Основные свойства конструкционной стали

Сталь – универсальный материал, который применяется в конструкциях практический всех видов транспорта, особенно в судостроении. Сталь используется в различных географических, химических и газовых средах, при механических перегрузках, вибрации и других видов воздействия. В настоящее время применяются стали высокого сопротивления. Это используется в спецсудостроении, где для некоторых типов судов большая скорость является главной задачей, а вопрос стоимости материала и затруднения в его обработки второстепенно. Лёгкий корпус судна строится только из стали высокого сопротивления (первая задача). Вторая задача – это отыскание материала, который является более стойким к коррозии по сравнению с обычной углеродистой сталью. Это достигается путём использования в судостроении разных марок, легированных и низколегированных сталей. В судостроении предъявляются следующие требования к сталям, идущих на постройку корпуса судна:

• Высокое временное сопротивление и высокий предел текучести в состоянии металла без термической обработки

• Способность хорошо выдерживать обработку в холодном и горячем состоянии

• Хорошая свариваемость электрической дугой

• Коррозионная устойчивость не ниже простой углеродистой стали ( морской, пресной воде и на воздухе)

• Умеренная стоимость как гарантия широкого внедрения стали высокого сопротивления не только в специальном но и коммерческом судостроении

Основные свойства стали:

• Пластична, что позволяет её обрабатывать при изготовлении и ремонте конструкции. Позволяет перераспределять нагрузку на конструкцию между перегруженными и недогруженными связями, что позволяет воспринимать стальной конструкции динамические нагрузки.

• Сталь хорошо обрабатывается – режется, гнётся, вытягивается, не давая трещин и изломов

• Сталь сваривается, при этом наложение сварных швов не ухудшает характеристики стальной конструкции

• Сталь сравнительно дешёвый и доступный материал с широкой

гаммой характеристик для применения в различных эксплуатационных условиях.

Отрицательные характеристики стали.

1. Сталь изнашивается и кородирует. Коррозия – это разрушение стали в результате химических реакций с элементами внешних воздействий:

• Кислород

• Химические материалы

• Межкристаллические изменения

Особую опасность представляет межкристаллическая коррозия, приводящая к нарушению прочностных характеристик стали и трудноустроняемые.

2. Сталь подвергается наклёпу, т.е. уплотнению поверхности от механических воздействия. В результате наклёпа снижается пластичность стали при одновременном повышении прочности. В районе наклёпа сталь короззирует быстрее.

3. Сталь чувствительна к надрезам и концентраторам напряжений и в местах резких изменений формы конструкции всей или нескольких узлов

4. Сталь подвергается усталости, которое связано со снижением разрывного напряжения после воздействия знакопеременных нагрузок

5. Сталь магнитна

Устранение недостатков стали

1. Термической обработка и легирование.

Малоуглеродистая стал ВстТ по ГОСТ 1463779

Сталь марки Вст Тпс имеет предел текучести 295 мегапаскалей, временное сопротивление 430 МПа, а показатели ударной вязкости этой стали выше, чем показатели стали Ст3 (0,35 Мдж/м^2).

Повышенная прочность низколегированных сталей получается введением марганца, кремния, хрома, никеля, меди и ванадия. При этом некоторые марки стали подвергаются термическому упрочнению за счёт более высоких прочностых характеристик применение стали повышенной прочности при водит к экономии металла до 20-25%.

2. Получение стали высокой прочности достигается так же легированием и термической обработкой

3. Для повышения коррозионной стойкости металлических конструкций применяют низколегированые стали, содержащие в небольшом количестве такие элементы, как хром, никель и медь. В конструкциях, которые подвергаются атмосферному воздействию эффективны стали с добавкой фосфора (10ХНДП, 10ХДП). На поверхности таких сталей образуется тонкая окисная плёнка, обладающая достаточной прочностью и защищающая металл от развития коррозии. Однако при наличии фосфора свариваемость металла ухудшается. В конструкциях, которые совмещают несущие и ограждающие функции (мембранные покрытия) широко применяют тонколистовой прокат, для повышения долговечности таких конструкций применяют нержавеющую хромистую сталь (ОХ18Т1Ф2), не содержащая никель. В больших толщинах прокат из хромистых сталей обладает хрупкостью, но свойство тонколистового (до 2 мм позволяет применять его в конструкциях при расчётных температурах до -40 градусов)

Выбор марки стали для строительных металлических конструкций.

Марку стали выбирают на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа с учётом СНиП 11-23-81.

С целью упрощения заказа металла при выборе марки стали следует стремится к унификации конструкций, сокращению количества марок и профилей.

Выбор марки стали зависит от следующих параметров:

• Температура среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция (хрупкое разрушение при пониженных/повешенных температурах)

• Характер нагрузки, который определяется особенностью работы материала и конструкций при динамической, вибрационной и переменной нагрузках.

• Вида напряжённого состояния (одноосная, т.е. по одной оси, сжатие или растяжение и уровня возникающих напряжений: слабо-сильно нагруженные элементы)

• Способ соединения элементов (шарнирный, клёпочный, сварной)

• Толщина проката, применяемого в элементах. Учитывается изменения свойств стали с увеличением толщины.

Материалов для сварных конструкций оценивается свариваемость. При этом требовании к элементам конструкций, не имеющим сварных соединений снижается, так как отсутствуют поля сварочных напряжений. Окончательный выбор марки стали в пределах группы (имеется 4 группы, которые классифицируют назначение металла) должен выполняться на основании сравнения технико-экономических показателей (расход стали и стоимость конструкции), а так же с учётом заказа металла и технологических возможностей завода изготовителя. В составных конструкциях экономически целесообразно применение 2х марок стали – более высокой прочности для сильно нагруженных элементов (пояса ферм и балок) и меньшей прочности для слабо нагруженных элементов (стенки балок).