна, в отличие от окислительной атмосферы мартеновской печи. Выплавленная в электропечах сталь отличается высоким качеством, но сталь эта очень дорога и может быть использована для самых ответственных деталей механизмов.

Строение и свойства стали

Большая часть (свыше 90%) производимой стали отливается в слитки и идёт на производство изделий методом горячей механической обработки, и лишь меньшая часть идёт на так называемое фасонное литьё. При горячей механической обработке значительно повышаются все механические свойства, что даёт преимущество механически обрабатываемым изделиям перед литыми.

Свойства

Свойства стали зависят от её химического состава и строения, т. е. расположения атомов в кристаллических решётках, микроструктуры, или строения из отдельных структурных элементов. Сталь, как и все металлы, является телом кристаллическим. При остывании её в изложницах или формах возникает большое число центров кристаллизации, которые при своём росте сталкиваются и дают структуру, состоящую из большого числа кристаллов с неправильной внешней формой, называемых кристаллитами. Весь затвердевший объём принимает форму сосуда. Кристаллическая природа стали, как и всех других металлов, подтверждается рентгеновским анализом, который показывает правильное расположение атомов в кристаллитах.

Микроструктура стали изучается с помощью микроскопа, рассматривается шлифованная поверхность кубика из испытываемой стали после травления его химическими реагентами. При изучении макроструктуры обращают внимание на неоднородность строения различных зон изделия или слитка, или т. н. зональную ликвацию, на величину слагающих дендритов, характер их взаимного расположения, наличие дефектов строения и степень ликвации в пределах одного дендрита.

Механические свойства

Механические свойства стали могут колебаться в чрезвычайно широких пределах и характеризуются следующими данными:

• Удельный вес стали находится в пределах 7,0 -9,0.
• Теплоёмкость при нормальной температуре колеблется от 0,10 до 0,13 кал.
• Теплопроводность для мягкой стали равна 0,2 кал/град., а для сталей с 35% примесей—0,02 кал/град. Очень низка теплопроводность у нержавеющих сталей.

Кислотоупорная сталь растворяется в кислотах и ржавеет на воздухе в 100 и более раз медленнее, чем обычная сталь. Жароупорная сталь окисляется при высокой температуре в 10—40 раз медленнее мягкой не легированной стали.

Все перечисленные колебания механические, физические и химические свойств достигаются путём рационального изменения химического состава и соответствующей термической обработки. Изменение одних свойств в желательном направлении приводит к изменению почти всех прочих свойств, из которых некоторые могут изменяться в нежелательном направлении. В частности, введение всех легирующих элементов затрудняет технологию производства и обработки. Правильное решение задач по достижению необходимых свойств часто представляет значительные трудности.

Химический состав

По химическому составу различают следующие сорта стали:

Углеродистые стали

Углеродистые стали подразделяются:

Специальные тройные

Из специальных тройных сталей особенно часто применяют следующие:

• Поделочные (никелевая содержит 0,08—0,15% С, 1,5—6,5% Ni, большею частью 2,0—3,5% Ni);

• Хромистые (0,08—0,55% С, 0,5—3,0% Cr. Большею частью 0,8—1,2% Cr);

• Нержавеющая (0,1—0,4%С и 12—17% Cr;

• Кремнистая для рессор (0,45—0,65% С, 1,2—2,0% Si);

• Конструкционная (0,15% С и 1,0% Si);

• Марганцовистая поделочная (0,2—0,4% С, 1,0—1,75% Мп);

• Ванадиевые (0,08—0,55% С, 0/1—0,3 % V).

Четверные специальные поделочные стали:

1. Хромоникелевая (содержит 0,08—0,5% С, 0,5—2,0% Cr, 1,5—4,5% Ni).
2. Хромомолибденовая (содержит 0,08—0,55% С, 0,8—1,2% Cr, 0,3—1,0% Mo).
3. Хромованадиевая (0,08—0,55% С, 0,5—1,5% Cr, 0,1—0,3% V).

1. Инструментальные (0,5—0,6% С, 0,8—1,0% Cr, 1,8—2,2% Ni) применяются для ударных инструментов.
2. Быстрорежущая, устойчивая при самонагреве резцов до 600° С, содержит 0,6—0,7% С, 3.5—5,0% Cr, 12—20% W.
3. Стали с особыми физическими свойствами, устойчивые при высоких температуpax, применяемые для клапанов двигателей внутреннего сгорания, имеют различный состав, напр.: 0,25—0,35% С, 4,5—5,5% Ni, 0,8—1,1% Cr, 0,25% V или более стойкая, содержащая 0,3—0,4% С, 2,4—2,7% Si. 24—26% Ni.

Классификация по микроструктуре

Механические свойства стали зависят от её структуры, а структура, в свою очередь, зависит от состава и термической обработки, поэтому применяется классификация по структуре в нормализованном состоянии. Обычно различают следующие 4 класса стали:

• Перлитовый.
• Мартенситовый.
• Аустенитовый.
• Карбидный.

Наибольшее применение имеют перлитовые стали.

Классификация стали по качеству

Особое значение на практике имеет классификация по качеству и её техническим свойствам в связи с её применением. Так как качество зависит не только от состава и термообработки, но и от способа производства, то эта классификация учитывает, и процесс изготовления стали. Эта классификация делит сталь на 5 следующих групп.

Особовысококачественная сталь «ОВК»

В эту группу входят стали особо сложного состава (высоколегированные), обладающие специальными физико-химическими свойствами. Они выплавляются в тигельных и электрических печах. К этой группе относятся следующие сорта:

• Идущие на изготовление магнитов, для клапанов.
• Нержавеющие сорта, устойчивые против химического воздействия, кислото- и щелочностойкие.
• Быстрорежущая и трансформаторная сталь высококачественная сложного состава («ВК»)

Эти сорта выплавляют в тигельных и электрических печах. Иногда применяют дуплекс-процесс — основная кислая мартеновская печь. В последнее время начали изготовлять эти стали в основных мартеновских печах, применяя диффузионное раскисление. К этой группе относят наиболее ответственные сорта конструкционной стали: орудийная, броневая, специально для авиационных моторов и некоторых деталей автомобилей (валов, шестерён и пр.), тракторов, дизелей, турбинных дисков, а также шарикоподшипниковая, специальная, инструментальная и особо чистая углеродистая.

Сталь качественная «К»

К таким сталям относят некоторые наиболее часто применяемые специальные сорта сталей, с наибольшим количеством легирующих примесей и углеродистые стали, особо чистые и однородные. Главнейший способ изготовления мартен + электроплавка. Плавку в мартеновских печах ведут с особой тщательностью. К этим видам относятся следующие сорта: углеродистая артиллерийская, оружейная, снарядная низколегированная и углеродистая сталь для среднеответственных частей автомобилей, тракторов.

Сталь повышенного качества («ПК»)

Такие стали отливается из основных мартеновских печей и иногда из кислых и основных конвертеров и выпускается в соответствии с техническими условиями. К этой группе относят металл для транспорта—железнодорожные оси, бандажи, углеродистые рессоры, рельсы, котельное железо, строительные сорта — судостроительную.

Торговая сталь «Т»

Такая сталь выпускается без технических условий и испытаний и идет для широкого потребления. Эта сталь выплавляется в основных мартеновских печах, бессемеровских и томасовских конверторах. К этой группе принадлежат стали, применяемые для строительных целей, а также некоторых ответственных деталей сельскохозяйственных машин, неответственного фасонного литья и пр. На основные виды разработаны стандарты (ГОСТы), точно регламентирующие классификацию и технические условия данного вида сталей. За границей в каждой стране разработаны особые стандарты стали.

Контроль качества

Выпускаемая заводами сталь подвергается испытаниям для контроля её качества. Главнейшими испытаниями являются:

• Проверка химического состава.
• Исследование однородности, чистоты и структуры.

Для этого применяются следующие методы:

• Травление на ликвацию по Бауману и Гойну.
• Глубокое травление на выявление структуры.
• Контроль микроструктуры и неметаллических включений.
• Контроль изломов стали, производимый невооружённым глазом или через лупу.
• Контроль ликвации химическим анализом.
• Проверка механических свойств.
• Испытание технологическими пробами (на сварку, ковку, закалку и пр.). Инструментальная сталь испытывается на устойчивость при резании.
• Наружный осмотр для обнаружения поверхностных пороков.

В качестве механических испытаний применяются:

• Испытания твёрдости по Бринелю.
• Испытания на разрыв с определенном сопротивления разрыву, удлинения определение предела упругости и текучести.
• Испытание на ударную вязкость (по Шарпи).
• Испытания на усталость и др.

Проволока испытывается на изгиб и скручивание. В особых случаях применяются специальные испытания, напр., на истирание.

Источник: stroiotvet.ru

Конструкционная сталь – ее классификация и особые свойства

Для производства разнообразных механизмов и изделий для строительных и машиностроительных конструкций используется специальная сталь – конструкционная, обладающая набором особых химических, физических и механических характеристик.

1 Конструкционные стали – что они собой представляют?

Под такими сталями понимают особые сплавы с заданным набором особых технологических свойств, обеспечивающих их безаварийную эксплуатацию в определенных условиях.

Требуемые потребительские, физические и химические характеристики подобных сталей достигаются за счет грамотного и максимально точного подбора их химсостава, выполнения операции поверхностного упрочнения и специальных видов термообработки, а также путем повышения их металлургического качества.

Существующая классификация делит конструкционные стали на:

• машиностроительные;
• арматурные (иначе их называют строительными), сварка коих отличается простотой и надежностью.

Кроме того, марки таких сплавов причисляются к одной из двух групп – стали специального или общего назначения.

В состав конструкционных сплавов входит множество химических элементов и примесей, включая и те, которые причисляют к категории вредных. Наиболее небезопасными из них признаются фосфор и сера, которые делают готовую продукцию ломкой (сварка таких составов вызывает серьезные трудности). В зависимости от содержания серы и фосфора все марки сплавов подразделяют на особовысоко- и высококачественные, качественные и обыкновенные.

В особовысококачественных сплавах (маркировка – литера «Ш») указанных вредных элементов должно быть не более 0,015 %, в высококачественных («А») – не более 0,025 %, в качественных («Сталь») – не более 0,035 %, в обыкновенных («Ст») – не более 0,05 %.

Классификация описываемых составов ведется и по другим признакам, о которых мы будем рассказывать далее, рассматривая конструкционные машиностроительные и строительные стали.

2 Сталь конструкционная машиностроительная общего назначения

Сплавы для машиностроительной отрасли делят с учетом их химсостава на две подгруппы:

• средне- и низколегированные;
• средне- и малоуглеродистые.

Машиностроительная сортовая продукция всегда имеет специальный набор механических характеристик. Они проверяются на соответствие требованиям по следующим показателям:

• ударная вязкость:
• пластичность;
• прочность.

Большая часть средне- и низколегированных сплавов, изготавливаемых метпредприятиями для машиностроителей, причисляются к доэвтектоидным перлитным сталям (распространенные марки – 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА, ЗОХГСН2А, ЗОХ2ГСН2ВМ). В них вводится молибден и никель, которые увеличивают вязкость.

Предусматривается еще одна классификация рассматриваемых машиностроительных сталей, которая учитывает метод их упрочнения. В соответствии с ней сортовая сталь может быть:

• с упрочнением верхнего слоя;
• без обработки;
• с упрочнением по всему объему.

В тех случаях, когда выпускается качественная сортовая сталь конструкционная, она обязательно проходит один из далее указанных вариантов термообработки:

• закалка (поверхностного типа), после которой может иногда проводиться отпуск;
• стандартная закалка металла с обязательным отпуском (обеспечивается эффективная сварка готовых изделий);
• нормализация.

3 Машиностроительные конструкционные стали спецназначения – их марки и особенности

Такие сплавы делят на классы, ориентируясь на их главный составляющий компонент. Специальные стали могут изготавливаться на никелевой либо на железоникелевой основе. Кроме того, распространена их классификация на такие категории:

• литейные;
• автоматные;
• износостойкие;
• коррозионностойкие;
• шарикоподшипниковые;
• пружинные;
• жаростойкие;
• криогенные;
• жаропрочные.

В жаростойких составах, которые эксплуатируются при высоких (более 550 градусов) температурах, присутствует незначительное количество кремния. Они не боятся науглероживающих и окислительных сред, газовой коррозии, но под действием сильных нагрузок у них иногда проявляется ползучесть. Популярные марки жаростойких сплавов – 20Х20Н14С2, 12Х17, 15Х6СМ, 15Х28, 15Х5, ЗОХ13Н7С2. Из них производят:

• емкости для цементации стали;
• элементы поршневых двигателей;
• трубы.

Криогенная сортовая высоколегированная сталь и низкоуглеродистые сплавы отличаются хорошей вязкостью и пластичностью. Они имеют улучшаемые характеристики (повышение ползучести при снижении температуры их эксплуатации, а также при добавочной обработке сплавов нормализацией и последующим отпуском). Маркировка таких сталей в соответствии с Госстандартом 5632 следующая – ОЗХ13АГ19, ОН9А, 08Х18Н10.

Для жаропрочных сталей важна повышенная ползучесть в сочетании с хорошей сопротивляемостью к химическому ржавлению. Жаропрочные сплавы идеальны для выпуска различных элементов газо- и паротурбинного оборудования, труб, работающих при температурах от 400 до 650 градусов. Востребованные марки таких сплавов – ХН62МВКЮ, ХН70Ю, 45Х14Н14В2М, 40Х10С2М, 25Х2М1Ф, ХН77ТЮР, 12Х18Н9Т, 15Х5М, 15ХМ.

Коррозионностойкие материалы имеют свыше 12,5 процентов хрома в своем составе, что дает возможность использовать их для производства изделий, функционирующих в коррозионных средах (трубы, карбюраторные валы, иглы, компоненты гидравлической аппаратуры, лопатки турбин и пр.). По структуре коррозионностойкая сортовая сталь бывает разной. Классификация ее следующая:

• мартенситно-стареющей (марки – 09Х15Н8Ю, 10Х17Н13МЗТ);
• мартенситной (95Х18, 30Х13, 12Х13, 20Х17Н2);
• аустенитной и ферритной (маркировка соответственно –12Х18Н10Т и сортовая сталь 15Х28).

Сварка указанных видов стали требует их дополнительного отпуска. Кроме того, стоит добавить, что описанные выше жаростойкие и жаропрочные, а также криогенные сплавы являются разновидностями коррозионностойкой продукции (классификация предусматривает именно такое положение вещей, несмотря на множественные различия в характеристиках таких сталей).

4 Другие виды и марки специальных машиностроительных сталей – краткая информация, классификация

Автоматные сплавы (качественная конструкционная сталь) включают в свой состав от 0,6 до 1,5 % марганца, от 0,05 до 0,16 % фосфора, от 0,05 до 0,3 % серы и до 0,45 % углерода. Эти улучшаемые сплавы обретают новые свойства (лучшая обрабатываемость и другие) при дополнительном легировании их селеном, свинцом и кальцием (АЦ40Г2, А40Г, АЦ45Х). Как правило, из-за сравнительно малых прочностных показателей описываемая сортовая продукция используется для изготовления автомобильных деталей (шпилек, болтов, шайб).

Пружинные стали характеризуются повышенным пределом прочности и упругости, хорошей пластичностью и вязкостью. Они бывают низколегированными и среднеуглеродистыми (до 0,8 процентов углерода, минимум – 0,6). Из названия понятно, что подобная сортовая продукция идет на изготовление рессор и пружин. Сварка таких сталей нередко сопровождается появлением трещин. Известные марки пружинных сталей – 70С2ХА, 60С2ХФА, 55С2, 65ГЮ, 50ХФА, 70.

Низколегированные и высокоуглеродистые (до 1,05 процента углерода) улучшаемые сплавы имеют мартенситную мелкоигольчатую структуру, малую пористость и рыхлость. В них отсутствует карбидная ликвация и сетка, а также неметаллические добавки. Главные достоинства таких сталей – повышенная стойкость к износу и твердость (по шкале HRC до 65 единиц). Их маркировка всегда начинается с литеры «Ш» (ШХ15Ш, ШХ15СГ, ШХ4).

5 Сталь строительная – особенности и общая характеристика

Такие стали имеют хорошую ковкость, высокий показатель жидкотекучести, их сварка не вызывает обычно никаких проблем. К основным механическим свойствам строительных сплавов причисляют вязкость (ударную), твердость, относительное удлинение и прочностной предел.

Стали для строительных конструкций (строительные стали) – это сплавы с малым уровнем легирования (в незначительных количествах добавляется хром, марганец, кремний) и углеродистые (углерода не более 0,2 процентов, минимум – 0,1). Сварка данных сталей выполняется всеми известными способами. Для строительной отрасли это очень важно.

Легируют описываемую продукцию с целью увеличения ее закаливаемости. За счет такого процесса они впоследствии получают высокий предел текучести. В тех случаях, когда строительные сплавы делают не из углеродистого, а из низколегированного металла, экономится до 30 процентов сырья.

К популярным маркам строительных сталей относят следующие сплавы:

Сварка этих стальных композиций выполняется очень легко, а потребители получают их в виде проката (сортовая сталь), полос большой ширины, прутков и в листах.

Источник: tutmet.ru

Классификация строительных сталей

По прочностным свойствам стали условно делят на три груп­пы: обычной прочности (sy < 29 кН/см 2 ); повышенной прочности (29 кН/см 2 ≤ sy 40 кН/см 2 ); высокой прочности (sy ≥ 40 кН/см 2 ).

Повышение прочности стали достигается легированием и терми­ческой обработкой.

Высокое значение ударной вязкости сохраняется при температу­ре -40°С и ниже, что позволяет использовать эти стали для конст­рукций, эксплуатируемых в северных районах. За счет более высоких прочностных свойств применение сталей повышенной прочности приводит к экономии металла до 20. 25%.

Стали высокой прочности (sy ≥ 40 кН/см 2 ). Прокат из стали вы­сокой прочности (С440. С590) получают леги­рованием и термической обработкой. Для легирования используют нитридообразующие элементы, способствующие образованию мел­козернистой структуры.

Стали высокой прочности могут не иметь площадки текучести (при sy ≥ 50 кН/см 2 ), и их пластичность (относительное удлинение) снижается до 14% и ниже. Отношение sy / su увеличивается до 0,8. 0,9, что не позволяет учитывать при расчете конструкций из этих сталей пластические деформации.

Подбирая химический состав и режим термообработки, можно значительно повысить сопротивление хрупкому разрушению и обеспечить высокую ударную вязкость при температурах до — 70°С. Однако высокая прочность и низкая пластичность сталей требуют более мощного оборудования для резки, правки, сверления и других операций.

При сварке термообработанных сталей вследствие неравномер­ного нагрева и быстрого охлаждения в разных зонах сварного соеди­нения происходят различные структурные превращения. На одних участках образуются закалочные структуры, обладающие повышенной прочностью и хрупкостью (жесткие прослойки), на других ме­талл подвергается высокому отпуску и имеет пониженную прочность и высокую пластичность (мягкие прослойки).

Разупрочнение стали в околошовной зоне может достигать 5. 30 %, что необходимо учитывать при проектировании сварных конструкций из термообработанных сталей. Эффект разупрочнения снижает введение в состав стали некоторых карбидообразующих элемен­тов (молибден, ванадий).

Применение сталей высокой прочности приводит к экономии металла до 25. 30 % по сравнению с конструкциями из низкоуглеро­дистых сталей и особенно целесообразно в большепролетных и мощных конструкциях.

Атмосферостойкие стали. Для повышения коррозионной стойко­сти металлических конструкций применяют низколегированные ста­ли, содержащие в небольшом количестве (доли процента) такие эле­менты, как хром, никель и медь.

В конструкциях, подвергающихся атмосферным воздействиям, весьма эффективны стали с добавкой фосфора (например, сталь С345К). На поверхности таких сталей образуется тонкая оксидная пленка, обладающая достаточной прочностью и защищающая металл от развития коррозии. Однако свариваемость стали при наличии фосфора ухудшается. Кроме того, в прокате больших толщин металл обладает пониженной хладостойкостью, поэтому применение стали С345К рекомендуют при толщинах не более 10 мм.

В конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функ­ции (например, мембранные покрытия), широко используют тонко­листовой прокат. Для повышения долговечности таких конструкций целесообразно применение нержавеющей хромистой стали марки ОХ18Т1Ф2, не содержащей никеля. В больших толщинах прокат из хромистых сталей обладает повышенной хруп­костью, однако свойства тонколистового проката (особенно толщи­ной до 2 мм) позволяют применять его в конструкции при расчет­ных температурах до -40°С.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.Углеродистые стали состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Прочие добавки (медь, хром и т.д.) специально не вво­дятся и могут попасть в сталь из руды.

В зависимости отвида поставки стали подразделяются на:

— термообработанные (нормализованные или термически улучшенные).

В горячекатаном состоянии сталь далеко не всегда об­ладает оптимальным комплексом свойств. При нормализации из­мельчается структура стали, повышается ее однородность, увеличи­вается вязкость, однако существенного повышения прочности не происходит. Термическое улучшение (закалка в воде и высокотемпе­ратурный отпуск) позволяют получить стали высокой прочности, хорошо сопротивляющиеся хрупкому разрушению.

По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокой­ными, спокойными.

Нераскисленные стали кипят при разливке вследствие выделения газов: такая сталь носит название кипящей и оказывается более за­соренной газами и менее однородной.

Степень раскисления обозначается буквами: кп — кипящая; сп -спокойная; пс — полуспокойная.

Кипящие стали, имея достаточно хорошие показатели по пределу текучести и временному сопротивлению, ху­же сопротивляются хрупкому разрушению и старению.

Чтобы повысить качество низкоуглеродистой стали, ее раскисляют добавками кремния от 0,12 до 0,3 % или алюминия до 0,1 %. Кремний (или алюминий), соединяясь с растворенным кислородом, уменьшает его вредное влияние. Кроме того, при соединении с ки­слородом раскислители образуют силикаты и алюминаты, которые увеличивают число очагов кристаллизации и способствуют образо­ванию мелкозернистой структуры стали, что ведет к повышению ее качества и механических свойств. Раскисленные стали не кипят при разливке в изложницы, поэтому их называют спокойными. Спокойная сталь более однородна, лучше сва­ривается, лучше сопротивляется динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Ее применяют при изготовлении ответствен­ных конструкций, подвергающихся статическим и динамическим воздействиям.

Спокойные стали примерно на 12 % дороже кипящих, что несколько ограничивает их применение.

Полуспокойная сталь по качеству является промежуточной меж­ду кипящей и спокойной. Ее раскисляют меньшим количеством кремния — 0,05. 0,15 % (редко алюминием). По стоимости полуспокойные стали также занимают промежуточное положение. Низколегированные стали поставляют в основном спо­койной (редко полуспокойной) модификации.

Буква С в наименовании означает сталь строительную, цифра показывает значе­ние предела текучести в МПа, буква К — вариант химического состава.

Прокат поставляют как в горячекатаном, так и в термообработанном состоянии. Выбор варианта химического состава и вида тер­мообработки определяется заводом. Например, листовой прокат стали С345 может изготовляться из стали с химическим составом С245 с термическим улучшением. В этом случае к обозначению стали добавляют букву Т, например С345Т;

В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и сте­пени опасности хрупкого разрушения испытания на ударную вяз­кость для сталей С345 и С375 проводятся при разных температурах, поэтому они поставляются четырех категорий, а к обозначению ста­ли добавляют номер категории, например С345-1, С375-2.

Оценку свариваемости стали проводят по углеродному эквива­ленту (%):

где С, Mn, Si, Cr, Ni, Си, V и Р — массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.

Отличительной особенностью ГОСТ 27772 — 88 является использование для некоторых сталей (С275, С285, С375) статистических методов контроля, что гарантирует обеспеченность нормативных значений предела текучести и временного сопротивления.

Строительные металлические конструкции изготовляют также из сталей, поставляемых по ГОСТ 380 — 88* «Сталь углеродистая обык­новенного качества», ГОСТ 19281 — 89 » Прокат из стали повышен­ной прочности. Общие технические условия.» и другим стандартам.

Различий между свойствами стали, имеющими одинаковый химический состав, но поставляемым по разным стандартам, нет. Разница в способах контроля и обозначениях. Так, по ГОСТ 380-88* в обозначении марки стали указываются группа по­ставки, способ раскисления и категория.

При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б — химический состав, по группе В — механические свойства и химический состав.

Для малоуглеродистых сталей в зависимости от вида испытаний на ударную вязкость установлено 6категорий: категории 1,2 — испы­тания на ударную вязкость не проводят, 3 — проводят при t = +20°С, 4 — при -20°С, 5 — при -20°С и после механического старения, 6 — по­сле механического старения.

Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы. Так, сталь С235 соответствует стали ВСтЗкп2, сталь С245 — ВСтЗпсб, сталь С255 — ВСтЗсп5. Рекомендации по такой замене приведены в нормах проектирования.

Дата добавления: 2016-12-09 ; просмотров: 4018 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник: poznayka.org