Компоненты стали

СТАТЬЯ

ГЛАВА IV.

МАТЕРИАЛ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИИ

В металлических конструкциях применяются сталь и чугун; в старых конструкциях встречается еще сварочное железо; в некоторых специальных строительных конструкциях начинают получать применение алюминиевые сплавы.

§ 1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ СТАЛИ. ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА


1. Компоненты стали

При строительстве промышленных объектов сталь является основным материалом строительных металлических конструкций .Сталь применяется мягкая, малоуглеродистая с содержанием С около 0,15—0,2%. Для некоторых специальных сортов стали с повышенной прочностью содержание углерода увеличивается до 0,3—0,4%.

С повышением углерода увеличивается прочность металла, временное сопротивление R и предел текучести σT, причем в этом отношении углерод является наиболее эффективной добавкой (фиг. 87) [1]. Наряду с этим
уменьшается удлинение, увеличиваются хрупкость и твердость и ухудшается обрабатываемость материала.

Поэтому более высокое содержание углерода оказывается невыгодным и не отвечающим работе металличе
ских конструкций, которые часто воспринимают ударные и неравномерные распределения нагрузок и потому требуют вязкого материала.

Наряду с углеродом постоянным компонентом стали является марганец Mn.

Марганец необходим для правильного ведения металлургического процесса ; он раскисляет металл и уничтожает вредное влияние серы, образуя с ней тугоплавкий сернистый марганец. Вместе с тем он весьма полезен как усиляющий прочность стали, повышая предел текучести и временное сопротивление без значительного понижения вязкости. При производстве металлоконструкций обычное содержание Mn приблизительно 0,40%, однако в некоторых специальных марганцовистых строительных сталях оно повышается до 1,8%. Кремний Si является третьей постоянной составляющей сталей; в обычных строительных сталях он встречается в малых количествах — менее 0,1%. Он благоприятно действует на повышение предела текучести, без значительного понижения вязкости, уменьшает склонность к изменению свойств сталей с течением времени (старению), но ослабляет коррозийную стойкость сталей и ухудшает свариваемость. В специальных строительных сталях содержание кремния повышается до 0,5%, а в так называемых многокремнистых сталях—до 1—1,2%. Многокремнистая сталь хотя и обладает высокими механическими качествами, но теперь не применяется вследствие малой стойкости против ржавления, трудности своего изготовления и плохой свариваемости.

За последнее время при строительстве промышленных объектов к строительным сталям очень часто прибавляется медь в размере 0,2—1,0% [2]. Медь, действуя в том же направлении, что и более дорогой никель, улучшает механические качества стали и увеличивает ее коррозийную стойкость. В настоящее время медистые стали имеют широкое применение во всех конструкциях, рассчитанных на длительный срок службы.

К вредным примесям, почти всегда имеющим место в стали, принадлежат сера и фосфор.

Сера делает сталь красноломкой, т. е. плохо сопротивляющейся механическим воздействиям в горячем состоянии, вследствие образования сернистого железа FeS, которое отлагается между зернами и, имея низкую температуру плавления (около 1 000°), нарушает связь между ними. По этому сталь с большим содержанием серы не может применяться при кузнечных работах и гнутье, плохо сваривается и т. д.

Фосфор увеличивает крупнозернистость стали и делает сталь хрупкой,особенно при низких температурах, отчего в фосфористых сталях появляются трещины при холодной обработке. Поэтому технические условия
на приемку строительных сталей требуют ограничений примеси фосфора,а именно: для обычных конструкций (ОСТ 2897) — не более 0,07% и для ответственных (ОСТ 12535) — не более 0,05%. Для последних требуется еще ограничение серы, также не более 0,05%. Цифры эти относятся к мартеновской стали.

Однако за последнее время при изготовлении металлоконструкций отрицательное отношение к фосфору стало изменяться [3,8]. Оказывается, что при пониженном содержании углеродофосфористые стали (Р~0,1%) могут дать достаточно вязкий и прочный материал и к тому же достаточно стойкий против ржавления. Отрицательные свойства фосфористых сталей, которые сейчас проявляются весьма резко, сводятся не столько к влиянию фосфора, сколько к структурному состоянию металла, крупнозернистости и некачественности его изготовления (пузыри, плохое раскисление, наличие посторонних включений и т. д.).

Вредными примесями в производстве металлоконструкций являются также кислород и азот. Кислород, как и сера, повышает красноломкость стали, способствует росту зерен и понижает прочность. При нагреве стали при доступе кислорода до высоких температур кислород соединяется с железом, образуя окислы железа, которые нарушают связь между зернами и делают сталь негодной. Азот, даже в малых количествах (~ 0,014%), резко повышает хрупкость стали, понижая удлинения и повышая предел текучести [4].

Для ответственных конструкций (ОСТ 12535) предельное содержание азота фиксируется в 0,015%, а кислорода — в 0,03%.

Азот, как и фосфор и кислород, повышает склонность стали к старению и уменьшению ударной вязкости. К более редким добавкам принадлежат никель, хром, молибден и др.Все они, вообще говоря, благоприятно сказываются на качествах стали и искусственно присаживаются к сталям для получения сталей повышенного качества и дают прочную и в то же время вязкую сталь.

Представление о влиянии химических компонентов на механические качества сталей может дать табл. 4, составленная проф. П. В. Сахаровым М на основании данных Оберхоффера (Oberhoffer) Ю, Гилле (Gtiillet) [7] и др., указывающая, насколько повышаются механические характеристики, временное сопротивление, предел текучести, удлинение и ударная вязкость при увеличении содержания данного компонента на 0,1% Она может быть положена в основу выбора сталей требуемых механических качеств.

Из таблицы следует, что, комбинируя присадки, требуемые механические качества стали можно получить на заводе металлоконструкций самыми разнообразными путями. Поэтому химический состав стали за исключением содержания серы и фосфора обычно не указывается ТУ на приемку сталей для строительных конструкций.

В основу выбора компонентов кладутся местные условии металлургического процесса и руд, дешевизна и распространенность компонента (например С и Mn), его эффективность для удовлетворения данного условия и т. д.

Если нашли ошибку то выделите 2-3 слова и нажмите Ctrl+Enter

Отправить ответ

avatar

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: