Виды строительных сталей, их состав.

Экзаменационные вопросы по курсу МК

Преимущества и недостатки строительных сталей как материала для строительных конструкций.

Основными достоинствами металлических конструкций являются:
высокая несущая способность — возможность воспринимать значительные нагрузки при относительно небольших сечениях вследствие значительной прочности металла;
высокая надежность, так как конструкции могут быть рассчитаны достаточно точно,
легкость и транспортабельность. Металлические конструкции по сравнению с конструкциями из камня, железобетона и дерева наиболее легкие. Они почти в 4 раза легче железобетонных и часто легче деревянных (при использовании на одинаковые нагрузки), а раз металлические конструкции наиболее легкие при значительной плотности металла, то они и более транспортабельные и легко монтируемые;
сплошность материала и соединений, позволяющая осуществлять водо- и газонепроницаемые конструкции.
Металлические конструкции удобны в эксплуатации, так как легко могут быть усилены при увеличении нагрузок. Они наиболее полно используются при реконструкциях и легко ремонтируются.
К недостаткам металлических конструкций относится низкая коррозиестойкость и огнестойкость. Эти недостатки иногда требуют применения специальных коррозиестойких сталей и специальных защитных покрытий, предохраняющих их от коррозии и относительно высоких (более 400 °С) температур.
Все конструкции, как правило, должны быть доступны для наблюдения, очистки, окраски, а также не должны задерживать влагу. Замкнутые профили должны быть герметизированы.

Виды строительных сталей, их состав.

По прочностным свойствам стали условно делят на три груп­пы: обычной прочности (  < 29 кН/см²); повышенной прочности (29 кН/см² < < 40 кН/см²); высокой прочности >40 кН/см²).

Повышение прочности стали достигается легированием и терми­ческой обработкой.

По химическому составустали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые сталиобыкновенного качества состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Прочие добавки (медь, хром и т.д.) специально не вво­дятся и могут попасть в сталь из руды

Углерод, повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому для строительных металлических конструкций применяют только низкоуглеродистые стали с содер­жанием углерода не более 0,22%.

В состав легированных сталей помимо железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие их качество. Поскольку боль­шинство добавок )в той или иной степени ухудшают свариваемость стали, а также удорожают ее, в строительстве в основном применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%. \

Основными легирующими добавками являются кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (X), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А). Состав легирующих добавок указыва­ют в наименовании стали: первые две цифры в марке стали соответ­ствуют содержанию углерода в сотых долях процента, далее перечис­ляют добавки и их содержание с округлением до целых процентов, цифру 1 при этом обычно не проставляют. Например: 09Г2С, 14Г2АФ.

Стали обычной прочности(  < 29 кН/см²). К этой группе отно­сят низкоуглеродистые стали (С235...С285) различной степени рас­кисления, поставляемые в горячекатаном состоянии. Обладая отно­сительно небольшой прочностью (см. табл. 2.3), эти стали очень пластичны: протяженность площадки текучести составляет 2,5% и больше, соотношения  0,6...0,7. Хорошая свариваемость обес­печивается низким содержанием углерода (не более 0,22%)"и крем­ния. Коррозионная стойкость - средняя, поэтому конструкции, вы­полненные из сталей обычной прочности, следует защищать с по­мощью лакокрасочных и других покрытий. Однако благодаря невысокой стоимости и хорошим технологическим свойствам стали обычной прочности очень широко применяют для строительных ме­таллических конструкций. Потребление этих сталей составляет свы­ше 50% от общего объема. Недостатком низкоуглеродистых сталей является склонность к хрупкому разрушению при низких температу­рах (особенно для кипящей стали С235), поэтому их применение в конструкциях, эксплуатирующихся при низких отрицательных тем­пературах, ограничено.

Стали повышенной прочности(29 кН/см² <  < 40 кН/см²). Ста­ли повышенной прочности (С345...С390) получают либо введением При выплавке стали легирующих добавок, в основном марганца и кремния, реже никеля и хрома, либо термоупрочнением низкоуглеррдистой стали (С345Т). Пластичность стали при этом несколько снижается и протяженность площадки текучести уменьшается до 1…1,5%.

Стали повышенной прочности несколько хуже свариваются (особенно стали с высоким одержанием кремния) и требуют иногда использования специальных технологических мероприятий для пре­дотвращения образования горячих трещин.

По коррозионной стойкости большинство сталей этой группы близки к низкоуглеродистым сталям. Более высокой коррозионной стойкостью обладают стали с повышенным содержанием меди (С345Д, С375Д, С390Д).

Мелкозернистая структура низколегированных сталей позволяет значительно повысить их сопротивление хрупкому разрушению.

Высокое значение ударной вязкости сохраняется при температу­ре -40°С и ниже, что позволяет использовать эти стали для конст­рукций, эксплуатируемых в северных районах. За счет более высоких прочностных свойств применение сталей повышенной прочности приводит к экономии металла до 20...25%.

Стали высокой прочности(  > 40 кН/см²). Прокат из стали вы­сокой прочности (С440...С590) получают, как правило, путем леги­рования и термической обработки. Для легирования используют нитридообразующие элементы, способствующие образованию мел­козернистой структуры.

Стали высокой прочности могут не иметь площадки текучести (при  > 50 кН/см²), и их пластичность (относительное удлинение) снижается до 14% и ниже. Отношение  увеличивается до 0,8...0,9, что не позволяет учитывать при расчете конструкций из этих сталей пластические деформации.

Подбор химического состава и режима термообработки позволя­ет значительно повысить сопротивление хрупкому разрушению и обеспечить высокую ударную вязкость при температурах до -70°С. Определенные трудности возникают при изготовлении конструкций. Высокая прочность и низкая пластичность требуют более мощного оборудования для резки, правки, сверления и других операций.