Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Kuznecov1_OCR.pdf
Скачиваний:
110
Добавлен:
12.05.2015
Размер:
8.32 Mб
Скачать

Установлено, что для уменьшения анизотропии вязкости и пластичности следу­ ет добиваться по-возможности более низкого содержания в стали серы (например, не выше 0,010 %) и кислорода. Когда этого недостаточно (особенно для проката толщиной менее 20 мм с большой вытяжкой в одном направлении, в частности, для широкополосной стали) прибегают к направленному воздействию на химиче­ ский состав, форму, размеры и распределение неметаллических включений - мо­ дифицированию [19]. Равномерно распределенные сульфидные включения ком­ пактной формы, слабо деформируемые при прокатке, образуются при введении в

сталь небольших добавок металлов-модификаторов: циркония, титана, редкозе­ мельных элементов (РЗМ) или кальция, а также модификаторов металлоидов: тел­ лура или селена. Наиболее благоприятные результаты получают при модифициро­ вании кальцием и его соединениями, а также кальцием в сочетании с РЗМ, так как в этом случае одновременно с модифицированием сульфидных включений достигается наиболее полное удаление включений глинозема.

Для оценки сопротивления стали вязкому разрушению пригодны характеристи­ ки предельной пластичности (гк, о, \|/) и истинное сопротивление разрыву (Sk), получаемые при испытании на растяжение, в том числе на образцах, вырезанных из проката в направлении толщины, полные диаграммы деформирования в коор­ динатах истинные напряжения - истинные деформации, а также уровень ударной вязкости при вязком разрушении («верхнее плато» на температурной зависимости ударной вязкости).

1.1.5. Технико-экономическая эффективность применения того или иного вари­ анта строительной стали в металлоконструкциях определяется в основном показа­ телями двух категорий, отражающими изменение массы конструкций и изменение их стоимости. Возможность снижения массы конструкции при повышении проч­ ности стали уже рассматривалась ранее. Однако одно только снижение массы кон­ струкции в большинстве случаев еще не является достаточным стимулом для при­ менения более прочной стали. Другое непременное условие - получение экономи­ ческого эффекта.

Стоимость стали повышенной и высокой прочности, как правило, выше стои­ мости традиционной углеродистой стали, поэтому замена будет рентабельной только в том случае, если возможное удорожание металла перекроется экономией в результате снижения массы конструкции. При этом, вопреки распространенному мнению, достигаемое здесь удешевление обусловлено не только тем, что с умень­ шением массы конструкции снижается стоимость израсходованного материала, а в значительной мере также и тем, что с уменьшением массы почти пропорциональ­ но1 снижаются затраты на изготовление, транспортировку, окраску и монтаж кон­ струкции.

Экономический эффект применения нового материала в конструкциях обычно подсчитывают методом приведенных затрат, включая три следующих этапа [20,

21]:

определение удельного (и общего) изменения массы металла, обусловленного применением более эффективной стали вместо традиционной;

расчет удельной стоимости металлоконструкций «в деле» при изготовлении их из традиционной и новой стали;

определение изменения стоимости металлоконструкций «в деле» для эквива­ лентного количества традиционного и нового материала (собственно экономи­ ческий эффект).

1 Пропорциональность нарушается некоторым повышением трудоемкости изготовления и монтажа конструкции.

23

Правильно оценить технико-экономическую эффективность, как характеристи­ ку данного материала (мало зависящую от его относительного количества), можно путем отнесения полученной экономии к массе элемента, в котором эта сталь применена. Причем методически удобно производить сравнение с массой эле­ мента, получаемой при изготовлении его из нового более эффективного материала (стали повышенной или высокой прочности). При этом снижение массы конст­ рукции определяется коэффициентом приведения кн или коэффициентом эконо­ мии массы <?н, зависящими от расчетных сопротивлений традиционного (т) и но­ вого (н) материалов:

kH= G T/GH

(1.18)

q = ( G , - G H)/GH=kH- l

(1.19)

Применительно к конструкциям, в которых можно пренебречь влиянием изме­ нения массы элементов на расчетную нагрузку, для расчетных элементов, испыты­

вающих растяжение или сжатие, коэффициент кп может быть записан в виде:

 

kH= RH/ R I;

(1.20)

для поперечно-изогнутых элементов компактногоквадратного или круглого сече­ ний

k H=^j(RH/ R T)2 ;

(1.21)

то же, но для элементов прямоугольного сечения с одинаковой шириной

 

кн= ДГ7Х;

(i-22)

для сжато-изогнутых (продольно-изогнутых) элементов

(1.23)

(pT_/vT

Вэтих формулах G - масса элемента; R - основное расчетное сопротивление материала; ср - коэффициент продольного изгиба.

ВЦНИИпроектстальконструкции были установлены значения коэффициентов

кн и qHдля различных элементов конструкций из стали разных уровней прочности с учетом виданагрузок в сравнении с аналогичными элементами из углеродистой стали маркиВСтЗсп по ГОСТ 380-71**. Например, дляэлементов конструкций промышленных зданий из высокопрочной стали марки 16Г2АФ с пределом текуче­ сти 440 МПа при различных видах нагружения: растяжении, сжатии с продольным изгибом, поперечном изгибе коэффициент приведения имеет значения 1,87, 1,25 и 1,42 соответственно. Далее, с учетом доли растянутых, сжатых и изогнутых элемен­ тов в металлоконструкциях были подсчитаны средневзвешенные значения коэф­ фициентов кн и qHдля стали каждого уровня прочности. Некоторые из этих значе­ ний приведены в табл. 1.3.

Общая экономия металла, т, может быть подсчитана умножением массы при­

мененной новой стали на соответствующее значение qn

 

a G = q HGH.

(1-24)

В частном случае, когда одна, более прочная сталь «1» заменяется другой, еще более прочной сталью «2», коэффициент приведения выразится соотношением

^н2-1 = ^н2/ Ъ

(1-25)

а общая экономия металла формулой

 

 

a G =

2 -1 Оп2,

( 1-26)

^н1 где кпЪ кн2 ~ соответствующие коэффициенты приведения для сталей «1» и «2» по табл. 1.3.

24

Таблица 1.3. Технико-экономическая эффективность применения в строительных металлоконструкциях стали разных уровней прочности [21]

 

 

Предел

 

Средне­

 

 

 

 

 

 

текучести и

 

 

Относитель­

 

 

 

 

 

взвешен­

Экономиче­

 

 

основное

 

ная стои­

 

 

ные значе­

 

 

расчетное

мость метал­

ский эффект,

Сталь марки

ТУ или ГОСТ

 

 

ния

 

 

сопротивле­

 

 

 

 

локонструк­

% от базовой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ние1, МПа

 

 

 

 

 

 

ции

стоимости

 

 

по СНиП

 

К

 

 

 

 

«в деле» 2

 

 

 

 

II—23—81*

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСтЗсп5 (база)

ГОСТ 380-71**

235/225

 

1

 

 

0

 

1

-

 

ВСтЗсп5-1

ТУ 14-1-3023-80

235/230

0

, 0

2

0

, 0

2

1 , 0 1

0,7

ВСтЗсп5-2

То же

265/260

1

, 1

2

0

, 1

2

1,03

8,9

09Г2С-6-1

То же

325/315

1,24

0,24

1 , 1 2

1 1

, 6

09Г2С-6-2

То же

345/335

1,37

0,37

1,14

2 2

, 8

14Г2АФ

ГОСТ 19282-73*

390/370

1,46

0,46

1,23

23,4

16Г2АФ

То же

440/400

1,55

0,55

1,27

28,4

12Г2СМФ

ТУ-14-1-1308-75

590/515

1,92

0,92

1,56

35,8

1

2

Для листовой стали толщиной 11—20 мм: перед чертой — предел текучести, за чертой — расчетное сопротивление.

При одинаковом коэффициенте трудоемкости изготовления (сложности конструкции) Т.И=1,3.

Удельная стоимость металлоконструкций «в деле» Сд представляет совокупность затрат на основные материалы Сом, изготовление Си, перевозку Ст и монтаж кон­ струкций См:

Сд = 1,32(Сом + Си)+ 1,15СТ+ 1,14СМ руб/т,

(1.27)

где 1,32; 1,15 и 1,14 - коэффициенты, учитывающие заготовительно-складские расходы и нормативную рентабельность при изготовлении, а также накладные рас­ ходы и плановые накопления при монтаже конструкции. Они взяты для условий конкретных отечественных предприятий промышленного строительства опреде­ ленного периода и зависят от структуры производства. Каждую из указанных за­ трат можно подсчитать по формулам:

Сом = 1>035£ОТХ(ЦМ£ДОП+ т);

 

 

= ^у.и(^2^т.и^ + ^вн)>

(1.28)

С

- к

С

 

М

у .М М

 

гДе Чм - оптовая цена прокатной стали, руб/т; кОТК- расходный коэффициент ме­ талла (в среднем по отрасли составляет 1,04-1,05); кдоп - коэффициент приплат за дополнительные требования к прокатной стали; m - средняя стоимость доставки металлопроката от станции назначения до завода металлоконструкций, руб/т; 1,035 - коэффициент стоимости прочих основных материалов; куЖ, ку М- коэффи­ циенты удорожания изготовления и монтажа, которые в зависимости от прочности стали изменяются в пределах 1-1,6 и 1-1,3 соответственно; к2 - коэффициент, учитывающий основную зарплату производственных рабочих и долю накладных расходов при изготовлении (к2 = 4,11); к1М - коэффициент трудоемкости изготов­ ления, обусловленный сложностью конструкции; Т - время на изготовление 1 т конструкции с единичной трудоемкостью (к^ и = 1) чел.-ч; Свн - стоимость внепроизводственных расходов, руб/т; См - удельная стоимость монтажа конструк­ ции из традиционной стали, руб/т.

25

Значения Ст, См принимаются по действующим прейскурантам оптовых

цен на строительные металлоконструкции и по единым районным единичным расценкам на их монтаж, значения Цм и £доп - по прейскурантам оптовых цен на стальной прокат.

Экономический эффект от применения новой стали вместо традиционной оп­ ределяется сопоставлением приведенных затрат по известной формуле, учитываю­ щей капитальные вложения в производственные фонды и их эффективность. Од­ нако в связи с тем, что при получении и использовании новой и традиционной стали капитальные вложения в производственные фонды практически одинаковы, нахождение удельного экономического эффекта Эуд сводится к сравнению стоимо­ сти металлоконструкции в «деле» для эквивалентных количеств традиционного и нового материалов

(1.29) Общий экономический эффект получают умножением удельного экономиче­

ского эффекта на массу примененной новой стали

 

Э = Эуд GH.

(1.30)

Эти формулы показывают, что экономический эффект определяется, вопервых, снижением металлоемкости (<?н, £н), т.е. прочностными характеристиками нового материала, и, во-вторых, стоимостью «в деле» изготовленных из него кон­ струкций (Сдн). При этом решающая роль принадлежит стоимости проката новой стали (оптовой цене и приплатам Цм, £дош достигающей 60 % и более стоимости металлоконструкций «в деле».

Экономическая эффективность для ряда строительных сталей разной прочности приведена в табл. 1.3. Видно, что возможный экономический эффект использова­ ния стали заметно возрастает по мере повышения ее прочности. Приведенные данные указывают на большие резервы экономии металла и снижения стоимости конструкции, заложенные в упрочнении строительной стали.

1.2. Классификация сталей

Стали, используемые в сварных строительных металлоконструкциях, различа­ ются по ряду признаков, отражающих их изготовление, служебные свойства и об­ ласть применения. Важнейшими из этих признаков являются способ выплавки и разливки, степень раскисленности, химический состав, состояние поставки, уро­ вень (класс) прочности и категория (группа) качества по хладостойкости.

По способу выплавки применяемую в сварных металлоконструкциях сталь мож­ но разделить на мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь. Кроме того для особо ответственных конструкций перспективна сталь из железа прямого восстановления и после рафинирующего, преимущественно электрошлакового пе­ реплава.

До 1960 г. для строительных металлоконструкций использовали почти исключи­ тельно сталь, выплавленную в мартеновских печах. В последующий период во всем мире получил большое распространение наиболее производительный способ вы­ плавки в кислородных конвертерах. Качество кислородно-конвертерной стали не уступает качеству мартеновской и с 1971 г. сталь, выплавленную в мартеновских печах и кислородных конвертерах, в нормах на поставку и применение стального проката не разделяют. Необходимым условием для этого является высокая чистота используемого для продувки конвертерной плавки кислорода - не менее 99,5 % 0 2; при меньшей чистоте в сталь попадает азот воздуха, способствующий повыше­ нию склонности к механическому старению и снижению хладостойкости.

26

С пуском крупных элоктродуговых печей, имеющих массу плавки 100-250 т и более, увеличилась выплавка строительной стали в электропечах. Эта сталь отлича­ ется повышенной чистотой по содержанию вредных примесей - серы и фосфора. Еще более низкое содержание этих нежелательных элементов, а также примесей металлов: олова, сурьмы, висмута, способствующих отпускной хрупкости, удается получить в стали из железа прямого восстановления. Для этого материала исход­ ным продуктом служит не передельный чугун, выплавленный в доменных печах, а губчатое железо, получаемое обработкой рудного концентрата в специальных вос­ становительных печах. Окончательный продукт выплавляют в электродуговых пе­ чах и (или) кислородных конвертерах.

В процессе электрошлакового переплава исходные плоские заготовки (слябы) из стали мартеновской, кислородно-конвертерной или электропечной выплавок последовательно переплавляются в ванне из жидкой шлаковой смеси специального химического состава, нагреваемой электрическим током [22]. При этом содержа­ ние серы и кислорода в металле уменьшается в 2-3 раза. Неметаллические вклю­ чения, еще остающиеся в слитке, имеют малые размеры и равномерно распределе­ ны. В настоящее время этим способом получают слитки массой по 15-25 т, под­ вергаемые обычному переделу. Этой же цели - уменьшению содержания вредных примесей и более однородному их распределению служит получившая в последнее время применение внепечная обработка жидкой стали. Она производится после выпуска металла из сталеплавильного агрегата в ковш и может включать ряд опе­ раций: обработку в промежуточном ковше жидкими синтетическими шлаками, перемешивание металла струей газообразного аргона с одновременным вдуванием порошка энергичного раскислителя и десульфуратора (например, силикокальция), вакуумирование. Сталь после внепечной обработки по качеству в части содержа­ ния примесей и однородности их распределения часто не уступает металлу элек­ трошлакового переплава, выгодно отличаясь от него меньшей стоимостью.

По степени раскисленности сталь делят на кипящую, полуспокойную и спокой­ ную. При выплавке стали в печи или конвертере из передельного чугуна, содержа­ щего 3-4 % углерода, окисление углерода (до содержания 0,06-0,25 % С в стали) связано с образованием газообразных продуктов СО и С 02, вызывающих кипение металлической ванны. Если не проводить раскисления, то кипение продолжается после выпуска плавки в ковш и после разливки ее в изложницы до затвердевания слитка. Такая сталь называется кипящей.

Выделение газообразных продуктов при кристаллизации слитка кипящей стали приводит к резкому усилению его неоднородности по содержанию углерода, серы и фосфора, называемой ликвацией. Головная часть и сердцевина слитка обогаще­ ны примесями, а периферия и дно бедны ими. Наблюдаются также почти верти­ кальные полосы ликвации, называемые «усами». Зона максимального содержания ликвирующих элементов в слитке кипящей стали расположена на расстоянии 5-15 % высоты слитка от его верха, ликвация по углероду достигает 400 % и по се­ ре - 900 % среднего содержания этих элементов в плавке.

Идущая в отход при прокатке головная часть слитка (обрезь) кипящей стали составляет 4-10 % его массы. При такой обрези из обычного слитка массой 8-25 т возможно получение проката, в котором имеются обширные зоны ликвации с со­ держанием углерода до 0,3-0,4 % и серы до 0,15% при среднеплавочном со­ держании 0,12-0,22% С и < 0,05% S. В результате разные листы или профили, входящие в одну партию (плавку) кипящей стали, но изготовленные из разных частей слитка (головной, средней или донной) неодинаковы по содержанию угле­ рода, серы и фосфора.

27

По сечению готового проката углерод и примеси также распределены неравно­ мерно: центральные слои обогащены ими, наружные бедны. Неоднородность хи­ мического состава проката сопровождается неоднородностью микроструктуры и механических свойств.

Другими особенностями кипящей стали являются высокое содержание кисло­ рода, низкое содержание таких элементов, как кремний, марганец, алюминий и повышенная склонность к образованию крупнозернистой микроструктуры. Вслед­ ствие этого кипящая сталь характеризуется пониженными показателями прочности и сопротивления хрупкому разрушению, особенно в прокате значительной толщи­ ны (20 мм и более).

Спокойная сталь раскисляется в сталеплавильном агрегате, а также в ковше при выпуске из печи. При этом в жидкий металл вводятся энергичные раскислители: марганец, кремний, алюминий, иногда кальций или титан. Эти элементы обладают большим сродством к кислороду, чем углерод, поэтому окисление угле­ рода прекращается, и сталь перестает кипеть. Благодаря этому слитки спокойной стали гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящей. Ликвация по углероду лишь на 60 %, а по сере на 110 % превышает среднеплавочное содержание этих элементов.

Содержание кислорода в спокойной стали менее высокое. Наличие в химиче­ ском составе элементов-раскислителей и, главное, остаточного алюминия делает спокойную сталь менее склонной к росту зерна. Поэтому прочностные свойства и сопротивление хрупкому разрушению в более однородном и мелкозернистом про­ кате спокойной стали выше, чем в прокате кипящей.

Вместе с тем затвердевание слитка спокойной стали связано с образованием большой усадочной раковины. Для получения здорового тела слитка сталь разли­ вают в изложницы с теплоизолирующими прибыльными надставками. Усадочная раковина образуется в верхней утепленной части слитка, которую при прокатке удаляют. Обрезь составляет 12-16 % массы слитка. Поэтому выход годного проката из слитков спокойной стали меньше, чем из слитков кипящей. Вследствие этого, а также из-за большей продолжительности плавки за счет операции раскисления, дополнительного расхода ферросплавов и алюминия спокойная сталь дороже ки­ пящей.

Низкое качество кипящей стали и небольшая технико-экономическая эффек­ тивность спокойной послужили стимулом к разработке варианта с промежуточной степенью раскисленности - полуспокойной стали [23]. Она выплавляется как ки­ пящая, но в ковше или при разливке в изложницы обрабатывается небольшим количеством раскислителей, гораздо меньшим, чем при выплавке спокойной ста­ ли. Обычно применяют комплексное раскисление ферросилицием и алюминием. Быстрое прекращение кипения и затвердевание головной части слитка предотвра­ щают развитие большой химической неоднородности. При этом для ликвации в слитках полуспокойной стали характерно превышение среднеплавочного содержа­ ния углерода на 80 % и серы на 150 %. Расстояние осевой ликвационной зоны от верха слитка составляет 15-30 % его высоты; головная обрезь - 3-5 % массы слитка.

Производство полуспокойных сталей характеризуется высокой технико­ экономической эффективностью. В сравнении с производством спокойной стали выход годного проката из слитков выше на 8-10 %, расход ферросилиция на рас­ кисление снижен в 2-5 раз, алюминия в 5 раз, существенно уменьшается ко­ личество изложниц и трудоемкость их подготовки. Себестоимость и цена проката из полуспокойной стали на 2-9 % ниже, чем из спокойной. Вместе с тем по каче­ ству в части однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, сопротивлению хрупкому разрушению и показателям прочности прокат

28

полуспокойной стали уступает прокату спокойной стали, занимая между ним и прокатом кипящей стали промежуточное положение.

Способ разливки также влияет на качество готового проката. Имеются разные способы разливки на слитки в изложницы. Однако их различие (связанное с ре­ шением тех или иных технологических задач) не вносит принципиальных измене­ ний в структуру и свойства готового проката.

Значительно большие изменения возникают при переходе на новый прогрес­ сивный способ получения слитков на машинах непрерывного литья заготовок

[24]. Новый способ имеет большое народнохозяйственное значение, так как позво­ ляет избежать прокатки слитков на обжимных, заготовительных станах; при этом резко увеличивается выход годного проката из слитков, уменьшаются энергетиче­ ские и материальные затраты производства. Вместе с тем специфическая структура слитка, отражающая условия формирования непрерывнолитой заготовки в полом водоохлаждаемом кристаллизаторе при непрерывном вытягивании, является при­ чиной возможного возникновения специфических дефектов. Главные из них - осевая рыхлость, осевая химическая неоднородность, осевые трещины. В попереч­ ном сечении листовой заготовки (сляба) эти дефекты располагаются в зоне, имеющей вид прямолинейной полосы, проходящей по центру сечения параллель­ но большим граням слитка.

В готовом прокате осевая химическая неоднородность проявляется в виде силь­ но обогащенного углеродом, серой и фосфором (иногда и марганцем) централь­ ного слоя толщиной 0,5-3 мм в срединной плоскости листа. Этот слой служит ме­ стом образования неблагоприятной микроструктуры, снижает пластичность и прочность при растяжении в направлении толщины; в нем концентрируются не­ металлические включения и нарушения сплошности. Часто нарушения сплошно­ сти в виде трещин слоистого разрушения в зоне осевой ликвации листов из непре­ рывнолитых заготовок образуются у потребителя при сварке, огневой резке, рубке на ножницах, штамповке и гибке.

Согласно многочисленным (главным образом зарубежным) исследованиям ис­ ключить или уменьшить осевую химическую неоднородность и вероятность обра­ зования связанных с ней дефектов удается комплексом мероприятий, включаю­ щим повышение чистоты стали по неметаллическим включениям, например внепечной обработкой, снижением температуры литья, точным регулированием зазора между роликами, вытягивающими заготовку из кристаллизатора, применением устройств для электромагнитного перемешивания затвердевающего расплава в слитке и др. К сожалению, в нашей стране этой проблеме пока не уделяется необ­ ходимого внимания.

В настоящее время разливка на машинах непрерывного литья заготовок произ­ водится главным образом для спокойных сталей, реже - для полуспокойных. Раз­ ливка этим способом кипящих сталей затруднена образованием в слитках крупных газовых пор.

Химический состав стали - главная ее характеристика. Химический состав стали определяет ее марку. При этом содержание химических элементов для данной марки стали задается не дискретно, а некоторым интервалом, в пределах которого изменение химического состава не должно сопровождаться выведением свойств за границы гарантируемых уровней. Ширина интервала связана с возможностью ста­ леплавильного производства соблюдать заданную композицию.

Стали, в которых отсутствуют специальные добавки легирующих элементов или имеется лишь небольшое их количество, обусловленное технологией выплавки, называются углеродистыми. По содержанию углерода различают стали низкоугле­ родистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,6 % С) и высокоуглеродистые

29

(свыше 0,6 % С). Для сварных строительных металлоконструкции используют пре­ имущественно стали с низким содержанием углерода. Они поставляются по ГОСТ 380-88*, ГОСТ 14637-89* и ГОСТ 27772-88*. В некоторых случаях используется углеродистая сталь по ГОСТ 1050-88*, главным образом, в виде труб.

Стали, в которые специально вводятся добавки легирующих элементов для обеспечения требуемых свойств, называются легированными. Они могут содержать один, два, три и более легирующих элемента. Так, различают марганцовистую, хромистую, кремнемарганцовистую, хромоникельмолибденовую и другие легиро­ ванные стали.

Легированные стали с небольшим содержанием легирующих элементов, обычно в сумме не превышающим 2-3 % по массе, и с низким содержанием углерода, используемые в строительстве, машиностроении, судостроении для изготовления сварных металлоконструкций, выделены в особую группу, их называют низколе­ гированными. Потребитель применяет эти стали, как правило, в состоянии постав­ ки, т.е. без дополнительной термической обработки. Прокат низколегированных сталей для строительных металлоконструкций поставляется по ГОСТ 19281-89* (сортовой и фасонный), ГОСТ 19282-73* (листы и широкие полосы), ГОСТ 6713-91, ГОСТ 27772-88* и ряду технических условий.

Стали с общим содержанием легирующих элементов более 10 % по массе при содержании одного из элементов не менее 8 % называются высоколегированными. Они являются носителями особых свойств: коррозионной стойкости, жаростойко­ сти, жаропрочности, хладостойкости при низких отрицательных (криогенных) температурах и др. Их используют в строительных металлоконструкциях только для специальных целей. Эти стали поставляются по ГОСТ 5632-72* и специальным техническим условиям.

Состояние поставки является важным показателем качества, так как обычно в строительных конструкциях металлопрокат используется в том виде, в котором он выпускается металлургическими заводами. В большинстве случаев металлопрокат поставляется непосредственно после обычной горячей прокатки. В этом состоянии он редко обладает оптимальным сочетанием свойств. Возможна также поставка стали в термически обработанном состоянии, причем различают два основных ви­ да термической обработки проката: нормализацию и термическое улучшение.

Нормализация - нагрев, до 890-950 °С с последующим охлаждением на воздухе измельчает микроструктуру и делает ее более однородной, повышает вязкость и пластичность. Термическое улучшение включает закалку - резкое охлаждение про­ ката в воде или водяным душем после нагрева до 890-950 °С и отпуск - нагрев и выдержка при 550-700 °С. Термическое улучшение существенно измельчает мик­ роструктуру стали, повышает прочность и хладостойкость. Различают термическое улучшение с закалкой после специального нагрева (в камерной и методической печах) и с закалкой с использованием тепла прокатного нагрева.

В последнее время находит применение производство проката, при котором измельчение микроструктуры, повышение прочности и хладостойкости достигается непосредственно в процессе горячей деформации надлежащим выбором темпера- турно-деформационных режимов, уменьшением температуры конца прокатки и увеличением обжатий при этих пониженных температурах. Такой процесс носит название контролируемой прокатки [25].

Еще более благоприятный комплекс свойств прочности и хладостойкости уда­ ется получить с помощью технологии, в которой контролируемая прокатка сочета­ ется с ускоренным охлаждением, близким к охлаждению при закалке при термиче­ ском улучшении. Этот технологический процесс называют термомеханической обработкой или высокотемпературной термомеханической обработкой.

30

Классы прочности и категория качества по хладостойкости. Как уже указывалось, в целях унификации применяемые в строительных металлоконструкциях стали по гарантированным значениям предела текучести и временного сопротивления раз­ рыву разделены на семь основных уровней (классов) прочности (табл. 1.4) [2]. Сталь класса С 225 (от > 225 МПа) условно принято называть сталью нормальной прочности, трех следующих классов (ох>285, >325, >390 МПа) - сталью повы­ шенной прочности и остальных трех классов (от >440, > 590, >735 МПа) - сталью

высокой прочности.

Таблица 1.4. Классы прочности и группы качества по хладостойкости проката строительных сталей [2]

 

 

Механические свойства при

рас­

Температура, при которой

 

 

 

тяжении

 

 

 

 

 

 

 

гарантируется ударная

 

 

 

 

 

 

Условный

Прежнее

предел

временное

относи­

вязкость KCU не менее

класс

сопроти­

тельное

0,3 М дж/м2, для групп

обозначение

текучести,

прочности

вление,

удлинение,

качества по хладостойко­

 

 

МПа

МПа

 

%

 

сти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

не менее

 

 

I

II

III

 

 

 

 

 

 

Не га­

 

-

С225

С38/23

225

375

 

25

ранти­

- 2 0

 

 

 

 

 

 

руется

 

 

С285

С44/29

285

430

 

2 1

-

-40

-70

С325

С46/33

325

450

 

2 1

-

-40

-70

С390

С52/40

390

510

 

19

-

-40

-70

С440

С60/45

440

590

 

16

-

-40

-70

С590

С70/60

590

685

 

1 2

-

-40

-70

С735

С85/75

735

830

 

1 0

-

-40

-70

Обычно первому классу прочности соответствует прокат углеродистой стали обыкновенного качества в горячекатаном состоянии, последующим классам проч­ ности от второго до пятого - прокат низколегированной стали в горячекатаном или нормализованном состоянии, шестому и седьмому классам прочности - про­ кат экономно легированной стали, поставляемой, как правило, в термоулучшен­ ном состоянии. Однако возможно также получение проката второго и третьего классов путем термического и термомеханического упрочнения или контролируе­ мой прокатки.

Наряду с требованием гарантированной прочности к строительным сталям предъявляется требование гарантированного сопротивления хрупкому разрушению (хладостойкости). Оно регламентируется показателями ударной вязкости при от­ рицательной температуре и при температуре плюс 20 °С после механического ста­ рения. Все строительные стали по хладостойкости условно можно разделить на три группы:

I - без гарантированной хладостойкости;

II - с гарантированной хладостойкостью для металлоконструкций, эксплуати­ руемых в обычных температурных условиях (расчетная температура не ниже минус

40°С);

III - с гарантированной хладостойкостью, но для конструкций, эксплуатируе­ мых при расчетной температуре ниже минус 40 °С («северное исполнение»),

В табл. 1.4 приведена температура испытаний, при которой должна быть гаран­ тирована ударная вязкость стали каждой группы качества по хладостойкости. Ука­

31

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]