Іі. Матеріали для металевих конструкцій

Для виготовлення металевих конструкцій застосовують будівельні сталі та алюмінієві сплави.

2.1. Сталі. Склад сталей

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, незначною кількістю шкідливих домішок (які попадають з руди або утворюються в процесі виплавлення) та легуючими додатками.

Шкідливими домішками є сірка, фосфор, азот та кисень, який попадає з повітря під час виплавлення. Найбільш шкідливими є сірка та фосфор. Сірка надає сталі червоноламкості, тобто підвищує крихкість і спричиняє утворення тріщин при високій температурі (t=800…1000°С). Фосфор знижує пластичність і ударну в’язкість сталі та надає холодноламкості, тобто зумовлює утворення тріщин при низьких температурах. У зв’язку з цим вміст сірки та фосфору в сталі повинен бути обмеженим: вміст сірки – не більше 0,05%; вміст фосфору – не більше 0,04% за масою.

Легуючі додатки вводять для покращення властивостей сталі (хром, нікель, мідь, вольфрам, молібден та ін.).

Залежно від наявності легуючих додатків сталі поділяють на:

• вуглецеві сталі (без легуючих додатків);

• леговані сталі (з легуючими додатками).

Леговані сталі отримують з вуглецевих, вводячи легуючі додатки.

Вуглецеві сталі залежно від вмісту вуглецю (в % за масою) поділяють на три групи:

1. маловуглецеві (0,1…0,22% вуглецю) – використовують в будівельних конструкціях;

2. середньовуглецеві (0,25…0,5% вуглецю) – використовують в машинобудуванні;

3. багатовуглецеві (0,6…1,2% вуглецю) – використовують в інструментальній промисловості.

Маловуглецева сталь має високу пластичність, хорошу здатність до зварювання, в неї відсутні тенденції до крихкого руйнування, що в повній мірі відповідає високим вимогам до сталей будівельних конструкцій. Підвищений вміст вуглецю (2 і 3 групи) хоча і збільшує міцність сталі, але одночасно робить її крихкішою і менш здатною до зварювання. Тому в будівельних конструкціях використовується лише маловуглецева сталь.

Леговані сталі залежно від сумарного вмісту легуючих додатків (в % за масою) поділяють на три групи:

1. низьколеговані (до 2,5% легуючих додатків);

2. середньолеговані (2,6…10%);

3. високолеговані (більше 10%).

В будівельних конструкціях використовують тільки низьколеговані сталі.

Маловуглецеві та низьколеговані сталі, які використовують в будівельних конструкціях, мають загальну назву – будівельні сталі.

2.2. Класифікація сталей

Будівельні сталі класифікують за механічними властивостями, за марками, за способами виробництва, за ступенем розкислювання та іншими ознаками.

За способами виробництва сталі бувають: мартенівські; конвертерні; електросталі.

За ступенем розкислювання сталі поділяють на: киплячі (кп); спокійні (сп); напівспокійні (пс – “полуспокойные”). Після того, як сталь виплавлена, її розливають спочатку в ковші, а потім у виливниці, де процес кипіння ще деякий час продовжується. Це кипіння супроводжується бурхливим виділенням газів (кисню), внаслідок чого сталь при охолодженні стає загазованою, неоднорідною, з великою кількістю пор і шлакових включень. Така сталь називається киплячою. Внаслідок низької якості застосування киплячої сталі в МК обмежується. Якщо до розлитої в ковші сталі додати так звані розкислювачі (кремній, алюміній), то ці елементи, з’єднуючись з розчиненим в сталі киснем, зменшують його шкідливий вплив. Такий процес називається розкислюванням сталі. При розкислюванні сталь охолоджується спокійно, тому її називають спокійною. Вона має дрібнозернисту й більш однорідну структуру, краще зварюється, чинить опір динамічним навантаженням та крихкому руйнуванню, але стає дорожчою приблизно на 12%. Проміжне положення за властивостями та вартістю між спокійною та киплячою сталлю займає напівспокійна сталь, в яку додають менше розкислювачів.

Маловуглецева сталь випускається спокійною, напівспокійною та киплячою; низьколеговані – в основному спокійною (окремі марки – напівспокійною).

Різноманітність сталей пояснює їх різну міцність За міцністю будівельні сталі поділяють на три групи:

1) звичайної міцності з межею текучості _у  285 МПа (маловуглецеві сталі); 2) підвищеної міцності з _у=265...390 МПа; 3) високої міцності з _у  400 МПа (низьколеговані сталі).

Маловуглецеві сталі залежно від призначення поділяють на три групи постачання:

група А – виробником гарантуються лише механічні властивості;

група Б – виробником гарантується лише хімічний склад;

група В – виробником гарантуються механічні властивості та хімічний склад сталі.

Для несучих МК використовують тільки сталь групи В. Для нерозрахункових зварних елементів можна застосовувати сталь групи Б, оскільки на здатність сталі до зварювання впливає її хімічний склад.

Низьколеговані сталі поставляють лише за групою В.