а б

1. Строительные стали: общая характеристика, химический состав и особенности структуры. Сталь- сплав железа с углеродом, содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, кот. попадают в металл из руды/ образуются а в процессе выплавки. Основу стали составляет феррит и перлит. Феррит имеет малую прочность, высокую пластичность. В строительстве в чистом виде не применяют. Прочность повышают добавками углерода (малоуглеродистая сталь), легированием марганцем, ванадием, хромом, кремнием и др. легирующими элементами, а также термоупрочнением – стали высокой прочности. Структура: В твердом состоянии сталь явл. поликристаллическим телом, сост. из множества различно ориентированных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы ( + заряженные ионы) расположены упорядоченно в узлах пространственной решетки. Для стали характерны а) объемно -ценрированная (ОЦК ) и б) гранецентрированная (ГЦК) кубическая кристаллическая решетка. Структура стали зависит от условий кристаллизации, химического состава, режима термообработке и прокатки. Структура малоуглеродистой стали, определяющая её механические свойства, зависит от температуры охлаждения.

Тем-ра плавления чистого железа 1535C. При охлаждении ниже 1535C в процессе кристаллизации образуется так называемое  - железо, имеющее ОЦК-решётку. При тем-ре 1400C железо находится в твёрдом сост. и в процессе охлаждения происходит новое превращение и из  - железа образуется  - железо, обладающее ГЦК-решёткой. При температуре 910С кристаллы с ГЦК - решёткой вновь превращаются в объёмно – центрированную, и это состояние сохраняется вплоть до комнатной и отрицательных температур. Последняя модификация железа называется  - железом. При введении углерода в сталь тем-ра плавления снижается. Температура плавления железоуглеродистых сплавов зависит от содержания углерода. При остывании в  - железе образуется твёрдый раствор, называемый аустенитом, в котором атомы углерода располагаются в центре ГЦК – решётки.

При тем-рах, лежащих ниже 910С из аустенита начинают выделяться кристаллы твёрдого раствора углерода в  - железе, наз. ферритом. По мере выделения феррита из аустенита, последний всё более обогащается углеродом и при температуре 723С превращается в перлит, т. е. смесь, состоящую из перемежающихся пластинок феррита и карбида железа Fe₃C, наз. цементитом. Таким образом, структура охлаждённой до комнатной температуры стали, состоит из 2 фаз: феррита и цементита, кот. образует самостоятельные зёрна и входит в феррит в виде пластинок. Величина зёрен оказывает значительное влияние на мех. свойства стали. Чем меньше зёрна, тем выше качество стали. Структура низколегированной стали аналогична малоуглеродистой стали. Введение добавок упрочняет ферритовую основу и прослойки между зёрнами. Углерода в стали должно быть не более 0,22 %.

По прочностным свойствам стали условно делятся на 3 группы: обычной (Ơ _у = 290МПа), повышенной (Ơ _у = 290-400 МПа) и высокой прочности (Ơ _у >400 МПа).

Повышение прочности стали, достигается легированием и термической обработкой. По химическому составу стали: углеродистые (состоят из железа и углерода с добавкой кремния (или алюминия) и марганца) и легированные ( помимо железа и углерода имеют специальные добавки, улучшающие качество стали. Однако, добавки ухудшают свариваемость стали и удорожают ее, поэтому в стр-ве используют низколегированные стали с содержанием добавки не более 5%. Основными легирующими добавками являются кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (Х), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А)) В зависимости от вида поставки стали подразделяются на горячекатаные и термообработанные (закалка в воде и высокотемпературный отпуск). По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными (промежуточная между кипящей и спокойной) и спокойными.

2. Строительные стали: механические свойства.

По механическим свойствам стали делятся на три группы:

- обычной прочности (малоуглеродистые с пределом текучести sт = 230 МПа; и пределом прочности sв = 380 МПа);

- повышенной прочности (при sт = 290 ¸ 400 МПа, sв = 440 ¸ 520 МПа);

- и высокой прочности (низколегированные и термически упрочнённые стали, у которых sт = 450 ¸ 750 МПа и более, sв = 600 ¸ 850 МПа и более).

Основные механические свойства:

- нормативное сопротивление статическому воздействию, временному сопротивлению sв (Rип) и пределу текучести sт (s0,2 или Rуп) при растяжении, сжатии, изгибе.

- сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению (ударная вязкость при различных температурах);

- показатель пластичности, характеризуемый относительным удлинением;

- сопротивление расслоению (загиб в холодном состоянии, определяемый углом загиба).

3. Строительные стали: влияние химического состава на свойства сталей. Элементы влияющие на качество стали: Кремний В малоуглеродистые стали добавляют до 0,3%, а в низколегированные стали до 1%. Кремний, так же как и углерод, увеличивает прочность стали, но ухудшает её свариваемость. Кремний раскисляет сталь, т.е. связывает избыточный кислород и повышает ее прочность, снижает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминий. Входит в сталь в виде твёрдого раствора феррита, а так же в виде различных карбидов и нитридов. Хорошо раскисляет сталь, повышает ударную вязкость и нейтрализует вредное влияние фосфора.

Марганец. Снижает вредное влияние серы. В малоуглеродистых сталях содержится до 0,6%, а в легированных до 1,5%. При содержании более 1,5% сталь становится хрупкой.

Медь. Несколько повышает прочность стали и увеличивает её стойкость против коррозии. Избыточное содержание меди (более 0,7%) способствует старению стали.

Повышение механических свойств низколегированной стали осуществляется присадкой металлов, вступающих в соединение с углеродом и образующих карбиды, а так же способных растворяться в феррите и замещать атомы железа. Такими легирующими элементами является марганец, хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан.

Хром и никель повышают прочность стали, без снижения пластичности и ее коррозионную стойкость

Ванадий и молибден увеличивают прочность почти без снижения пластичности, предотвращают разупрочнение термообработанной стали при сварке.

Прочность низколегированных сталей так же повышается с введением никеля,. меди, кремния и алюминия, которые входят в сталь в виде твёрдых растворов (феррита).

Вредные примеси: Фосфор Образует раствор с ферритом и повышает хрупкость стали, особенно при низких температурах (хладноломкость стали).

Сера Делает сталь красноломкой вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. При этом образуются трещины в стали при температурах 8001000С.

Таким образом содержание серы и фосфора в стали ограничено. Например в углеродистой стали серы должно быть не более 0,05%, фосфора до 0,04%.

Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение газами, которые могут попасть из атмосферы в металл находящийся в расплавленном состоянии (кислород, азот, водород). Газы повышают хрупкость стали. При сварке необходима защита от воздействия атмосферы. Изменение свойств стали, может произойти так же в результате термической обработки.

Углерод (У) повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому применяются только низкоуглеродистые стали (У < 0,22%). Азот в несвязном состоянии способствует старению стали, делает ее хрупкой, поэтому его должно быть не более 0,009%.