Структура стали

Общая характеристика сталей.

Стали для строительных конструкций

ЭЛЕМЕНТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Глава 1 Материалы для строительных металлических конструкций. Основные свойства и работа материалов в конструкциях.

В строительстве в основном используется

- сталь;

- алюминиевые сплавы.

Сталь – сплав железа с углеродом (углерода до 2%), содержащий легирующие добавки, улучшающие качество металла, и вредные примеси, которые попадают в металл из руды или образуются в процессе выплавки.

В твердом состоянии является поликристаллическим телом, состоящим из различно ориентированных кристаллов (зерен). В каждом кристалле атомы расположены упорядоченно, в узлах пространственной решетки. Различают объемно-центрированную (ОЦК) и гранецентрированную (ГЦК) кубические кристаллические решетки.

Рисунок 1.4 стр.34 Кудишин

Каждое зерно имеет различные свойства по разным направлениям (т.е. анизотропно), но при большом числе различно ориентированных зерен свойства становятся одинаковыми по всем направлениям.

Структура стали зависит от условий кристаллизации, химического состава, режима термообработки и прокатки.

t°_плавл. чистого железа 1535°С.

При понижении температуры (твердении) меняются виды кристаллической решетки и, следовательно, свойства железа.

t°_плавл стали (Fe + 0,2%C) = 1520°С

· при остывании образуется твердый раствор углерода в железе - аустенит, в котором атомы углерода располагаются в центре ГЦК решетки

· при t ниже 910°С часть аустенита распадается на феррит (чистое железо) и углерод

· при t = 723°C образуется перлит, который является смесью феррита и карбида железа (цементита).

Феррит мягок, пластичен, предел текучести σ_y=10кН/см², предел прочности σ_u=25-30кН/см²

Цементит тверд, прочен, упруг, предел прочности σ_u=80-100кН/см²

Перлит – смесь цементита и феррита, имеет средние показатели.

Перлитный жесткий скелет, обволакивающий мягкие зерна феррита, играет роль армирующей сетки, предающей стали необходимую прочность. Такое строение стали объясняет работу стали под нагрузкой и её пластические свойства:

· упругая стадия – работа решетки из перлита

· площадка текучести – разрушение решетки из перлита и включение в работу феррита.

Величина зерен феррита и перлита зависит от числа очагов кристаллизации, условий охлаждения и влияет на механические свойства. (Чем меньше зерно, тем выше качество стали).

Классификация сталей.

1.По прочностным свойствам

· Обычной прочности (σ_y < 29 кН/см²)

· Повышенной прочности (σ_y = 29-40 кН/см²)

· Высокой прочности (σ_y ≥ 40 кН/см²)

Повышение прочности достигается легированием и термической обработкой.

2.По химическому составу.

2.1.Углеродистые (с некоторой добавкой кремния или алюминия и марганца, прочие добавки специально не вводятся)

§ Малоуглеродистые, содержание углерода 0,09-0,22%. Применяются в строительстве.

§ Среднеуглеродистые, содержание углерода 0,22-0,6%. Применяются в машиностроении.

§ Высокоуглеродистые, содержание углерода 0,6-2%. Инстументальные.

2.2.Легированные, в которых кроме железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие качество. (см. табл.)

В строительстве применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%, так как они снижают свариваемость.

3. В зависимости от вида поставки

· Горячекатаные

· Термически обработанные (нормализованные или термически улучшенные)

4. В зависимости от способа производства

· В мартеновских печах

· В конвертерах с продувкой кислородом (дешевле, свойства те же.)

· В электропечах путем электрошлакового переплава (ЭШП), отличаются высоким качеством, низким содержанием вредных примесей)

5. По степени раскисления

· Кипящие кп (не раскисленные)

· Полуспокойные пс, раскисляются кремнием Si 0,05-0,15%

· Спокойные сп, раскисляются алюминием Al (до 0.1%) или кремнием Si (0.12-0.3%)

а) Нераскисленные стали кипят при разливке в изложницы вследствие выделения газов и называются кипящими (кп), они менее однородны, загрязнены газами. При разливке в изложницы головная часть слитка получается наиболее рыхлой вследствие усадки и насыщения газами, поэтому ~ 5% головной части обрезают. Кипящие стали плохо сопротивляются хрупкому разрушению.

б) Чтобы повысить качество стали, её раскисляют добавками кремния (0,12-0,3%) или алюминия (до 0,1%), при этом образуются силикаты или алюминаты, увеличивающие число очагов кристаллизации и, следовательно, способствующие образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали не кипят, их называют спокойными (сп). От головной части слитка отрезают ~ 15%. Они однородны, лучше свариваются, лучше сопротивляются динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. На 12% дороже кипящих.

в) Полуспокойные (пс) стали раскисляются меньшим количеством кремния (0,05-0,15%), редко – алюминием. От головной части отрезают 8%. По качеству и стоимости они находятся между КП и СП.

Дата добавления: 2014-01-07