|
1. Классификация сталей.
Вырабатываемые металлургической промышленностью стали подразделяют на
стандартные сорта, называемые марками.
Все строительные стали делят на три группы в зависимости
от прочности: 1) малоуглеродистые (обычной прочности); 2) повышенной
прочности; 3) высокой прочности [2]. В СНиП II-B.3-72 стали подразделены на
семь классов ( 4.1), различающихся по механическим свойствам при растяжении.
В каждый класс входит несколько марок стали. Марки
классифицируют по нескольким признакам, главными из которых являются: а)
механические свойства (см. § 1); б) химический состав; в) способ раскисления.
2. Химический состав сталей. Сталь представляет собой
сплав железа с углеродом. Повышение содержания углерода увеличивает временное
сопротивление и предел текучести. Увеличивается, однако, и хрупкость,
ухудшается свариваемость. Стали с высоким содержанием углерода применяют в
машиностроении. Сплавы железа, содержащие более 2% углерода, называют
чугунами.
В состав всех сталей в качестве примесей, которые не
вводят специально, входят также фосфор и сера. Это — вредные примеси, но
избавиться от них невозможно. Сера делает сталь красноломкой (при температуре
800— 1000°С возникают трещины). Фосфор сообщает стали свойство хладноломкости
(трещины легко возникают при отрицательных температурах).
Вредными являются также примеси кислорода, водорода и
азота (если азот находится в химически несвязанном состоянии). Все они
повышают хрупкость стали, а кислород еще действует подобно сере. Поэтому при
сварке расплавленную сталь надо изолировать от воздуха.
Сталь называется легированной, если для улучшения качества
в ее cociaB специально введены (легирующие) элементы, отсутствующие в обычной
углеродистой стали, или если она содержит повышенное количество кремния и
марганца (этн два элемента в небольших количествах входят во все стали).
Чтобы получить стали повышенной и высокой прочности,
вводят легирующие добавки: ванадий, хром, никель, медь и др. (для ряда марок
применяют еще н термоупрочнение).
Химический состав сталей нормируется.
3. Малоуглеродистые стали образуют класс С 38/23 (
4.1) и наиболее широко применяются в строительстве. Такое название они
получили оттого, что обладают низким содержанием углерода (например, в
наиболее распространенной стали СтЗ углерода не более 0,22%). Они пластичны,
хорошо свариваются.
4. Сталь повышенной и высокой прочности. В эту
группу входят: сталь СтТ (получается термической обработкой стали СтЗ) и
низколегированные стали (некоторые из них термоупрочненные). Стали высокой
прочности получают легированием н термоупрочнением.
Преимуществами сталей повышенной и высокой прочности
являются: а) общая экономия металла до 20— 50% (которая достигается
преимущественно в растянутых элементах, в сжатых элементах большой гибкости
экономии почти нет — см. § 2 гл. 6, п. 2); б) хорошее сопротивление хрупкому
разрушению при низких температурах. Недостатки этих сталей по сравнению с
малоуглеродистыми: а) трудности обработки при изготовлении - (сложно
производить правку элементов, имеющих местные деформации, некоторые из высокопрочных
сталей разупрочняются при сварке, многие требуют подогрева перед сваркой); б)
чувствительность к концентрациям напряжений и, следовательно, низкая
вибрационная прочность.
5. Спокойные, полуспокойные, кипящие стали. Если
расплавленную сталь разливают из ковша в изложницы сразу (без выдержки), то
она бурно кипит, выделяя много газов. Часть газов не успевает улетучится из
затвердевающего металла — образуются газовые пузырьки. Такая сталь называется
кипящей. В элементах, прокатанных из кипящей стали, газовые пузырьки являются
концентраторами напряжений; поэтому кипящая сталь не рекомендуется для
ответственных сварных конструкций (СНиП II-B.3-72, прил. 1). Спокойная сталь
не имеет этого недостатка, но она дороже кипящей на 10—15%, ее используют в
ответственных сооружениях, работающих на динамические нагрузки и при низких
температурах. Полуспокойная сталь по качеству является промежуточной между
кипящей и спокойной.
6. Мартеновские и конвертерные стали. Сталь,
выплавленная в конверторах с продувкой кислородом сверху, по качеству не
уступает мартеновской. Однако кислородно-конвертерная сталь дешевле
мартеновской и поэтому начинает вытеснять ее.
7. Понятие о маркировке сталей. Наименование марок
легированных сталей отражает их химический состав. Каждый легирующий элемент
обозначается буквой русского алфавита, например: кремнии С. марганец Г,
ванадий Ф, никель Н, медь Д, бор Р, азот А (в химически связанном состоянии
азот становится легирующей добавкой), хром X и др. Цифра после буквы,
обозначающей компонент, показывает содержание элемента в процентах с
округлением до целых значений (но цифра 1 не ставится). Количество углерода в
сотых долях процента приводится в начале наименования марки. Примеры
маркировки: 14Г2— сталь со средним содержанием углерода 0,14%, марганца до
2%; 15ХСНД— сталь со средним содержанием углерода 0,15%, хрома, кремния,
никеля н меди-—в пределах I 7о каждого.
При маркировке малоуглеродистых сталей в середине
наименования ставится марка стали. Буквенные индексы, поставленные в конце,
обозначают: кп — кипящая сталь, пс — полуспокойная, сп — спокойная. Буква В,
стоящая впереди, указывает, что сталь поставляется с гарантиями механических
свойств и химического состава. Цифра, стоящая сзади, обозначает «категорию»
стали (которые различаются требованиями к ударной вязкости — см. ГОСТ
380—71). Пример маркировки: ВСтЗкп2 — кипящая сталь марки СтЗ с гарантиями по
механическим свойствам и химическому составу с требованиями к ударной
вязкости по категории 2.
8. Выбор марки металла для металлических конструкций. В
СНиП 1I-B.3-72 все виды конструкций разделены на девять групп в зависимости
от условий эксплуатации, монтажа н типа соединений. Для каждой группы даны
рекомендации по выбору марки стали и указаны требования по ударной вязкости.
Главными факторами, определяющими выбор марки, являются: а) минимальная
температура, при которой будет эксплуатироваться сооружение; б) динамические
воздействия нагрузки;
в) стоимость стали. Чем больше номер группы, тем
легче условия эксплуатации сооружения, меньше опасность хрупкого разрушения и
ниже требования к качеству стали. К первой группе отнесены сварные
конструкции, подвергающиеся непосредственному воздействию динамических или
вибрационных нагрузок. Они должны изготовляться из спокойной стали ВСтЗспб
или из низколегированных сталей. При очень низких температурах эксплуатации
(от —40 до —65° С) используются только низколегированные стали и требования
по ударной вязкости становятся особенно жесткими. Последние три группы (VII,
VIII и IX) составляют клепаные или болтовые конструкции и элементы, не
имеющие сварных соединений. В отдельных случаях их разрешается выполнять даже
из кипящей стали ВСтЗкп.
Для каждой группы сооружений СНиП допускает применение
нескольких марок стали. Выбор делается на основании технико-экономического
анализа; следует иметь в виду, что для конструкций, эксплуатируемых при
низких температурах, может оказаться целесообразным использование алюминиевых
сплавов (см. § 3).
|