20 78

16 74

§ б

2Ю 230 250 270 290 310 330350 370б.МЯа

Рис. 2.3. Статистические кривые распределения предела текучести стали марки СтЗ /, 2 - по данным разных заводов; 3 - тео-

ретическая кривая Гаусса (/= 15,96

При прокате 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. 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.

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. 2.3 приведены кривые распределения предела текучести для стали СтЗ, построенные по статистическим данным, и огибающая 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 браковочные значения механических свойств металла, имеющие обеспеченность не ниже 95 %, которые принимаются в соответствующих стандартах и по которым производится отбраковка металла на металлургических заводах.

Малоуглеродистые стали обычной прочности. Из группы малоуглеродистых сталей обыкновенного качества, производимых металлургической промышленностью по ГОСТ 380-71, с изм., для строительных металлоконструкций применяется сталь марок СтЗ и СтЗГпс.

Сталь марки СтЗ производится кипящей, полуспокойной и спокойной. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются. 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.

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 полуспокойной - 0,05-0,17 7о, 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 %.

В зависимости от вида конструкций и условий их эксплуатации к стали, из которой они изготавливаются, предъявляются те или другие требования по ГОСТ 380-71 (с изм.). Углеродистая сталь разделена на шесть категорий. Для всех категорий стали марок ВСтЗ и ВСтЗГпс требуется, чтобы при поставке гарантировались химический состав, вре-

Таблица 2.2. Категории стали в зависимости от ударной вязкости

менное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, изгиб в холодном состоянии. Требования ударной вязкости для каждой категории различны (табл. 2.2).

Кипящая сталь изготовляется по 2-й категории - ВСтЗкп2, полуспокойная- по 6-й категории - ВСтЗпсб, спокойная и полуспокойная с по-выщенным содержанием марганца - по 5-й категории - ВСтЗспб и ВСтЗГпсб.

Маркировка стали согласно ГОСТ 380-71 (с изм.): вначале ставится соответствующее буквенное обозначение группы поставки, затем марки, далее степень раскисления и в конце категория, например обозначение ВСтЗпсб.

ГОСТ 23570-79 «Прокат из стали углеродистой свариваемой для строительных металлических конструкций» ограничивает содержание азота, мы-щьяка, устанавливает более строгий контроль механических свойств.

В обозначение марки стали по ГОСТ 23570-79 входят содержание углерода в сотых долях процента, степень раскисления и при повыщенном содержании марганца буква Г. Прокат изготовляют из сталей 18кп, 18пс, 18сп, 18Гпс и 18Гсп. По сравнению с ГОСТ 380-71 (с изм.) несколько повыщены прочностные характеристики проката.

Значительная часть проката имеет механические свойства стт, ств вы-ще установленных ГОСТ 380-71 (с изм.). Институтом электросварки им. Е. О. Патона в целях экономии металла прокат из углеродистой стали марок СтЗ, СтЗГпс и низколегированной стали марок 09Г2 и 09Г2С предложено дифференцировать по прочности на 2 группы с минимальными и повыщенными показателями прочности, так, для стали ВСтЗ 1-й группы принято стт=250-260 МПа, а для 2-й группы От=280-290 МПа (см. рис. 2.3), временное сопротивление отрыву ств повыщено на 20- 30 МПа. Прокат из такой стали поставляется по ТУ 14-1-3023-80 «Прокат листовой, щирокополосный универсальный и фасонный из углеродистой и низколегированной стали с гарантированным уровнем механических свойств, дифференцированным по группам прочности».

Стали повышенной прочности. Сталь повышенной прочности можно получить как термической обработкой малоуглеродистой стали, так и легированием.

Малоуглеродистая термически обработанная сталь марки ВстТ поставляется по ГОСТ 14637-79. Эта сталь получается термической обработкой стали СтЗ кипящих, полуспокойных и спокойных плавок. Для металлических конструкций рекомендуются стали полуспокойной и спокойной плавок; стали кипящие как весьма неоднородные не рекомендуются.

Сталь марки ВСтТпс имеет предел текучести 295 МПа, временное сопротивление 430 МПа. Показатели ударной вязкости этой стали выше, чем показатели стали СтЗ (0,35 МДж/м при температуре -40°С).

Повышенная прочность низколегированных сталей получается введением марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия. При этом некоторые марки стали подвергаются термическому упрочнению. Подбор легирующих элементов обеспечивает хорошую свариваемость. Прокат из этих сталей поставляется по ГОСТ 19281-73 «Сталь низколегированная сортовая и фасонная», по ГОСТ 19282-73 «Сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная универсальная» и различным техническим условиям.

В зависимости от нормируемых свойств (химического состава, временного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости при раз-

ных температурах и после механического стпроиия) согласно ГОСТу эти стали подразделяются иа 15 категорий.

Основные марки сталей повышенной прочности приведены в табл. 2.1.

За счет более высоких прочностных характеристик применение сталей повын1ен1!ой прочности приводит к экономии металла до 20-25 %

Сталь высокой прочности. Прокат из стали с пределом текучссгн 440 МПа и временным сопротивлением 590 МПа и выше получают путем легирования и термической обработки (см. табл. 2.1).

При сварке термообработанных сталей вследствие неравномерного нагрева и быстрого охлаждения в разных зонах сварного соединения происходят различные структурные превращения. На одних участках образуются закалочные структуры, обладающие повышенной прочностью и хрупкостью (лсесткие прослойки), на других металл подвергается высокому отпуску и имеет пониженную прочность и высокую пластичность (мягкие прослойки).

Разупрочнение стали в околошовной зоне может достигать 5-30 %, что необходимо учитывать при проектировании сварных конструкций из термообработанных сталей.

Введение в состав стали некоторых карбидообразующих элементов (молибден, ванадий) снижает эффект разупрочнения.

Применение сталей высокой прочности приводит к экономии металла на 25-30 % по сравнению с конструкциями из малоуглеродистых сталей и особенно целесообразно в большепролетных и тяжело нагруженных конструкциях.

Атмосферостойкие стали. Для повышения коррозионной стойкости металлических конструкций применяют низколегированные стали, содержащие в небольшом количестве (доли процента) такие элементы, как хром, никель и медь.

В конструкциях, подвергающихся атмосферным воздействиям, весьма эффективны стали с добавкой фосфора (например, стали ЮХНДП и 10ХДП). На поверхности таких сталей образуется тонкая окисная пленка, обладающая достаточной прочностью и защищающая металл от развития коррозии. Однако свариваемость стали при наличии фосфора ухудшается. Кроме того, в прокате больших толщин металл обладает пониженной хладостойкостью, поэтому применение сталей ЮХНДП и ЮХДП рекомендуется при толщинах не более 16 мм. В больших (12- 50 мм) толщинах следует применять сталь 12ХГДАФ.

В конструкциях, совмещающих несущие и ограждающие функции (например, мембранные покрытия), широко применяется тонколистовой прокат. Для повышения долговечности таких конструкций целесообразно при.менение нержавеющей хромистой стали марки 0Х18Т1Ф2, не содержащей никеля. Механические свойства стали 0Х18Т1Ф2: ств== = 500 МПа, От = 360 МПа, 6533%. В больших толщинах прокат из хромистых сталей обладает повышенной хрупкостью, однако свойства тонколистового проката (особенно толщиной до 2 мм) позволяют применять его в конструкции при расчетных температурах до -40°С.

Выбор марок сталей для строительных металлических конструкций. Марку стали выбирают на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа с учетом СНиП 11-23-81. В целях упрощения заказа металла при выборе марки стали следует стремиться к большей унификации конструкций, сокращению количества марок и профилей. Выбор марки стали для строительных конструкций зависит от следующих параметров, влияющих на работу материала:

температуры среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция; этот фактор учитывает повышенную опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах;

характера нагружения, определяющего особенность работы материала и конструкций при динамической, вибрационной и переменной нагрузках;

вида напряженного состояния (одноосное сжатие или растяжение