Применение стали в строительстве

«Материаловедение»

На тему: «Применение стали в строительстве».

СОДЕРЖАНИЕ.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………1

1. УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ……………………………………………...4

1.1. Сталь углеродистая обыкновенного  качества……………………….4

1.2. Сталь углеродистая качественная  конструкционная……………….6

2. ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ……………………………………………..7

          3. МАРКИРОВКА СТАЛИ……………………………………………….10

          4. ПРИМЕНЕНИЕ СТАЛИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ……………………...11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..15

          СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………...19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Металлы – наиболее распространенные и широко используемые материалы  в производстве и в быту человека. Особенно велико значение металлов в  наше время, когда большое их количество используют в машиностроительной промышленности, на транспорте, в промышленном, жилищном и дорожном строительстве, а также в других отраслях народного хозяйства.

Металлами называют вещества, характерными свойствами которых являются высокая прочность, пластичность, тепло- и электропроводность, особый блеск, называемый металлическим.

Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего  около 70 элементов).

Черные металлы представляют собой сплав железа с углеродом. Кроме того, в них могут содержаться в большем или меньшем количестве и другие химические элементы (кремний, марганец, сера, фосфор). С целью придать черным металлам специфические свойства в их состав вводят улучшающие или легирующие добавки (никель, хром, медь и др.). Черные металлы в зависимости от содержания углерода подразделяют на чугуны и стали.

Сталь - ковкий железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2%. В зависимости от способа получения стали разделяют на мартеновские, конвертерные и электростали. По химическому составу в зависимости от входящих в сплав химических элементов стали бывают углеродистые и легированные. К углеродистым сталям относят сплавы железа с углеродом и примесями марганца, кремния, серы и фосфора. Углеродистую сталь, полученную различными способами, по характеру застывания принято разделять на спокойную, полуспокойную и кипящую. Легированными называют стали, в состав которых входят легирующие добавки (никель, хром, вольфрам, молибден, медь, алюминий и др.).

 

По назначению стали  могут быть конструкционные, применяемые для изготовления различных строительных конструкций и деталей машин, специальные, характеризующиеся высокой жаро- и износостойкостью, а также коррозионной стойкостью, и инструментальные.

 

 

Классификация стали:

 

СТАЛЬ:

 

1. Углеродистая нелегированная:                                            

• Низкоуглеродистая С<0,25%

• Среднеуглеродистая C=0,25-0,6%
• Высокоуглеродистая C>0,6%

2. Легированная:

• Низколегированная C<2,5%
• Среднелегированная C=2,5-10%
• Высоколегированная C>10%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ.

Сталь углеродистая обыкновенного  качества - сплав железа с углеродом. В ее составе также присутствуют в небольшом количестве примеси: кремний, марганец, фосфор и сера, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства стали. В сталях обыкновенного качества, применяемых в строительстве, углерода содержится 0,06-0,62%. Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Повышенное содержание углерода придает стали хрупкость и твердость.

Сталь углеродистую обыкновенного  качества подразделяют на три группы: А - поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (СтО, Ст1 и др.);

Б - поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а их уровень, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСтО, БСт1 и др.);

В - поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки  при поставке делится на: горячекатаную и кованую, калиброванную, круглую со специальной отделкой поверхности - серебрянку. Наиболее широко в строительстве используют сталь марки СтЗ, которая идет на изготовление металлических конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений, опор линии электропередач, резервуаров и трубопроводов, а также арматуры железобетона.

 

1.1. Сталь углеродистая обыкновенного качества.

Решающее влияние на механические свойства в углеродистых сталях оказывает  содержание углерода. При увеличении содержания углерода повышаются прочность, твердость и износоустойчивость, но понижаются пластичность и ударная вязкость, а также ухудшается свариваемость.

Примесь фосфора вызывает хладноломкость, а примесь серы – красноломкость стали. Для различных марок стали допустимое содержание фосфора от 0,04 до 0,09 %, а серы от 0.04 до 7 %.

Вредное влияние на свойства стали  оказывает кислород: содержание его  более 0,03% вызывает старение стали, а  более 0,1 % – красноломкость. Примеси  марганца и кремния в количестве от 0,8 до 1 % практически не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей.

 В стали, предназначенной  для сварных конструкций, содержание кремния не должно превышать 0,25% (от 0,12 до 0,25 %).

Содержание азота повышает прочность  и твердость стали и снижает пластичность.

Маркировка:

При обозначении марок стали  могут быть указаны:

- группы, по которым сталь поставляется :

«А» – по механическим свойствам,

«Б» – по химическому составу,

«B» – по механическим свойствам и дополнительным требованиям по     химическому составу;

методу производства:

«М» – мартеновский,

 «Б» – бессемеровский,

«K» – кислородно-конвертерный;

- дополнительные индексы 

«сп» – спокойная сталь,

«пс» – полуспокойная сталь,

«кп» – кипящая сталь.

В группе «А» индекс «М» часто опускается, но имеется в виду сталь мартеновская, а при отсутствии индексов «сп», «пс», «кп» имеется в виду сталь спокойная.

Спокойная сталь является более  качественной, но по стоимости она  на 12 - 15 % дороже  кипящей. Полуспокойная  сталь занимает по свойствам промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью, но в результате и незначительного расхода раскислителей стоимость ее меньше, чем спокойной.

Механические характеристики стали  зависят также от формы и толщины  проката. Углеродистые стали обыкновенного качества применяют без термообработки.

1.2. Сталь углеродистая качественная конструкционная.

Качественная конструкционная  сталь выплавляется в мартеновских и электрических печах (спокойная, полуспокойная, кипящая).

В зависимости от химического состава эта сталь делится на две группы: I – с нормальным и II – с повышенным содержанием марганца.

В марке стали двузначные цифры  означают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Сталь  в соответствии с требованиями может  поставляться в термически обработанном состоянии (отожженная, нормализованная, высокоотпущенная).

Инструментальные качественные углеродистые стали предназначены для изготовления режущего, мерительного и штамповочного  инструмента небольших размеров.

Маркировка.

Марки этих сталей обозначаются буквой У и цифрой, показывающей содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8, У9,..., У13).

Высококачественные стали имеют  низкое содержание серы (до 0,02 %) и фосфора (до 0,03%), меньше неметаллических включений, обладают повышенными механическими свойствами. В обозначениях марок высококачественных сталей в отличие от качественных ставится буква А .

 

2. ЛЕГИРОВАННАЯ  СТАЛЬ.

 

При введении в углеродистые стали  специальных легирующих добавок (Cr, Mn, Ni, Si, W, Mo, Ti, Co, V и др.) достигается значительное улучшение их физико-механических свойств (например, повышение предела текучести без снижения пластичности и ударной вязкости и т.д.).

Легирующие добавки, растворяясь в железе, искажают и нарушают симметрию его кристаллической решетки, так как они имеют другие атомные размеры и строение внешних электронных оболочек. Чаще всего увеличивается карбидосодержащая фаза за счет уменьшения углерода в перлите, что соответственно увеличивает прочность стали. Многие легирующие элементы способствуют измельчению зерен феррита и перлита в стали, что значительно повышает вязкость стали.

Большое значение на практике имеет  способность большинства легирующих элементов повышать прокаливаемость стали на значительную толщину, задерживая переход аустенита в другие структуры, что создает возможность закаливать стали при умеренных скоростях охлаждения. При этом уменьшаются внутренние напряжения и снижается опасность появления закалочных трещин.

Согласно существующим стандартам легированные стали классифицируют по назначению, химическому составу и микроструктуре.

По назначению легированные стали разделяют на три класса:

- конструкционные (машиноподелочные и строительные),

- инструментальные,

- стали с особыми физико-химическими свойствами.

Маркировка.

Для обозначения марок сталей принята буквенно-цифровая система.

Легирующие элементы обозначаются буквами:

С – кремний, Г – марганец, X – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Р – бор, Т – титан, Ю – алюминий, Ф – ванадий, Ц – цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт, П – фосфор и т.д.

Цифры, стоящие перед буквами, показывают содержание углерода в конструкционных  сталях в сотых долях процента, в инструментальных - в десятых  долях процента.

Цифры, стоящие за буквами, показывают содержание легирующих элементов в процентах. Если содержание элементов не превышает 1,5 %, то цифры не ставят.

Буква А, стоящая в конце марки, означает, что сталь высококачественная. Например, сталь марки 35ХНЗМА – высококачественная, содержащая 0,35 % С, 1 % Сг, 3 % Ni, 1 % Mo.

По химическому  составу легированные стали делят на три класса: 

- низколегированные с общим содержанием легирующих элементов до      2,5%

- среднелегированные – от 2,5 до 10%

- высоколегированные, содержащие от 10 до 50% таких элементов, например нержавеющая сталь (1Х18Н9).

Низколегированные стали  наиболее часто применяют в строительстве. Содержание углерода в низколегированных  сталях не должно превышать 0,2%, при  большем количестве понижаются пластичность и коррозионная стойкость, а также ухудшается свариваемость стали.

 Легирующие добавки влияют  на свойства стали следующим  образом: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь - стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и т. д.

  Среднелегированные  и высоколегированные стали используются  в строительстве для изготовления  тех конструкций, которым необходимо обеспечить высокую коррозионную стойкость.

К высоколегированным относят:

I) коррозионностойкие (нержавеющие)  стали и сплавы, обладающие

стойкостью против электрохимической  и химической коррозии;

межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

II) жаростойкие (окалиностойкие) стали  и сплавы, обладающие

стойкостью против химического  разрушения в газовых средах при

температуре выше 50°С, работающие в  ненагруженном и

слабонагруженном состоянии;

III) жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.