Глава II

МАТЕРИАЛЫ

§ 1. Сорта сталей и алюминиевых сплавов

Для сооружения металлических сварных конструкций приме­няют различные виды стального проката.

Углеродистые стали обыкновенного качества (кипящие, полу­спокойные, спокойные) поставляются согласно требованиям по механическим свойствам и химическому составу.

Согласно ГОСТ 380 — 00 стали разделяют на три группы:

группа Л —сталь, поставляемая по механическим свойствам;

группа Б — сталь, поставляемая по химическим свойствам;

группа В — сталь, поставляемая одновременно по механиче­ским и химическим свойствам.

Выбор способа производства стали марки Л (мартеновский, конверторный, бессемеровский) предоставляется заводу при условии, если механические свойства удовлетворяют требовани­ям табл. 2.1. В стали, поставляемой по группе Б, указывается способ плавки, при этом должны быть удовлетворены требова­ния химического анализа, указанные в табл. 2.2 соответственно для мартеновской и кислородно-конверторной или бессемеров­ской плавок.

Сталь группы В маркируется буквой «В». Для этой стали должны гараптироваться механические свойства и химический состав. Эта сталь является более дорогой, по сравнению со сталью групп А и Б, и рекомендуется для наиболее ответствен­ных сварных конструкций.

Номер марки углеродистой стали характеризует содержание в ней углерода. Чем выше номер, тем больше углерода содер­жится в стали. К стали предъявляются требования по пределу прочности 0_В кГ/мм², пределу текучести о\ кГ/мм², величине относительного удлинения б % при разрыве во время испытания коротких и длинных образцов, а также требования по содержа­нию С, Мп, Si и по предельно допустимому количеству приме­сей S и Р.

10

T i\ и л и д а 2.1

Механические свойства углеродистых сталей (ГОСТ 380 — 60)

Марка стали	Претел теку­чести по раз­рядим толщины проката. кГ\мм!, не ме­нее			л	Предел рочности,	Относительное удлинение, %, не менее		Испытание на загиб на \Ж)° в холодном состоянии (.1 —толщи­на образца,
	1	2	;>,			''т	5	d-~ диаметр оправки)
Ст. 0	._	~ i '"		Не менее 32		18	22	d-2s
Ст. 1, Ст. 1 кп	-		.-	32-40		28	33	rf=0
Ст. 2, Ст. 2 кп	22	20	19	34 - 12		20	31	d -0
Ст. 3 кп	24	22	21	( 38-10 11-43 ( 44 -47		23 22 21	27 26 25	d— 0,5л-
Ст. 3	24	23	22		' 38- 40 41- 13 44-47	23 22 21	27 26 25	d - 0,5s
Ст. 4, Ст. 4 кп	26	25	24	( 42 44 | 45-48 ( 49-52		21 20 И)	25 24 23	d - 2s
Ст. 5	28	27	26		' 50-53 54-57 ( 58-62	17 16 15	21 20 19	d ■= 3s

I] p ii м о ч a n и е. ?,_J{) относи!ся к испытанию длинных образцов, у коюрь:_\ / ■■- 10 й\

t — 11.4 V/, где d — дламетр образца круглого поперечного сечения: I - Дли^а образна; / - площадь прямоугольного поперечного сечет-ш. Размеры образцов стандартизированы.

Стали мартеновские, как правило, предпочтительнее бессеме­ровских. Однако при специальной обработке качество бессеме­ровских значительно повышается. Спокойные и полуспокойные стали менее склонны к хрупким разрушениям, нежели кипящие,

И

Химические свойства углеродистых сталей (ГОСТ 380-—60)

(содержание элементов в процентах)

Марка стали

Мп

кипящей

SI it сталях

полуспокойной[ спокойной

М Ст. 0, М Ст. 1, М Ст. 2, М Ст. 3, М Ст. Зпс, М Ст. Зсп, М Ст. 4, М Ст. 5

Б Ст. 0 Б Ст. 3 Б Ст. 4 Б Ст. 5

К Ст. 0

К Ст. 1

К Ст. 2

К Ст. Зкп

К Ст. Зпс

К Ст. Зсп

К Ст. -!

К Ст. 5

Не более 0,23 0,06—0,12 0,09 0,15 0,14-0,22 0,14-0,22 ОД4- 0,22 0,18 -0,27 0,28--0,37

Не более 0,14

Не более 0,12

0,12-0,20

0,17-0,30

Мартеновская и конверторная сталь

0,25-0,50 0,25-0,50 0,30-0,60 0,40- 0,65 0,40-0,65 0,40-0,70 0,50-0,80

Не более 0,05 Не более 0,07 Не более 0,07

Не более 0,07

0,05-0,15 0,05-0,15

0,05-0,15

0,05-0,15 0,05-0,15

Бессемеровская сталь

0,25-0,55 0,35-0,55 0,50 -0,80

Не более 0,07 Не более 0,07

0,05.....0,15

0,05-0,15 0,05-0,15

0,12-0,30 0,12-0,30

0,12- 0,30 0,12—0,30 0,15- 0,35

0,12-0,35

0,12.....0,35

0,12—0,35

лишенные Si, а потому их рекомендуют для ответственных свар­ных конструкций.

Низколегированные конструкционные стали обладают повы­шенными механическими свойствами и стойкостью против кор­розии при хорошей свариваемости.

В строительных конструкциях применяют марки низколегиро­ванных сталей: 15ХСНД, 10ХСНД, 10Г2СД, 15ГС, 14Г2, 09Г2С, 19Г и др. Механические свойства и химический состав низколе­гированных сталей, применяемых в отечественной практике, приведены в табл. 2.3. В последние годы получены соединения высокого качества при сварке бессемеровских сталей, а также малоуглеродистых термически обработанных сталей.

В машиностроении применяют низко- и среднелегированные закаливающиеся стали, обладающие повышенной прочностью, например, 25ХГСА, ЗОХГСА, ЗОХГСНА; высокопрочные — ВКС-1, ВЛ1Д; аустенитные нержавеющие — 1XI8H9, IXI9H9T. 1Х18Н9Ф, Х20Н12; жаростойкие, жаропрочные сплавы и т. п.

В СССР непрерывно ведутся работы по созданию высоко­прочных сталей с высоким пределом прочности и текучести.

Основным способом повышения механических и улучшения технологических свойств низколегированных сталей, указанных в табл. 2.3 и других, например, 16ГС, 15ГФ, 10Г2С1 и т. д., яв­ляется их термическая обработка — закалка с последующим от­пуском, о_т повышается при этом на 20—40%. Стоимость терми­ческой обработки 1 г стали составляет около 6—8 руб., т. е. 5—8% от стоимости горячекатаной стали.

Таким образом, термическая обработка для повышения меха­нических свойств стали более рентабельна, нежели легирование сталей со значительным содержанием дорогостоящих добавок. Экономическая эффективность применения сталей повышенной прочности, по сравнению с обычной углеродистой, например Ст. 3, определяется соотношением

t-пк ^ст у

Су ^дт пк

где С_пк и С_у —стоимость единицы веса стали повышенной прочности и углеродистой; o_TItK и (?_ту —пределы текучести соответствующих сталей. Чем меньше это отношение, тем эффективнее применение ста­лей повышенной прочности. Экономические расчеты показали, что применение сталей марок 14Г2 и 15ГС рентабельно, по сравнению со сталью Ст. 3, для растянутых, изгибаемых и для сжатых при небольшой гибкости элементов. Применение сталей 15ХСНД и 10ХСНД целесообразно главным образом для растя­нутых и сжатых при небольшой гибкости элементов, в изгибае­мых же элементах стали этих марок не всегда выгодны. Стали повышенного качества применяют в тонкостенных трубах,

13

Механические свойства и химический состав (в %) низколегированных сталей (ГОСТ 5058 —

Марка	Толщина проката. мм	Предел прочности при растя- ;ьсшщ №' кГ',мм-	Прилел Л'Г. .;;.!!-	Отпо- I'Ji'H'."!!.-y-1.1i!rii-- HHi' ''s' "	с	Si	.Mil	С г
стали
14Г	4-10	46	29	21	0,12 0,18	0,17 0,37	0,70 1,00	0,30
19Г	4-10	48	32	22	0,16-0.22	0,17-0,37	0,80 1,15	0,30
19Г2	4- 20 21-32	45 45	31 30	21 21	- 0,12	0,17-0,37	1,40-1,80	0,30
14Г2	4-10 11 32	47 46	34 33	21 21	0J2- 0,18	0,17 0,37	1,20. 1,60	0,30
18Г2	8-10	52	36	21	0.14-0,20	0,25 0,55	1,20 1,60	0,30
12ГС	4—Ш	47	32	26	0,09—0,15	0,50 0,80	0,80-1,20	0,30
16ГС	4 10	50	;;з	21
	11 - 20 21-32	19 43	32 3,0	21 21	0,12 ■■ 0,18	. 0,40 0,70	0.90 -1,20	0,30
17ГС	4-10 11 -20	52 50	■ 35 34	25 23	0,14 0,20	0,40 0,60	1,00 1,40	0,30
09Г2С	4-10	50	35	21
	11-20 21 32	48 47	33 31	21 21	0,12	0,50-0,80	1,30-1,70	0,30
10Г2С1	4-10	52	38	21
	11-20 21—32	51 50	36 35	21 21	042	0,')0-l,20	1,30- 4,65	0,30

15ГФ		4-		-10	52
		11-		-20	52
		21-		-32	48
ИХ ГС		4-		-10	50
15ХСНД		4		10	50
;з8	21
36	21		0,12-0,18			0,17—0,37		0,90-
■л-1	21
35	22		0,11—0,16			0,40 -0,70		0,90 —
;зо	21		0,12 -0,18			0,40-0,70		0,60 •

Стали повышенной и высокой прочност

Марка стали			Химический состав		%
	С	Mn	SI	Сг	Мо
N-A—ХТРА— 80	0,10--0,20	0,6-1,0	0,50-0,90	0,45—0,55	0,15-0,2
N—А-ХТРА—ПО	0,10-0,20	0,6 -1,0	0,50 -0.У0	0,45-0,55	0,15-0,2
Т—1 Туре А	0,12-0,21	0,6-1,0	0,15-0,36	0,40-0,65	0,15-0,2
galloy—s—90	0,10-0,20	1,1-1,5	0,15-0.30		0,20—0,3
galloy ~s—110	0710- -0,20	1,1-1,5	0,15-0,30	-	0,20—0,3
Fortlwell-70	■ од	1	—	<\	'0,5

В табл. 2.4 приведены некоторые марки сталей для сварных конструкций, применяемых за рубежом, их химический состав и механические свойства. В США нередко применяют стали, у которых О-с^- 60—70 кГ/мм². Однако жесткость конструкций, изготовленных из этих сталей, понижается.

Углеродистые и низколегированные стали в зависимости от условий поставки разделяют на пять классов. К классу I отно­сится сталь Ст. Зкп (кипящая), применяемая для наименее от­ветственных конструкций. К классу V относятся стали 15ХСНД, 10Г2С1 и др., с дополнительными гарантиями ударной вязкости при 7/= — 40° С и после механического старения.

За рубежом имеют распространение сварные конструкции из термообработанных сталей. Их сваривают автоматами под флю­сом или газовой защитой высококачественными электродами при тщательно отработанном технологическом процессе. Как правило, конструкции, сваренные из термообработанных сталей, вторичной термообработке после сварки не подвергаются.

Часто для изготовления конструкций применяют алюми­ниевые сплавы. В табл. 2.5 приведены механические свой­ства этих сплавов.

Таблица 2.5 Механические свойства алюминиевых сплавов

Марка еллавз	Вид полуфабриката	Предел прочности v кГ/мм»	Относи­тельное удлине­ние й при /-10 rf, %	Предел выносли­вости 3(j лри Л'=5 ■ 10'' И Г я- 0,	Соегонние сплава
АМцМ	Листы, трубы	10--17	16-22	5.0	Мягкое
АМцП	Листы	16—22	6	6,5	Полунагар-то ванное
АМгМ	Листы, трубы	17-23	10- 18	12,0	Мягкое
АМгП	То же	21—24	4-6	12,5	Полунагар-товашюе
АМгб	Листы, профили	32	15	—	Мягкое
АВТ	Листы	18-20	16—20	—	Закаленное
Л ВТ	Профили	18	14	—	То -mq
АВТ	Трубы	2]	14	-	ь

Примечания: М — а мяском состоянии; П — в полуногартованиом; Т — н термооб-работашюм.

Алюминиевые сплавы обладают следующими физиче­скими свойствами: модуль упругости £ = 700 000 кГ/см², G=270000 кГ/см², коэффициент температурного расширения а = 24-10~⁶ град"¹ при Г = 20^Ю0°, удельный вес 7^=2,4 Г/см³.

16

Кроме стали и алюминиевых сплавов, в машиностроении и строительных конструкциях начинают широко применять ти­тановые и некоторые другие сплавы. Количество этих мате­риалов увеличивается, одновременно ведется работа по улучше­нию их свойств и удешевлению стоимости.

Ряд изделий — некоторые детали машин (кронштейны, коле­са, подшипники, рамы и т. д.), элементы строительных легких конструкций (промышленные трубопроводы, перекрытия зданий и т. п.) —изготовляют из полимеров. Эти материалы соединяют­ся между собой с помощью сварки и склеивания.