Общие понятия о строительных сталях

                                         Содержание.           

1.   Введение

2.  Легированная сталь 

3.  Общие понятия о строительных сталях

4.  Свойства строительных сталей 

5.  Классификация строительных  сталей 

6.  Выбор сталей для строительных конструкций                                       

7. Список использованных ресурсов

                                                      Введение.

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий от 0.3% до 2.14% углерода, как и чугун содержит примеси фосфора, кремня, серы, марганца, но в меньших количествах. Стали широко используются в машиностроении, приборостроении, строительстве и других промышленных отраслях. В первозданном виде сталь походит по своим свойствам на железо, но, в отличие от него, поддается закалке: при резком охлаждении после нагрева до определенных температур сталь приобретает большую твёрдость — замечательное достоинство, однако, почти совершенно сводимое на нет приобретенной в процессе той же закалки хрупкостью.

Сталь получают при переплавке металлолома или предельного чугуна. При производстве стали из чугуна из него удаляют лишний углерод и понижают количество примесей. Чугун же получают путём переплавки железной руды. Чугуны после переплавки делятся на 3 типа: металлургические, предельные (которые идут на производство стали) и специальные.

  Технология переплавки руды показана здесь:

По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению углеродистая подразделяется на инструментальную содержит углерода (0,7% и более) и конструкционную (0,6% углерода (как исключение допускается содержание углерода до 0,85%)), по качеству конструкционная сталь делится на качественную и повышенного качества.

                                                Легированная сталь.

Легированная сталь – сталь кроме обычных примесей, содержащая элементы специально вводимые для обеспечения. Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др. Легированная сталь подразделяется на конструкционную, инструментальную и с особыми химическими свойствами, например, нержавеющая сталь. В зависимости от содержания легирующих элементов разделяют на высоколегированные (легирующих элементов от 10 до 50 %), среднелегированные (легирующих элементов от 2,5 до 10 %), и низколегированные (легирующих элементов до 2,5 %). Легирующие элементы оказывают разностороннее влияние на свойства стали, например, хром повышает твердость и коррозионную стойкость; вольфрам увеличивает твердость и красностойкость; молибден увеличивает красностойкость, прочность и сопротивление окислению при высоких температурах; марганец при содержании свыше 1 % увеличивает твердость, износостойкость, стойкость против ударных нагрузок.

                                      Общие понятия о строительных сталях

Металлообрабатывающая промышленность выпускает обширную номенклатуру стальных изделий, применяемых в строительстве, в том числе прокатную листовую сталь для покрытия кровли. Возможность применения вида стали в строительстве определяется не только ее свойствами, но и в значительной степени ее доступностью и рентабельностью.

Применяемые в строительстве стали различают по качеству, способу обработки и назначению. По качеству стали подразделяют на обыкновенные (рядовые), качественные, высококачественные и особовысококачественные. Эти виды различаются количеством вредных примесей: серы, снижающей механическую прочность и являющейся причиной красколомкости — хрупкости в горячем состоянии; фосфора, усиливающего хладноломкость — хрупкость при пониженных температурах; неметаллических включений. Буквенные обозначения марок низколегированных сталей указывают на входящие в их состав элементы, например, хром — X, алюминий — Ю, бор — Р, марганец — Г, медь — Д, молибден — М, никель — Н, кремний — С; а цифровые обозначения указывают на их среднее содержание в сотых долях процента. Первая цифра обозначает содержание углерода, например, 35ХГ2С означает: сталь высококачественная, содержащая 0,35 % углерода, 1 % хрома, 2 % марганца, 1 % кремния.

В маркировке углеродистых сталей буквы указывают на группу и способ производства стали, а цифры на ее маркировку. Например, стали группы А маркируют буквами Ст и цифрами от 0 до 7, группы — Б — буквами МСт (мартеновская) или 5Ст (бессемеровская) и цифрами от 0 до 7, а сталь группы В — буквами ВСт. В обозначении марок кипящей стали добавляют «кп», полуспокойной — «пс». Так сталь, полученную бессемеровским способом (кипящая), группы Б, обозначают БСт3кп, а сталь группы В, полученную в конвертерах с продувкой кислородом сверху, обозначают ВКСт3кп.

СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ.

Основные свойства строительных сталей

Строительные стали должны обладать необходимыми свойствами для изготовления из них строительных конструкций и для дальнейшей работы этих конструкций под нагрузкой. Наиболее важные из них перечислены ниже.

Механические свойства стали

Прочность – способность стали сопротивляться внешним силовым воздействиям без разрушения. Прочность определяют с помощью специальных испытаний на растяжение стандартных образцов, изготовленных из исследуемой стали.

Показателями прочности являются: предел текучести  и временное сопротивление  

Упругость – способность материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних нагрузок. (В упругой стали после снятия нагрузок остаточные деформации отсутствуют). Упругость характеризуется модулем упругости.

Пластичность – способность стали получать при нагружении остаточное изменение формы и размеров без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением при разрыве.

Хрупкость – склонность материала к мгновенному разрушению при малых деформациях.

Ударная вязкость – характеризует склонность стали к хрупкому разрушению, а также сопротивление динамическим и ударным воздействиям и чувствительность к концентрации напряжений. Ударную вязкость определяют при динамических испытаниях на маятниковых копрах. Под действием удара молота копра образец разрушается. Ударная вязкость определяется работой, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади поперечного сечения.

Твердость – свойство поверхностного слоя стали сопротивляться упругой и пластической деформации при внедрении в него другого тела. Твердость тесно связана с прочностью.

Ползучесть – способность материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки. В металле проявляется только при высоких температурах. Характеристикой ползучести является предел ползучести, характеризующий условное напряжение, при котором скорость и деформация ползучести за определённое время достигают заданной величины.

Длительная прочность – это сопротивление стали разрушению при длительном воздействии температуры. Показатель длительной прочности –  условное напряжение, под действием которого сталь при данной температуре разрушается через заданный промежуток времени.

Физические свойства стали

Физические свойства стали обусловлены ее составом и структурой. К физическим свойствам стали относят:

• плотность;

• температура плавления;

• коэффициент температурного расширения;

• теплопроводность;

Технологические свойства стали

По технологическим свойствам определяют способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки. Технологическими свойствами сталей являются:

• деформируемость – способность стали подвергаться упругопластическому деформированию (изменять форму под нагрузкой) без разрушения (например, при штамповке, при гибке,);

• свариваемость – способность стали образовывать сварное (неразъемное) соединение требуемого качества. Оценку свариваемости производят по химическому составу, а также путем испытаний – технологических проб;

• обрабатываемость стали режущим инструментом (например, при резке, строгании, сверлении, образовании отверстий под болты).

Эксплуатационные свойства стали

Эксплуатационные, или служебные, свойства определяют действительную работу сталей при эксплуатации конструкций, изготовленных из этих сталей.

В зависимости от условий работы определяют:

• коррозионную стойкость – свойство стали сопротивляться воздействию агрессивной среды. Сопротивление стали коррозии проверяют путем длительной выдержки образцов в агрессивной среде. Мера коррозии –скорость коррозии по толщине металла;

• хладостойкостъ – сохранение механических и пластических свойств при температуре ниже 0°С;

• жаропрочность – способность стали сохранять механические свойства (прочность) при высоких температурах;

• усталостную прочность. Если металл подвергается воздействию циклических нагрузок, может наступить преждевременное разрушение (до достижения напряжений временного сопротивления или даже предела текучести). Склонность металла к усталостному разрушению устанавливают на основании результатов вибрационных испытаний.

Классификация строительных сталей

В строительных конструкциях в основном применяют малоуглеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. В случаях строительства ответственных конструкций применяют углеродистые качественные стали.

Классификация строительных сталей по прочности

В зависимости от механических свойств  все строительные стали делятся на:

• стали обычной прочности;

• стали повышенной прочности;

• стали высокой прочности.

Классификация строительных сталей по химическому составу

По химическому составу все строительные стали делятся на:

• малоуглеродистые стали;

• низколегированные стали;

• низколегированные стали (более прочные) и среднелегированные.

В табл. представлены также основные механические характеристики строительных сталей –предел текучести  временное сопротивление   и относительное удлинение при разрыве E%

Классификация строительных сталей.

Примечания:

***) – Вст3Гпс5-2 – полуспокойная малоуглеродистая сталь с добавлением марганца;

***) – ВстТпс; 10Г2С1 т.у.; 15Г2СФ т.у. – термоупрочнные стали.

           Выбор сталей для строительных конструкций                                        

Класс стали выбирают на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа по СНиП ІІ-23-81*. Выбор класса стали для строительных конструкций зависит от следующих параметров, влияющих на работу материала:

– температуры среды, в которой монтируются и эксплуатируются конструкции, влияющей на повышенную опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах;

– характера нагружения, определяющего особенность работы материала и конструкций при динамической, вибрационной и переменной нагрузках;

– вида напряженного состояния (одноосное сжатие или растяжение, плоское или объемное напряженное состояние) и уровня возникающих напряжений (сильно или слабо нагруженные элементы);

– способа соединения элементов, определяющих уровень собственных напряжений, степень концентрации напряжений и свойства материалов в зоне соединения;

– толщины проката, применяемого в элементах (с увеличением толщины изменяются свойства стали).

В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации все конструкции разделяются на четыре группы.

К первой группе относятся основные сварные конструкции либо их элементы (подкрановые балки, балки рабочих площадок, элементы конструкций бункеров и т.п.), работающие в особо тяжелых условиях или подверженные непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок.

Ко второй группе относятся основные сварные конструкции либо их элементы (фермы, ригели рам, балки перекрытий и покрытий и т.п.), работающие при статических нагрузках преимущественно на растяжение, а также конструкции и элементы первой группы при отсутствии сварных соединений.

К третьей группе относятся основные сварные конструкции либо их элементы (колонны, стойки, опорные плиты, элементы настила перекрытий, вертикальные связи по колоннам с напряжением в связях свыше 0,4Ry и т.п.), работающие при статических нагрузках преимущественно на сжатие, а также конструкции и элементы второй группы при отсутствии сварных соединений.

К четвертой группе относятся вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи, кроме указанных в третьей группе, элементы фахверка, лестницы, площадки, ограждения и т.п.), а также конструкции и их элементы третьей группы при отсутствии сварных соединений.

Стали для стальных конструкций зданий и сооружений групп 2 и 3 принимаются по табл. 2.1.

Обозначения, принятые в табл. 2.1:

а) фасонный прокат толщиной до 11 мм, а при согласовании с изготовителем – до 20 мм; листовой – всех толщин;

б) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для толщин свыше 20 мм;

в) требование по ограничению углеродного эквивалента по ГОСТ 27772-88 для всех толщин;

г) для района ΙΙ4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха, применять прокат толщиной не более 10 мм;

д) при толщине проката не более 11 мм допускается применять сталь категории 3;

е) кроме опор ВЛ, ОРУ и КС;

ж) прокат толщиной до 10 мм;

и) кроме района ІІ4 для неотапливаемых зданий и конструкций, эксплуатируемых при температуре наружного воздуха.

Знак «+» означает, что данную сталь следует применять; знак «–» означает, что данную сталь в указанном климатическом районе применять не следует.

Знак «+г)» означает, что данную сталь следует применять с соблюдением оговоренных выше требований.

Требования к элементам конструкций, не имеющих сварных соединений, могут быть снижены, так как отсутствие остаточных полей сварочных напряжений, более низкая концентрация напряжений и другие факторы улучшают их работу.

В пределах каждой группы конструкций в зависимости от температуры эксплуатации к сталям предъявляются требования по ударной вязкости при различных температурах.

Окончательный выбор стали в пределах каждой группы должен выполняться на основании сравнения технико-экономических показателей (расхода стали и стоимости конструкции), а также с учетом заказа металла и технологических возможностей завода-изготовителя.

Стали по прочностным свойствам делятся условно на три группы:

– обычной прочности (σy < 29 кН/см2);

– повышенной прочности (29 кН/см2 ≤ σy < 40 кН/см2);

– высокой прочности (σy ≥ 40 кН/см2).

К сталям обычной прочности относятся низкоуглеродистые стали классов С235 – С285 различной степени раскисления (кипящие, полуспокойные и спокойные). К сталям повышенной прочности относятся низколегированные стали классов С345 – С390. Высокое значение ударной вязкости при мелкозернистой структуре позволяет использовать эти стали для конструкций «северного исполнения». К сталям высокопрочным относятся стали классов прочности С440 – С590.

За счет более высоких прочностных характеристик применение сталей повышенной и высокой прочности приводит к экономии металла, но дополнительные затраты на легирование и термообработку делают их дороже низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества.

В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и степени опасности хрупкого разрушения для сталей С345 и С375 проводятся испытания на ударную вязкость при разных температурах. Поставляются эти стали по четырем категориям (табл. 2.2).

Стали для конструкций, возводимых в климатических районах Ι1, Ι2, ΙΙ2 и ΙΙ3, но эксплуатируемых в отапливаемых помещениях, следует принимать как для климатического района ΙΙ4 согласно табл. 2.1, за исключением сталей С245 и С275 для конструкций группы 2.

Расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового,

широкополосного универсального и фасонного проката принимаются по табл. 2.3.

Расчетное сопротивление сдвигу проката принимается Rs = 0,58Ry.

Расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) Rp = Run/γm принимается по табл. 2.4.

                                     Список использованных ресурсов.

• http://webkonspect.com/?id=875&labelid=7784&room=profile
• http://webkonspect.com/?room=profile&id=875&labelid=7797
• http://www.mukhin.ru/stroysovet/kr1/3_07.html
• http://hi-intel.ru/806/11.html
• https://ru.wikipedia.org/wiki/Сталь
• http://www.bibliotekar.ru/slesar/15.htm
• http://www.stroitelstvo-new.ru/armatura_raboti/metall_2.shtml
• http://magak.ru/metalloconstruct/metalloconstruct-proekt/78-viborstaley?showall=1
• СНиП II-23-81
• SP_16_13330_2011