Глава 6. Строительные металлы 6.1. Металлы и их классификация

Металлы — относительно новый материал, применяемый в строительной технике, по сравнению с древесиной, камнем, керамикой.

Металлами называюх._в^хцества_х обладающи^ металлическим блеском, высокой прочностью, пластичностью, электро- и теплопро­водностью, ковкостью, свариваемостью. Такие^признаки металлов обусловлены их кристаллическим строением и электронными меж­атомными связями.

Кроме чистых металлов в технике чаще применяют металличе- - ские сплавы.

Сплавы металлов (или металлические сплавы) — это твердые системы, полученные сплавлением нескольких металлов.

В настоящее время в технике используют более 10 тыс. сплавов.

Свойства сплавов обычно резко отличаются от свойств чистых металлов и их можно регулировать.

Металлы и сплавы будем называть единым термином «металлы».

Из имеющих практическую ценность для современной техники металлов в земной коре в значительных количествах содержатся: алюминий— 8,8%, железо— 4,65, магний— 2,1, титан— 6,3%. Со­тыми и тысячными долями процента определяются природные запа­сы меди, марганца, хрома, цинка, свинца, никеля и других ценных металлов.

Металл — один из самых распространенных материалов во всех отраслях промышленности, в том числе и в строительстве. Производ­ство металлов в значительной степени определят уровень техниче­ского прогресса в любой стране. Применение их в строительстве разнообразно. Из металла строят каркасы, мосты, фермы, балки перекрытий, резервуары, изготовляют трубы, арматуру для железобе­тона, водопроводную, отопительную и вентиляционную арматуру, кровельную сталь, металлочерепицу и профнастил, различные ме­таллические изделия, заклепки, болты, гвозди и др.

Широкому использованию металлов в строительстве способствует ряд ценных технических свойств:,,высокая. прдошзсть^^^ технологичность — способность ^обработки давлеш^ем, резани^му- сва­рив анием. ^Вместе с тем металлы имеют существенные недостатки: при действии различных газов и влаги сильно коррозируют, действие высоких температур вызывает значительные деформации.

В настоящее время широко используются алюминиевые сплавы, отличающиеся богатой пластикой, малой плотностью, сравнительно высо­кой прочностью, коррозионной стойкостью и другими ценными свойствами.

Современная техника позволяет окрашивать металлы в любой цвет, придавать различную фактуру^ что позволяет использовать ме­таллические изделия как в городских ансамблях, мемориалах, внешней отделке зданий, так и в интерьерах (чеканки, светильники, бра, подвес­ные потолки, скульптурные панно, дверная и оконная арматура и т.д.).

Выплавка металла была известна человечеству еще за четыре- пять тысячелетий до нашей эры. В этот период чаще всего выплавля­ли медь, как наиболее легкоплавкий материал. В Азии из руды получали железо за 2000 лет до н.э., позже в Древнем Вавилоне и Египте железо применяли при постройке пирамид. В Индии, Греции, Риме знали способы литья сложных изделий из бронзы, способы зо­лочения, серебрения.

В Западной Европе и Древней Руси чугун первоначально счи­тали отходом процесса производства железа (об этом говорит его на­звание «чушка»). В конце XIII—XIV в. чугун начали выплавлять как металл для отливки различных изделий и лишь с середины XVIII в. стали широко применять в строительных конструкциях. Чугунная колонна прочно господствовала на протяжении следующего столетия. Промышленное производство относится ко второй половине XIX в. В 1855 г. Г. Бессемер, а в 1864 г. П. Мартен предложили способы по­лучения стали из чугуна. Бурное развитие машинного производства, прогресс техники, освоение железа и стали как новых строительных материалов, новые методы конструирования и расчета — способство­вали развитию металлического строительства: осваиваются каркас­ные системы высотных домов, появляются большие пролеты новых типов общественных зданий, универсальных магазинов, крытых рынков, библиотек, аэропортов, вокзалов и т.п.

Научные основы процессов выплавки и обработки металлов бы­ли изложены М.В. Ломоносовым (1763). Основоположником совре­менной металлургии и металловедения считают Д.К. Чернова (1868). Большой вклад в металловедение внесли П.П. Аносов, М.А. Павлов, А.А. Байков, Е.О. Патон, И.П. Бардин и др.

Металлы, применяемые в строительстве, разделяют на две ос­новные группы: черные и цветные.

Черные металлы.^^эд^сплав железа с углеродом. Кроме того, черные металлы могут содержать в небольшом количестве марганец, серу, кремний, фосфор и другие химические элементы. Для улучше­ния свойств черных металлов к ним добавляют легирующие я ярту/гштаы

(ХЩдшакшщ^ .

В зависимости от содержания в черных металлах углерода их подразделяют на чугун и сталь; на их долю приходится около 95% ме­таллопродукции мирового производства. ,

in

Чугун — железоуглеродистый сплав, в котором углерода более 2% (2..,4,3%), содержащий постоянные примеси кремния, марганца, фосфора и серы. По назначению чугуны подразделяют ^ литейнъте, передельные и специальные (ферросплавы).

^JJu^s^Hbiu чугун* является конструкционным материалом, из него изготовляют отливки различных строительных деталей.

Передельный^чутун— промежуточный продукт, используемый для переработки в стальГ

Специальное чугуны с более высокими механическими свойст­вами применяют для изготовления чугунного литья специального назначения.

В зависимости от содержания примесей и формы, в которой уг­лерод находится в чугуне, различают белый (передельный) и серый (литейный) чугуны. Эти названия соответствуют цвету чугуна.

В белом чугуне углерод^шмически связаьпс^^лезом (карбид же­леза — цементит ). Белый чугун имеет высокую твердость, весьма

хрупкий.

В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде графита (мелкий и хрупкий компонент). Серый чугун в расплавленном состоянии хорошо «течет», заполняет формы, дает малую усадку при затвердевании, легко поддается механической обработке.

Разновидность серого чугуна — модифицированный. Его полу­чают путем введения в жидкий сплав серого чугуна модификаторов. Этот чугун обладает высокими механическими свойствами.

При длительном отжиге белого чугуна получают ковкий чугун. В отличие от серых ковкие чугуны более прочные и пластичные, лег­че обрабатываются.

Маркировка чугунов. Серый и модифицированный чугуны мар­кируют буквами СЧ, например СЧ 120-280. Первая цифра марки по­казывает, предел прочности при растяжении (МПа), вторая — предел прочности при изгибе (МПа).

Сталь — железоуглеродистый сплав, в котором углерода менее 2%. От хрупкого чугуна сталь отличается пластичностью и упругостью.

По способу производства стали подразделяют на конверторные, мартеновские и электростали, по химическому составу их делят на углеродист

Углеродистые стали содержат примеси серы и фосфора и мар­ганца (0,25...0,9%). Марганец повышает прочность стали, не изменяя ее пластичности. Кремний (0,35%) не оказывает существенного влия­ния на свойства стали. Фосфор и сера являются вредными примеся­ми; фосфор делает сталь хрупкой (хладноломкой), его содержание не должно превышать 0,05%; сера (не более 0,07%) вызывает краснолом­кость, снижает прочность и коррозионную стойкость.

В зависимости от содержания углерода стали делят на малоуг­леродистые (до 0,25%), среднеутлеродистые (0,25...0,6%) и~высокоуг- леродистые (более 0,6%).

Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качест­венные конструкционные (для ответственных строительных конст­рукций) и инструментальные (для изготовления деталей машин). ,

Сталь обыкновенного качества, в зависимости от ее свойств, де­лят на три группы А, Б и В. Углеродистую сталь, полученную раз­личными способами, разделяют на спокойную (СП), полу спокойную (ПС) и кипящую (КП).

Легированньье стали— стали, в состав которых входят леги­рующие элементыГхром, "никель, вольфрам, титан, медь. Легирующие элементы значительно улучшают свойства сталей: повышается меха­ническая прочность, закаливаемость, коррозионная стойкость.

Марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь — стойкость к атмосферной коррозии; никель — вязкость без снижения прочности.

По суммарному содержанию добавок стали разделяют на низ­колегированные (до 2,5%), средне легированные (2,5... 10%) и высоко­легированные (более 10%). В строительстве чаще используют низко­легированные стали.

Маркировка сталей. Стали для строительных конструкций маркируют условными обозначениями. Марку углеродистой стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 7. Качественные конструкционные стали маркируют двузначными цифрами^ указывающими на содержание углерода в сотых долях процента (сталь 15— углерода 0,15%; сталь 40 — углерода 0,40%). Например, СтЗкп — сталь обыкновенного качества группы А, марка 3, кипящая; Ст5пс — сталь обыкновенного качества группы А, марка 5, полу стойкая. ,

В обозначение низколегированных сталей входят буквы и циф­ры. Буквы указывают наличие в стали легирующих добавок, циф­ры — их среднее содержание в процентах. Предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента.

Каждый легирующий элемент: обозначается определенной бук­вой: кремний — С; марганец — Г; xpojM — X; никель -— Н; вольф­рам — В; кобальт — К; медь — Д. Если после легирующего элемента нет цифры, то это означает, что содержание легирующего элемента не превышает 1,0%.

Например, сталь кремнемарганцевая 25Г2С содержит углерода 0,25%, марганца 2%, кремния до 1%; сталь хромокремнемарганцевая 14 ХГС содержит углерода 0,14%, хрома, марганца и кремния до 1%. При маркировке высококачественной легированной стали (с низким содержанием .серы и фосфора) в конце ставится буква А, особо высо­кокачественной — буква Ш.

Например, 30 ХМА — молибден-хромовая сталь высокого каче­ства содержит 0,3% углерода, до 1% хрома и молибдена.

В табл. 6.1 приведены механические свойства углеродистой стали.

Цветные металлы. Подразделяются на легкие плотностью до 5 г/см³ и тяжелые плотностью свыше 5 г/см³. В чистом виде цветные металлы практически не используют, чаще применяют их сплавы.

Легкие металлы — это алюминий, магний и их сплавы. Наи- V

⁷ j \

большее распространение получили алюминиево-кремнеземистыё, \ алюминиево-магниевые и сплавы типа дюралюминия и силумин.

Тяжелые металлы — медь и ее сплавы, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов применяют бронзу (сплав меди с оловом) и латунь (сплав меди с цинком).

6.2. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА И СТАЛИ

Производство черных металлов из железной руды является сложным процессом, состоящим из двух стадий: выплавка чугуна и переработка чугуна в сталь.

Сущность выплавки чугуна заключается в восстановлении же­леза из руды, процесс производства стали основан на уменьшении в чугуне процентного содержания углерода и снижении содержания примесей (Mn, Si, S, Р).Производство чугуна. Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой вертикаль­ные шахтные печи (рис. 6.1). Сна­ружи они покрыты металлическим кожухом, а изнутри стенки футеро­ваны огнеупорным кирпичом. Ис­ходными материалами для произ­водства являются железные руды, флюсы и топливо.

Железные руды. Обычно для производства чугуна используют магнитный железняк, красный же­лезняк и бурый железняк.

Магнитный железняк состоит из минералов магнетита Fe₃0₄ и со­держит до 70% Fe; 0,02...2,5% S; 0,2...0,07% Р. Эта руда плотная, вос­станавливается труднее других же­лезных руд.

Красный железняк состоит из ми­нерала гематита Fe₂0₃ и содержит

до 65% Fe, немного серы и фосфора. Бурый железняк Fe₂0₃-nH₂0 (содержит до 60% Fe) распро­странен в земной коре, но содержит меньше железа, чем магнитный и красный железняки, и применяется реже.

Флюсы (плавни) снижают температуру плавления пустой поро­ды и переводят ее в шлак.

Железные руды содержат кислую пустую породу, поэтому для образования шлака добавляют основной флюс: известняк (СаС0₃)

или доломит (СаС0₃ • MgC0₃). hiji 6 я г ад йен щ

Топливр не только служит источником тепла, необходимым для плавки, но и принимает участие в восстановительных процессах и науглероживании железа. Основным топливом для доменной печи является кокс — продукт сухой перегонки (сжигание без доступа возду­ха), коксующихся каменных углей при температуре 1000 °С...1100 °С. Это куски размером 25...60 мм, обладающие высокой твердостью и прочностью.

В доменной печи различают следующие части: колошник, шах­ту, заплечики и горн. Сырьевые материалы (железную руду, флюсы и

топливо) загружают слоями в загрузочное устройство — колошник. Для поддержания горения топлива в нижнюю часть печи — горн че­рез фурмы подается под давлением 0,150...0,300 МПа нагретый воз­дух до 1100... 1300 °С, обогащенный кислородом и углесодержащими добавками (природный газ, мазут). Шихта, опускаясь вниз, нагрева­ется и претерпевает в различных температурных зонах физические и химические изменения. Газы, образованные при сжигании топлива, проходят вверх через шихту.

Сырьевые материалы подаются в печь непрерывно, также не­прерывно происходят в ней процессы, а чугун и шлак выпускаются периодически. В доменной печи материалы находятся в течение 4...6 ч. При выплавке чугуна происходят следующие физико- химические процессы: горение топлива, восстановление железа из ок­сидов, науглероживание железа и образование чугуна и шлака.

Горение топлива происходит за счет кислорода воздуха в верх­ней части горна, по реакции С + 0₂ = С0₂. Углекислый газ, поднима­ясь вверх, взаимодействует с коксом и образует оксид углерода: С0₂ + С = 2СО. Оксид углерода является хорошим восстановителем.

Он энергично соединяется с кислородом, входящим в состав железной руды, и другими соединениями руды.

Восстановление железа из оксидов — главный процесс в плав­ке чугуна. Восстановление железа происходит по схеме: Fe₂0₃ -»

-» Fe₃0₄ FeO -> Fe . Химически этот процесс выражается следую­щим образом:

3Fe₂0₃ + С = 2Fe₃0₄ + СО; Fe₃0₄ + С = 3FeO + СО; FeO + C = Fe + CO.

Железо восстанавливается в доменной печи полностью; 99...99,8% железа переходит в чугун и только 0,2... 1,0% — в шлак.

После восстановления железо находится в твердом состоянии. Науглероживание железа происходит при температуре выше 900 °С. В поры восстановленного железа проникает углерод и образуется карбид железа (цементит) по реакции 3Fe + 2СО = Fe₃C + С0₂.

При температуре выше ИЗО °С науглероженное железо пла­вится, образуется жидкий чугун, который стекает в горн. Плавленые пустые породы и флюсы образуют шлак, который также стекает в горн и как более легкий материал всплывает на поверхность чугуна, защищая его от окисления. В чугун переходят небольшие количества различных элементов, восстановленных на разных уровнях печи. Температура чугуна в печи 1400... 1450 °С.

Шлак выпускают через (шлаковую) летку, расположенную вы­ше уровня отверстия для выпуска чугуна.

Затем через нижнюю летку выпускают чугун. Расплавленный чугун подают к разливочным машинам для отливки в «чушки» или в специальных ковшах доставляют в сталеплавильные цехи для пере­работки в сталь.

Самая большая современная доменная печь (объем 5000 м³) выплавляет 12 ООО т чугуна и выдает около 4000 т шлака и 27 000 т колошникового газа в сутки.

Отходами металлургического производства являются шлак и колошниковый газ.

Шлак, быстро охлажденный после расплавления, имеет стекло­видное строение; медленно охлажденный — кристаллическое.

Значительная часть доменных шлаков (до 75%) используется в качестве сырья для производства различных строительны^ материа­лов —шлаковой пемзы (термозита), шлаковаты, шлакопортландце- мента, шлакоситаллов, гранулированного шлака, используемого в качестве заполнителя для легких бетонов.

Колошциковый газ применяется для нужд металлургического производства.

Щ Производство стали. Исходными материалами для производ­ства стали служит передельный чугун, стальной лом, ферросплавы или железная руда и флюсы.

В настоящее время сталь выплавляют тремя способами: конвер­терным, мартеновским и электроплавильным.

конвертерный процесс происходит в конвертерах — печах грушевидной формы (рис. 6.2). Снаружи конвертер имеет стальной кожух, а изнутри — огнеупорную футе­ровку и может поворачиваться вокруг¹ горизонтальной оси на цапсЬах. Его вместимость до 600 т.

Жидкий чугун заливается через горловину на 25% его высоты, когда конвертер на­ходится в горизонтальном по­ложении.

Можно загружать стальной лом и шлакообразующие ма­териалы (плавиковый шпат, известь и др.).

Конвертер поворачивают в вертикальное положение и снизу через фурмы подают кислород. Продувка кислородом продолжается 12...20 мин. Под действием кислорода избыточный углерод, кремний, марганец и небольшое количество железа окисляются. Образовав­шаяся закись железа FeO реагирует с примесями. Оксиды кремния, марганца, фосфора, а также известь и другие сыпучие материалы пе­реходят в шлак или выгорают, а закись железа при этом восстанав­ливается до чистого железа. Продолжительность плавки в конвертере составляет 30...55 мин.

Этот процесс выплавки стали высокопроизводителен и эконо­мичен. Кислородное дутье улучшает качество стали и приближает его к качеству мартеновской стали.

Конвертерную сталь применяют для изготовления листовой стали, прокатных профилей, проволоки и т.д.

_{ Мартеновский способ носит имя француза Йьера Мартена, который в 1864 г. провел первую плавку стали. В настоящее время этот спо­соб наиболее распространен.

Мартеновская печь (рис. 6.3) представляет собой агрегат, рабочее пространство которого ограничено сверху сводом, а снизу подом (ванна для плавления)! Вместимость печи до 1000 т. Внутренние поверхности печи футерованы огнеупорным кирпичом. В передней стенке печи имеются завалочные стена дтгя за- грузки материалов, а в задней — отверстие для выпуска готовой ст^- ли. В верхней части имеются кана­лы, соединяющие рабочую камеру , с газовыми и воздушными регенера­торами — Камерами для подогрева воздуха и газа (топлива). Исходными материалами для выплавки стали являются пере­дельный чугун, металлический лом (скрап) и другие материалы.

Смесь горючего газа и воздуха поступает в регенераторы, подог­ревается до температуры 1000... 1200 °С и поступает в печь. Темпера­тура в рабочей зоне печи достигает 1700 °С. Шихта расплавляется и в ванне образуется жидкий металл и шлак, который всплывает на по­верхность металла, как более легкий материал. Шлак связываетвредные примеси и защищает сталь от окисления. Углерод при высо­ких температурах выгорает.

Для удаления серы применяют известняк в качестве флюса. Продолжительность плавки составляет 4...8ч. Во время выплавки стали в ее состав вводят различные добавки— ферросплавы или ле­гирующие элементы; по окончании плавки ее выпускают в ковши, а затем разливают по формам — изложницам.

Мартеновская сталь отличается высокими механическими свой­ствами, ее широко применяют для изготовления ответственных строительных конструкций: ферм, мостов, рельсов, подкрановых ба­лок, высокопрочной арматуры и др.

Электроплавка. Наиболее совершенными сталеплавильными агрегатами являются электрические'печи, в которых плавление ме­таллов осуществляется с помощью электрической энергии. В настоящее время существует два вида электропечей: индукционные и дуговые.

При электроплавке можно применять шихтовые материалы с вредными примесями, так как в электропечах они уничтожаются: в плавильном пространстве можно достигнуть более высокой темпера­туры, позволяющей получать специальные легированные стали; мож­но точнее регулировать температуру металла; получать сталь с низ­ким содержанием серы и неметаллических включений. Однако про­изводство стали в электропечах дороже, чем в конвертерах и мартенах, и их применяют главным образом для получения высококачествен­ных и легированных сталей. Длительность плавки стали в дуговых печах вместительностью 5... 100 т составляет 3,5...6 ч.

Для получения фасонных отливок сталь из ковша заливается в формы, а для получения слитков — в изложницы.

6.3. СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

Основными физическими свойствами стали являются пдох=-.„ ность, температура плавления, коэффициент температурного расши­рение Плотность стали 7,8 г/см³.

Температурой плавления называют температуру, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Температура плав­ления железа 1535 °С, у железоуглеродистых сплавов она ниже.

Коэффициент температурного расширения характеризует рас­ширение металлов при нагревании. Это свойство учитывают при про­ектировании металлических строительных конструкций.

Из механических свойств стали важное значение имеют предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, твердость и ударная вязкость.

Механические свойства стали определяются при испытании стандартных образцов круглого или прямоугольного сечения на раз­рывных машинах, имеющих записывающее устройство, которое в про­цессе испытания вычерчивает диаграмму растяжения (график зависи­мости удлинения образца АI от величины приложенной нагрузки F).

_ Предел текучести — это напряжение, при котором наблюдается рост деформации образца без увеличения нагрузки («материал течет»),

Шр^д^ШР^Ш^ШШи— это условное напряжение, соответствую­щее наибольшей растягивающей силе, которую выдерживает образец до разрушения.

Относительное удлинение образца характеризует пластичность стали. Чем больше относительное удлинение, тем пластичнее сталь.

Твердость стали определяют на приборе Бринелля по отпечат­ку, который оставляет стальной закаленный шарик на поверхности. Измеряя диаметры отпечатков и по их соотношению, пользуясь таб|- лицей, находят число твердости НВ.

Ударная вязкость — свойство стали противостоять динамиче­ским нагрузкам (ударным). Механические свойства углеродистых сталей приведены в табл. 6.1.

Технологические свойства характеризуют способность стали подвергаться обработке.

6.4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Термическая обработка стали — это процесс нагрева и охлаж­дения для улучшения физико-механических свойств стали и измене­ния ее структуры. Основными видами термической обработки стали являются закалка, отпуск, отжиг и нормализация.

^ От^шг — процесс нагрева сталей с последующим медленным охлаждением.

Отжиг осуществляют grai^j^^mei^^ шения пластичности; и устранения некоторых. дефектов OTjg^iMgGg^ щeЙJ^pячeй^paб^тки. ^ —■ Шз *

_ Закалка — процесс нагрева, а затем быстрого охлаждения после которого материал находится в неравновесном структурном состоя­нии, не свойственном стали при нормальной температуре (20 °С).

Закалка увеличивает твердость, прочность и износостойкость. После закалки сталь становится хрупкой.

Отпуск — финишная термическая обработка, которая заклю­чается в нагреве закаленной стали до определенной температуры с последующим охлаждением на воздухе или в воде. После отпуска снижается хрупкость и повышается пластичность закаленной стали.

^ Норматгизаьшястаяи является разновидностью отжига. Норма­лизация заключается в нагреве стали до температуры ниже темпера­туры закалки, незначительной выдержке при этой температуре и ох­лаждении на воздухе. При такой термической обработке стали повышается прочность, твердость и ударная вязкость, облегчается ме­ханическая обработка резанием.

Нормализированная сталь имеет более высокие пределы текуче­сти и прочности по сравнению с отожженным металлом. Нормализация экономичнее отжига, так как сталь охлаждается за пределами печи.

Для увеличения прочности и твердости поверхностных слоев стальных изделий при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины производят поверхностную закалку, т.е. закалку не на полную глубину, а также цементацию, азотирование, цианирование.

6.5. ПРОИЗВОДСТВО МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

Производство металлических изделий осуществляется обработ­кой слитков давлением или литьем.

Обработка давлением основана на использовании пластических свойств металлов.

Этот способ обработки позволяет получать изделия с весьма точными размерами, малой шероховатостью поверхности, незначи­тельными отходами металла и более высокими свойствами по срав­нению с отливками.

Основными видами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, штамповка и прессование (рис. 6.4).

Прокатка— это процесс изготовления профилированных стальных изделий. Сущность процесса заключается в том, что слиток или заготовку пропускают между вращающимися валками прокатно­го стана, которые деформируют металл и производят подачу заготов­ки. Заготовка уменьшается в сечении, вытягивается и приобретает форму (профиль), соответствующую валкам.

Прокатывают металл в холодном и горячем состоянии. Для по­лучения заданной степени обжатия заготовку пропускают через вал­ки несколько раз.

\^Холодную прокатку применяют для получения тончайших сталь­ных листов или для высокопластичных металлов (свинец, олово и др.).

^При горячей прокатке слиток нагревают до 900...1250 °С. Форму поперечного сечения прокатного изделия называют профилем, а со­вокупность различных профилей разных размеров — сортаментом.

Сортамент стали горячего проката— сталь круглая, квадрат­ная, полосовая, уголковая неравнополочная и равнополочная, швел­лерная, двутавровая, трубы, арматура для железобетона и др.

^Волочением называют процесс протягивания металлической заготовки через отверстие (фильер), сечение которого меньше сечения заготовки. При волочении металл обжимается, профиль его строго со­ответствует форме отверстий, происходит вытяжка металла. Заготов­ка протаскивается через отверстие матрицы. Волочение обычно про­изводят в холодном состоянии. При холодной деформации металл упрочняется в результате пластической деформации. Такой вид уп­рочнения называется наклеп. Явление наклепа широко используют при механическом упрочнении арматурной стали. Способом волоче­ния изготовляют трубы малого диаметра, проволоку, а также прутки различного сечения (круглого, квадратного и др.).

_/^Ковка — процесс получения детали из нагретой заготовки пу­тем ее деформирования повторяющимися ударами молота или пресса. Ковкой йзгбтовляюиболты, анкеры, скобы и другие детали.

^ Штампов кой называют процесс деформации металла в штам­пах. Штамповка может быть горячей и холодной. Холодной штамповкой обрабатывают листовой металл. Штамповка позволяет получить из­делия очень точных размеров. Этим способом изготовляют закладные детали для сборного железобетона, корпуса оборудования и машин.

Прессование осуществляют продавливанием металла через вы­ходное отверстие меньшей площади. При этом профиль прессованно­го металла будет соответствовать профилю отверстия в матрице. Про­цесс осуществляется на гидравлических прессах. Этим способом изготовляют профили различного сечения, трубы, разнообразные сложные профили из цветных металлов и сплавов.

Холодное профилирование — процесс изготовления изделий из листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией поперечного сечения. Из круглых стержней путем сплющивания изготовляют уп­рочненную холодносплющенную арматуру.

Чугунные изделия изготовляют различными способами, среди которых наиболее простым является литье в формы. Прогрессивные способы литья чугуна — под давлением и центробежный. Путем от­ливки получают колонны, опорные подушки, арки, плитки для полов промышленных зданий и т.п. Полученные изделия соединяют в кон­струкции при помощи сварки, клепки или болтов.

6.6. ВИДЫ ЧУГУННЫХ И СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В строительстве применяют главным образом серый литейный ■ чугун^ Из чугунов изготовляют элементы строительных конструкций, в том числе и таких ответственных, как опорные части железобетон­ных балок, ферм, башмаков под колонны, а также тюбинги — укреп­ляющие своды тоннелей метрополитена и др.

Широко используют чугун для санитарно-технических изделий и оборудования — радиаторы, ванны, мойки, вентили; чугунные тру­бы применяют дл^ канализа- ттхтп-нтттугх сетей_т для отвода промышленных вод и т.д.

Путем отливки получают плиты для полов промышленных зда­ний, печные приборы: топочные дверцы, задвижки, решетки и т.п.

Некоторые виды чугунных строительных изделий представле­ны на рис. 6.5.

Из чугуна можно отливать самые разнообразные формы, поэто­му из него создают архитектурные детали и изделия и малые архи­тектурные формы. К архитектурным деталям относятся балконы, ме­таллические решетки, медальоны, к малым архитектурным фор­мам— ограды, ворота, фонтаны, беседки. Такое чугунное литье на­зывают чугунным «кружевом».

Наиболее распространены в строительстве материалы из стали. Номенклатура стальных строительных материалов включает различ­ные профили, листы, трубы, арматуру для железобетона, закладные детали, мелкие изделия и др.

Прокатная сталь различного профиля представлена на рис. 6.6.

Прокатная угловая равнополочная (ГОСТ 5809—93) и неравно- полочная (ГОС 8510—75) сталь выпускается с шириной полок 20...250 мм; швеллеры (ГОСТ 8240—72) высотой 50...400 мм при ши­рине полки 32...115 мм; двутавры (ГОСТ 8239—89) высотой 100...600 мм при ширине полки 55... 190 мм.

Профильную сталь применяют для изготовления каркасов и ферм, OKOHgbix перрттггртптз промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, балок перекрытий, фонарей освещения зданий верхним светом, опор линий электропередач и т.д.

Соединяют ггрофхттпчттутп гугяль ^р рстроительные конструкди^ при

Прокатная сталь круглого сечения используется в качестве ар­матуры для железобетона. Прокатная сталь полосовая и квадратного сечения имеет самое различное применение. При помощи полосовой стали получают составные сечения более рациональной формы попе­речного сечения.

Листовую сталь производят на листопрокатных станах. Листо­вой прокат включает толстолистовую сталь толщиной до 60 мм, тон­колистовую и оцинкованную сталь толщиной 0,4...0,8 мм. Листовая сталь изготовляется с плоской, волнистой и рифленой поверхностью.

В настоящее время из оцинкованной тонколистовой стали пу­тем холодного проката изготовляют .лщ&оллочвреш^^

. 6.7) и отделочные профили.

Металллический профиль, имитирующий черепицу имеет ан­тикоррозийный слой из алюцинка (А! 55% + Zn 43,4%) и покрытие из полиэстра или' пластизола, обеспечивающее высокое качество мате­риала и долговечность.

Гофрированная поверхность кро­вельного покрытия устраняет шум дождя и ветра.

Отделочные профили: конек, отлив оконный, ветровая доска, снеговой барь­ер и другие выпускаются длиной 2 м.

И з оцинкованной листовой стали толщиной 0,6 мм изготовляют водо­сточные желоба и трубы круглого или прямоугольного сечения, иортамент проката строительного назначения постоянно рас­ширяется и совершенствуется благодаря внедрению облегченных, тонкостенных, фасонных профилей.

Для отделки фасадов зданий все чаще применяют панели и блоки типа «сэндвич», в которых наружные отделочные слои выпол­нены из листов оцинкованной стали или алюминиевых сплавов

В настоящее время металлы широко применяют при выполне­нии подвесных потолков в зданиях общественного и промышленного назначения.

Каркас выполняют из профилей стальных, защищенных анти­коррозийным покрытием, и из алюминиевых сплавов. Лицевые эле­менты выполняются из листовой стали или листов из алюминиевых сплавов и могут быть плоскими, объемными, гладкими или рельеф­ными, перфорированными. Они обеспечивают декоративность и аку­стические свойства потолку.

Мелкие стальные изделия позволяют строителям монтировать конструкции из отдельных элементов. К ним относятся: заклепки, бол­ты, гайки, шайбы, винт&1_г гвозди,^ поковки (скобы, скобяные изделия" ~ для" комплектования дверных и оконных блоков), дверная и оконная 1фЖатура'(ручки, петли, шпингалеты), канаты, проволока и др.

Заклепки используют для неразборного соединения металли­ческих конструкций; крепежные изделия (шурупы, винты, болты, гайки) — для крепления деревянной обшивки к металлическому кар­касу и т.д.

Строительные поковки изготавливают в виде скоб, применяе­мых для скрепления деревянных конструкций; штырей — для нара­щивания досок или брусьев; крючьев — для крепления водосточных труб и желобов.

Стальные канаты изготавливают из проволоки и применяют для монтажных и такелажных работ.

Стальная арматура — составная часть железобетона. Армату­ру располагают в тех местах конструкционных элементов, которые подвергаются растягивающим усилиям, ее изготовляют из достаточно прочной низколегированной стали, предварительно подвергнутой ме­ханической или термической обработке.

Арматурную сталь (рис. 6.8) классифицируют по способу изго­товления, профилю стержней и условиям применения.

По способу изготовления арма­тура бывает горячекатаная стержневая (получают прокаты­вая сталь в горячем состоянии) и холоднотянутая проволочная (по­лучают волочением).

В зависимости от профиля стержней (характера поверхности) арматуру делят на гладкую и пе­риодического профиля.

В зависимости от условий при­менения арматурная сталь делит­ся на ненапрягаемую и на напря­гаемую. Первую применяют для обычных железобетонных конст­рукций, вторую — для предвари­тельно напряженных. Стержневая арматура бывает горячекатаная, термически уп­рочненная и упрочненная вытяжкой в холодном состоянии.

Согласно СНиП 2.03.04—84 арматура в условном обозначении имела индекс А.

Согласно СНБ 5.03.01—02 этот индекс заменен на S (цифра указывает на нормативное сопротивление, МПа) и произошло объе­динение классов арматуры.

Классы ненапрягаемой арматуры: S240 (A-I — гладкая поверх­ность); S400 (A-III — периодический профиль); S500 (Вр-1 — гладкий и периодический профиль).

Классы напрягаемой арматуры: S800 (A-V; B-II; Вр-11 — периодический и гладкий профиль); S1200 (А-VI; B-II; Вр-II — перио­дический и гладкий профиль); S1400 (B-II; Вр-II — периодический и гладкий профиль).

Для каждого класса установлен номинальный диаметр, мм: 5,5 — 40,0 (S240); 6,0 — 40,0 (S400); 3,0 — 40,0 (S500); 10 — 32 (S800); 6 — 32 (S1200); 3—15 (S1400).

Арматурную сталь класса S240 изготавливают из углеродистой стали марок Ст5, СтЗпс и СтЗкп; класса S400 из углеродистой стали марки Ст5, низколегированной стали марки 25Г и 25Г2С.

Проволочную арматуру подразделяют на арматурную проволо­ку и арматурные проволочные изделия.

Периодический профиль получают сплющиванием цилиндри­ческой поверхности проволоки в одной диаметральной плоскости. Проволочная арматура имеет высокие прочностные характеристики.

Арматурные проволочные изделия применяют в виде нераскру- чивающихся стальных арматурных прядей, сварных арматурных се­ток, тканых или сварных проволочных сеток для армирования армо- цементных конструкций.

Сварные арматурные изделия подразделяются на типы: арма­турные сетки, арматурные каркасы, отдельные стержни арматуры со сварными стыковыми соединениями по длине стержня.

Сварные арматурные сетки изготавливают из стержней, распо­ложенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях и соеди­ненных в местах пересечений сваркой (крестообразное соединение).

Арматурные каркасы изготовляют из продольных и поперечных стержней, соединенных в местах пересечений сваркой.

Продольные и поперечные стержни каркасов в одном направ­лении имеют стержни одинакового или разных диаметров. Каркасы изготовляют плоскими или пространственными.

Сварные арматурные сетки выполняют из обыкновенной арма­турной проволоки диаметром 3...6 мм или горячекатаной арматурной стали класса S400 диаметром 6...10 мм. Их изготовляют сваркой в местах пересечения стержней.

Арматурную проволоку поставляют в мотках (бухтах), а пряде- вую арматуру в мотках или катушках.

Хранят арматуру в закрытых складах на стеллажах раздельно по видам и маркам стали, а также по диаметрам. При хранении ар­матурной стали необходимо предохранять ее от коррозии и загрязне­ния, контролировать сохранность заводских бирок с указанием вида, диаметра и марки стали.

Закладные детали. Наряду с арматурной сталью в производ­стве сборных железобетонных изделий широко применяют закладные детали. Изготавливают их преимущественно из углеродистой стали.Закладные детали соединяют между собой посредством сварки от­дельных элементов конструкций при возведении сборных железобе­тонных конструкций. Они представляют собой стальную пластину с приваренными к ней внахлестку анкерами, изготовленными из стали Ст5 периодического профиля. Пластины располагают на поверхности железобетонного изделия, а анкеры — в теле бетона.

Арматурные и закладные изделия в пределах одного предпри­ятия транспортируют личными средствами, а поставляемые за пре­делы предприятия-изготовителя — автомобильным и железнодорож­ным транспортом.

Хранить эти изделия следует в крытых помещениях. Пакеты плоских арматурных сеток и каркасов следует хранить раздельно по маркам в штабелях высотой не более 2 м. Рулоны сеток складируют не более чем в три яруса.