Основные особенности строительных сталей
В настоящем разделе рассмотрены способы производства строительных сталей, их химический состав и механические характеристики. На качество и механические характеристики сталей существенно влияют способы их производства. Сталь бывает мартеновской, кислородно-конверторной, электропечной и прямого восстановления.
Стали, выплавленные в электропечах, содержат меньше вредных примесей (фосфора, серы и др.). Наиболее дешевой и хорошей по качеству является сталь, полученная путем прямого восстановления из железорудных окатышей. В нашей стране такую сталь производят на Старооскольском электрометаллургическом комбинате.
По степени раскисления сталь разделяется на кипящую, полуспокойную и спокойную. При выплавке стали образуются газообразные продукты СО и С02, вызывающие кипение массы ванны.
Кипящая сталь неоднородна по своему химическому составу и по механическим свойствам, имеет крупнокристаллическую структуру и низкую сопротивляемость хрупкому разрушению.
Сталь, раскисленная в процессе плавки и в ковше после выпуска из печей, называется спокойной. В качестве разокислителей применяют марганец, кремний, алюминий, иногда Кальций или титан при этом реакция окисления углерода прекращается и сталь перестает кипеть.
Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение как по однородности химического состава и механическим свойствам, так и по стоимости производства. Эту сталь раскисляют значительно меньшим количеством раскислителей.
По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. Стали, в которых — отсутствуют специальные добавки, называют углеродистыми. Различают малоуглеродистые (до 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3–0,6% С) и высокоуглеродистые (> 0,6% С) стали. Для стальных металлоконструкций применяют малоуглеродистые стали с низким содержанием углерода, поставляемые по ГОСТ 380–71, ГОСТ 6713–75, ГОСТ 14637–69. и ГОСТ 1050-74*.
Стали, в которые для получения требуемых свойств вводят легирующие добавки, называют легированными. Они бывают низколегированными, легированными и высоколегированными*. Для строи-тельных стальных конструкций применяют, как правило, низколегированные стали с небольшим содержанием легирующих элементов и низким содержанием углерода. Легирующих элементов может быть один, два, три и более*. По этому признаку различают сталь марганцовистую, хромистую, кремне-марганцовистую, хромокремнемарганцовистую и, другие, Легированные стали поставляют по ГОСТ 19281–73, ГОСТ 19282–73 и ТУ 14-1-3023–80. Для механических деталей, используемых в стальных конструкциях, и для крепежа (втулок, пальцев, шорных частей, болтов и гаек) применяют легированную конструкционную сталь согласно ГОСТ 4543-71*. Высоколегированные (с содержанием легирующих элементов более 10%) стали используют в качестве коррозионно-стойких, жаропрочных и хладостойких их применяют для металлических конструкций специального назначения 1 (согласно специальным техническим условиям). По характеру поставки стали могут быть различными: обычной поставки, в термически обработанном со-1 стоянии, с очищенной от окалины поверхностью. 1
Имеются два основных вида термической обработки строительных сталей — нормализация и термическое улучшение. Нормализация — это нагрев до 900-950°С с последующим охлаждением на воздухе. Она делает кристаллизационную решетку более мелкой и однородной, улучшает пластические свойства стали. Термическое улучшение — это нагрев до 900-950°С, резкое охлаждение (водой), нагрев и выдержка при температуре 550-700°С. Термическое улучшение стали повышает механические свойства, а также сопротивляемость хрупкому разрушению,
Применяемые в строительных металлоконструкциях стали делятся на следующие классы: С 38/23 j. сталь обыкновенного качества С 44/29, С 46/33S С 52/40 — одаль повышенной прочности С 60/45, 1 С 70/60, С 85/75 — сталь высокой прочности. В виде дроби указаны соответственно ). Например, для сталей класса С 38/23 временное сопротивление
= 380 МПа (38 кгс/см2), а предел текучести
= 230 МПа (23 кгс/см2).
В табл. 1 приведены (с последними изменениями и дополнениями) нормативные и расчетные со-противления проката (согласно ШиПП-23-81)» Расчетные сопротивления проката в зависимости от напряженного состояния определяются по формулам, которые приведены в табл. 2, а коэффициенты надежности для материалов приведены в табл. 3
В качестве примера расчетное сопротивление при растяжении для стали 18кд определяется по формуле
220кг/мм2
— коэффициент надежности.
Таким образом были определены расчетные сопротивления как по пределу текучести, так и по временному сопротивлению для всех марок сталей.
Следует отметить что, несмотря на табличные данные для конкретного материала, поставленного заводу металлоконструкций, инженер-конструктор с целью наиболее полного использования no формуле
9,80665
предел текучести, кгс/см2
9,80665 — множитель для перевода нормативного сопротивления
=1,05 — коэффициент надежности материала.
Кроме требования гарантированной прочности к сталям предъявляют требования гарантированной сопротивляемости хрупкому разрушению, которая определяется показателем ударной вязкости. Ударную вязкость определяют при отрицательной температуре и при температуре + 20°С после механического старения. Стали условно делят на следующие типы:
без гарантии хладостойкости
с гарантированной хладостойкостью при температуре не ниже 40°С
с гарантированной хладостойкостью при температуре от 40 до 65°С (иногда до 70°С).