7. Строительная сталь

Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций — мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т. д. Все строительные конструкции, как правило, являются сварными, и свариваемость — одно из основных свойств строительной стали. Поэтому в соответствии со сказанным в предыдущем параграфе строительная сталь — это низкоуглеродистая сталь с Повышение прочности достигается легированием обычно дешевыми элементами — марганцем и кремнием. В этом случае сталь называют низколегированной. При низком содержании углерода предел текучести возрастает до (предел прочности до а при использовании термической обработки и выше.

Простые углеродистые строительные стали поставляемые по Наиболее широко применяется сталь марки которую для сварных конструкций следует поставлять по требованиям группы В а для несварных конструкций — по группе А (гарантируется только от, который должен быть не ниже Из полученных тремя способами

Таблица 35. (см. скан) Состав и механические свойства строительных сталей

кисления сталей (спокойная, полу спокойная и кипящая) более надежна сталь спокойная, имеющая более низкий порог хладноломкости;

Сказанное выше относится к горячекатаной стали. Нормализация не отражается на прочностных свойствах, но вследствие перекристаллизации феррито-перлитная структура измельчается и порог хладноломкости понижается.

Еще в большей степени улучшаются свойства при термическом улучшении (закалка + отпуск 600-650 °С), при этом не только несколько повышается предел текучести но существенно снижается порог хладноломкости:

Таким образом, следует применять для несвариваемых конструкций (или свариваемых неответственных конструкций) — кипящую сталь, для сварных расчетных конструкций — полуспокойную или спокойную сталь. Для ответственных конструкций, а также для сооружений, работающих в условиях низких температур, следует применять нормализованную или термически улучшенную сталь.

Поскольку термической обработкой (закалка отпуск невозможно значительно повысить прочностные свойства то

в тех случаях, когда необходимо иметь более высокий предел текучести, применяют легированные стали. Эти стали обычно называют низколегированными, или строительными сталями повышенной прочности. В отличие от конструкционных легированных сталей, строительные стали повышенной прочности у потребителей не подвергаются термической обработке, т. е. структура и служебные характеристики формируются при производстве сталей.

Составы наиболее распространенных сталей этого типа приведены в табл. 35.

Приведенные стали не очень различаются по составу: все они имеют низкое содержание углерода и в качестве основного легирующего элемента — марганец поэтому и свойства их довольно близки

Структура всех сталей перлит феррит.

По надежности и положению порога хладноломкости они близки к спокойной стали марки Стали с повышенным содержанием кремния в этом отношении уступают сталям, не упрочненным кремнием.

Термическая обработка способствует снижению порога хладноломкости, и влияет на это свойство низколегированных сталей примерно так же, как и на свойства углеродистой стали марки

Кроме перечисленных в табл. 35 сталей, применяют и более прочные низколегированные стали, имеющие

Сталь имеет феррито-перлитную структуру, но с сильно измельченным зерном благодаря присутствию нитридов ванадия, что дает повышение предела текучести примерно на

Сталь Фортивелл имеет состав: Легирование молибденом и бором, замедляющими распад аустенита приводит к получению бейнитной структуры при охлаждении на воздухе. При содержании бейнитная структура имеет предел текучести при хорошей пластичности.

Строительные стали применяют главным образом в виде листов разной толщины, а также в виде сортового проката.

Наряду с упрочнением строительных материалов (низколегированных сталей) закалкой с отпуском (листов, готовых изделий, например, газопроводных труб большого диаметра) получило распространение упрочнение путем регулирования теплового и механического режима прокатки, именуемое обычно «контролируемая прокатка».

Сущность этого процесса состоит в следующем: низколегированную сталь, содержащую (оптимальный состав) небольшое количество нитридов ниобия и ванадия (типичный состав нагревают под

прокатку до высоких температур, при этом нитриды ванадия переходят в твердой раствор, а нитриды ниобия не растворяются и обеспечивают сохранение мелкого зерна. Прокатку заканчивают при низкой температуре (ниже 800 °С), что позволяет получить мелкое зерно. После фазового превращения по перлитному типу (вблизи температуры 650 °С) из феррита выделяются нитриды ванадия, упрочняя сталь.

Для контролируемой прокатки характерно резко выраженная анизотропия свойств. Свойства пластичности и вязкости поперек направления прокатки приблизительно в два раза ниже, чем вдоль, а в поперечном направлении листа пластичность почти равна нулю (отсюда образное название такого металла — металлинеская слюда).

Рис. 299. Микроструктура ударного образца, полученного контролируемой прокаткой

Несмотря на очень низкую пластичность поперек листа, а скорей всего именно поэтому сталь контролируемой прокатки обладает в двух других направлениях высокой ударной вязкостью и низким порогом хладноломкости (табл. 36). Это объясняется тем, что до возникновения магистральной трещины, идущей поперек ударного образца, он расслаивается и превращается из монолита в многослойный металл (рис. 299) (явление получило название расщепление). Естественно, что распространение магистральной трещины затруднено (она должна каждый раз зарождаться вновь, переходя от одного слоя к другому), порог лежит ниже, поскольку каждый слой разрушается самостоятельно (чем тоньше ударный образец, тем ниже лежит порог хладноломкости).

Следовательно, состав стали и технология контролируемой прокатки обеспечивают получение мелкого зерна и дисперсионного твердения. Комплекс свойств близок к тому, какой получается при термическом улучшении, однако контролируемой прокаткой это достигается более простыми средствами.

Во всех случаях (кроме термического улучшения) структура стали строительной (низколегированной) феррит перлит, однако она существенно различна (рис. 300). После прокатки сталь имеет довольно грубую феррито-перлитную структуру (рис. 300, а), резкое измельчение ее наблюдается при нормализации (рис. 300, б) и текстурованность — после контролируемой прокатки (рис. 300, в).

Таблица 36. (см. скан) Механические свойства низколегированной стали

Рис. 300. Структура строительной стали после: а — обычной прокатки; б - нормализации; в — контролируемой прокатки