Обозначения сталей. Обозначения сталей Обозначение сталей

• Название: Обозначения сталей Обозначение сталей
• Дата: 20.09.2021
• Размер: 57.22 Kb.
• Имя файла: Обозначения сталей.docx
• Тип: Документы; #234408

Обозначения сталей

Обозначение сталей

В настоящее время основным стандартом является ГОСТ 27772-2015 Прокат для строительных стальных конструкций, в соответствии с которым стали различают по классам прочности: от С235 до С590 (С – сталь строительная; 235-590 – гарантируемое значение предела текучести RyRy в МПа). 

Химический состав и механические свойства сталей в зависимости от класса приведены в ГОСТ 27772-2015.

Также изготавливаются стали по ГОСТ 380-2005, ГОСТ 1050-2013, ГОСТ 19281-89, ГОСТ 4543-2016, которые могут применяться как в строительстве, так и в других областях промышленности. По этим нормативным документам стали обозначаются марками. 

В соответствии с ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества марка углеродистых сталей включает в себя информацию о стали, например,

В Ст 3 пс 5 – 1,

где буквы и цифры обозначают следующее:

• 
  первая буква (В) – группа поставки,
  
• 
  вторые буквы (Ст) – сталь,
  
• 
  первая цифра(3) – условный номер марки в зависимости от химического состава,
  
• 
  буквы между цифрами(пс) – способ выплавки (пс – полуспокойная, сп – спокойная, кп – кипящая),
  
• 
  предпоследняя цифра (5)– категория по ударной вязкости (определяет пластические свойства стали),
  
• 
  последняя цифра (1) – группа прочности (1 или 2).
  

По ГОСТ 1050-2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей марка сталей обычно включает только номер стали и степень раскисления, например Ст10сп. Сталь может обозначаться без букв Ст, например, 08кп, также может не указываться степень раскисления, например, Ст20.

По ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности и ГОСТ 4543-2016 Металлопродукция из конструкционной легированной стали марка легированной стали включает в себя информацию о химическом составе, например,

15 ХГ2 С Ф М Р,

• 
  первые цифры (15) показывают содержание углерода в сотых долях процента;
  
• 
  буквы показывают наличие легирующих элементов (например, Х – хром; Н – никель; Ф – ванадий; Г – марганец; Д – медь; С – кремний; М – молибден; Р – бор, Ю – алюминий, А – азот);
  
• 
  цифры после букв обозначают содержание элементов в процентах.
  

Если цифр после буквы нет, то содержание этого элемента составляет в пределах 0,3 – 1 %, а если содержание легирующего элемента менее 0,3 %, то элемент в обозначение не вводится.

Примеры марок легированных сталей: 09Г2С, 15ХСНД, 07Х3ГНМЮА, 15ХА, 40Х

Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемые.

Сортамент стальных конструкций

Сортамент стальных конструкций

Металлические конструкции формируются из профилей различной формы, которые изготавливаются на металлургических заводах. Каталоги поставляемых заводами листов и профилей с указанием их формы, размеров, геометрических характеристик, веса называют сортаментом.

В стальных конструкциях применяется листовая и профильная прокатная сталь. 



Листовая сталь

Профильная сталь разделяется на сортовую (круг, квадрат, полоса, уголки) и фасонную (двутавры, швеллеры и др.)



Сортовая сталь



Фасонная сталь

Кроме того, широкое применение имеет сортамент вторичных профилей: сварных (из отдельных листов или полос, соединенных сваркой) и гнутых (холодная гибка стальных листов или полос).



Сварные двутавры



Клепаные профили



Гнутые швеллеры



Гнутосварные замкнутые профили (квадратные и прямоугольные трубы)

На каждый вид прокатных листов и профилей разработаны ГОСТы, в которых указаны требования к их размерам и качеству и для профильных сечений в табличной форме приведены геометрические характеристики поперечных сечений. Эти таблицы называются сортаменты.
Сортаменты по действующим ГОСТам для некоторых видов стального проката приведены в Справочных материалах.

Механические свойства стали

Механические свойства стали

Наиболее важными для работы конструкций являются механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к хрупкому разрушению, твердость, а также свариваемость и другие.

Прочность характеризует способность материала сопротивляться внешним воздействиям без разрушения.

Упругость – свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузок.

Пластичность – свойство материала сохранять несущую способность в процессе деформирования.

Хрупкость – склонность материала к разрушению при малых деформациях.

Ползучесть – свойство материала непрерывно деформироваться во времени без увеличения нагрузки.

Твердость – свойство поверхностного слоя металла сопротивляться деформации или разрушению при внедрении в него более твердого тела.

Характеристики прочности, упругости, пластичности

 Характеристики прочности стали

Диаграмма работы стали на растяжение

 Прочность стали при статическом нагружении и ее упругие и пластические свойства определяются испытанием стандартных образцов на растяжение. В результате испытаний получают диаграмму деформирования стали (см. рисунок). Диаграмма выражает зависимость σσ от εε.

Относительное удлинение εε – отношение приращения длины образца после разрыва к его исходной длине. Нормальное напряжение σσ – отношение нагрузки к первоначальной площади поперечного сечения образца.

ε=Δll0ε=Δll0   и   σ=NAσ=NA 

Основными прочностными характеристиками металла являются следующие показатели.

Предел текучести σyσy – напряжение, при котором деформации образца увеличиваются без увеличения нагрузки и образуется площадка текучести – металл «течет». Определяется предел текучести как напряжение, при котором остаточное относительное удлинение составляет εε = 0,2 %. Для высокопрочных сталей, не имеющих площадки текучести, определяют условный предел текучести σ02σ02 – напряжение, при котором остаточное относительное удлинение также составляет εε = 0,2 %.

Временное сопротивление (предел прочности) σuσu  характеризует собой условное напряжение разрыва растянутого образца. σuσu – предельная разрушающая нагрузка, отнесенная к первоначальной площади образца.

Характеристики упругости

Упругие свойства материала характеризуются модулем упругости I рода E=tgαE=tgα, где αα – угол наклона линии деформирования к оси εε. Также упругость характеризуется величинами σeσe и σpσp – пределами упругости и пропорциональности соответственно. Предел упругости σeσe – максимальное напряжение, при котором после снятия нагрузки остаточные деформации отсутствуют. Предел пропорциональности – напряжение, до которого материал работает линейно по закону Гука.

σ=εEσ=εE

Величины σeσe и σpσp являются в некоторой степени условными напряжениями, значения которых зависят от точности определения. Предел пропорциональности определяется как напряжение, при котором модуль упругости E=tgαE=tgα уменьшается в 1,5 раза, а предел упругости – напряжением, при котором остаточные относительные деформации составляют 0,05%.

 Характеристики пластичности

Ударная вязкость atнaнt – работа, затраченная на разрушение специального образца ударным изгибом. Ударная вязкость характеризует склонность стали к переходу в хрупкое состояние. Испытания на ударную вязкость могут проводиться при tt = 20ºC, ( t \) = –20ºC, ( t \) = –40ºC; чем ниже температура, тем ниже величина ударной вязкости.



Загиб в холодном состоянии на 180º.

Это испытание характеризует пластичность стали и ее склонность к трещинообразованию.



Испытание стали за загиб в холодном состоянии на 180º

Более подробно об характеристиках стали и их определении можно почитать в следующей учебной литературе:

1. Кудишин Ю. И., Беленя Е. И., Игнатьева В. С. Металлические конструкции. Общий курс / под общей ред. Ю. И. Кудишина. – М. : Академия, 2010. (раздел "1.1. Требуемые свойства металлов и методы их оценки", страницы 29-34)

2. Металлические конструкции: учеб. для строит. вузов: в 3 т. Т.1 Элементы конструкций / В. В. Горев [и др.]; под ред. В. В. Горева. М. : Высшая школа, 2001. (раздел "2.1. Общая характеристика сталей", страницы 29-37)

Факторы, влияющие на свойства стали

Факторы, влияющие на работу стали

1.    Неравномерное распределение напряжений, концентрация напряжений

При растяжении гладкого образца правильной формы напряжения во всех сечениях распределяются равномерно и траектории главных напряжений прямолинейны.

 

Концентрация напряжений

 В местах искажения сечения (возле отверстий, выточек, надрезов, трещин и т.д.) линии главных напряжений искривляются и, обтекая границы «препятствия», сгущаются. Неравномерность распределения напряжений характеризуется коэффициентом концентрации напряжений k

k=σmaxσ0,k=σmaxσ0,

где σmaxσmax – максимальное напряжение в месте концентрации,

σ0σ0  – номинальное напряжение в ослабленном сечении (определяется в предположении равномерного распределения напряжений).

Коэффициент концентрации зависит от радиуса кривизны (остроты) отверстия, надреза. Чем меньше радиус, тем выше коэффициент концентрации.

При статических нагрузках и нормальной температуре эксплуатации концентрация напряжений существенного влияния на несущую способность не оказывает, поэтому при расчетах элементов металлических конструкций влияние концентраций напряжений на прочность не учитывают.

Влияние концентрации напряжений необходимо учитывать в конструкциях, эксплуатируемых при низких температурах, а также в конструкциях, работающих на динамические нагрузки.

 

2.    Предварительное нагружение образца, наклеп

Повторные нагружения в пределах упругих деформаций (до предела упругости) не изменяют вида работы стали; нагружение и разгрузка будут происходить по одной линии.

Если образец загрузить до пластической стадии и затем снять нагрузку, то он не вернется к первоначальному состоянию – появится остаточная деформация εостεост. При повторном нагружении после некоторого отдыха образец снова работает упруго, повторяя прямую разгрузки, но только до уровня предыдущего нагружения. То же самое будет и в том случае, если разгрузку начать после того, как будет пройдена вся площадка текучести. В этом случае при повторных нагружениях сталь не будет иметь площадки текучести. При повторном нагружении без перерыва диаграммы разгрузки и нагрузки имеют петлеобразный характер.

а) 

б)

в)

Работа стали при повторных нагрузках: а – в упругой стадии; б, в – в пластической стадии (за пределом текучести)

 Повышение упругой работы материала в результате предшествующей пластической деформации называют наклепом. При наклепе искажается атомная решетка, она закрепляется в новом деформированном состоянии. В состоянии наклепа сталь становится более жесткой, пластичность стали снижается, повышается опасность хрупкого разрушения, что неблагоприятно сказывается на работе металлических конструкций. Наклеп возникает в процессе изготовления конструкций при холодной гибке элементов, пробивке отверстий, резке ножницами.

В некоторых случаях, когда снижение пластичности не имеет большого значения, наклеп используют для повышения пределов упругой работы (например, в тонкой высокопрочной проволоке для висячих конструкций, в холоднотянутой арматурной проволоке). Повышение предела текучести допускается также учитывать при расчете гнутых профилей, где зона гиба металла получает наклеп.

 

3.    Многократное нагружение

При действии непрерывной повторной нагрузки наступает явление усталости элементов и его разрушение при напряжениях, меньших, чем предел прочности и даже предел текучести. Наступление усталости различно для мало- и низкоуглеродистых сталей и зависит от характера циклов нагрузки и их количества.

Характер цикла определяется коэффициентом асимметрииρ, определяемым через отношение наименьших напряжений к наибольшим

ρ=σminσmax,ρ=σminσmax,

Зависимость прочности образца от числа циклов носит гиперболический характер (см. рисунок) Разрушающее напряжение при явлении усталости называется пределом усталости σустσуст. (предел выносливости) – это такое напряжение, при котором образец не разрушается при каком угодно количестве циклов (см. рисунок). При напряжениях меньших, чем предел усталости, разрушение от усталости не происходит.

 

Работа стали при многократно повторяющейся нагрузке

 

Разрушение от усталости носит хрупкий характер. В течение длительного периода циклов начинают развиваться микротрещины, которые начинаются с поверхности металла, где их появлению способствуют концентраторы напряжений. После образования усталостной трещины происходит быстрое ее развитие, и металл хрупко разрушается по ослабленному трещиной сечению.

 

4.    Влияние температуры

Температура может увеличить прочность материала, но снизить пластичность.

При температуре около 250°С наблюдается местное увеличение предела прочности, при температуре 400°С резко падает упругость и прочность (примерно в два раза), при температурах близких к 600°С несущая способность практически исчерпывается. При длительном нагреве до 700°С (вишнево – красный цвет) происходит перегрев металла. При отрицательных температурах увеличивается хрупкость стали

 

5.    Старение стали

С течением времени сталь изменяется: увеличивается предел упругости, текучести и прочности, снижается относительное удлинение, уменьшается ударная вязкость, сталь становится хрупкой. Это явление называется старением. Причина старения – постепенный переход металла в более устойчивую структуру. Сталь в целом становится более прочной, но менее пластичной. Время старение весьма неопределенно. Способствуют старению механические воздействия, особенно развитие пластических деформаций, и изменение температуры, а именно, нагрев до 100-200°С. Наиболее подвержены старению кипящие стали.