Исходя из чего производится подбор марки стали?

Стали: виды, характеристики и маркировка. Как выбрать качественные стали

Из-за разнообразия свойств и востребованности материала выделено более пяти классификаций. Рассмотрим три основных: по качеству, назначению, составу.

О качестве стальных сплавов

Добавление легирующих веществ, использование разных методов обработки изменяют свойства сплава, придают ему нужные характеристики. В результате получаются качественные стали повышенной прочности, ковкости, коррозионной устойчивости, вязкости, жаростойкости.

Качество – это комплекс свойств, получаемый в результате выбранного метода производства. Сплав оценивают по механическим, технологическим характеристикам, строению, составу (доли углерода, содержания вредных, полезных примесей).

Различают четыре группы:

Самые «чистые» сплавы содержат меньше 0,015% серы, 0,025% фосфора. Их изготавливают в электропечах, легируют. Использование для массового производства ограничено дороговизной, сложностью процесса получения. Для решения большинства задач машино- и приборостроения проще купить инструментальные или конструкционные качественные стали. Они имеют достаточную прочность, пластичность, невысокую стоимость.

Деление сталей по химическому составу

Любой стальной сплав состоит преимущественно из железа, небольшого количества углерода, а также разных по составу и концентрации примесей (марганец, кремний, сера, фосфор, кислород, несвязанный азот). Железо делает материал пластичным, вязким, углерод – твердым, прочным. Примеси могут быть полезными (легирующие добавки) или вредными. Одни появляются в результате обработки материала, другие – специально добавляются для получения заданных параметров.

Классификация

По содержанию углерода

● Высокоуглеродистые (от 0,6 до 2%);

● Среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,55%);

● Низкоуглеродистые (0,25% и менее).

Больше углерода в составе – выше прочность, но хуже теплопроводность, свариваемость, обрабатываемость резанием, давлением. Легко разрезаются сплавы с 0,3-0,4% С. Для холодной штамповки лучше всего подходят 0,1%-е.

Качественные углеродистые стали могут иметь недостаточную прочность или стойкость к неблагоприятным условиям эксплуатации. Сплавы легируются с целью улучшить свойства материала, сделать его подходящим для выполнения определенной задачи. Используются хром, никель, кремний, марганец, титан, ванадий, вольфрам, молибден. Добавки могут включаться по одной или несколько, в разных соотношениях. По доле легирующих материалов различают:

● Высоколегированные (до 50% от общего состава);

● Среднелегированные (4 – 11%);

● Низколегированные (до 4%).

Виды стали по назначению

Область применения стального сплава зависит от его состава и свойств. Есть универсальные материалы, используемые в разных отраслях промышленности, и узкоспециализированные – для конкретных задач.

По назначению выделяют три категории:

1. Конструкционные – рессорно-пружинные, улучшаемые, цементуемые или высокопрочные сплавы, которые применяются в строительстве, приборо-, машиностроении .

2. Инструментальные – углеродистые или легированные для изготовления измерительного, ударного, режущего инструмента; горячего, холодного штампования.

3. Специальные – коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, электротехнические (в основном, это качественные конструкционные стали с легирующими добавками).

Как ставится маркировка

Общемировой маркировочной системы нет. В нашей стране используются буквы, обозначающие входящие в состав элементы (способ раскисления, качество или назначение) и цифры, отражающие их процентное содержание.

Нелегированные конструкционные сплавы маркируются «Ст». Для материалов обычного качества далее идут числа, показывающие количество углерода в десятых долях %, для качественных – в сотых. Степень раскисления обозначается «КП», «ПС», «СП» (кипящие, полуспокойные, спокойные стали, соответственно).

По букве «У» в начале названия можно определить нелегированный инструментальный сплав. Далее цифрами указывается, сколько в составе углерода. «А» в конце марки ставится, если сталь высококачественная.

Марки конструкционных сталей с легированием содержат специальные буквенные эквиваленты добавленных элементов. Инструментальные обозначаются аналогично.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. «Рекомендации» разработаны в развитие главы СНиП II-23-81 «Стальные конструкции» и распространяются на строительные металлоконструкции промышленных зданий и сооружений.

1.2. В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации, все строительные металлоконструкции подразделяются на четыре группы, при этом некоторые конструкции доменных комплексов и резервуаров, эксплуатируемых в особых условиях, выделены в отдельные подгруппы.

Примерный перечень элементов конструкций, входящих в каждую группу, приведен в табл. 1.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ
групп конструкций в зависимости от требований к надежности и характера силовых воздействий

Подкрановые балки, подкраново-подстропильные и подкрановые фермы, включая элементы решетки и фасонки ферм, опорные ребра

Тормозные балки, тормозные фермы, вертикальные фермы, детали крепления к колоннам, диафрагмы и ребра жесткости

Вспомогательные горизонтальные связевые фермы, упоры

Детали крепления рельс

Колонны зданий и открытых крановых эстакад. Стойки рабочих и технологических площадок

Основные сечения колонн, решетка колонн, опорные плиты, подкрановые траверсы, траверсы баз колонн. Вертикальные связи по колоннам

Ребра жесткости и диафрагмы колонн, элементы решетки двухплоскостных связей.

Вертикальные связи с напряжением менее 0,4 расчетного сопротивления

Фермы и ригели рам покрытий, подвергающиеся непосредственному воздействию подвижных динамических или вибрационных нагрузок от технологического или транспортного оборудования (см. примечания).

Узловые фасонки для всех ферм

Фермы и ригели рам покрытий при статической нагрузке, продольные фермы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м

Фонари при шаге стропильных ферм 6 м и прочие элементы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м, щиты кровли, прогоны

Горизонтальные торцевые связи по кровле и продольные связи при шаге колонн больше шага стропильных ферм

Прочие горизонтальные и вертикальные связи по конструкциям покрытий

Монорельсовые пути и пути подвесных кран-балок

Балки путей подвесного транспорта под электрические тали и кран-балки, кроме ремонтных

То же, ремонтные и ручные

Перекидные балки для крепления путей подвесного транспорта

Рабочие площадки при наличии подвижного транспорта

Балки рабочих площадок под жел. дорожный подвижной состав, опорные ребра балок

Балки рабочих площадок при наличии автопогрузчиков и другого транспорта, опорные ребра балок

Металлический настил, включенный в общую работу балок на изгиб

Ребра жесткости настила

Ребра жесткости балок

Конструкции технологических площадок и перекрытий

Балки и ригели рам перекрытий при воздействии динамических и вибрационных нагрузок

Главные балки и ригели рам перекрытий при статической нагрузке

Второстепенные сварные балки при динамической нагрузке

Второстепенные сварные балки при статической нагрузке

Настил перекрытий и ребра настила

Ребра жесткости балок

Вспомогательные площадки, лестницы

Площадки светильников, посадочные площадки на краны, пешеходные площадки, лестницы. Ограждения площадок

а) Бункерные балки и параболические бункеры

б) Стенки и ребра жесткости бункеров, кроме оговоренных в пункте 8а

Стойки, торцевые ветровые площадки и фермы

Ригели и прочие элементы фахверка

Ригели под кирпичные стены и над воротами

Примечания : 1. К конструкциям, подвергающимся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок, относятся конструкции либо их элементы, подлежащие расчету на выносливость или рассчитываемые с учетом коэффициента динамичности.

2. Элементы стыков и креплений, а также опорных ребер ферм, балок и ригелей рам относятся к группе основного элемента конструкций.

3. Элементы конструкций 1а болтовых соединениях, при отсутствии сварки, могут приниматься на одну группу ниже.

Доменный комплекс. Листовые конструкции

Кожух доменной печи и воздухонагревателей, воздуховоды горячего и холодного дутья

Кожухи пылеуловителя, скрубберов электрофильтров, циклонов и водоотделителей, газопровод грязного газа. Оперные узлы, ребра жесткости, разъединительные стенки и патрубки сосудов. Прочие газовоздухопроводы, работающие с внутренним давлением 0,7 и более кгс/см 2 (кроме указанных выше)

Трубы взятия печи на тягу, цилиндрический ствол лифта, газовоздухопроводы с внутренним давлением от 0,2 до 0,7 кгс/см 2 (кроме указанных выше в группе 1a; 1), бункера

Газопроводы, работающие о внутренним давлением до 0,2 кгс/см 2 и воздухопроводы, работающие с внутренним давлением от 0,1 до 0,2 кгс/см 2

Воздухопроводы, работающие с внутренним давлением до 0,1 кгс/см 2

Балки рабочих площадок под подвижной жел. дорожн. состав. Опорные пилоны наклонного моста, подбалансирные балки, рамы колошникового устройства печи, монтажная балка с опорой, балка колошниковой площадки, конвейерная галерея шихтоподачи с опорами,, балки под грохоты бункерной эстакады, балки для подвески воздухопровода горячего дутья

Решетчатый ствол лифта, опора трубы взятия печи на тягу, приемная воронка колошника, копер пылеуловителя, несущие конструкции подбункерного здания, рамы литейного двора, здание воздухонагревателе,. и колошникового подъемника, колонны печи, опоры сосудов (пылеуловителя, скруббера и др.)

Каркас шахты лестниц, электрокабельные шахты, галереи и мосты для технологического оборудования

Резервуары я газгольдеры емкостью менее 10000 м3 и более

Стенки и окрайки днищ резервуаров, кольца жесткости, плавающие крыши и понтоны, центральная часть днищ резервуаров всех емкостей покрытий резервуаров

Стенки и окрайки днищ, узловые фасонки покрытий всех резервуаров

Резервуары и газгольдеры сферические

Оболочки резервуаров и газгольдеров Опорные конструкции

Внутренние корпуса резервуаров для жидкого аммиака, сжиженных углеводородных газов и пропана при температуре хранения до -50 °С

То же, для жидкого этилена при температуре хранения -104 °С

То же, для сжиженного природного газа и метана при температуре хранения до -160 °С

То же, для жидкого кислорода (азота) при температуре хранения -196 °С

Антенные сооружения связи

Элементы (механические детали) оттяжек мачт и антенных полотен, детали крепления оттяжек к фундаментам и стволам стальных опор, непосредственно воспринимающие динамические нагрузки

Статические неопределимые комбинированные конструкции опор (мачто-башенные) и опора с антенными вантовыми устройствами

Стволы мачт и башен, конструкции консолей, площадок, балок и др. под стационарное технологическое оборудование, не подвигающиеся динамической или вибрационной нагрузке

Пролетные строения балочных и оболочечных транспортерных галерей с опорами и промежуточными ребрами. Несущие балки под конвейера, подвергающиеся непосредственному воздействию динамических и вибрационных нагрузок, фасонки ферм

Читайте также  На что влияет содержание углерода в стали?

Опора решетчатые, рамные плоские и пространственные, вертикальные связи по колоннам

Ребра жесткости балочных пролетных строений, связи по верхним и нижним поясам балочных пролетных строений

Пояса и решетки башни, узловые фасонки

Балки площадок, диафрагмы, стальной газоотводящий ствол

Каркас газоотводящего ствола

Дымовые трубы: свободно стоящие с оттяжками

Стальная оболочка трубы

Площадки и ребра жесткости опорные кольца

Стальная оболочка трубы, ребра жесткости площадки

Пояса решетчатых башен, кольца жесткости, связи

Фахверк, вспомогательные площадки, обшивка градирен

Пояса башни и решетка, диафрагмы, балки площадок

Надшахтные башенные копры станковой системы

Шахтная рама, подшкивные балки и фермы, узловые фасонки бункерные балки разгруз. кривые

Рабочая площадка, станок копра, балки покрытий и перекрытий

Силосы различного назначения

Стальная оболочка, ребра жесткости, площадки

2. ВЫБОР МАРОК СТАЛИ ДЛЯ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Выбор марок стали для сортового, фасонного проката, широкополосной стали и листовой стали толщиной 5 мм и более производится в зависимости от расчетной температуры района строительства, группы конструкций, предела текучести и толщины металлопроката по таблице 50 СНиП II-23-81, а также по табл. 2 настоящих «Рекомендаций».

2.2. Выбор марок стали труб для конструкций зданий и сооружений производится по табл. 3.

2.3. Для металлоконструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе в средах со слабоагрессивной степенью воздействия по главе СНиП II-28-73* следует применять стали с повышенной коррозионной стойкостью (атмосферостойкие) марок 10ХНДП и 12ХГДАФ (таблица 2) без защиты конструкций от коррозии. Допускается замена стали марки 10ХНДП в фасонном прокате на сталь марок 08ХГСБДП и 08ХГСДП с толщиной стенок до 10,5 мм и в листовом прокате на сталь марки 10ХДП. Применение стали этих марок в закрытых помещениях, а также в средне- и сильноагрессивной промышленной атмосфере возможно при условии их защиты от коррозии лакокрасочными и другими покрытиями.

К рациональной области применения атмосферостойкой стали относятся конструкции промышленных этажерок, опор под трубопровода, галерей и эстакад, мостов и мостовых переходов, дымовых и вентиляционных труб, стеновых панелей (в т.ч. в виде холодногнутых гофрированных профилей), антенно-мачтовых сооружений, наземных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (без защиты наружной поверхности) и т.п.

Сталь марок 10ХДП и 12ХГДАФ целесообразно использовать в конструкциях, эксплуатирующихся в сухой и нормальной зонах влажности слабоагрессивной атмосферы при условии воздействия газов группы А по СНиП II-28-73*; при условии воздействия газов группы Б применяется сталь марки 10ХНДП.

Сварка стали марок 10ХДП, 10ХНДП, 12ХГДАФ, 08ХГСБДП ш 08ХГСДП производится в соответствии с рекомендациями, разработанными в ЦИИпроектстальконструкция (выпуск ОСМК-202, 1981 г., и ОСМК-206, 1982 г.).

2.4. Выбор марок стали для конструкций доменных цехов, работающих в особых условиях, производится по табл. 4.

2.5. Выбор марок стали для конструкций специальных резервуаров и газгольдере производится по табл. 5.

2.6. До освоения промышленностью производства рифленой стали, поставляемой по группе «В» ГОСТ 380-71*, для тормозных банок подкрановых конструкций допускается применять:

— рифленую сталь марки ВСт3кп для сварных конструкций по ГОСТ 380-71* при кранах легкого и среднего режима работы и расчетной температуре t ≥ -40 °С;

— листовую сталь марки ВСт3Гпс5 или ВСт3сп5 но ГОСТ 380-71* с устройством по листу дорожки шириной 500 мм из рифленой стали толщиной 4 мм при кранах тяжелого и весьма тяжелого режима работы, а также при расчетных температурах -40 °С > t ≥ -65 °С

2.7. Возможная замена марок стали, приведенных в другими марками стали дается в табл. 6.

2.8. Выбор марок стали для подкрановых рельсов производится по табл. 7.

2.9. Для фланцевых соединений растянутых поясов строительных ферм на высокопрочных болтах и других аналогичных конструкций, воспринимающих большие усилия в направлении толщины проката, следует применять толстолистовую термообработанную сталь марки 14Г2АФ толщиной 25 — 50 мм по ТУ 14-105-465-82. Допускается такие применение стали 14Г2АФ по ГОСТ 19282-73 или ТУ 1-1175-74 с обязательным проведением механических испытаний образцов, вырезанных в направлении толщины, в соответствии с указанием «Руководства по проектированию, изготовлению и сборке монтажных соединений ферм с поясами из широкополочных двутавров» (ЦНИИпроектстальконструкция, М., 1982 г.).

Марки стали листового и фасонного проката для стальных конструкций зданий и сооружений

Рекомендации по выбору марки стали и технологии ее упрочняющей обработки

В качестве примера рассмотрим достаточно типичный случай, когда надлежит подобрать, с одной стороны, обоснованный вариант марки конструкционной стали, а с другой, назначить наиболее приемлемый режим термической обработки, гарантирующие в целом получение требуемых эксплуатационных свойств рассматриваемого изделия.

Выбор марки стали по критическому диаметру прокаливаемости

Главными параметрами, определяющими выбор стали, являются механические свойства и распределение их по сечению детали. Оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости достигают после термического улучшения при сквозной прокаливаемости. При полной прокаливаемости механические свойства стали мало зависят от ее легирования. Исключение составляет легирование никелем и молибденом, повышающее сопротивление хрупкому разрушению. Не следует стремиться к излишне высокой прокаливаемое™ за счет легирования стали хромом, марганцем и кремнием, так как при этом возрастает склонность стали к хрупкому разрушению.

Глубоко прокаливающиеся стали применяют для крупных деталей с большим сечением. Для деталей, испытывающих растягивающие напряжения (шатуны, торсионные валы, ответственные болты и др.), а также для рессор и пружин нужно обеспечивать полную прокаливаемость.

Под прокаливаемостъю понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситной или трооститно-мартенситной структурой и высокой твердостью на ту или иную глубину. Если закаленный слой характеризуется только структурой мартенсита, то такую прокаливаемое™ называют мартенситной. Однако в связи с трудностью определения границы чисто мартенситной структуры чаще определяют границу слоя, содержащего не только мартенсит, но и некоторое количество промежуточных или трооститных структур. Например, обычно при оценке мартенситной прокаливаемое™ используют глубину слоя с содержанием мартенсита 95 %. Но чаще всего определяют не мартенситную, а полумартенситную прокаливаемое™, оцениваемую расстоянием от поверхности до полумартенситной зоны (50 % мартенсита + 50 % троостита). Полумартенситную зону принимают в качестве критерия прокаливаемое™ потому, что ее легко определить по микроструктуре, но еще проще по твердости. Твердость полумартенситной структуры в основном зависит от содержания углерода и слабее от легирования сталей (табл. 3.1).

Влияние содержания углерода и легирования сталей на твердость полумартенситной зоны

Содержание углерода, мае. %

Твердость (HRC) полумартенситной зоны сталей

Прокаливаемость количественно оценивают по реальному критическому диаметру. Реальным критическим диаметром называют наибольший диаметр образца, при котором сталь в данном охладителе (в воде, в масле, на воздухе и т. д.) прокаливается полностью, т. е. в центре образца будут обеспечены необходимые структура и твердость.

Прокаливаемость определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки VKp, то сталь получит мартенситную структуру по всему сечению; если же будет превышена скорость охлаждения для полу- мартенситной зоны VKp50, то обеспечивается сквозная полумартен- ситная прокаливаемость. При недостаточной скорости охлаждения в сердцевине изделия (меньшей Ккр и меньшей Ккр50) изделие прокалится только на некоторую глубину и прокаливаемость будет неполной. В этом случае в сердцевине произойдет распад аустенита с образованием пластинчатой ферритно-карбидной структуры (троостита, сорбита или перлита).

Прокаливаемость стали тем выше, чем меньше критическая скорость закалки, т. е. чем выше устойчивость переохлажденного аустенита. Она увеличивается при легировании стали элементами, хорошо растворяющимися в аустените (кроме кобальта), а также при увеличении содержания углерода до 0,8%. Сильно повышают прокаливаемость молибден, вольфрам, хром, марганец и малые добавки бора (0,003-Ю,005%), менее сильно влияет кремний. Прокаливаемость особенно возрастает при введении в сталь нескольких легирующих элементов.

Легирующие элементы повышают прокаливаемость, только когда они растворены в аустените. Если же они находятся в виде химических соединений (например, карбидов или нитридов), то они не только не повышают устойчивость аустенита, но могут ее уменьшить, так как частицы карбидов и нитридов служат готовыми зародышами, облегчающими распад аустенита.

Прокаливаемость зависит также от размеров детали и скорости охлаждения. Чем интенсивнее охлаждает закалочная среда, тем больше прокаливаемость.

При сквозной прокаливаемости свойства стали (в том числе и твердость) по всему сечению изделия одинаковы или мало различаются. При несквозной прокаливаемости твердость падает от поверхности к сердцевине.

После отпуска при высокой температуре различие в твердости и временном сопротивлении по сечению уменьшается, однако предел текучести, пластичность и особенно ударная вязкость в сердцевине образца остаются более низкими. Это объясняется, как ранее отмечалось, разным характером строения ферритно-цементитной структуры. В закаленном слое в результате отпуска мартенсита образуется более дисперсная ферритно-цементитная смесь зернистого строения, а в сердцевине она более грубая и имеет пластинчатое строение.

Прокаливаемость стали является важным фактором, определяющим свойства и применение сталей. Чем больше прокаливаемость, тем легче получить высокие механические свойства стали после термической обработки даже в деталях большого сечения. Это особенно важно для ответственных деталей, которые подвергают термическому улучшению, т.е. закалке и высокому отпуску. Поэтому такие детали целесообразно изготавливать из легированных сталей, обладающих высокой прокаливаемостыо.

Стали высокой прокаливаемости обладают еще и тем преимуществом, что их можно закаливать в масле и даже на воздухе, что способствует уменьшению внутренних напряжений, возникающих при закалке.

Читайте также  Уровень лазерный самовыравнивающийся какой выбрать?

При выборе конструкционных сталей для деталей ответственного назначения во многих случаях применим критерий минимально достаточного легирования: количество легирующих элементов в стали должно быть достаточным для обеспечения сквозной прокаливаемости детали в наибольшем рабочем сечении, но не превышающим этого уровня.

Выбор марки стали для деталей машин производится пошагово в следующей логической последовательности действий:

  • — анализ условий работы заданной детали и особенностей ее конструкции;
  • — предварительный выбор марок сталей, удовлетворяющих требуемым условиям;
  • — сравнительный анализ выбранных марок сталей (по механическим свойствам с учетом прокаливаемости) и окончательный выбор материала с учетом его эксплуатационных и технологических характеристик и стоимости;
  • — выбор вида и режима термической или химико-термической обработки детали, обеспечивающих соответствие комплекса свойств выбранного материала требуемым условиям.

Предварительный выбор марки стали проводят с использованием приведенных выше рекомендаций или справочных данных. Проверку соответствия выбранной марки стали принятому распределению твердости по сечению детали выполняют с учетом прокаливаемое™ стали.

Марки стали – расшифровка, виды, таблица с разъяснениями

Принимаясь за создание какого-либо изделия, проектировщики разрабатывают его конструкцию, и подбирают марки сталей, анализируют их по расшифровкам свойств. От механизма требуется, чтобы она могла работать в заданных условиях. Рассматривая конструктив в динамике, стараются установить, какие нагрузки будут возникать в той или иной части.

На основании расчетов определяют требования к прочности элементов. Потом осуществляется подбор материала, способного испытывать многократное нагружение, а также истирающее воздействие. Чем выше нагрузка, тем менее широкий выбор есть у конструктора. Итогом проектирования является создание реального прототипа в металле, его испытывают по методикам, принятым в отрасли. При необходимости корректируется подбор сталей, закладываемых на стадии конструирования. На практике самыми распространенными материалами, применяемыми для создания машин, устройств и сложных механизмов, являются стали.

  1. Общие характеристики стали
  2. Классификация сталей
  3. Классификация по структуре
  4. Особенности маркировки сталей
  5. Конструкционные стали
  6. Таблица 1: Химический состав и маркировка на торцах металлопроката конструкционных сталей обычного качества
  7. Легированная сталь
  8. Таблица 2: Легирующие элементы в составе сплава
  9. Таблица 3: Марки сталей и химический состав
  10. Таблица 4: Маркировка сталей из КНР
  11. Таблица 5: Жаропрочные стали, маркировка и химический состав

Общие характеристики стали

Металлурги определяют условие существования стали – это наличие в составе механической смеси железа и углерода не более 2,14 % С, Сплавы, имеющие большую концентрацию, называют чугунами.

Из всех металлов наиболее привлекательными свойствами обладает именно сплав железа и углерода. Этот материал используется для изготовления:

  • корпусов транспортных средств, трансмиссии и силовых агрегатов;
  • металлокаркасов, арматуры и иных систем, обеспечивающих прочность строений;
  • инструмента, узлов машин и механизмов.

Универсальность использования стали объясняется широкими возможностями в регулировании свойств. Их можно скорректировать так, чтобы приспособить для создания устройств, выполняющих разные задачи. Даже самое лучшее оружие изготавливается с использованием этого универсального металла.

На сегодняшний день разработаны несколько тысяч вариантов сталей. Но в реальной практике чаще используют около десятка основных типов, остальные созданы для решения специальных задач. Ими пользуются довольно редко.

Классификация сталей

Чтобы разобраться с маркировками, необходимо разобраться, как классифицируют стальные сплавы по назначению. Принято определять свойства по нескольким параметрам:

  1. Химический состав определяет прочностные показатели. Здесь свойства определяются соотношениями в составе между железом и углеродом. Попутно изменения характеристик зависит от наличия легирующих элементов или веществ, ухудшающих показатели.
  2. В зависимости от способов производства меняется структура. Кованые изделия прочнее, литые могут образовывать поры или иные дефекты. При прокатывании через вальцы добиваются упрочнения и получения нужной формы.
  3. Для правильного использования определяют те или иные марки по назначению. Особенно важна подобная информация для сталей специального использования. В них даже небольшие изменения в химическом составе могут заметно изменять поведение при нагрузке или эксплуатации в агрессивной среде.
  4. Качество стальных слитков зависит от содержания вредных компонентов. Сера и фосфор приводят к хладноломкости и красноломкости, поэтому металлурги стараются удалять из сплавом ухудшающие ингредиенты.
  5. Кислород в стальных изделиях изменяет структуру. Для удаления в расплавленную массу вносят раскислители, они образуют окислы, не вносят негативные изменения металл.

Классификация сталей по основным показателям

Классификация по структуре

Структура исследуется на специальных шлифах. Их рассматривают под микроскопом, предварительно обработав полированную поверхность серной кислотой. Принято определять следующие состояния:

  • доэвтектоидные характеризуются высоким содержанием феррита. Низкое содержание углерода не позволяет металлу проявлять достаточное сопротивление при механических нагрузках;
  • эвтектоидные соответствуют наилучшим соотношением между прочностными и пластичными свойствами;
  • заэвтектоидные стали используют при изготовлении инструмента. Их отличают высокая поверхностная твердость, а также сопротивляемость нагружениям;
  • ледебуритные содержат карбиды. Металл проявляет излишнюю хрупкость;
  • ферритные показатели соответствуют свойствам, присущим чистому железу.

Ледебурит. Видны включения карбида железа

Для улучшения свойств проводят нормализацию. Она заключается в снятии напряжений из деталей, имевших термообработку, связанную с улучшением свойств. Длительный нагрев и выдержка при температуре выше 720…750 °С, а последующее охлаждение приводит к отжигу. Зерна металла изменяют свой вид.

Верхний ряд показывает шлифы до нормализации, а нижний – после

Особенности маркировки сталей

Конструкционные стали

В обычных сталях содержится углерод. Присутствие легирующих элементов не контролируется. На практике чаще всего применяют конструкционные стали обычного качества. Они применяются повсеместно. Их используют для производства металлопроката. Обозначают путем указания приблизительного содержания углерода в составе сплава. Самые распространенные марки показаны в табл. 1.

Таблица 1: Химический состав и маркировка на торцах металлопроката конструкционных сталей обычного качества

Марка стали Содержание углерода, % Предельное содержание серы (не более), %. Определяется по результатам анализа Допустимое содержание фосфора (не более), %. Определяется по результатам анализа Цветовая маркировка на торце металлопроката
Ст0 0,12±0,07 0,070±0,005 0,055±0,005 Белый
Ст1 0,09±0,03 0,045±0,005 0,055±0,005 Белый + желтый
Ст2 0,12±0,03 0,045±0,005 0,055±0,004 Желтый
Ст3 0,18±0,04 0,045±0,004 0,055±0,004 Красный
Ст4 0,22±0,04 0,045±0,004 0,055±0,004 Красный + зеленый
Ст5 0,32±0,05 0,045±0,004 0,055±0,003 Зеленый
Ст6 0,43±0,06 0,045±0,003 0,055±0,003 Синий
Ст7 0,56±0,06 0,045±0,003 0,055±0,003 Синий + белый

Легированная сталь

Легирующие добавки улучшают показатели. Каждому элементу свойственна определенная буква. Она указывает, сколько процентов того или иного вещества имеется в составе сложного сплава (табл. 2).

Таблица 2: Легирующие элементы в составе сплава

Маркировка элементов в сталях Химическое название Обозначение химического элемента Маркировка элементов в сталях Химическое название Обозначение химического элемента
1 Л Бериллий Be 14 Д Медь Сu
2 Р Бор B 15 Гл Галлий Ga
3 А Азот N 16 Е Селен Se
4 Ш Магний Mg 17 Ц Цирконий Zr
5 Ю Алюминий Al 18 Б Ниобий Nb
6 С Кремний Si 19 М Молибден Mo
7 П Фосфор P 20 Кд Кадмий Cd
8 Т Титан Ti 21 В Вольфрам W
9 Ф Ванадий V 22 и Иридий Ir
10 Х Хром Cr 23 АС Свинец Pb
11 Г Марганец Mn 24 Ви Висмут Bi
12 К Кобальт Co 25 Ч Редкоземельные металлы
13 Н Никель Ni

В табл. 3 представлены наиболее распространённые марки сталей.

Рекомендации Рекомендации по применению стали для стальных строительных конструкций зданий и сооружений

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций имени Н.П. Мельникова

ЦНИИПРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ им. Мельникова

Утверждаю:
Директор института В.В. Кузнецов

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ СТАЛИ ДЛЯ СТАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ВЫБОР МАРОК СТАЛИ ДЛЯ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3. ВЫБОР МАРОК СТАЛИ ДЛЯ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ

На основании накопленного опыта широкого использования в строительных конструкциях наиболее эффективных марок сталей в «Рекомендациях» предусмотрено применение марок сталей для групп конструкций, оговоренных в СНиП II-23-81, с более дифференцированным подходом, а также для резервуаров специального назначения и конструкции доменного комплекса.

Исходя из основных положений СНиП II-23-81 проведена унификация марок сталей с целью их максимального сокращения и упрощения составления заказа металла.

Рекомендации предназначены для использования в проектных организациях В/О Союзметаллостройниипроект Госстроя СССР.

В разработке Рекомендаций принимали участие: к.т.н. Гладштейн Л.К., инженеры Гордон Г.Б., Кустанович B. C., Вроно Б.М., Суздалов П.И.

Были использованы материалы ГПИ Ленпроектстальконструкция, ГПИ Днепрпроектстальконструкция, Свердловского отделения и отделов ОЛК-1, ОЛК-2, ОПКС и ОАСГО ЦНИИпроектстальконструкции им. Мельникова.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. «Рекомендации» разработаны в развитие главы СНиП II-23-81 «Стальные конструкции» и распространяются на строительные металлоконструкции промышленных зданий и сооружений.

1.2. В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации, все строительные металлоконструкции подразделяются на четыре группы, при этом некоторые конструкции доменных комплексов и резервуаров, эксплуатируемых в особых условиях, выделены в отдельные подгруппы.

Примерный перечень элементов конструкций, входящих в каждую группу, приведен в табл. 1.

Примерный перечень групп конструкций в зависимости от требований к надежности и характера силовых воздействий

Подкрановые балки, подкраново-подстропильные и подкрановые фермы, включая элементы решетки и фасовки ферм, опорные ребра

Тормозные балки, тормозные фермы, вертикальные фермы, детали крепления к колоннам, диафрагмы и ребра жесткости

Вспомогательные горизонтальные связевые фермы, упоры

Детали крепления рельс

Колонны зданий и открытых крановых эстакад. Стойки рабочих и технологических площадок

Читайте также  Д16 и д16т какая разница?

Основные сечения колонн, решетка колонн, опорные плиты, подкрановые траверсы, траверсы баз колонн. Вертикальные связи по колоннам

Ребра жесткости и диафрагмы колонн, элементы решетки двухплоскостных связей. Вертикальные связи с напряжением менее 0,4 расчетного сопротивления

Фермы и ригели рам покрытий, подвергающиеся непосредственному воздействию подвижных динамических или вибрационных нагрузок от технологического или транспортного оборудования ( см. примечания). Узловые фасонки для всех ферм

Фермы и ригели рам покрытий при статической нагрузке, продольные фермы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м

Фонари при шаге стропильных ферм 6 м и прочие элементы фонарей при шаге стропильных ферм 12 м, щиты кровли, прогоны

Горизонтальные торцевые связи по кровле и продольные связи при шаге колонн больше шага стропильных ферм

Прочие горизонтальные и вертикальные связи по конструкциям покрытий

Монорельсовые пути и пути подвесных кран-балок

Балки путей подвесного транспорта под электрические тали и кран-балки, кроме ремонтных

То же, ремонтные и ручные

Перекидные балки для крепления путей подвесного транспорта

Рабочие площадки при наличии подвижного транспорта

Балки рабочих площадок под железнодорожный подвижной состав, опорные ребра балок

Балки рабочих площадок при наличии автопогрузчиков и другого транспорта, опорные ребра балок

Металлический настил, включенный в общую работу балок на изгиб

Ребра жесткости настила

Ребра жесткости балок

Конструкции технологических площадок и перекрытий

Балки и ригели рам перекрытий при воздействии динамических и вибрационных нагрузок

Главные балки и ригели рам перекрытий при статической нагрузке

Второстепенные сварные балки при динамической нагрузке

Второстепенные сварные балки при статической нагрузке

Настил перекрытий и ребра настила

Ребра жесткости балок

Вспомогательные площадки, лестницы

Площадки светильников, посадочные площадки на краны, пешеходные площадки, лестницы. Ограждения площадок

а) Бункерные балки и параболические бункеры

б) Стенки и ребра жесткости бункеров, кроме оговоренных в пункте 8а

Стойки, торцевые ветровые площадки и фермы

Ригели и прочие элементы фахверка

Ригели под кирпичные стены и над воротами

Доменный комплекс, листовые конструкции

Кожух доменной печи и воздухонагревателей, воздуховоды горячего и холодного дутья

Кожухи пылеуловителя, скрубберов электрофильтров, циклонов и водоотделителей, газопровод грязного газа. Опорные узлы, ребра жесткости, разъединительные стенки и патрубки сосудов. Прочие газовоздухопроводы, работающие с внутренним давлением 0,7 и более кгс/см 2 (кроме указанных выше)

Трубы взятия печи на тягу, цилиндрический ствол лифта, газовоздухопроводы с внутренним давлением от 0,2 до 0,7 кгс/см 2 (кроме указанных выше в группе 1а; 1), бункера

Газопроводы, работающие с внутренним давлением до 0,2 кгс/см 2 и воздухопроводы, работающие с внутренним давлением от 0,1 до 0,2 кгс/см 2

Воздухопроводы, работающие с внутренним давлением до 0,1 кгс/см 2

Балки рабочих площадок под подвижной железодорожн. состав. Опорные пилоны наклонного моста, подбалансирные балки, рамы колошникового устройства печи, монтажная балка с опорой, балка колошниковой площадки, конвейерная галерея шихтоподачи с опорами, балки под грохоты бункерной эстакады, балки для подвески воздухопровода горячего дутья

Решетчатый ствол лифта, опора трубы взятия печи на тягу, приемная воронка колошника, копер пылеуловителя, несущие конструкции подбункерного здания, рамы литейного двора, здание воздухонагревателей и колошникового подъемника, колонны печи, опоры сосудов (пылеуловителя, скруббера и др.)

Каркас шахты лестниц, электро-кабельные шахты, галерея и мосты для технологического оборудования

Резервуары и газгольдеры емкостью менее 10000 м 3

Стенки и окрайки днищ резервуаров, кольца жесткости, плавающие крыши и понтоны, центральная часть днищ резервуаров всех емкостей покрытий резервуаров

Резервуары и газгольдеры емкостью 10000 м 3 и более

Стенки и окрайки днищ, узловые фасонки покрытий всех резервуаров

Резервуары и газгольдеры сферические

Оболочки резервуаров и газгольдеров

Внутренние корпуса резервуаров для жидкого аммиака, сжиженных углеводородных газов и пропана при температуре хранения до -50°С

То же, для жидкого этилена при температуре хранения -104°С

То же, для сжиженного природного газа и метана при температуре хранения до -160°С

То же, для жидкого кислорода (азота) при температуре хранения -196°С

Антенные сооружения связи

Элементы (механические детали) оттяжек мачт и антенных полотен, детали крепления оттяжек к фундаментам и стволам стальных опор, непосредственно воспринимающие динамические нагрузки

Статические неопределимые комбинированные конструкции опор (мачто-башенные) и опоры с антенными вантовыми устройствами

Стволы мачт и башен, конструкции консолей, площадок, балок и др. под стационарное технологическое оборудование, не подвергающиеся динамической или вибрационной нагрузке

Пролетные строения балочных и оболочечных транспортерных галерей с опорами и прожиточными ребрами. Несущие балки под конвейеры, подвергающиеся непосредственному воздействию динамических и вибрационных нагрузок, фасонки ферм

Опоры решетчатые, рамные плоские и пространственные, вертикальные связи по колоннам

Ребра жесткости балочных пролетных строений, связи по верхним и нижним поясам балочных пролетных строений

Пояса и решетки башни, узловые фасонки

Балки площадок, диафрагмы, стальной газоотводящий ствол

Каркас газоотводящего ствола

Дымовые трубы свободно стоящие с оттяжками

Стальная оболочка трубы

Площадки и ребра жесткости, опорные кольца

Стальная оболочка трубы, ребра жесткости, площадки

Пояса решетчатых башен, кольца жесткости, связи

Фахверк, вспомогательные площадки, обшивка градирен

Пояса башни и решетка, диафрагмы, балки площадок

Надшахтные башенные копры станковой системы

Шахтная рама, подшкивные балки и фермы, узловые фасонки, буккерные балки разгруз. кривые

Рабочая площадка, станок копра, балки покрытий и перекрытий

Силосы различного назначения

Стальная оболочка, ребра жесткости, площадки

Примечания: 1. К конструкциям, подвергающимся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок, относятся конструкции либо их элементы, подлежащие расчету на выносливость или рассчитываемые с учетом коэффициента динамичности.

2. Элементы стыков и креплений, а также опорных ребер ферм, балок и ригелей рам относятся к группе основного элемента конструкций.

3. Элементы конструкций на болтовых соединениях, при отсутствии сварки, могут приниматься на одну группу ниже.

2. ВЫБОР МАРОК СТАЛИ ДЛЯ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Выбор марок стали для сортового, фасонного проката, широкополосной стали и листовой стали толщиной 5 мм и более производится в зависимости от расчетной температуры района строительства, группы конструкций, предела текучести и толщины металлопроката по таблице 50 СНиП II-23-81, а также по табл. 2 настоящих «Рекомендаций».

2.2. Выбор марок стали труб для конструкций зданий и сооружений производится по табл. 3 .

2.3. Для металлоконструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе в средах со слабоагрессивной степенью воздействия по главе СНиП II-28-73 * следует применять стали с повышенной коррозионной стойкостью (атмосферостойкие) марок 10ХНДП и 12ХГДАФ ( таблица 2) без защиты конструкций от коррозии. Допускается замена стали марки 10ХНДП в фасонном прокате на сталь марок 08ХТСБДП и 08ХГСДП с толщиной стенок до 10,5 мм и в листовом прокате на сталь марки 10ХДП. Применение стали этих марок в закрытых помещениях, а также в средне- и сильноагрессивной промышленной атмосфере возможно при условии их защиты от коррозии лакокрасочными и другими покрытиями.

К рациональной области применения атмосферостойкой стали относятся конструкции промышленных этажерок, опор под трубопроводы, галерей и эстакад, мостов и мостовых переходов, дымовых и вентиляционных труб, стеновых панелей (в т.ч. в виде холодногнутых гофрированных профилей), антенно-мачтовых сооружений, наземных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов (без защиты наружной поверхности) и т.п.

Сталь марок 10ХДП и 12ХГДАФ целесообразно использовать в конструкциях, эксплуатирующихся в сухой и нормальной зонах влажности слабоагрессивной атмосферы при условии воздействия газов группы А по СНиП II-28-73 * ; при условии воздействия газов группы Б применяется сталь марки 10ХНДП.

Сварка стали марок 10ХДП, 10ХНДП, 12ХГДАФ, 08ХГСБДП и 08ХГСДП производится в соответствии с рекомендациями, разработанными в ЦНИИпроектстальконструкция (выпуск ОСМК-202, 1981 г. и (ОСМК-206, 1982 г.).

2.4. Выбор марок стали для конструкций доменных цехов, работающих в особых условиях, производится по табл.4.

2.5. Выбор марок стали для конструкций специальных резервуаров и газгольдеров производится по табл.5 .

2.6. До освоения промышленностью производства рифленой стали, поставляемой по группе «В» ГОСТ 380-71 * , для тормозных балок подкрановых конструкций допускается применять:

— рифлёную сталь марки БСт3кп для сварных конструкций по ГОСТ 380-71 Х при кранах легкого и среднего режима работы и расчетной температуре t≥-40°С;

— листовую сталь марки ВСт3Гпс5 или ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71 * с устройством по листу дорожки шириной 500 мм из рифленой стали толщиной 4 мм при кранах тяжелого и весьма тяжелого режима работы, а также при расчетных температурах -40°С > t ≥ -65°С.

2.7. Возможная замена марок стали, приведенных в табл.2. другими марками стали дается в табл.6.

2.8. Выбор марок стали для подкрановых рельсов производится по табл.7.

2.9. Для фланцевых соединений растянутых поясов стропильных ферм на высокопрочных болтах и других аналогичных конструкций, воспринимающих большие усилия в направлении толщины проката, следует применять толстолистовую термообработанную сталь марки 14Г2АФ толщиной 25-50 мм по ТУ 14-105-465-82. Допускается также применение стали 14Г2АФ по ГОСТ 19282-73 или ТУ 1-1175-74 с обязательным проведением механических испытаний образцов, вырезанных в направлении толщины, в соответствии с указанием «Руководства по проектированию, изготовлению и сборке монтажных соединений ферм о поясами из широкополочных двутавров» (ЦНИИпроектстальконструкция, М., 1982 г.).

Марки стали листового и Фасонного проката для стальных конструкций зданий и сооружений

Толщина листа или полки фасонного проката в мм

Расчетные сопротивления в кгс/см 2

Категория стали для климатического района строительства (расчетная температура, °С)