3.2.3 Строительные стали Требования, предъявляемые к строительным сталям
К строительным сталям относятся малоуглеродистые конструкционные стали, применяемые для изготовления металлических конструкций и сооружений (конструкций зданий, железнодорожных вагонов, мостов и мостовых кранов, корпусов судов, труб для магистральных трубопроводов, резервуаров и т.п.), а также для изготовления арматуры железобетона.
Основными требованиями к этим сталям являются повышенные прочностные характеристики (главный показатель – предел текучести), достаточная пластичность, высокая вязкость и малая склонность к хрупким разрушениям (низкий порог хладноломкости), коррозионная стойкость во влажной атмосфере, а также хорошие технологические свойства: свариваемость, обрабатываемость резанием, способность к гибке и правке и т.д.
Одним из главных технологических требований является свариваемость, т.к. строительные конструкции сварные. При сварке в околошовной зоне не должны образовываться холодные трещины, вызванные появлением крупнокристаллического мартенсита с высокой твердостью, но низкой вязкостью и пластичностью, что часто приводит к разрушению конструкций от сварочных напряжений. Вероятность возникновения закалочных структур и хрупких трещин тем больше, чем больше в стали содержание углерода и легирующих элементов, т.е. чем ниже температура γ→α превращения.
О свариваемости стали судят, прежде всего, по суммарному содержанию углерода и легирующих элементов, приводимому к эквивалентному действию углерода – углеродному эквиваленту.
Сэкв= С
,
где C,Mn,Si,Ni,Cu,V,P,Mo– массовое содержание соответствующих элементов в стали, %.
Сталь хорошо сваривается, если Сэкв≤ 0,45 – 0,48. Кроме того, нужно учитывать, что углерод повышает порог хладноломкости, а введение повышенного количества легирующих элементов значительно удорожает сталь. Поэтому строительные стали – это малоуглеродистые низколегированные стали (суммарное количество легирующих элементов, как правило, не превышает 2,5 %).
Строительные стали подразделяют по категориям прочности на классы. Согласно ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций» классификация основана на минимально гарантированном значении предела текучести. Приняты следующие классы: С235, С245, С255, С275, С285, С315, С345, С375, С390, С440, С590.
К сталям обычной (нормальной) прочности можно отнести стали классов С235–С285, к сталям повышенной прочности – стали классов С315–С375, к сталям высокой прочности – стали классов С390–С590.
Предел текучести является основной расчетной характеристикой при проектировании металлоконструкций и сооружений. От его значения зависит сечение элементов конструкций, а, следовательно, их масса.
Не менее важным критерием, определяющим эксплуатационную надежность строительных конструкций, является их склонность к хрупким разрушениям, наиболее часто характеризуемая температурой перехода из вязкого в хрупкое состояние (порогом хладноломкости). Этот критерий определяет не только надежность конструкции при эксплуатации в условиях отрицательных климатических температур, но он также показывает запас вязкости конструкции, работающей при комнатной или близкой к ней температуре. По хладостойкости строительные стали делят на стали без гарантированной хладостойкости, стали хладостойкие до –40 ºС и стали для металлоконструкций, эксплуатируемых ниже –40 ºС (стали «северного исполнения»).