− Старение

Старение. При температурах ниже температуры образования ферри­та растворимость углерода ничтожна, но все же в небольшом количест­ве он остается в феррите. При благоприятных обстоятельствах углерод выделяется и располагается между зернами феррита, а также группиру­ется у различных дефектов кристаллической решетки.
Это приводит к повышению предела текучести и временного сопротивления и умень­шению пластичности и сопротивления хрупкому разрушению. Наряду с углеродом выделяются азот и карбиды других элементов, которые производят аналогичное действие. Эта перестройка структуры и изме­нение прочности и пластичности происходят в течение достаточно дли­тельного времени, поэтому такое явление называется старением.

Старению способствуют: а) механические воздействия и особенно развитие пластических деформаций (механическое старение); б) темпе­ратурные колебания, приводящие к изменению растворимости и скоро­сти диффузии компонентов и потому к их выделению (физико-химичес­кое старение, дисперсионное твердение). Невысоким нагревом (до 150— 200° С) можно резко усилить процесс старения.

 

При пластическом деформировании и последующем небольшом нагреве интенсивность старения резко повышается (искусственное старе­ние). Поскольку старение понижает сопротивление динамическим воз­действиям и хрупкому разрушению, оно рассматривается как явление отрицательное. Наиболее подвержены старению стали, загрязненные и насыщенные газами, например кипящая сталь (см. ниже).


читать далее »

− Производство стали

Виды производства стали, применяемой в металлических конструк­циях.
Сталь, применяемая для строительных конструкций, производит­ся двумя способами: в мартеновских печах и конверторах с продувкой кислородом сверху. Производство стали томасовским и бессемеровским способами практически прекращено главным образом потому, что при этих способах выплавки трудно обеспечить необходимое качество стали.
Стали мартеновского и кислородно-конверторного производства по свое­му качеству и механическим свойствам практически одинаковы. Однако производство кислородно-конверторной стали проще и дешевле, поэто­му она начинает вытеснять мартеновскую.

Нераскисленные стали кипят при разливке в изложницы вследствие выделения газов; такая сталь носит название кипящей и оказывается более засоренной газами и менее однородной.

 

Механические свойства несколько изменяются по длине слитка вви­ду неравномерного распределения химических элементов. Особенно это относится к головной части, которая получается наиболее рыхлой (вследствие усадки и наибольшего насыщения газами), и в ней проис­ходит наибольшая ликвация вредных примесей и углерода.
Поэтому от слитка отрезают дефектную головную часть, составляющую примерно 5% массы слитка. Кипящие стали, имея достаточно хорошие показатели по пределу текучести и временному сопротивлению, плохо сопротивля­ются хрупкому разрушению и старению.

Чтобы повысить качество малоуглеродистой стали, ее раскисляют добавками кремния от 0,12 до 0,3% или алюминия до 0,1%; кремний (или алюминий), соединяясь с растворенным кислородом, уменьшает его вредное влияние. При соединении с кислородом раскислители обра­зуют в мелкодисперсной фазе силикаты и алюминаты, которые увеличи­вают число очагов кристаллизации и способствуют образованию мелко­зернистой структуры стали, что ведет к повышению ее качества и меха­нических свойств.
Раскисленные стали не кипят при разливке в излож­ницы, поэтому их называют спокойными. От головной части слитка спокойной стали отрезают уже большую часть, составляющую примерно 15%. Спокойная сталь более однородна, лучше сваривается, лучше сопротивляется динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Спокойные стали применяют при изготовлении ответственных конструк­ций, подвергающихся статическим и динамическим воздействиям.

 




читать далее »

− Cпокойные стали

 

Однако спокойные стали примерно на 12% дороже кипящих, и вы­ход годного проката ниже примерно на 10%, что заставляет ограничи­вать ее применение и переходить, когда это выгодно по технико-эконо­мическим соображениям, на изготовление конструкций из полуспокой­ной стали.

Полуспокойная сталь по качеству является промежуточной между кипящей и спокойной. Она раскисляется меньшим количеством кремния — в размере 0,05—0,15% (редко алюминием). От головной ча­сти слитка отрезается меньший кусок, равный примерно 8% массы слит­ка. По стоимости полуспокойные стали также занимают промежуточное положение.

При прокатке происходят обжатие металла, размельчение зерен и различное их ориентирование вдоль и поперек проката, что сказывает­ся на механических свойствах металла. На свойства металла влияют также температура прокатки и последующее остывание; так, при окон­чании прокатки при заниженной температуре металл наклёпывается.

Это приводит к повышению временного сопротивления и предела теку­чести, но снижает пластические свойства и ударную вязкость. При уве­личении толщины проката механические свойства снижаются, поэтому в ГОСТ и ТУ на металл они устанавливаются в зависимости от толщи­ны проката.


читать далее »

− Механические свойства

При столь многообразных факторах, влияющих на прочность стали, вполне естественно, что показатели прочности имеют определенное рассеивание. Представление об изменчивости показателей качества ста­ли дают статистические кривые распределения (в процентах) различных

ее характеристик. На рис. 11.4 приведены кривая распределения преде­ла текучести для стали марки СтЗ по статистическим данным и огибаю­щая ее теоретическая кривая. Имея достаточно большое число наблю­дений и пользуясь методами математической статистики, определяют вероятность появления того или иного значения характеристики (меха­нических свойств металла).

На основании полученных статистических данных устанавливаются наименьшие значения механических свойств металла, которые записы­ваются в соответствующие ГОСТ и по которым производится отбраков­ка металла на металлургических заводах. На рис. 11.4 отмечено брако­вочное значение предела текучести „0<=24 кН/см2, установленное в ГОСТ 380—60 и в новом ГОСТ 380—71 для стали марки СтЗ.

 

Малоуглеродистые стали класса С 38/23. Из группы малоуглеро­дистых сталей обыкновенного качества, производимых металлургиче­ской промышленностью по ГОСТ 380—71*, широкое применение в стро­ительстве находит сталь марок СтЗ и СтЗГпс, отвечающая классу С 38/23.

Сталь марки СтЗ производится кипящей, полуспокойной и спокойной мартеновским и кислородно-конверторным способами.

В зависимости от назначения сталь поставляется по следующим трем группам:

А — по механическим свойствам;

Б — по химическому составу;

В — по механическим свойствам и химическому составу.

ТАБЛИЦА. Механические свойства стали марок СтЗ и СтЗГпс

 

Марка

 

Предел текучести от. кН/см2, для тол­щин, мм

Относительное удли­нение бь %, для толщин, мм

Изгиб на 180* (а —тол­щина образца, й — диа­метр оправки) для толщин, мм *

еменное зление,

до 20 |

21—40

41—100

До 20

21—40

свыше 40

до 20

свыше 20

 

СО н

не менее

 

 

СтЗкп

СтЗ пс, СтЗсп, СчЗГпс

37—47 38—49

24 25

23 24

22 23

27 26

26 25

24 23

сг=0,5 а

"\

Диаметр оправки увели­чивается на толщину образ­ца

1. Допускается превышение верхнего предела временного сопротивления на 3 кН/см2. У

2. Для листовой и широкополосной стали всех толщин и фасонной стали 20 мм значение пре­дела текучести допускается на 1 кН/см2 ниже по сравнению с указанным.

3. Для листовой стали толщиной 4—8 мм допускается снижение относительного удлинения на 1% (абсолютный) на каждый миллиметр уменьшения толщины. Нормы относительного удлинения листов толщиной менее 4 мм устанавливаются соответствующими стандартам.

4. Допускается снижение относительного удлинения для листовой, широкополосной и фасонной стали всех толщин на 1% (абсолютный).


читать далее »

− Применяемые стали

Поскольку для несущих строительных конструкций необходимо обес­печить прочность и свариваемость, а также надлежащее сопротивление хрупкому разрушению и динамическим воздействиям, сталь для этих конструкций заказывается по группе В, т. е. с гарантией механических свойств и химического состава.

Сталь марки СтЗ содержит углерода 0,14—0,22%, марганца в кипя­щей стали 0,3—0,6%, в полуспокойной и спокойной 0,4—0,65%, кремния в-кипящей стали от следов до 0,07%, в /юлуспокойной 0,05—0,17%., в спокойной 0,12—0,3%- Сталь марки СтЗГпс с повышенным содержа­нием марганца имеет углерода 0,14—0,22%, марганца 0,8—1,1%, крем­ния— до 0,15%.

Механические свойства стали марок СтЗ и СтЗГпс приведены в табл. 11.2. Ударная вязкость этих марок стали приведена в табл. П.З.

В зависимости от вида конструкций и условий их эксплуатации к стали, из которой они изготовляются, предъявляются те или другие требования. Эти требования нормированы и записаны в ГОСТ 380—71 *. В зависимости от предъявляемых требований углеродистая сталь разде­лена на шесть категорий. Стали марок СтЗ, СтЗГпс поставляются по 2-й—6-й категориям (табл. 11.4). При этом кипящая сталь изготовляет* ся по 2-й категории — ВСтЗкп2, полуспокойная — по 6-й категории — ВСтЗпсб, спокойная и полуспокойная с повышенным содержанием мар­ганца — по 5-й категории — ВСтЗпсб, ВСтЗГпсб.

Согласно ГОСТ 380—71*, маркировка стали производится так: вна­чале ставится соответствующее буквенное обозначение группы стали, затем марка, далее способ раскисления и в конце категория; например, сталь группы В (поставляемой по механическим свойствам и химичес­кому составу) марки СтЗ полуспокойная, категории 6 имеет обозначе­ние ВСтЗпсб.




читать далее »

− Требования к сталям

 

При толщине проката свыше 20 мм у стали СтЗсп наблюдаются вы? пады по пределу текучести. Поэтому для особо ответственных конструк­ций рекомендуется использовать стали марок М16С и СтЗмост, приме-

ТАБЛИЦА. Ударная вязкость стали марок СтЗ и СтЗГпс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Марка

Вид проката

Расположение образца относи тельно проката

Толщи­на, мм

Ударная вязкость* Дж/см2, не менее

при темпера­туре, °С

после механи­ческого старения

+20

—20

ВСтЗпс, ВСтЗсп

Листовая сталь

Поперек

5-9 10—25 26—40

80 70 50

40 30

40 30

Широкополосная сталь

Вдоль

5-9 10—25 26—40

100 80 70

50 30

50 30

Сортовой и фасон­ный прокат

»

5—9 10—25 26—40

ПО 100 90

50 30

50 30

ВСтЗГпс

Листовая сталь

Поперек

5—9 10—30 31—40

80 70 50

40 30

40 30

Широкополосная сталь

Вдоль

5—9 10—30 31—40

100 80 70

50 30

50 30

Сортовой и фасон­ный прокат

 

5—9 10—30 31—40

ЛО 100 90

50 30

50 30

ТАБЛИЦА. Нормируемые показатели для стали группы В марок СтЗ и СтЗГпс

 

 

 

 

 

 

О 4

 

Относительное удлинение

 

Ударная вязкость

о.

Марка стали всех степеней раскисле­ния и с повышенным

еский

с- и

в холод ггояннн

при температуре, °С

после механн

Катего|

содержанием марганца

Химич' состав

Време* сопрот

1 Преде^ текуче'

Изгнб

НОМ СО!

+20

—20

ческого старения

2

 

+

+

+

+

4-

3

 

+

+

+

+

+

+

4

ВСтЗ, ВСтЗГпс

+

+

+

+

+

+

5

 

+

+

+

+

+

+

+

6

 

+

+

+

+

+

+

 

няемые в мостостроении и поставляемое в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 6713—53. Однако эти стали дороже, чем сталь СтЗсп, примерно на 10%. Поэтому в последнее время отдают предпочте­ние стали ВСтЗГпс.




читать далее »

− Области применения стали разных классов и марок

 

Класс и мар­ку стали, если по условиям эксплуатации конструкций не выдвигается специальных требований, выбирают на основе вариантного проектирова­ния и технико-экономического анализа с учетом указаний, изложенных в СНиП Н-В.3-72.

Класс и марку стали согласно СНиП выбирают в соответствии с ре­жимом работы конструкции и температурой ее эксплуатации. В зависи­мости от условий эксплуатации и монтажа все виды конструкций разде­лены на девять групп.
К первой группе отнесены сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях и подвергающиеся непосредст венному воздействию нагрузок от кранов весьма тяжелого и тяжелого режимов работы, от подвижных составов транспорта и т. п., к девятой группе отнесены клепаные (болтовые) конструкции и элементы кон­струкции без сварных соединений, не подвергающиеся непосредственно­му воздействию подвижных и вибрационных нагрузок.

Температурные воздействия для выбора марки стали разбиты на че­тыре интервала от положительной до —30° С, от —31 до —40, от —41 до —50 и от —51 до —65° С. Вполне естественно, что при этом для кон­струкции первой группы и воздействии низких температур следует при­менять сталь, хорошо сопротивляющуюся усталостному и хрупкому разрушению, а для конструкций последней группы — более дешевые уг­леродистые стали обычной прочности, причем включая даже кипящие.

 




читать далее »

− Алюминиевые сплавы

 

Алюминий по своим свойствам существенно отличается от стали. Его удельный вес 2,64—2,8 т/м3, т. е. он почти в три раза легче стали. Он менее жесток, модуль упругости алюминия Е=7100 кН/см2, что также в три раза меньше. Алюминий не имеет площадки текучести; на диа­грамме растяжения (рис. 11.5) прямая упругих деформаций непосред­ственно переходит в кривую упругопластических деформаций.
За предел текучести принимается напряжение, соответствующее относительному остаточному удлинению 0,2%. Алюминий очень пластичен; удлинение ири разрыве чистого алюминия достигает 40—60%, но прочность его весьма низка, предел прочности чистого алюминия составляет только 7,5—9! кН/см2, предел текучести 3—4 кН/см2. Чистый алюминий легко корродирует, но очень скоро покрывается тонкой пленкой весьма проч­ной окиси, прекращающей дальнейшую коррозию.

Вследствие весьма низкой прочности алюминий в чистом виде в кон­струкциях не применяют. Упрочняют алюминий: 1) легированием — сплавлением с другими металлами, которое повышает прочность, но сни­жает пластичность и несколько ухудшает стойкость против коррозии; 2) нагартовкой (вытяжкой); 3) термической обработкой и естественным или искусственным старением. Поэтому алюминиевые сплавы имеют большое число марок. *

Состояние сплава может быть отожженное (мягкое М); полунагар-тованное (П), закаленное и естественно состаренное в течение 3—6 сут при комнатной температуре (Т); нагартованное (Н), закаленное и искусственно состаренное при повышенной температуре в течение не-«кольких часов (Т1).

 




читать далее »
 «[1][2][3][4][5][6]» 
« Список меток