Легирующие элементы

Строительные стали

Строительные стальные конструкции используются в строительных сооружениях, магистральных трубопроводах, подъемных кранах и т. д.

При изготовлении и монтаже этих кон­струкций на специализированных заводах они подвергаются обработке: сварке, резке, обра­ботке резанием, правке, гибке, вальцовке. Как правило, термическая обработка не проводит­ся. При этом сталь должна сопротивляться образованию трещин и должна сохранять структуру и механические свойства. Стальные конструкции длительное время при эксплуата­ции должны выдерживать статические, дина­мические и переменные нагрузки, часто при низких температурах. Стоимость стальных конструкций не должна быть высокой.

Строительная сталь должна иметь высокие прочность, свариваемость, сопротивление хрупкому разрушению, сопротивление вязко­му разрушению. Применение конструкций из нее должно характеризоваться высокой технико-экономической эффективностью. Для отдельных специальных областей применения сталь должна иметь также особые свойства.

Недостаточная прочность ранее применяв­шегося проката из углеродистой стали обыкно­венного качества с пределом текучести σ_т = 230...260 МПа и σ_B = 370...400 МПа и проката из низколегированной стали с σ_т ≤ 350 МПа и σ_B ≤ 500 МПа проводила к излишнему расходу стали и удорожала конструкции. Повышение прочности стали - наиболее действенное средство снижения металлоемкости и стоимос­ти таких конструкций. Размеры поперечных сечений многих элементов металлоконструк­ций, а следовательно и их масса, определяют расчетом, при котором исходят из предела текучести и временного сопротивления ма­териалов.

Возможности упрочнения строительной стали (при удовлетворении прочих требований) весьма значительны. В России установлены семь основных классов прочности, которым соответствует предел текучести не менее 225, 285, 325, 390, 440, 590 и 735 МПа. Сталь перво­го класса (σ_т ≥ 225 МПа) С225 условно называют сталью нормальной прочности, трех следую­щих классов (σ_т ≥ 285 МПа) С285, С325 и С390 - сталью повышен­ной прочности и остальных трех классов (σ_т ≥ 440 МПа) -С440, С590 и С735 сталью высокой прочности.

Под влиянием изменения содержания элементов, неоднородности слитка и условий прокатки прочностные показатели (σ_т, σ_B) сталей варьируются в некоторых пределах.

При увеличении толщины проката умень­шается скорость его охлаждения, в результа­те чего образуется грубая ферритно-перлитная структура меньшей прочности. По ГОСТ 535-88 и 27772-88 с увеличением толщи­ны проката уменьшается гарантированный предел текучести.

Высокая надежность соблюдения норм прочности с вероятностью не ниже 95% обес­печивается по ГОСТ 27772-88 специальными приемкой и контролем.

Стандартные марки имеют следующие обозначения: впереди буква С (строительная сталь), затем три цифры - предел текучести материала, МПа или Н/мм², далее могут быть буквы и цифры, означающие вариант химического состава, указание на специальную термообработку или повышенную коррозионную стойкость.

Рекомендуемый химический состав марок приведён в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Химический состав сталей

Как следует из табл. 1.2, для строительных сталей в качестве легирующих используются такие вещества, упрочняющие материал, как кремний, марганец, хром, медь, и в меньшей степени элементы, образующие специальные карбиды и нитриды. При этом пределы текучести и временное сопротивление большинства строительных сталей находятся на среднем уровне, более высокое легирование сдерживается ухудшением свариваемости, снижением сопротивления хрупкому разрушению и, главное, удорожанием материалов.

Основные механические характеристики проката из строительных сталей приведены в Марочнике сталей и табл.1.3.

Таблица 1.3

Механические свойства листового проката из сталей по ГОСТ 27772-88

Строительные стали являются весьма распространенными материалами, производимыми в различных промышленных странах. При этом марки имеют зарубежные аналоги как по химическому составу, так и по свойствам, а основным критерием, характеризующим марку, является величина либо предела текучести (как в СНГ, США, Бельгии), либо предела прочности (как в Евронормах и большинстве европейских стран). Эти значения признаны определяющими расчетными и эксплуатационными показателями сталей при производстве строительных конструкций.

Для сталей с гарантированными механическими свойствами по толщине (с повышенной сопротивля­емостью слоистому разрушению) в качестве крите­рия выбирается величина относительного сужения ψ. Чтобы обеспечить требуемые значения ψ (не ме­нее 15-30%), материалы подвергаются внепечному рафинированию и модифицированию (направленно­му воздействию на состав, форму и распределение неметаллических включений). В таких сталях содержание серы снижается до 0,005-0,010%.

Хладостойкие стали для конструкций, эксплуатирующихся при низких температурах (в основном, для изотермических резервуаров, позволяющих хранить и транспортировать сжиженные газы), имеют повышенное содержание никеля 6 и 9 % при углероде не более 0,1 %. Оптимальные свойства материалов достигаются после термической обработки, включающей закалку или двойную нормализацию и отпуск. В этом случае обеспечиваются необходимые механические свойства: σ_в> 630 МПа, σ_0,2>470 МПа, δ > 15-20%.