Сварные конструкции. Расчет и проектирование

МАРКИ СТАЛЕЙ, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Углеродистые стали подразделяют на низкоуглероди­стые (С=0,09. . .0,25%), среднеуглеродистые (С=0,25. . . 0,46%) и высокоуглеродистые (С=0,46. . .0,75%).

Низкоуглеродистые стали чаще применяют в строи­тельных конструкциях; среднеуглеродистые — в машино­строении; высокоуглеродистые — в инструментальном про­изводстве.

Углеродистые стали обыкновенного качества, согласно ГОСТ 380—71, разделяются на три группы:

группа А — сталь поставляется по механическим свой­ствам;

группа Б — сталь поставляется по химическим свойст­вам;

группа В — сталь поставляется по механическим и хи­мическим свойствам (стали этой группы более дорогостоя­щие и применяются для ответственных конструкций).

Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 2.1.

В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси — сера и фосфор, содержание кото­рых в стали ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, вы­плавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конверторах, мартеновских и электрических печах. Хорошее качество конверторной стали обеспечива­ется продувкой кислородом. Наивысшие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, вакуумным дуговым, электрон но-лучевым, плазменно-дуговым.

Плавка стали без достаточного количества раскислите - лей сопровождается выделением газов. Такая сталь назы­вается кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскис­ленные добавками кремния и алюминия, остывают в излож­ницах без интенсивного выделения газов и называются спо­койными (буквы «ten» в марке стали). Промежуточные стали — полуспокойные — обозначаются буквами «пс».

Спокойные и полуспокойные стали по механическим свойствам, как правило, различаются между собой незна­чительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами, кипящие — менее однородны, но более склон­ны к хрупким разрушениям. Производство спокойных ста­лей дороже. Их обычно применяют в ответственных кон­струкциях.

Нормированные показатели механических свойств угле­родистых сталей обыкновенного качества приведены в табл. 2.2.

Диаграмма деформации низкоуглероднетых сталей (рис. 2.1) имеет горизонтальный участок, который опреде­ляет значение предела текучести от. Эта площадка теку-

Примечания: I. Для листовой и фасонной стали толщи­ной s^20 мм значение предела текучести допускается на 10 МПа ниже по сравнению с указанным. 2. При s<20 мм диаметр оправ­ки увеличивается на толщину образца.

чести варьирует в пределах 0,2. . .2,5%. Пели на диаграмме деформации стали нет горизонтального участка, то ат опре­деляется условно значением напряжения, при котором оста­точные деформации после снятия нагрузки состав­ляют 0,2%.

Деформации распреде­ляются по длине образца неравномерно. Они кон­центрируются на некотором участке, где возникают наибольшие сокращения площади поперечного сече­ния, называемые «шейкой». Рис. 2.1. Диаграмма деформации Этим объясняются различ - низкоуглеродистой стали ные требования к относи­тельному удлинению при разрыве длинных и коротких образцов.

Относительное удлинение 6* коротких образцов имеет большие значения, чем относительное удлинение 6i« длин­ных образцов.

а) В)

Рис. 2.2. Схема испытаний па изгиб

Пластичность сталей оценивают также испытанием на изгиб до образования первой трещины, как показано на рис. 2.2, а. Так, согласно ГОСТ 380—71 (см. табл. 2.2), трещины должны отсутствовать при изгибе до параллель­ности сторон (а— 180°). При изгибе до соприкосновения сто­рон (а—0) догиб продолжают между параллельными пло­скостями (рис. 2.2. б).

Марку СтО присваивают стали, отбракованной по каким - либо признакам. Эту сталь используют в неответственных

конструкциях.

с ъ ответствем1|ЫХ конструкциях часто применяют сталь СтЗсп. Цифра в марке стали характеризует содержание в

ней углерода. С повышением номера стали возрастают пре­делы прочности и текучести и уменьшается относительное удлинение. С увеличением толщины металла значения о в, от и б несколько снижаются.

Сопротивление удару а„ (ударной вязкости) определя­ется путем ударного изгиба стандартных образцов на копре при комнатных и низких температурах. Ударная вязкость выражается отношением работы разрушения к площади поперечного сечения образца (МДж/м1).

В табл. 2.3 приведены значения а„ для распространенных сталей ВСтЗсп и ВСтЗпс по ГОСТ 380—71.

Быстрое охлаждение нагретого образца из стали СтЗ в воде и отпуск увеличивают <тг на 25%, о„ на 20%.

Все стали, применяемые для строительных конструкций на протяжении ряда лет, подразделяются на условные клас­сы прочности (табл. 2.4) в зависимости от их механических свойств при растяжении.

Важным положительным свойством большинства низко­углеродистых сталей обыкновенного качества и низколеги­рованных сталей является возможность получения сварных соединений со свойствами, близкими к основному металлу. Эго относится к соединениям, сваренным контактной сты­ковой сваркой, дуговой автоматической в среде защитных газов и под флюсом, электронно-лучевой и т. д. Как правило, наиболее удовлетворительно свариваются стали, содержа­щие не более 0,25% углерода.

Ниже приводятся примеры некоторых качественных углеродистых конструкционных сталей согласио Г(ЗСТ 1050—74 (табл. 2.5).

Для всех приведенных в таблице сталей содержание кремния равно 0,17. . .0,37%,' содержание марганца для стали 35 составляет 0,5. . .0,8%, для остальных — 0,35. .. 0,65%.

Стали с небольшим содержанием углерода обладают высокой пластичностью, а стали с повышенным содержа­нием углерода — высокой прочностью.

Малоуглеродистые стали даже при небольшом содержа­нии углерода иногда подвергаются термической обработке, например сталь ВСтЗсп (ГОСТ 380—71) при содержании С=0,09. . .0,22% Si=0,05. . .0,15%, Мп=0,4. . .0,65%

имеет а„>440 МПа, ат>300 МПа, 6 >16%.