Конструкционные строительные стали

Конструкционные стали, используемые в строительстве, по хими­ческому составу относятся к низкоуглеродистым и низколегирован­ным, а в равновесном состоянии - к доэвтектоидным. Кроме комплек­са высоких механических свойств (< т_й, c₀j, S, ц/, KCU, К, _с, НВ), опре­деляемых при стандартных испытаниях, они должны иметь высокую конструктивную прочность, т.е. соответствовать служебным свойст­вам конкретных изделий и конструкций. К свойствам стали, опреде­ляющим надежность конструкций, относятся К/с, KCU и температу­ра порога хладноломкости, а долговечности - сопротивление устало­сти, коррозии и износу. Кроме того конструкционные стали должны легко обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться, прокаливаться, иметь малую склонность к деформациям, короблению и трещинообразованию при закалке.

Углеродистые стали выпускают обыкновенного и повышенного качества, по степени раскисления, спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп). Спокойные стали полностью раскислены и со­держат минимальное количество FeO; кипящие нераскислены. Полу­спокойные занимают промежуточное положение. Кипящие стали склонны с старению, хладноломкости, хуже свариваются, но пла­стичны.

Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от га­рантируемых свойств объединены в группы А, Б и В. Стали обозна­чают марками Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб, добавляя спереди букву группы стали, а после - индекс раскисления, сп, пс, и кп, например, АстЗсп, ВСт4пс. По группе А стали поставляют с гарантированными механическими свойствами, по группе Ь - химическими и по группе В - с теми и другими одновременно. С возрастанием номера стали растет и содержание углерода в ней, повышаются а_в, a₀j, НВ и сни­жаются S, ц/, KCU, Kic (рис. 7.8).

Сталь для строительных конструкций, учитывая вышеуказанные требования к ней, изготовляется по группе ВСтЗсп (пс) и ВСтЗГпс. Она содержит обычно углерода 0, 14-0, 22%, марганца 0, 4-0, 65%, кремния 0, 05-0, 17% сп или 0, 12-0, 3% пс. Сталь марки ВСтЗГпс со­держит марганца 0, 8-1, 1% и кремния до 0, 15%.

а02> Оц, МПа < 5, % Рис. 7.8. Зависимость временного сопротивления с%, предела текучести Со2 и относительного удлинения < 5от марки углеродистой стали

По требованиям ударной вязкости в зависимости от температур­ных условий эксплуатации и назначения конструкций, углеродистые стали разделены на 6 категорий. Кипящая сталь изготовляется по 2- ой категории ВСтЗкп2, полуспокойная - по 6-ой - ВСтЗпсб, спокойная и полуспокойная с повышенным содержанием марганца - по 5-ой категории - ВСтЗсп5 и ВСтЗГпс5. Категория стали, как видно из при­веденных данных, указывается в конце марки и находит отражение в обозначении марок стали стержневой горячекатанной арматуры A-I (А-240), A-1I (А-300)" и закладных деталей бетонных и железобетон­ных конструкций, рекомендуемых для различных условий эксплуата­ции и работы конструкций.

Стали повышенного качества получают путем легирования и тер­мической обработки. В зависимости от нормируемых свойств они

В новых ГОСТ 10884, 5781, СТО АСЧМ 7-93 классы стали обознача­ются по нормируемому пределу текучести.

подразделяются на 15 категорий. Атмосферостойкие стали повышен­ной коррозионной стойкости выпускают легированными хромом, никелем, медью или большим количеством фосфора. Учитывая одна­ко ухудшение свариваемости и хладостойкости сталей с фосфором, толщину проката ограничивают 16 мм, а при большей толщине при­меняют сталь 12ХГДАФ.

В конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции (мембранные покрытия), применяют тонколистовой прокат из нержа­веющей хромистой безуглеродистой стали без никеля - 0X18Т1Ф2 (< 7_Й = 500 МПа, сг₀, г = 360 МПа, 8₅> 33%); которая при толщине до 2 мм сохраняет пластические свойства при расчетных температурах до -40°С.

Рациональные марки сталей для строительных конструкций выби­рают исходя из их вида, назначения, ответственности, режима и усло­вий работы и эксплуатации. Все виды стальных строительных конст­рукций разделены на 4 группы, Для каждой из них в табл. 7.1 приведены рекомендуемые марки стали. За нормативные сопротив­ления стали и алюминиевых сплавов принимают значения предела

текучести Ry = а_т или временного сопротивления Rg = сг_т (для сталей и сплавов высокой прочности при отсутствии площадки теку­чести) с обеспеченностью соответственно 0, 95; 0, 995. Расчетные со­противления определяют делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, учитывающие отклонения от действительной работы металла в конструкциях и нормативного сопротивления.

К первой группе отнесены с.варные конструкции, рабо­тающие в особо тяжелых условиях динамического нагружения под­крановые балки, эстакады и др.). Для этих конструкций применяют высокопрочные низколегированные стали типа 18Г2АФпс, 12ГН2МФАЮ, а также ВСтЗГпс5, 09ГС12.

Ко второй группе отнесены сварные конструкции, рабо­тающие в условиях статической нагрузки - фермы, ригели, рамы, балки перекрытий и покрытий и др. Для этих конструкций рекомен­дуются низкоуглеродистые и низколегированные стали повышенной и высокой прочности - ВСтЗсп5, 09Г2С, 10ХСНД и др.

К третьей группе отнесены сварные конструкции, рабо­тающие преимущественно на сжатие - колонны, стойки, опоры под оборудование и др. Для них могут использоваться наряду с вышеука­занными для второй группы низкоуглеродистые стали - ЗСтЗкп2.

В четвертую группу включены вспомогательные конст­рукции и элементы (связи, фахверк, лестницы, ограждения и др.). Для них рекомендуются обычные низкоуглеродистые кипящие, полуспо­койные и спокойные стали группы ВстЗкп(пс, сп)2(5).

В табл. 7.1 приведены основные марки и механические характери­стики строительных сталей для указанных групп конструкций.

Таблица 7.1