Стали для строительных конструкций и сооружений должны иметь определенное сочетание прочностных и пластических свойств, высокие показатели ударной вяз-

кости, сопротивления усталости и коррозионной стойкости, обладать хорошей свариваемостью, иметь низкую температуру перехода в хрупкое состояние.

Температурный уровень порога хладноломкости определяет не только поведение

металла во время работы агрегатов в условиях Крайнего Севера, но и надежность работы конструкций в обычных условиях (при комнатной и близких к ней температурах). К конструкциям, подвергающимся в процессе эксплуатации воздействию циклически изменяющихся нагрузок, предъявляются повышенные требования по сопротивлению усталости. Повышенное сопротивление усталости важно еще и потому, что с ростом характеристик прочности стали ее чувствительность к концентраторам напряжений увеличивается.

Одним из серьезных технологических требований, предъявляемых к материалу для строительных металлических конструкций, является свариваемость. Свариваемость стали существенно зависит от ее химического состава. Отрицательное влияние на свариваемость оказывает углерод. Поэтому содержание углерода в этих сталях не должно превышать 0,2%. Влияние других элементов, входящих в состав стали, на ее свариваемость удобно оценивать с помощью условного показателя - углеродного эквивалента:

Сэкв-С + -+ 24 + 40

Мо К Си Р

+ -+ ir + lF + T + °°

где С, Мп, Si, Ni, Сг, Мо, V, Си, Р - содержание соответствующих элементов в стали, %-/Т - толщина металла.

Углеродный эквивалент позволяет в первом приближении распределить стали по группам с учетом их свариваемости. Стали, углеродный эквивалент которых не превышает 0,25%, относятся к группе свариваемых без всяких ограничений. При больших величинах Сэкв следует производить дополнительную оценку свариваемости стали для определения оптимальных условий сварки. В высокопрочных низколегированных сталях Сэкв может изменяться в пределах от 0,1 до 1%. Как правило, определение углеродного эквивалента используют для оценки общей свариваемости стали в сочетании с такими, более конкретными показателями свойств сварного соединения, как чувствительность к образованию трещин, пластичность, хладостойкость околошовной зоны, склонность стали к разупрочнению при сварке.

Немаловажная роль при изготовлении металлических конструкций принадлежит и таким технологическим свойствам стали, как способность к резке, правке, гибке, изготовлению отверстий без появления трещин и надрывов.

Получить комплекс свойств стали, удовлетворяющий перечисленным требованиям, не так просто вследствие того, что:

1) отношение предела текучести к временному сопротивлению разрыву с повышением характеристик прочности увеличивается, а значит, надежность сварной конструкции понижается;

2) при повышении прочности обычно уменьшается пластичность, а следовательно.

и способность материала к холодной деформации;

3) рост характеристик прочности вызывает снижение ударной вязкости, а следовательно, и надежности конструкции (увеличивает склонность к хрупкому разрушению);

4) повышение прочности приводит к относительному снижению сопротивления усталости конструкции.

В настоящее время разработаны стали, а также методы их упрочняющей обработки и сварки, обеспечивающие удовлетворительную конструктивную прочность металлических конструкций. Повышению надежности металлических конструкций способствовало и создание более совершенных методов их расчета на прочность, учитывающих влияние низких температур, концентраторов напряжений, остаточных напряжений, деформаций и др.

2. Углеродистые стали

Из углеродистых сталей для изготовления строительных конструкций наиболее часто применяют углеродистые стали обыкновенного качества. Их химический состав и механические свойства регламентируются ГОСТ 380-71. Поставляют сталь этого типа в виде сортового проката (ГОСТ 2590-

71, ГОСТ 2591-71), уголков (ГОСТ 8509-

72, ГОСТ 8510-72), швеллеров (ГОСТ 8240-72), балок двутавровых (ГО(:Т8239- 72), листа тонкого (ГОСТ 19903-74), листа толстого (ГОСТ 19903-74), полосы (ГОСТ 103-67), ленты (ГОСТ 6009-74), фасонного проката (ГОСТ 19771-74, ГОСТ 8278-75, ГОСТ 8281-69, ГОСТ 8282-76, ГОСТ 8283-67), арматуры для железобетонных конструкций (ГОСТ 5781-75), труб (ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 10705-63, ГОСТ 10706-63), профилей для вагоностроения (ГОСТ 5267--63).

В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик сталь обыкновенного качества поставляют по одной из трех групп: А, Б или В. Сталь группы А применяют в том случае, если изделия у потребителя не подвергают тепловой обработке (ковке, штамповке, термической обработке, сварке и др.). При этом изделия сохраняют свойства, полученные у поставщика. При поставке стали по группе А регламентируются механические свойства; химический состав не регламентируется, но указывается в сертификате. Сталь группы Б у потребителя подвергают горячей обработке; при этом механические свойства изделий меняются. Режимы обработки и уровень получаемых свойств зависят от химического состава стали. Поэтому при поставке стали по группе Б регламентируют ее* химический состав. В том случае, если при изготовлении конструкций и деталей машин применяют сварку, поставщик гарантирует потребителю и химический состав, и механические свойства стали (группа В). Это связано с тем, что для назначения режима сварки нужно знать химический состав стали; свойства участков вне зоны термического влияния сварки сохраняются на уровне, достигнутом у поставщика.

В зависимости от степени раскисления сталь каждой группы изготавливают кипя-

Т а б л и ц а IV.I

Нормируемые показатели для углеродистой стали обыкновенного качества

Примечания: I. Для стали марки БСтО нормируется только содержание углерода, фосфора и серы.

2. Для стали марки СтО изгиб в холодном состоянии не нормируется.

3. Сталь категорий 3-6 выпускается полуспокойной и спокойной. Допускается изготовление кипящей стали марок ВСтЗ и ВСт4 категории 3; при этом нормы ударной вязкости при температуре --20 С принимаются такими же, как для спокойной и полуспокойной сталц марок ВСтЗ и ВСт4.

4. Знаком <+ обозначены нормируемые показатели, знаком - - ненормируемые.

Таблица IV.2

Химический состав, % стали группы Б по планочному анализу

БСтО <0,23 - ~

БСт1кп 0,06-0,12 <0,05 0,25-0,50

БСт1пс 0,05-0,17 0,25-0,50

БСт1сп 0,12-0,30 0,25-0,50

БСт1Гпс <0,15 0,7-1,1

БСт2кп 0,09-0,15 <0,07 0,25-0,50

БСт2пс 0,05-0,17 0,25-0,50

БСт2сп 0,12-0,30 0,25-0,50

БСт2Гпс <0,15 0,7-1,1

БСтгЗкп 0,14-0,22 <0,07 0,3-0,6

БСтгЗпс 0,05-0,17 0,4-0,65

БСтгЗсп 0,12-0,30 0,4-0,65

БСтЗГпс <0,15 0,8-1,1

БСт4кп 0,18-0,27 <0,07 0,4-0,7

БСт4пс 0,05-0,17 0,4-0,7

БСт4сп 0,12-0,30 0,4-0,7

БСт4Гпс <0,15 0,8-1,2

БСтбпс 0,28-0,37 0,05-0,17 0,5-0,8

БСтбсп 0,28-0,37 0,15-0,35 0,5-0,8

БСтбГпс 0,2?-0,30 <0,15 0,8-1,2

БСтбпс 0,38-0,49 0,05-0,17 0,5-0,8

БСтбсп I I 0,15-0,35 0,5-0,8

примечания: 1. В стали БСтО не должно быть более 0,07% Р и 0,06% S; в остальных сталях - не более 0,04% Р и 0,05% S.

2. Содержание хрома, никеля и меди во всех сталях, кроме БСтО, не должно превышать 0,3% каждого; содержание мышьяка не должно превышать 0,08%; содержание хрома никеля, меди и мышьяка в стали БСтО не регламентируется.

щей (кп), полуспокойной (пс) и спокойной (сп). в зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы подразделяют на категории (табл. IV.1): группа А -категории 1-3; группа Б - категории 1,2; группа В -категории 1-6.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. IV.2. По химическому составу сталь группы В должна соответствовать маркам, указанным для группы Б, за исключением нижнего предела по содержанию углерода. Отклонение от нижнего предела по содержанию углерода не является браковочным признаком. Верхний предел содержания марганца допускается на 0,2% выше приведенного в табл. IV.2 для всех марок стали, кроме марок ВСт1Гпс, ВСт2Гпс, ВСтЗГпс, ВСт4Гпс и ВСтбГпс. В стали марки ВСтЗсп категорий 4-б, раскисленной алюминием, остаточное количество алюминия должно быть не меньше 0,02%.

Из сталей, приведенных в табл. IV.2, стали марок Ст5 и Стб для изготовления металл лических конструкций применяют редко.

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А при испытании на растяжение и изгиб приведены в табл. IV.3, в которую также включены расчетные наиболее вероятные значения предела выносливости o-i, вычисленные по ав и ат по формулам: a i = 0,29 ав-Ь7,92; а-1=:0,45ат+9,54.

В табл. IV.4 указана ударная вязкость некоторых марок углеродистой стали обыкновенного качества при испытаниях в различных условиях, а в табл. IV.5 - влияние температуры испытания на механические