Свойства сталей: Виды и свойства сталей – статья SuperBolt

Твердость, вязкость, усталость и другие свойства сталей

Сталь имеет уникальные механические свойства. В ней сочетаются вязкость с прочностью и гибкостью. Сталь может «уставать» — даже не специалисту известно такое явление, как «усталость металла». Чтобы установить технические характеристики стали, ее подвергают тестам и испытаниям. Механические свойства стали можно оценить, имея показатели предела прочности, удлинения и предела текучести.

Прочность материала

У стали есть одно важное свойство — прочность. Чтобы установить прочность материала, производятся испытания. Стержень из стали выбранной марки растягивают, а потом проверяют, как изменился образец после прикладываемых усилий. По итогам испытаний составляют график, где указывают приложенное усилие (напряжение) и уровень деформации.

У металла есть такой важный параметр, как предел текучести. Обнаружить предел текучести образца можно в результате тестирования. Если к заготовке были приложены незначительные нагрузки, то ее форма будет восстановлена. Когда напряжение, прикладываемое к заготовке, перейдет за предел текучести, образец получит необратимые изменения.

Цель испытаний — определить максимальное напряжение, которое может выдержать образец. Поэтому тесты продолжаются до тех пор, пока образец не разорвется. При этом испытатели узнают, какова у стали прочность на растяжение.

Твердость изделия

Сталь обладает твердостью, которую измеряют с помощью индентора. Индентор — это материал, который внедряют в сталь до тех пор, пока не останется отпечаток. Разумеется, он должен быть прочнее и тверже стали. Лучший материал для такого инструмента — алмаз. Твердость измеряют по шкале Роквелла, также можно определить твердость заготовки по Бриннелю и Викерсу. Измеряя твердость по Роквеллу, устанавливают глубину следа от индентора на заготовке. Между твердостью и прочностью есть соотношение в закаленных сталях при правильном отпуске.

Пластичность металла

Сталь отличается пластичностью, это свойство нельзя недооценивать. Благодаря пластичности из стали можно создавать любые заготовки и изделия. Не все стали являются пластичными. Если материал не пластичен, то он хрупок, а хрупкие стали уязвимы. Изделия из таких материалов могут разрушиться в результате механических воздействий. Если пластичная сталь при механическом воздействии сгибается, то хрупкая — ломается.

Проверить пластичность (или хрупкость) можно путем уже описанного выше теста на растяжение. Пластичная заготовка после достижения предела текучести начнет хорошо растягиваться. Хрупкий образец просто сломается. Аналогичным образом можно испытать материал на сужение, прикладывая усилие в обратном направлении.

Вязкость стали

Вязкость — еще одно важное свойство стали, которое связано с пластичностью и хрупкостью. Вязкость можно наглядно продемонстрировать на примере ферритных сталей. У этих сталей есть один интересный недостаток: при низких температурах они теряют вязкость и пластичность, а при высоких становятся пластичными и обретают вязкость. В результате при низких температурах ферритные стали разрушаются, как хрупкие.

Усталость металлов

Усталость металлов — свойство, которым описывают разрушение сталей под влиянием циклических нагрузок. Усталостное разрушение происходит следующим образом. Для примера можно взять деталь, которая подвергается растягивающим нагрузкам в одной части и сжимающим — в другой. Происходит циклическое напряжение, однако оно ниже предела текучести. Деталь будет работать долго, пока на ее поверхности не появится точка концентрации напряжений. Это может быть незначительная царапина или задир.

После появления задира напряжение в точке концентрации будет превышать предел текучести. Это приведет к появлению трещин и более серьезных дефектов. В результате деталь разрушится. Аналогичные нагрузки испытывают валы, пружины, колесные оси. Они подвержены циклическим нагрузкам.

Усталость металла свойственна и тем деталям, которые постоянно испытывают вибрирующие нагрузки. Например, это происходит с деталями на крыльях самолетов. Предотвратить разрушение практически невозможно, единственный способ — регулярная проверка и профилактика. Если на детали есть повреждение, то безопаснее ее заменить. Подвергаются усталости стали клапаны в автомобильных двигателях. При малейших повреждениях производится замена комплектующих.

 

05 декабря 2017

Поделиться с друзьями:

Сталь 45: характеристики, свойства, аналоги

Марка стали 45 — одна из самых востребованных и популярных марок конструкционных углеродистых сталей, соответствует требованиям ГОСТ 1050-2013, ДСТУ 7809

Классификация: Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Продукция: Листовой и сортовой прокат, в том числе фасонный.  

 

Химический состав стали 45 в соответствии с ДСТУ 7809, %

	Si	Mn	P	Ni	Cr	S	Cu	As	Fe
	0.17-0.37	0.5-0.8	<0.035	<0.25	<0.25	<0.04	<0.25	<0.08	~97

 

Механические свойства стали 45 после нормализации

Стандарт	Состояние поставки	Предел текучести, Rm(МПа)	Предел краткосрочного сопротивления, ReH (МПа)	Минимальное относительное удлиннение подовження σ,%	Относительное сужение, %
ГОСТ 1050	После нормализации	355	600	16	40
ДСТУ 7809	После нормализации	355	600	16	40

 

Аналоги стали 45

США	1044, 1045, 1045H, G10420, G10430, G10440, G10450, M1044
Япония	S45C, S48C, SWRCh55K, SWRCh58K
Евросоюз	1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46
Китай	45, 45H, ML45, SM45, ZG310-570, ZGD345-570
Швеция	1650, 1672
Румыния	OLC45, OLC45q, OLC45X
Чехия	12050, 12056
Австралия	1045, HK1042, K1042
Австрия	C45SW
Южная Корея	SM45C, SM48C
Германия	1.0503, 1.1191, 1.1193, C45, C45E, C45R, Cf45, Ck45, Cm45, Cq45
Франция	1C45, 2C45, AF65, C40E, C45, C45E, C45RR, CC45, XC42h2, XC42h2TS, XC45, XC45h2, XC48, XC48h2
Англия	060A47, 080M, 080M46, 1449-50CS, 1449-50HS, 50HS, C45, C45E
Италия	1C45, C43, C45, C45E, C45R, C46
Бельгия	C45-1, C45-2, C46
Испания	C45, C45E, C45k, C48k, F.114, F.1140, F.1142
Болгария	45, C45, C45E
Венгрия	A3, C45E
Польша	45
Румыния	OLC45, OLC45q, OLC45X
Чехия	12050, 12056

 

Применение

Сталь марки 45 применяется при изготовлении горячекатаного и холоднокатаного плоского и сортового проката и поковок, которые впоследствии используются при создании металлоконструкций и изделий машиностроительного назначения различных форм и размеров. Конструкционная сталь 45 имеет обширное применение в производстве шпинделей и кулачков, шестерней, крепежных изделий, валов различного назначения. Из такой стали изготавливаются ответственные изделия (консоли, оси, штоки, балки, плунжеры и пр.), от которых требуется повышенная прочность после термической обработки.

 

Сваривание

Марка стали 45 — трудносвариваемая. Для достижения качественных сварных соединений необходимы дополнительные операции: подогрев до +200-300°С при сварке, а также термообработка стали 45 после сварки, то есть её отжиг.

Сталь 20 конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

• Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
• Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
• Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
• Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером  — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
• Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию  для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет 

сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

 

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем  представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит  и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она  может быть использована в процессе изготовления  особой продукции метизного типа.

C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Cu	As	Fe
0,17 — 0,24	0,17 — 0,37	0,35 — 0,65	до 0,04	до 0,04	до 0,25	до 0,25	до 0,25	до 0,08	~98

 

Зарубежные аналоги стали 20

США	1020, 1023, 1024, G10200, G10230, h20200, M1020, M1023
Германия	1.0402, 1.0405, 1.1151, C22, C22E, C22R, Ck22, Cm22, Cq22, St35, St45-8
Япония	S20C, S20CK, S22C, STB410, STKM12A, STKM12A-S, STKM13B, STKM13B-W
Франция	1C22, 2C22, AF42, AF42C20, C20, C22, C22E, C25E, XC15, XC18, XC25
Англия	050A20, 055M15, 070M20, 070M26, 1449-22CS, 1449-22HS, 1C22, 22HS, 430, C22, C22E
Евросоюз	1.1151, 2C22, C20E2C, C22, C22E
Италия	C18, C20, C21, C22, C22E, C22R, C25, C25E
Бельгия	C25-1, C25-2
Испания	1C22, C22, C25k, F.112, F.1120
Китай	20, 20G, 20R, 20Z
Швеция	1450
Болгария	20, C22, C22E
Венгрия	A45.47, C22E
Польша	20, K18
Румыния	OLC20, OLC20X
Чехия	12022, 12024
Австралия	1020, M1020
Швейцария	Ck22
Юж.Корея	SM20C, SM20CK, SM22C

 

Физические свойства стали 20

T	E 10— 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2,13		52	7859
100	2,03	11,60	50.6	7834	486	219
200	1,99	12,60	48.6	7803	498	292
300	1,90	13,10	46.2	7770	514	381
400	1,82	13,60	42.8	7736	533	487
500	1,72	14,10	39.1	7699	555	601
600	1,60	14,60	35.8	7659	584	758
700		14,80	32	7617	636	925
800		12,90		7624	703	1094
900				7600	703	1135
1000					695

 

Механические свойства стали 20 при температуре 20 

⁰С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	σВ (МПа)	δ 5 (%)	ψ (%)	HB (не более)
1050-74	Сталь калиброванная:
горячекатаная, кованая и серебрянка 2-й категории после нормализации	410	25	55
5-й категории после нагартовки	490	7	40
5-й категории после отжига или высокого отпуска	390	21	50
10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой:
после отпуска или отжига	390-490		50		163
после сфероидизирующего отжига	340-440		50		163
нагартованная без термообработки	490	7	40		207

 

Механические свойства стали 20 при повышенных температурах 

⁰С

Температурные испытания, °С	σ0,2, МПа	σВ, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/см2
20	280	430	34	67	218
200	230	405	28	67	186
300	170	415	29	64	188
400	150	340	39	81	100
500	140	245	40	86	88
700		130	39	94
800		89	51	96
900		75	55	100
1000		47	63	100
1100		30	59	100
1200		20	64	100

 

Пределы выносливости стали 20

σ-1, МПа	J-1, МПа	n	δ5, МПа	σ0,2,МПа	Термообработка, состояние стали
206		1Е+7	500	320
245			520	310
225			490	280
205	127				Нормализация 910 С, отпуск 620 С.
193			420	280
255	451				Цементация 930 С, закалка 810 С, отпуск 190 С.

 

Механические свойства стали 20 после ХТО

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σВ, МПа	δ5, %	y , %	KCU, Дж/м 2	HB	HRC
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 800-820 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.
50	290-340	490-590	18	45	54	156	55-63

 

Технологические свойства стали 20

Коррозионная стойкость	В среде H2S: скорость общей коррозии ≤ 0,5 мм/год; стойкость к водородному растрескиванию CLR ≤ 3 % CTR ≤ 6 %; стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением ≥ 75 % от σ0,2. По ТУ 14-3-1971-97 металл труб должен выдерживать испытания на водородное растрескивание по стандарту NACE ТМ 02 84 (испытательная среда NACE TM 01 77). Предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины трещин (CTR) не должны превышать соответственно 3 и 6%. Металл труб должен выдерживать испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением. Пороговое напряжение СКРН должно быть не менее 75% (254 МРа) от минимального гарантируемого предела текучести материала. Скорость общей коррозии металла труб не должна превышать 0,5 мм/год.
Наплавка	Наплавка уплотнительных поверхностей деталей трубопроводной арматуры в соответствии с ОСТ 26-07-2028-81 производится ручной электродуговой наплавкой электродами типа Э-20Х13 с обмазкой УОНИ-13НЖ, НИИ-48, НИИ-48Ж-1 или проволокой СВ-12Х13 или СВ-20Х13. Подготовка поверхности под наплавку производится механической обработкой. Наплавка производится с предварительным и сопутствующим нагревом детали до 400-450 °C не менее чем в 3 слоя толщиной не менее 4 мм без учета припуска на механическую обработку. Термообработка после наплавки производится путем отпуска при 550-600 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=301-350, при 600-650 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=240-300, при 400-450 °C (выдержка 2-5 ч) на твердость НВ=351-400. Температура печи при загрузке деталей для отпуска должна быть не более 300 °C.
Обрабатываемость резаньем	В горячекатанном состоянии при НВ 126-131 и sВ=450-490 МПа Kn тв.спл.=1,7 Kn б.ст.=1,6.
Свариваемость	Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Для ручной дуговой сварки используются электроды МР-3 или УОНИ13/45А; для автоматической под флюсом — проволока Св-08А, Cв-08ГA или Св-10Г2 с флюсом АН-348А; для сварки в защитных газах Ar и CO2 — сварочная проволока Св-08Г2С.
Склонность к отпускной хрупкости	Не склонна.
Температура ковки	Начала — 1280 °C, конца — 750 °C. Охлаждение на воздухе.
Флокеночувствительность	не чувствительна.

 

Ударная вязкость стали 20 KCU (Дж/см3) при низких температурах °С

Соответствие по ГОСТ	Вид поставки	Сечение, мм	KCU при +20	KCU при -40	KCU при -60
19281-73	Сортовой и фасонный прокат	от 5 до 10	64	39	34
от 10 до 20 вкл.		59	34		29
от 20 до 100 вкл.		59	34		—

 

Предел текучести стали 20

Температура испытания, °C/s0,2
150	200	250	300	320	350	400	450
≥215	≥210	≥196	≥180		≥160	≥137	≥127

 

Химический состав стали 20 по ТУ и ГОСТ

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Zn	V	Sn	Si	Sb	Pb	Ni	N	Mo	Fe	Cu	Bi	As	Al
ТУ 14-1-3987-85	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-1-5058-91	0,18-0,24	≤0,012	≤0,020	0,35-0,65	≤0,15	≤0,0040	≤0,040	≤0,005	0,17-0,37	0,00015-0,00045	≤0,0030	≤0,10	≤0,010	—	—	≤0,10	0,0002-0,00045	≤0,010	—
ГОСТ 11017-80	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ГОСТ 19277-73, ГОСТ 21729-76	0,17-0,24	≤0,035	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,20	—	—	—
ТУ 14-1-1529-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	Ост.	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-251-2007, ТУ 14-3-251-74, ГОСТ 1050-88	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-3-808-78	0,17-0,24	≤0,040	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,006	—	—	≤0,25	—	≤0,080	0,02-0,08
ТУ 14-3-1971-97	0,17-0,21	≤0,008	≤0,012	0,35-0,65	≤0,25	—	≤0,060	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	0,02-0,05
ТУ 14-3-341-75	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,025	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-162-14-96	0,17-0,22	≤0,015	≤0,015	0,50-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	0,03-0,05
ТУ 14-1-5185-93	0,18-0,24	0,002-0,015	0,005-0,015	0,35-0,65	≤0,15	0,0005-0,0040	0,002-0,100	0,0005-0,0040	0,17-0,37	0,0005-0,0030	0,0003-0,0040	≤0,15	0,002-0,012	—	—	≤0,15	0,0001-0,0030	≤0,010	0,002-0,009
ТУ 08.002.0501.5348-92	0,17-0,24	≤0,020	≤0,035	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-159-1128-2008	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,006	—	—	≤0,30	—	≤0,080	—
ТУ 14-161-148-94	0,17-0,24	≤0,013	≤0,018	0,35-0,65	—	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,25	—	—	—
TУ 1317-006.1-593377520-2003	0,17-0,24	≤0,015	≤0,017	0,35-0,65	≤0,40	—	≤0,050	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	≤0,008	—	—	≤0,25	—	—	0,02-0,05
ТУ 1301-039-00212179-2010	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	≤0,15	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,25	—	—	—	≤0,30	—	—	—
ТУ 14-3Р-1128-2007	0,17-0,24	≤0,025	≤0,030	0,35-0,65	≤0,25	—	—	—	0,17-0,37	—	—	≤0,30	≤0,008	—	—	≤0,30	—	—	—

 

Обозначения используемые в таблицах

Механические свойства:

• s_в — Предел кратковременной прочности, [МПа]
• s_Т — Предел текучести, [МПа]
• s_0,2 — Предел пропорциональности (допуск на остаточную деформацию — 0,2%), [МПа]
• d₅ — Относительное удлинение при разрыве, [ % ]
• y — Относительное сужение, [ % ]
• KCU — Ударная вязкость, [ кДж / м²]
• HB — Твердость по Бринеллю, [МПа]
• HV — Твердость по Виккерсу, [МПа]
• HSh — Твердость по Шору, [МПа]

Физические свойства:

• T — Температура, при которой получены данные свойства, [Град]
• E — Модуль упругости первого рода, [МПа]
• a — Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ) , [1/Град]
• l — Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
• r — Плотность материала , [кг/м³]
• C — Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
• R — Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Конструкционные стали: механические свойства, влияние структуры и легирующих элементов

В машиностроение используются марки стали с высоким уровнем характеристик качества, таковые являются — конструкционные стали. Это прочный, надежный материал с отличными механическими свойствами. Детали из конструкционных сталей можно подвергать большим нагрузкам. Среди хороших качеств конструкционные стали обладают сопротивлением к ударным и динамическим воздействиям.

Купить металлопрокат вы можете у нас, металлобаза «УМП» предлагает широкий ассортимент металлопроката по доступным ценам и на выгодных условиях. Также мы предоставляем услуги доставки и порезки металлопроката, которая совершается по современным технологиям с профессиональным подходом.

Механические свойства стали

Детали машин часто соприкасаются в работе, поэтому сопротивление к износу должно быть на высоком уровне. Устойчивость к коррозии, ползучести и другим нежелательным воздействием также очень важный показатель.

Для того, чтобы подобрать нужную сталь для изготовления машинных деталей, нужно знать от чего зависят ее характеристики:

• От структуры;
• От состава;
• От термической обработки;
• От легирования (легирующих элементов и их количества).

Кроме этого на механические свойства стали влияют содержание углерода в материале, легироавание, дислегирование, измельчение зерна, наклеп. Повышение уровня прочности стали обычно ведет к уменьшению гибкости и пластичности.

Для того, чтобы материал был долговечен, у него должны быть на высоком уровне такие показатели, как жаростойкость, выносливость; износостойкость, коррозийная стойкость, всеми этими характеристиками сталь превосходит другие сплавы. Когда работа идет с конструкционными сталями, учитывают в первую очередь такие способы повышения прочности, чтобы не уменьшать свойства вязкости. Обычное увеличение количества углерода приводит к значительному повышению прочности и порога хладноломкости.

Влияние структуры на свойства конструкционной стали

Получение дисперсных структур после переохлаждения аустенита ведет к повышению прочности и твердости, максимальную твердость обычно имеет мартенситная структура. Но вязкость в таком случае значительно понижается, что восстанавливается отпуском за счет незначительного снижения прочности.

Двойная обработка, при которой окончательная структура формируется не из аустенита, а из мартенсита, то есть применяется закалка с последующим отпуском позволяет широко изменять прочностные свойства от максимальных, соответствующих закаленному состоянию, до минимальных, соответствующих отожженному, и важно, что при этом пластические и вязкие свойства оказываются более высокие, чем при одинарной обработке (продукты распада аустеонита. Такая двойная обработка получила название улучшения, но возможности его не безграничны.

Механические свойства стали

Прочность, МПа	Текучесть, МПа	Удлинение, %	Сужение, %	Ударная вязкость, кДж/м2	Температура полухрупкости, С°
После закалки и отпуска
1600	1400	10	45	400-600	+100
1400	1200	15	50	600-700	+50
1200	1000	18	50	700-900	0
1000	850	21	55	1000-1200	-50
900	800	23	60	1200-1400	-100
800	700	23	65	1400-1700	-120
700	600	30	70	1800-2200	-100
Без термической обработки (или одинарной термической обработки)
1000	600	6	15	100-200	+100
900	550	10	18	200-300	+70
800	550	14	22	300-600	+50
700	450	18	30	500-1000	-20
600	400	22	40	800-1200	-40
500	350	30	55	1000-1500	-60

Можно заметить, что повышение прочности за счет понижения температуры отпуска приводит к тому, что порог хладноломкости повышается, уменьшаются доли волокна в изломе и уменьшается уровень распространения трещин.

Существует наиболее эффективный путь повышения надежности стали при высокой прочности – это сочетание мелкозернистости, уменьшенное содержание вредных примесей, использование чистой шихты и вакуумирование. Высокий комплекс механических качеств свойственен продуктов отпуска мартенсита, поэтому в процессе закалки необходимо добиваться сквозной прокаливаемости.

Важный момент заключается в том, что в процессе закалки образовывается нижний, а не верхний бейнит, так как после отпуска карбидная фаза из нижнего выделяется в виде дисперсных частиц, в то время, как при исходной структуре верхнего бейнита карбиды при отпуске приобретают пластинчатую форму и свойства оказываются невысокими.

Легирующие элементы в конструкционных сталях

Влияние легирующих элементов имеет два исхода: с одной стороны, они углубляют прокаливаемость и при этом снижается порог хладноломкости, с другой стороны, они, растворяясь в феррите, повышают порог хладноломкости.

Легировать конструкционные стали необходимо в меру, когда важен первый фактор, но, когда достигнут нужный уровень прокаливаемости, тогда первый фактор перестает действовать и такое легирование несет в себе вред для стали.

Исключением может быть такой элемент, как никель, он понижает порог хладноломкости. Но при полностью вязком разрушении, то есть выше порога хладноломкости никель, как и другие элементы понижает уровень пластичности.

Если рассматривать условия закаливания легированных конструкционных сталей, нужно учитывать особенности кинетики распада аустенита сталей, легированных карбидообразующими элементами. В этих сталях скорость бейнитного превращения при 300-400 градусах температуры оказывается намного выше, чем скорость перлитного распада – 500-600 градусов.

Можно сделать общий вывод, что у легированных сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением. Оно создает меньшее внутреннее напряжение, что является фактором, который повышает конструктивную прочность стали и позволяет использовать ее в машиностроении, не боясь возложенных на нее нагрузок.

Купить металлопрокат

Посмотреть прайс-лист на металлопрокат из конструкционных и других сталей, узнать цену металлопроката из различных видов стали вы можете в металлобазе «УМП». Наша компания предлагает только качественный металлопрокат по доступной цене, а наши менеджеры помогут вам определиться с заказом с профессиональной точки зрения.

Хотите купить черный металлопрокат из конструкционных и других видов сталей в Днепре или Киеве, посмотрите цены на металлопрокат или сразу обращайтесь по телефонам со страницы — контакты, наши специалисты проконсультируют и помогут в оформлении заказа.

Свойства стали – steel-guide.info

Благодаря своим физическим, механическим и химическим свойствам сталь по праву является самым важным инженерным м конструкционным материалом.

Сталь – основной конструкционный материал

Наиболее важными свойствами стали являются ее хорошая формуемость – способность к обработке давлением – и прочность, высокие пределы прочности и текучести, а также хорошая теплопроводность. К этим выдающимся свойствам нержавеющие стали добавляют высокое сопротивление коррозии.

При выборе материала для конкретного изделия инженеры должны быть уверены, что он способен выдерживать эксплуатационные нагрузки на это изделие – механические и климатические. Понимание и контроль свойств материала является, поэтому, очень важным. Механические свойства стали могут легко контролироваться путем выбора соответствующего химического состава, технологии изготовления и термической обработки, которые обеспечивают окончательную микроструктуру стали.

Различное легирование и виды термической обработки, которые применяются при производстве стали, обеспечивают ей различные уровни прочности и других свойств. Это дает возможность добиваться удовлетворения требований соответствующих стандартов.

Механические свойства стали

Для описания и контроля свойств стали применяют различные системы их измерения. Например, предел прочности, предел текучести и пластичность определяют путем испытания образцов стали на растяжение. Вязкие свойства стали измеряют при ударных испытаниях специальных образцов стали. Твердость стали определяют через измерение сопротивления проникновения через ее поверхность твердого объекта, например, с алмазным наконечником.

Испытания на растяжение – это метод оценки конструкционных способности стали сопротивляться прилагаемым нагрузкам. Результат этих испытаний выражается в получении соотношения между напряжением и деформацией в образце в ходе испытания.

Физические свойства стали

Отношение между напряжением и деформацией в упругой области растяжения является мерой упругости материала. Это отношение называют модулем упругости или модулем Юнга. Высокое значение модуля Юнга является одним из самых важных свойств сталей. Обычно его значение составляет 190-210 ГПа или (19-21)×106 кГ/см2, что примерно в три раза больше, чем у алюминия.

К основным физическим свойствам стали относятся такие свойства материалов, как плотность, теплопроводность, модуль упругости, коэффициент Пуассона.

Типичными физическими свойствами сталей являются следующие:
– плотность: ρ = 7,7-8,1 кг/дм3;
– модуль упругости: Е = 190-210 ГПа;
– коэффициент Пуассона: ν = 0,27-0,30;
– теплопроводность: k = 11,2-48,3 Вт/мК;
– тепловое расширение: α = 9-27×10-6 1/К.

справочник-сталь тонколистовая,

Что такое нержавеющая сталь?

Согласно Европейскому стандарту EN 10020, сталь — железо-углеродистый сплав, содержащий в составе менее 2 % углерода, материалы с более высоким углеродистым содержанием — названы чугуном (Табл. ниже).

Чугун	Fe + C > 2%
Углеродистая сталь	Fe + C < 2%
Спецсталь	Fe + C < 2% + (Cr, Ni, Mo, и т.д.,)>5%
Нержавеющая сталь	Fe + C<1.2% + Cr>10.5%

 

Чугун
Fe + C > 2%
Углеродистая сталь
Fe + C < 2%
Спецсталь
Fe + C < 2% + (Cr, Ni, Mo, и т.д.,)>5%
Нержавеющая сталь
Fe + C<1.2% + Cr>10.5%

 

 

 

Нержавеющие стали — эту группу коррозиестойких сталей объединяет общая черта — содержание минимум 10.5 % хрома. Также могут присутствовать другие легирующие элементы — Никель, Молибден, Титан, Ниобий и др., так же определяющие свойства стали. Механические свойства и поведение в обслуживании различных типов зависят в первую очередь от их состава. Правильный выбор марки — гарантирует длительный и успешный срок службы стали. Постоянное увеличение использования нержавеющей стали в многих отраслях промышленности связано с ее выдающимися качествами: превосходного сопротивления коррозии, высокой прочности, хорошей свариваемости и легкости при холодной формовке.

Типы нержавеющих сталей

Cотношения между Ni и Cr для различных типов нержавеющих сталей. [PH steels — дисперсионно-упрочненные (закаленные) стали].

Есть пять основных категорий нержавеющей стали, основанных на их микроструктурах — Аустенитные (Austenitic), Ферритные (Ferritic), Дуплексные, Мартенситные (Martensitic), Жаропрочные — (Рис1). Сорта Аустенические — не магнитные и в дополнение к хрому, обычно на уровне на 18 %, содержат никель, который увеличивает сопротивление коррозии. Аустенитные нержавеющие стали — наиболее широко используемая группа нержавеющихсталей. С повышенным содержанием хрома, 20 % —  25 % и никеля, 10 % — 20 %, аустенитные нержавеющие стали — лучше сопротивляются окислению при высоких температурах и могут использоваться в частях печей, топках, муфельных печах: они называются жаропрочными сталями. Ферритные сорта — магнитные, имеют низкое углеродистое содержание и Хром как главный элемент, обычно на и уровне 13 % — 17 %. Дуплексные нержавеющие стали имеют смешанную, ферритно/аустенитную структуру.

Содержание хрома изменяется от 18 % до 28 % и никеля от 4.5 % до 8 %. Дуплексные сорта находят свое применение в средах, где высокое содержание хлорида. Мартенситные сорта магнитные, содержат обычно 12 % хрома и умеренный уровень углерода. Они — упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят поэтому применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Упрочненные стали (Рис. 2) имеют содержание хрома обычно в 17 % с дополнениями никеля, меди и ниобия. Поскольку эти стали могут быть укреплены и хорошо сопротивляются процессу старения, они идеальны для шахтных насосов, шпинделей клапанов и космических компонентов.

Аустенитные и ферритные сорта составляют приблизительно 95 % среди используемых нержавеющих сталей.

Определение Марок
400 Мартенситные марки — Типичный сорт: 410
Хром (12-18 %), магнитный и может быть укреплен обработкой высокой температурой. Типичное использование: крепеж, соединительные детали, промышленные насосы

400 Ферритные марки — Типичный сорт: 430
Хром (12-18 %), «низкий» углерод, магнитный, но не высокая температура обработки. Типичное использование: бытовые приборы, отделка, кухонная утварь

200/300 Ряд Austenitic — Типичный сорт: 304
Хром (17-25 %)/Никель (8-25 %), немагнитный, не укрепленный высокой температурой. Имеет высокую прочность при холодной работе. Дополнения молибдена (до 7 %) могут увеличивать сопротивление коррозии. Типичное использование: пищевое оборудование, химическое оборудование, архитектурные применения

Дисперсионно укрепленные (закаленные) марки — Типичный сорт: 17-4
Хром (12-28 %)/ Никель (3-9 %), с добавлением Меди (3-4%) и Ниобия или Кобальта. Имеют мартенситную или аустенитную структуру. Укрепляются дисперсионным твердением в течение термообработки. Типичное использование: Клапаны, приводы, нефтехимическое оборудование

Дуплексные марки — Типичный сорт: 2205
Хром (18-25 %)/ Никель (4-7 %) и до 4 % молибдена. Более стойкие коррозии под давлением (напряжением), чем аустенитные, и все же достаточно жесткие, чем полностью ферритные сплавы. Типичное использование: Трубопроводы, камеры давления, котлы, силовые передачи, валы.

Выгоды от Нержавеющей стали
Срок службы
Когда рассматриваются полные затраты цикла жизни, нержавеющая сталь — часто наименее дорогой выбор.

Низкие Затраты Обслуживания
Нержавеющая сталь обычно лишь требует периодической очистки, с использованием домашних моющих средств и воды. Поверхности должны быть вымыты повторно водой и протерты. Следует использовать мягкую губку, не применяя абразивных паст.

Простота Изготовления
Современные методы металлообработки подразумевают, что Нержавеющая сталь может быть порезана, сварена, сформована и обработана так же как традиционные стали и другие материалы.

Сопротивление Коррозии
Более низкие сорта сопротивляются коррозии в нормальных атмосферных и водных средах, в то время как более высокие сорта могут сопротивляться коррозии во многих кислотах и щелочах, и некоторых хлористых растворах, присущих окружающим средам, типичных для многих обрабатывающих заводов.

Прочность
Механические свойства Нержавеющих сталей позволяют снизить толщины используемых материалов, таким образом сокращая вес без риска снижения прочностных характеристик. Аустенитные и Дуплексные сорта не теряют прочности и при низких температурах, при учете меньших толщин по сравнению с традиционными сортами. Таким образом достигается существенная экономия по отношению к альтернативным материалам.

Гигиена
Нержавеющая сталь признанна как наиболее гигиеническая поверхность для подготовки пищевых продуктов. Уникальность поверхности Нержавеющей стали в том, что она не имеет пор или трещин для проникновения грязи или бактерий. Это свойство простой очищаемости по отношению к другим поверхностям, делает Нержавеющая сталь первым выбором в строгих гигиенических условиях, например, больницах, общественных кухонь, скотобойнях, пищевого оборудования, перерабатывающих предприятиях АПК.

Эстетический внешний вид
Яркая, легко обслуживаемая поверхность нержавеющей стали обеспечивает привлекательный и современный внешний вид изделий, является идеальной для широкого и растущего диапазона архитектурных и декоративных приложений.

;»> 

 

Нержавеющие стали — эту группу коррозиестойких сталей объединяет общая черта — содержание минимум 10.5 % хрома. Также могут присутствовать другие легирующие элементы — Никель, Молибден, Титан, Ниобий и др., так же определяющие свойства стали. Механические свойства и поведение в обслуживании различных типов зависят в первую очередь от их состава. Правильный выбор марки — гарантирует длительный и успешный срок службы стали. Постоянное увеличение использования нержавеющей стали в многих отраслях промышленности связано с ее выдающимися качествами: превосходного сопротивления коррозии, высокой прочности, хорошей свариваемости и легкости при холодной формовке.

Типы нержавеющих сталей

Cотношения между Ni и Cr для различных типов нержавеющих сталей. [PH steels — дисперсионно-упрочненные (закаленные) стали].

Есть пять основных категорий нержавеющей стали, основанных на их микроструктурах — Аустенитные (Austenitic), Ферритные (Ferritic), Дуплексные, Мартенситные (Martensitic), Жаропрочные — (Рис1). Сорта Аустенические — не магнитные и в дополнение к хрому, обычно на уровне на 18 %, содержат никель, который увеличивает сопротивление коррозии. Аустенитные нержавеющие стали — наиболее широко используемая группа нержавеющих сталей. С повышенным содержанием хрома, 20 % —  25 % и никеля, 10 % — 20 %, аустенитные нержавеющие стали — лучше сопротивляются окислению при высоких температурах и могут использоваться в частях печей, топках, муфельных печах: они называются жаропрочными сталями. Ферритные сорта — магнитные, имеют низкое углеродистое содержание и Хром как главный элемент, обычно на и уровне 13 % — 17 %. Дуплексные нержавеющие стали имеют смешанную, ферритно/аустенитную структуру.

Содержание хрома изменяется от 18 % до 28 % и никеля от 4.5 % до 8 %. Дуплексные сорта находят свое применение в средах, где высокое содержание хлорида. Мартенситные сорта магнитные, содержат обычно 12 % хрома и умеренный уровень углерода. Они — упрочняются, закалкой и отпуском подобно простым углеродистым сталям, и находят поэтому применение главным образом в изготовлении столовых приборов, режущих инструментов и общем машиностроении. Упрочненные стали (Рис. 2) имеют содержание хрома обычно в 17 % с дополнениями никеля, меди и ниобия. Поскольку эти стали могут быть укреплены и хорошо сопротивляются процессу старения, они идеальны для шахтных насосов, шпинделей клапанов и космических компонентов.

Аустенитные и ферритные сорта составляют приблизительно 95 % среди используемых нержавеющих сталей.

Определение Марок
400 Мартенситные марки — Типичный сорт: 410
Хром (12-18 %), магнитный и может быть укреплен обработкой высокой температурой. Типичное использование: крепеж, соединительные детали, промышленные насосы

400 Ферритные марки — Типичный сорт: 430
Хром (12-18 %), «низкий» углерод, магнитный, но не высокая температура обработки. Типичное использование: бытовые приборы, отделка, кухонная утварь

200/300 Ряд Austenitic — Типичный сорт: 304
Хром (17-25 %)/Никель (8-25 %), немагнитный, не укрепленный высокой температурой. Имеет высокую прочность при холодной работе. Дополнения молибдена (до 7 %) могут увеличивать сопротивление коррозии. Типичное использование: пищевое оборудование, химическое оборудование, архитектурные применения

Дисперсионно укрепленные (закаленные) марки — Типичный сорт: 17-4
Хром (12-28 %)/ Никель (3-9 %), с добавлением Меди (3-4%) и Ниобия или Кобальта. Имеют мартенситную или аустенитную структуру. Укрепляются дисперсионным твердением в течение термообработки. Типичное использование: Клапаны, приводы, нефтехимическое оборудование

Дуплексные марки — Типичный сорт: 2205
Хром (18-25 %)/ Никель (4-7 %) и до 4 % молибдена. Более стойкие коррозии под давлением (напряжением), чем аустенитные, и все же достаточно жесткие, чем полностью ферритные сплавы. Типичное использование: Трубопроводы, камеры давления, котлы, силовые передачи, валы.

Выгоды от Нержавеющей стали
Срок службы
Когда рассматриваются полные затраты цикла жизни, нержавеющая сталь — часто наименее дорогой выбор.

Низкие Затраты Обслуживания
Нержавеющая сталь обычно лишь требует периодической очистки, с использованием домашних моющих средств и воды. Поверхности должны быть вымыты повторно водой и протерты. Следует использовать мягкую губку, не применяя абразивных паст.

Простота Изготовления
Современные методы металлообработки подразумевают, что Нержавеющая сталь может быть порезана, сварена, сформована и обработана так же как традиционные стали и другие материалы.

Сопротивление Коррозии
Более низкие сорта сопротивляются коррозии в нормальных атмосферных и водных средах, в то время как более высокие сорта могут сопротивляться коррозии во многих кислотах и щелочах, и некоторых хлористых растворах, присущих окружающим средам, типичных для многих обрабатывающих заводов.

Прочность
Механические свойства Нержавеющих сталей позволяют снизить толщины используемых материалов, таким образом сокращая вес без риска снижения прочностных характеристик. Аустенитные и Дуплексные сорта не теряют прочности и при низких температурах, при учете меньших толщин по сравнению с традиционными сортами. Таким образом достигается существенная экономия по отношению к альтернативным материалам.

Гигиена
Нержавеющая сталь признанна как наиболее гигиеническая поверхность для подготовки пищевых продуктов. Уникальность поверхности Нержавеющей стали в том, что она не имеет пор или трещин для проникновения грязи или бактерий. Это свойство простой очищаемости по отношению к другим поверхностям, делает Нержавеющая сталь первым выбором в строгих гигиенических условиях, например, больницах, общественных кухонь, скотобойнях, пищевого оборудования, перерабатывающих предприятиях АПК.

Эстетический внешний вид
Яркая, легко обслуживаемая поверхность нержавеющей стали обеспечивает привлекательный и современный внешний вид изделий, является идеальной для широкого и растущего диапазона архитектурных и декоративных приложений.

Сталь ст3 — характеристика, свойства, применение

В качестве заменителя стали ст3 применяют сталь ВСт3сп.
Твердость материала ст.3: HB 10 ^-1 = 131 МПа
Свариваемость ст 3: без ограничений
Флокеночувствительность стали ст.3: не чувствительна
Склонность к отпускной хрупкости: не склонна

Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст3 применяют для изготовления несущих и ненесущих элементов для сварных и несварных конструкций, а также деталей, работающих при положительных температурах. Листовой и фасонный прокат 5 категории (до 10мм) — для несущих элементов сварных конструкций предназначенных для эксплуатации в диапазоне от —40 до +425 °С при переменных нагрузках.

Сплав Ст3 содержит: углерода — 0,14-0,22%, кремния — 0,05-0,17%, марганца — 0,4-0,65%, никеля, меди, хрома — до 0,3% , мышьяка до 0,08%, серы и фосфора — до 0,05 и 0,04% соответственно.

Технологические свойства стали марки ст3

Сталь ст3 не склонна к отпускной хрупкости, нефлокеночувствительна. свариваемость без ограничений.

Качество конструкционной стали определяется коррозионной стойкостью, механическими свойствами и свариваемостью. По своим механическим характеристикам стали делят на группы: сталь обычной, повышенной и высокой прочности.

Основные свойства стали непосредственно зависят от химического элементов, входящих в состав сплава и технологических особенностей производства.

Основой структуры стали является феррит. Он является малопрочным и пластичным, цементит напротив, хрупок и тверд, а перлит обладает промежуточными свойствами. Свойства феррита не позволяют применять его в строительных конструкциях в чистом виде. Для повышения прочности феррита сталь насыщают углеродом (стали обычной прочности, малоуглеродистые), легируют добавками хрома, никеля, кремния, марганца и других элементов (низколегированные стали с высоким коэффициентом прочности) и легируют с дополнительным термическим упрочнением ( высокопрочные стали)

К вредным примесям относятся фосфор и сера. Фосфор образует раствор с ферритом, таким образом снижает пластичность металла при высоких температурах и повышает хрупкость при низких. Образование сернистого железа при избытке серы приводит к красноломкости металла. В составе стали ст3 допускается не более 0,05% серы и 0,04 % фосфора.

При температурах, недостаточных для образования ферритной структуры возможно выделение углерода и его скопления между зернами и возле дефектов кристаллической решетки. Такие изменения в структуре стали понижают сопротивление хрупкому разрушению, повышают предел текучести и временного сопротивления. Это явление называют старением, в связи с длительностью процесса структурных изменений. Старение ускоряется при наличии колебаний температуры и механических воздействиях. Насыщенные газами и загрязненные стали подвержены старению в наибольшей степени.

Конструкционные стали производят мартеновским и конвертерным способами. Качество и механические свойства сталей кислородно-конвертерного и мартеновского производства практически не отличаются, но кислородно-конвертерный способ проще и дешевле.

По степени раскисления различают спокойные, полуспокойные и кипящие стали. Кипящие стали — нераскисленные. При разливке в изложницы они кипят и насыщаются газами. Для повышения качества малоуглеродистых сталей используют раскислители — добавки кремния (0,12 — 0,3%) или алюминия (до 0,1 %). Раскислители связывают свободный кислород, а образующиеся при этом алюминаты и силикаты увеличивают количество очагов кристаллизации, способствуя образованию мелкозернистой структуры. Раскисленные стали называют спокойными, т.к. они не кипят при разливке. Спокойные стали более однородны, менее хрупкие, лучше свариваются и хорошо противостоят динамическим нагрузкам. Их применяют при изготовлении ответственных конструкций. Ограничивает применение спокойной стали высокая стоимость и по технико-экономическим соображениям наиболее распространенным конструкционным материалом является полуспокойная сталь. Для раскисления полуспокойной стали используется меньшее количество раскислителя, преимущественно кремния. По качеству и цене полуспокойные стали занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Из группы малоуглеродистых сталей обычной мощности (ГОСТ 380-71, с изм.) для строительных конструкций применяют сталь марок Ст3 и Ст3Гпс. Сталь ст3 производится спокойной, полуспокойной и кипящей.

В зависимости от эксплуатационных требований и вида конструкций, сталь должна отвечать требованиям ГОСТ 380-71. Углеродистая сталь подразделяется на 6 категорий. При поставке стали марок ВСт3Гпс и ВСт3 всех категорий требуется гарантированный химический состав, относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление, изгиб в холодном состоянии.

Требования ударной вязкости различаются по категориям.

При маркировке стали согласно ГОСТ 380-71 (с изм.) вначале ставят обозначение группы поставки, далее марки, степени раскисления и категории.

По ГОСТ 23570-79 устанавливаются более строгий контроль качества стали и ограничения содержания мышьяка и азота. Обозначение марки включает процентное содержание углерода ( в сотых долях процента), степень раскисления и буква Г для марганцовистых сталей.

Марка: Ст3сп — она же Ст3 или Ст.3 ! поскольку в случае если тип стали (сп — спокойная, пс- полуспокойная, кп — кипящая) не пишется после Ст3, то под сталью Ст3 понимается именно Ст3сп

Класс: Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества

Использование в промышленности: несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах

Зарубежные аналоги марки стали Ст3сп
США	A284Gr.D, A57036, A573Gr.58, A611Gr.C, GradeC, K01804, K02001, K02301, K02502, K02601, K02701, K02702, M1017
Германия	1.0038, 1.0116, DC03, Fe360B, Fe360D1, RSt37-2, RSt37-3, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2, St37-2, St37-3, St37-3G
Япония	SS330, SS34, SS400
Франция	E24-2, E24-2NE, E24-3, E24-4, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
Англия	1449-2723CR, 1449-3723CR, 3723HR, 40B, 40C, 40D, 4360-40B, 4360-40D, 4449-250, 722M24, Fe360BFU, Fe360D1FF, HFS3, HFS4, HFW3, HFW4, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
Евросоюз	Fe37-3FN, Fe37-3FU, Fe37B1FN, Fe37B1FU, Fe37B3FN, Fe37B3FU, S235, S235J0, S235J2G3, S235JR, S235JRG2
Италия	Fe360B, Fe360BFN, Fe360C, Fe360CFN, Fe360D, Fe360DFF, Fe37-2, S235J0, S235J2G3, S235J2G4, S235JRG2
Бельгия	FE360BFN, FE360BFU, FED1FF
Испания	AE235BFN, AE235BFU, AE235D, Fe360BFN, Fe360BFU, Fe360D1FF, S235J2G3, S235JRG2
Китай	Q235, Q235A, Q235A-B, Q235A-Z, Q235B, Q235B-Z, Q235C
Швеция	1312, 1313
Болгария	BSt3ps, BSt3sp, Ew-08AA, S235J2G3, S235JRG2, WSt3ps, WSt3sp
Венгрия	Fe235BFN, Fe235D, S235J2G3, S235JRG2
Польша	St3S, St3SX, St3V, St3W
Румыния	OL37.1, OL37.2, OL37.4
Чехия	11375, 11378
Финляндия	FORM300H, RACOLD03F, RACOLD215S
Австрия	RSt360B

Механические свойства стали Ст3сп при Т=20oС
Прокат	Размер	Напр.	σв(МПа)	sT (МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
Сталь горячекатан.	20 — 40		380-490		25

 

Особенности стали Сс3сп и электрошлаковая сварка: углеродистые стали — самый распространенный конструкционный материал. По объему применения стали этого класса превосходят все остальные. К углеродистым относятся стали с содержанием 0,1-0,7% С, при содержании остальных элементов не более: 0,8% Мn, 0,4% Si, 0,05% Р, 0,05% S, 0,5% Си, 0,3% Сг, 0,3% Ni. В табл. 9.1 приведен химический состав и механические свойства сталей, нашедших применение при изготовлении сварных конструкций с использованием электрошлаковой сварки.

По способу производства различают мартеновскую и конвертерную стали, по степени раскисления (в порядке возрастания) кипящую, полуспокойную и спокойную.

Спокойные углеродистые стали поступают в промышленность в виде отливок и поковок по ГОСТ 977-75, в виде горячекатаной стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71, качественных конструкционных горячекатаных сортовых сталей по ГОСТ 1050-74. Главным отличительным признаком этих сталей является содержание в них углерода.

Прочностные характеристики углеродистых сталей повышаются с увеличением содержания углерода, при этом их свариваемость ухудшается, так как возрастает опасность образования горячих трещин в шве. При содержании свыше 0,5% С стали практически не свариваются электрошлаковой сваркой без специальных приемов.

Чувствительность к горячим трещинам в шве возрастает с увеличением жесткости свариваемых конструкций. Предварительный и сопутствующий подогрев могут существенно снизить опасность появления трещин даже при сварке жестких стыков (например, на участке замыкания кольцевого шва). Одним из радикальных средств по предотвращению горячих трещин служит снижение скорости подачи электродной проволоки.

Углеродистые стали в настоящее время сваривают проволочными электродами, электродами большого сечения или плавящимися мундштуками. Наиболее широко применяют проволочные электроды и плавящиеся мундштуки.

Наиболее целесообразный путь повышения прочности металла шва заключается в увеличении содержания марганца, поскольку это не сопровождается снижением технологической прочности металла шва. Марганец увеличивает склонность металла к закалке и упрочняет феррит. Так, при легировании металла шва 1,5% Мn (0,12-0,14% С) достигаются те же прочностные характеристики, что и при 0,22-0,24% С (0,5-0,7% Мn). Металл шва в первом случае обладает большей стойкостью против кристаллизационных трещин и против перехода в хрупкое состояние. Положительное влияние на прочность оказывают также небольшие добавки в металл шва никеля, хрома и других легирующих элементов.

Для электрошлаковой сварки углеродистых сталей чаще всего используют флюс АН-8 и сварочные проволоки марок Св-08, Св-08А, Св-08 ГА, Св-08Г2С, Св-10Г2 (ГОСТ 2246-70). Так, при

сварке сталей 15, 15Л, Ст2 равнопрочные соединения могут быть получены при использовании проволок Св-08 и Св-08А. При сварке низкоуглеродистой стали СтЗ применяют проволоку Св-08ГС.

Краткие обозначения:
σв	— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа		ε	— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05	— предел упругости, МПа		Jк	— предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2	— предел текучести условный, МПа		σизг	— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10	— относительное удлинение после разрыва, %		σ-1	— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж	— предел текучести при сжатии, МПа		J-1	— предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	— относительный сдвиг, %		n	— количество циклов нагружения
sв	— предел кратковременной прочности, МПа		R и ρ	— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	— относительное сужение, %		E	— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2		T	— температура, при которой получены свойства, Град
sT	— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа		l и λ	— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	— твердость по Бринеллю		C	— удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV	— твердость по Виккерсу		pn и r	— плотность кг/м3
HRCэ	— твердость по Роквеллу, шкала С		а	— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB	— твердость по Роквеллу, шкала В		σtТ	— предел длительной прочности, МПа
HSD	— твердость по Шору		G	— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Свойства стального материала — SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций. В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов.Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для проектирования

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:

Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию. Прочность зависит от конкретного типа сплава — обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[наверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали.Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также по-разному реагируют, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется с помощью различных маршрутов производственного процесса, которые могут использоваться при производстве стали, основными из которых являются:

• Сталь после проката
• Сталь нормализованная
• Сталь нормализованный прокат
• Сталь термомеханически прокатанная (ТМР)
• Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.

Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C.Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, в частности, ударную вязкость. Нормализованная прокатка — это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение «N».

Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять любому распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с низкоуглеродистыми чистыми сталями и за счет максимального измельчения зерна. Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.

Термомеханический прокат в стали использует особый химический состав стали, что обеспечивает более низкую конечную температуру прокатки около 700 ° C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет маркировку «М».

Процесс обработки закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900 ° C. Он быстро охлаждается или «закаливается» для получения стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью.Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени и затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют в сочетании с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в смягчении ранее затвердевших структур и их повышении прочности и пластичности.

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[наверх] Прочность

[вверх] Предел текучести

Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 — это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаный прокат

Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Разработчикам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 ^[1] .

Минимальный предел текучести и прочности на разрыв для обычных марок стали

Марка	Предел текучести (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)				Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)
	т ≤ 16	16	40	63	3	100
S275	275	265	255	245	410	400
S355	355	345	335	325	470	450

Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 ^[2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f _y и минимального значения прочности на растяжение прочность f _u использовать как номинальный (характеристический) предел прочности.

Аналогичные значения приведены для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 ^[3] .

[вверх] Холодногнутые стали

Существует широкий диапазон марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 ^[4] .

BS EN 1993-1-3 ^[5] содержит значения базового предела текучести f _yb и предела прочности на растяжение f _u , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[вверх] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистых сталей. Зависимость напряжение-деформация не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 ^[6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f _y и минимального предела прочности на растяжение f _u для сталей согласно BS EN 10088-1 ^[7] для использование в дизайне.

[вверх] Прочность

Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют недостатки. В стали эти дефекты принимают форму очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и при более низких температурах.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом — см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основные обозначения подложек — JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые обычно более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводка обозначений ударной вязкости приведена в таблице ниже.

Указанная минимальная энергия удара для углеродистой стали марки

Стандартный	Подкладка	Ударная вязкость	Температура испытания
BS EN 10025-2 [1] BS EN 10210-1 [3]	JR	27J	20 o С
	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
BS EN 10025-3 [8]	N	40J	-20 о с
	NL	27J	-50 о с
BS EN 10025-4 [9]	M	40J	-20 о с
	мл	27J	-50 о с
BS EN 10025-5 [10]	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
	J4	27J	-40 o С
	J5	27J	-50 o С
BS EN 10025-6 [11]	Q	30J	-20 о с
	QL	30J	-40 о с
	QL1	30J	-60 o c

Для тонкостенных сталей для холодной штамповки требования к энергии удара для материала толщиной менее 6 мм не предъявляются.

Выбор подходящего подкласса для обеспечения адекватной ударной вязкости в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 ^[12] и связанном с ним UK NA ^[13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжений и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 ^[14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего субсорта дано в ED007.

Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и опорные конструкции кранов, и признано, что их использование для зданий, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является предметом рассмотрения при проектировании. Эти новые пределы были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предположить, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции — в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается — подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 ^[15] . BS EN 1993-1-4 ^[6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно вязкие и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[вверху] Пластичность

Пластичность — это мера степени, в которой материал может деформироваться или растягиваться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

Напряжение — деформация стали

[вверх] Свариваемость

Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например балка обеспечивает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «эквивалентное значение углерода» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

BS EN 10025 ^[1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых конструкционных стальных изделий, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, чтобы гарантировать, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

• Модуль упругости, E = 210 000 Н / мм²
• Модуль сдвига, G = E / [2 (1 + ν )] Н / мм², часто принимается равным 81 000 Н / мм²
• Коэффициент Пуассона, ν = 0.3
• Коэффициент теплового расширения, α = 12 x 10 ^-6 / ° C (в диапазоне температур окружающей среды).

[вверху] Прочность

Нанесение защиты от коррозии на месте
(Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальваника. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

[вверх] Погодостойкая сталь

Атмосферостойкая сталь

— это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную ржавчину «патину», которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

Типичные кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь — это материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкционных целях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных условиях окружающей среды приведены ниже.

Поведение нержавеющих сталей при растяжении отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного напряжения текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной остаточной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжение-деформация для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 ^[15]

Описание	Марка	Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм 2 )	Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 )	Относительное удлинение при разрыве (%)
Основные хромоникелевые аустенитные стали	1.4301	210	520–720	45
	1.4307	200	500–700	45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали	1.4401	220	520–670	45
	1.4404	220	520–670	45
Дуплексные стали	1,4162	450	650–850	30
	1.4462	460	640–840	25

Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

Рекомендации по выбору нержавеющей стали

BS EN ISO 9223 [16] Класс атмосферной коррозии	Типичная внешняя среда	Подходящая нержавеющая сталь
C1 (Очень низкий)	Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C2 (Низкий)	Засушливые или слабозагрязненные (сельские районы)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний)	Прибрежные районы с небольшими отложениями соли Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением	1.4401 / 1.4404, 1.4162 (1.4301 / 1.4307)
C4 (высокий)	Загрязненная городская и промышленная атмосфера Прибрежные территории с умеренными солевыми отложениями Дорожная среда с солями для защиты от обледенения	1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
C5 (Очень высокий)	Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью Морская среда с высокой степенью соленых отложений и брызг	1.4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть неэффективными с точки зрения затрат. Материалы в скобках могут быть рассмотрены, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2} BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей BSI.
2. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
3. ↑ ^{3,0 3,1} BS EN 10210-1: 2006 Горячие готовые полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
4. ↑ BS EN 10346: 2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
6. ↑ ^{6,0 6,1} BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханического проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
12. ↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3.Проектирование металлоконструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
13. ↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
15. ↑ ^{15,0 15,1} BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

Свойства стального материала — SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций.В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов. Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для проектирования

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:

Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию. Прочность зависит от конкретного типа сплава — обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[наверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали.Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также по-разному реагируют, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется с помощью различных маршрутов производственного процесса, которые могут использоваться при производстве стали, основными из которых являются:

• Сталь после проката
• Сталь нормализованная
• Сталь нормализованный прокат
• Сталь термомеханически прокатанная (ТМР)
• Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.

Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C.Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, в частности, ударную вязкость. Нормализованная прокатка — это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение «N».

Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять любому распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с низкоуглеродистыми чистыми сталями и за счет максимального измельчения зерна. Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.

Термомеханический прокат в стали использует особый химический состав стали, что обеспечивает более низкую конечную температуру прокатки около 700 ° C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет маркировку «М».

Процесс обработки закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900 ° C. Он быстро охлаждается или «закаливается» для получения стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью.Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени и затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют в сочетании с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в смягчении ранее затвердевших структур и их повышении прочности и пластичности.

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[наверх] Прочность

[вверх] Предел текучести

Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 — это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаный прокат

Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Разработчикам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 ^[1] .

Минимальный предел текучести и прочности на разрыв для обычных марок стали

Марка	Предел текучести (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)				Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)
	т ≤ 16	16	40	63	3	100
S275	275	265	255	245	410	400
S355	355	345	335	325	470	450

Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 ^[2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f _y и минимального значения прочности на растяжение прочность f _u использовать как номинальный (характеристический) предел прочности.

Аналогичные значения приведены для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 ^[3] .

[вверх] Холодногнутые стали

Существует широкий диапазон марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 ^[4] .

BS EN 1993-1-3 ^[5] содержит значения базового предела текучести f _yb и предела прочности на растяжение f _u , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[вверх] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистых сталей. Зависимость напряжение-деформация не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 ^[6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f _y и минимального предела прочности на растяжение f _u для сталей согласно BS EN 10088-1 ^[7] для использование в дизайне.

[вверх] Прочность

Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют недостатки. В стали эти дефекты принимают форму очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и при более низких температурах.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом — см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основные обозначения подложек — JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые обычно более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводка обозначений ударной вязкости приведена в таблице ниже.

Указанная минимальная энергия удара для углеродистой стали марки

Стандартный	Подкладка	Ударная вязкость	Температура испытания
BS EN 10025-2 [1] BS EN 10210-1 [3]	JR	27J	20 o С
	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
BS EN 10025-3 [8]	N	40J	-20 о с
	NL	27J	-50 о с
BS EN 10025-4 [9]	M	40J	-20 о с
	мл	27J	-50 о с
BS EN 10025-5 [10]	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
	J4	27J	-40 o С
	J5	27J	-50 o С
BS EN 10025-6 [11]	Q	30J	-20 о с
	QL	30J	-40 о с
	QL1	30J	-60 o c

Для тонкостенных сталей для холодной штамповки требования к энергии удара для материала толщиной менее 6 мм не предъявляются.

Выбор подходящего подкласса для обеспечения адекватной ударной вязкости в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 ^[12] и связанном с ним UK NA ^[13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжений и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 ^[14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего субсорта дано в ED007.

Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и опорные конструкции кранов, и признано, что их использование для зданий, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является предметом рассмотрения при проектировании. Эти новые пределы были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предположить, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции — в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается — подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 ^[15] . BS EN 1993-1-4 ^[6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно вязкие и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[вверху] Пластичность

Пластичность — это мера степени, в которой материал может деформироваться или растягиваться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

Напряжение — деформация стали

[вверх] Свариваемость

Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например балка обеспечивает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «эквивалентное значение углерода» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

BS EN 10025 ^[1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых конструкционных стальных изделий, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, чтобы гарантировать, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

• Модуль упругости, E = 210 000 Н / мм²
• Модуль сдвига, G = E / [2 (1 + ν )] Н / мм², часто принимается равным 81 000 Н / мм²
• Коэффициент Пуассона, ν = 0.3
• Коэффициент теплового расширения, α = 12 x 10 ^-6 / ° C (в диапазоне температур окружающей среды).

[вверху] Прочность

Нанесение защиты от коррозии на месте
(Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальваника. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

[вверх] Погодостойкая сталь

Атмосферостойкая сталь

— это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную ржавчину «патину», которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

Типичные кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь — это материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкционных целях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных условиях окружающей среды приведены ниже.

Поведение нержавеющих сталей при растяжении отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного напряжения текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной остаточной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжение-деформация для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 ^[15]

Описание	Марка	Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм 2 )	Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 )	Относительное удлинение при разрыве (%)
Основные хромоникелевые аустенитные стали	1.4301	210	520–720	45
	1.4307	200	500–700	45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали	1.4401	220	520–670	45
	1.4404	220	520–670	45
Дуплексные стали	1,4162	450	650–850	30
	1.4462	460	640–840	25

Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

Рекомендации по выбору нержавеющей стали

BS EN ISO 9223 [16] Класс атмосферной коррозии	Типичная внешняя среда	Подходящая нержавеющая сталь
C1 (Очень низкий)	Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C2 (Низкий)	Засушливые или слабозагрязненные (сельские районы)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний)	Прибрежные районы с небольшими отложениями соли Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением	1.4401 / 1.4404, 1.4162 (1.4301 / 1.4307)
C4 (высокий)	Загрязненная городская и промышленная атмосфера Прибрежные территории с умеренными солевыми отложениями Дорожная среда с солями для защиты от обледенения	1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
C5 (Очень высокий)	Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью Морская среда с высокой степенью соленых отложений и брызг	1.4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть неэффективными с точки зрения затрат. Материалы в скобках могут быть рассмотрены, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2} BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей BSI.
2. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
3. ↑ ^{3,0 3,1} BS EN 10210-1: 2006 Горячие готовые полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
4. ↑ BS EN 10346: 2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
6. ↑ ^{6,0 6,1} BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханического проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
12. ↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3.Проектирование металлоконструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
13. ↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
15. ↑ ^{15,0 15,1} BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

Свойства стального материала — SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций.В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов. Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для проектирования

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:

Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию. Прочность зависит от конкретного типа сплава — обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[наверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основным компонентом стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может оказать заметное влияние на свойства стали.Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также по-разному реагируют, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется с помощью различных маршрутов производственного процесса, которые могут использоваться при производстве стали, основными из которых являются:

• Сталь после проката
• Сталь нормализованная
• Сталь нормализованный прокат
• Сталь термомеханически прокатанная (ТМР)
• Закаленная и отпущенная (Q&T) сталь.

Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C.Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают примерно до 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, в частности, ударную вязкость. Нормализованная прокатка — это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение «N».

Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять любому распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с низкоуглеродистыми чистыми сталями и за счет максимального измельчения зерна. Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.

Термомеханический прокат в стали использует особый химический состав стали, что обеспечивает более низкую конечную температуру прокатки около 700 ° C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет маркировку «М».

Процесс обработки закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900 ° C. Он быстро охлаждается или «закаливается» для получения стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью.Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени и затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют в сочетании с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в смягчении ранее затвердевших структур и их повышении прочности и пластичности.

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[наверх] Прочность

[вверх] Предел текучести

Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 — это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаный прокат

Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Разработчикам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 ^[1] .

Минимальный предел текучести и прочности на разрыв для обычных марок стали

Марка	Предел текучести (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)				Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)
	т ≤ 16	16	40	63	3	100
S275	275	265	255	245	410	400
S355	355	345	335	325	470	450

Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 ^[2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f _y и минимального значения прочности на растяжение прочность f _u использовать как номинальный (характеристический) предел прочности.

Аналогичные значения приведены для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 ^[3] .

[вверх] Холодногнутые стали

Существует широкий диапазон марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 ^[4] .

BS EN 1993-1-3 ^[5] содержит значения базового предела текучести f _yb и предела прочности на растяжение f _u , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[вверх] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистых сталей. Зависимость напряжение-деформация не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 ^[6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f _y и минимального предела прочности на растяжение f _u для сталей согласно BS EN 10088-1 ^[7] для использование в дизайне.

[вверх] Прочность

Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют недостатки. В стали эти дефекты принимают форму очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и при более низких температурах.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом — см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основные обозначения подложек — JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые обычно более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводка обозначений ударной вязкости приведена в таблице ниже.

Указанная минимальная энергия удара для углеродистой стали марки

Стандартный	Подкладка	Ударная вязкость	Температура испытания
BS EN 10025-2 [1] BS EN 10210-1 [3]	JR	27J	20 o С
	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
BS EN 10025-3 [8]	N	40J	-20 о с
	NL	27J	-50 о с
BS EN 10025-4 [9]	M	40J	-20 о с
	мл	27J	-50 о с
BS EN 10025-5 [10]	J0	27J	0 o С
	J2	27J	-20 o С
	К2	40J	-20 o С
	J4	27J	-40 o С
	J5	27J	-50 o С
BS EN 10025-6 [11]	Q	30J	-20 о с
	QL	30J	-40 о с
	QL1	30J	-60 o c

Для тонкостенных сталей для холодной штамповки требования к энергии удара для материала толщиной менее 6 мм не предъявляются.

Выбор подходящего подкласса для обеспечения адекватной ударной вязкости в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 ^[12] и связанном с ним UK NA ^[13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжений и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 ^[14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего субсорта дано в ED007.

Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и опорные конструкции кранов, и признано, что их использование для зданий, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является предметом рассмотрения при проектировании. Эти новые пределы были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предположить, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции — в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается — подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 ^[15] . BS EN 1993-1-4 ^[6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно вязкие и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[вверху] Пластичность

Пластичность — это мера степени, в которой материал может деформироваться или растягиваться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

Напряжение — деформация стали

[вверх] Свариваемость

Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например балка обеспечивает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «эквивалентное значение углерода» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

BS EN 10025 ^[1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых конструкционных стальных изделий, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, чтобы гарантировать, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

• Модуль упругости, E = 210 000 Н / мм²
• Модуль сдвига, G = E / [2 (1 + ν )] Н / мм², часто принимается равным 81 000 Н / мм²
• Коэффициент Пуассона, ν = 0.3
• Коэффициент теплового расширения, α = 12 x 10 ^-6 / ° C (в диапазоне температур окружающей среды).

[вверху] Прочность

Нанесение защиты от коррозии на месте
(Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальваника. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

[вверх] Погодостойкая сталь

Атмосферостойкая сталь

— это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную ржавчину «патину», которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

Типичные кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь — это материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкционных целях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных условиях окружающей среды приведены ниже.

Поведение нержавеющих сталей при растяжении отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного напряжения текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной остаточной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжение-деформация для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 ^[15]

Описание	Марка	Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм 2 )	Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 )	Относительное удлинение при разрыве (%)
Основные хромоникелевые аустенитные стали	1.4301	210	520–720	45
	1.4307	200	500–700	45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали	1.4401	220	520–670	45
	1.4404	220	520–670	45
Дуплексные стали	1,4162	450	650–850	30
	1.4462	460	640–840	25

Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

Рекомендации по выбору нержавеющей стали

BS EN ISO 9223 [16] Класс атмосферной коррозии	Типичная внешняя среда	Подходящая нержавеющая сталь
C1 (Очень низкий)	Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C2 (Низкий)	Засушливые или слабозагрязненные (сельские районы)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний)	Прибрежные районы с небольшими отложениями соли Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением	1.4401 / 1.4404, 1.4162 (1.4301 / 1.4307)
C4 (высокий)	Загрязненная городская и промышленная атмосфера Прибрежные территории с умеренными солевыми отложениями Дорожная среда с солями для защиты от обледенения	1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
C5 (Очень высокий)	Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью Морская среда с высокой степенью соленых отложений и брызг	1.4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть неэффективными с точки зрения затрат. Материалы в скобках могут быть рассмотрены, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1,1 1,2} BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей BSI.
2. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
3. ↑ ^{3,0 3,1} BS EN 10210-1: 2006 Горячие готовые полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
4. ↑ BS EN 10346: 2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
6. ↑ ^{6,0 6,1} BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханического проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
12. ↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3.Проектирование металлоконструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
13. ↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
15. ↑ ^{15,0 15,1} BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

Химические и физические свойства стали

Сталь — это сплав, металл, состоящий из железа и углерода. Максимальное содержание углерода в стали составляет 1,5 процента. Из-за своей твердости и прочности сталь используется в строительстве зданий, мостов, автомобилей и во множестве других производственных и инженерных приложений.

Большая часть производимой сегодня стали — это углеродистая сталь или просто углеродистая сталь. Углерод в стали существует в виде карбида железа. Также присутствуют другие элементы, в том числе сера, фосфор, марганец и кремний.

Содержание углерода в стали

Углеродистая сталь определяется как сталь, свойства которой в основном обусловлены содержанием углерода и которая не содержит более 0,5 процента кремния и 1,5 процента марганца. Простые углеродистые стали, диапазон значений от 0.От 06 процентов углерода до 1,5 процента углерода делятся на четыре типа:

• Мертвая низкоуглеродистая сталь, до 0,15 процента углерода
  
• Низкоуглеродистая или низкоуглеродистая сталь, от 0,15 процента до 0,45 процента углерода
  
• Среднеуглеродистая сталь, От 0,45% до 0,8% углерода
  
• Высокоуглеродистая сталь, от 0,8% до 1,5% углерода
  

Эти стали прогрессируют от более мягкой к более твердой, но они также имеют тенденцию к увеличению хрупкости. Первый тип используется в автомобильных кузовах.Второй тип встречается в рельсах и рельсовых продуктах, таких как муфты, коленчатые валы, оси, шестерни и поковки. Третий тип используется в режущих инструментах и ​​железнодорожных путях, а последний тип используется в поршнях и цилиндрах.

Основные физические свойства стали

Плотность стали составляет 7850 кг / м. ³ , что делает ее в 7,85 раза плотнее воды. Его температура плавления на 1510 ° C выше, чем у большинства металлов. Для сравнения, температура плавления бронзы составляет 1040 ° C, меди — 1083 ° C, чугуна — 1300 ° C и никеля — 1453 ° C.Однако вольфрам плавится при температуре 3410 ° C, что неудивительно, поскольку этот элемент используется в нити лампочек.

Коэффициент линейного расширения стали при 20 C, в мкм на метр на градус Цельсия, составляет 11,1, что делает ее более устойчивой к изменению размера при изменении температуры, чем, например, медь (16,7), олово (21,4) и свинец. (29.1).

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь используется в строительстве, когда коррозионная стойкость является основным преимуществом, например, с ножами, которые должны сохранять остроту.Еще одна распространенная причина использования нержавеющих сталей — их жаропрочные свойства. В некоторых проектах стойкость к высокотемпературному окислению является абсолютным требованием, в то время как в других высокотемпературная стойкость является первоочередной необходимостью.

Добавки к стали

Небольшие количества других металлов, добавленных в сталь, изменяют ее свойства в сторону, благоприятную для определенных промышленных применений. Например, кобальт обеспечивает более высокую магнитную проницаемость и используется в магнитах. Марганец придает прочность и твердость, поэтому продукт подходит для тяжелых железнодорожных переездов.Молибден сохраняет свою прочность при высоких температурах, поэтому эта добавка удобна при изготовлении наконечников для скоростных сверл. Никель и хром устойчивы к коррозии и обычно добавляются при производстве хирургических инструментов из стали.

Мягкая сталь — все, что вам нужно знать

Благодаря своим превосходным свойствам, низкоуглеродистая сталь стала востребованным материалом в различных отраслях промышленности. Он обладает непревзойденной свариваемостью и обрабатываемостью, что привело к экспоненциальному увеличению его использования.

В этой статье мы обсудим важность мягкой стали, ее применение и способы ее производства.

Что такое низкоуглеродистая сталь?

Мягкая сталь — это разновидность низкоуглеродистой стали . Углеродистые стали — это металлы, содержащие небольшой процент углерода (максимум 2,1%), который улучшает свойства чистого железа. Содержание углерода варьируется в зависимости от требований к стали. Низкоуглеродистые стали содержат углерод в диапазоне от 0,05 до 0,25 процента .

Есть разные марки мягкой стали. Но все они имеют содержание углерода в указанных выше пределах.Другие элементы добавляются для улучшения полезных свойств, таких как коррозионная стойкость, износостойкость и прочность на разрыв.

Как производится низкоуглеродистая сталь?

Содержание углерода равномерно увеличивается при термообработке стали. По мере увеличения содержания углерода сталь приобретает твердость, но теряет пластичность. Это означает, что металл становится хрупким и может расколоться вместо изгиба при приложении чрезмерной нагрузки.

Процессы производства мягкой стали аналогичны другим углеродистым сталям.Стали с более высоким содержанием углерода просто содержат больше углерода, что приводит к другим свойствам, таким как высокие значения прочности и твердости, по сравнению с мягкой сталью.

Эти процессы развивались с течением времени, и теперь они намного более рентабельны, чем раньше. В современном производстве производство мягкой стали из чистого железа осуществляется в три этапа.

Первичное производство стали

На этом этапе сталеплавильного процесса железная руда смешивается с углем и известью и нагревается в доменной печи мощностью от 100 до 400 тонн.Известь действует как флюс и образует защитный слой поверх этого горячего расплавленного металла.

В современном производстве первичной стали используются процессы в кислородной печи (BOS) или в электродуговой печи (EAF). Оба они основаны на первоначальном бессемеровском процессе выплавки стали.

В процессе BOS кислород продувается через расплавленный чугун, в то время как стальной лом добавляется в конвертер. Это снижает содержание углерода максимум до 1,5%.

В развитых странах электродуговая печь используется для подачи стального лома через электрические дуги очень большой мощности.В результате получается сталь впечатляющего качества.

Вторичное производство стали

Второй этап производства мягкой стали включает дальнейшее снижение содержания углерода и добавление легирующих элементов.

Управление условиями печи (температура, скорость охлаждения и т. Д.) Также способствует этому процессу. В конце концов, от того, какой вид стали требуется сталь, будет зависеть процесс вторичного производства стали. Можно выбрать один из следующих процессов:

• CAS-OB
• Дегазация
• Ковш-печь
• Ковш для впрыска
• Перемешивание

Литье и первичная формовка

После того, как сталь имеет заданное содержание углерода и других элементов, улучшающих ее характеристики, расплавленную сталь выливают в форму.Это процесс кастинга. Здесь стали придают форму и дают возможность затвердеть. После этого происходит резка металла в желаемые формы, такие как плиты, блюмы и заготовки.

Полученному продукту еще необходимо придать хорошее качество поверхности без дефектов литья. В процессе первичной формовки для этой цели довольно часто используется горячая прокатка. Горячекатаный стальной прокат обычно подразделяется на плоский, нестандартный, сортовой прокат и бесшовные трубы.

Вторичное формование

Хотя к концу вышеупомянутого процесса у нас есть готовый продукт из мягкой стали, его обычно формуют еще раз, чтобы улучшить его механические свойства в соответствии с требованиями применения.

Вторичная формовка придает ему окончательную форму и свойства. Методы формования включают:

• Формование методом холодной прокатки
• Механическая обработка
• Покрытие
• Закалка
• Обработка поверхности и т. Д.

Химические свойства мягкой стали

Как упоминалось выше, мягкая сталь имеет более низкое содержание углерода, чем средне- и высокоуглеродистые стали. Содержание углерода в мягкой стали составляет до 0,25%, но некоторые школы мысли считают углеродистую сталь мягкой сталью с содержанием углерода до 0.45%.

Низкое содержание углерода делает эту сталь легко обрабатываемым металлом. Его можно резать, обрабатывать на станке, придавать ему сложные формы без добавления пропорциональных напряжений к заготовке. Это также способствует лучшей свариваемости.

Набор легирующих элементов, улучшающих химические свойства. Эти элементы будут благоприятно влиять на физические / химические свойства и делать конечный продукт пригодным для применения. Элементы, которые могут быть добавлены, включают, среди прочего, хром (Cr), кобальт (Co), фосфор (P), серу (S), марганец (Mn).

Например, хром придает свойство коррозионной стойкости и увеличивает твердость низкоуглеродистой стали. В чистом виде низкоуглеродистая сталь легко ржавеет из-за окисления. В отличие от оксида железа, металлический хром при воздействии атмосферы образует плотный слой оксида хрома, который не осыпается и в конечном итоге защищает находящийся под ним металл от дальнейших коррозионных атак.

Медь в ограниченных количествах также работает как оксид хрома. Трубы из мягкой стали могут быть оцинкованы для лучшей защиты от атмосферных воздействий.
Могут быть добавлены другие элементы для улучшения износостойкости, предела прочности на разрыв и термостойкости.

Физические свойства мягкой стали

Его впечатляющие свойства обеспечивают все более широкое использование в различных отраслях промышленности. Некоторые физические свойства низкоуглеродистой стали следующие :

• Высокая прочность на разрыв
• Высокая ударопрочность
• Хорошая пластичность и свариваемость
• Магнитный металл благодаря содержанию феррита
• Хорошая пластичность, возможность холодной штамповки
• Не подходит для термической обработки для улучшения свойств

Приложения и сценарии использования

Не будет преувеличением сказать, что если вы посмотрите в окно, то увидите что-то из мягкой стали.Это самый распространенный вид металла, который используется в нашем окружении.

Мягкая сталь — от зданий до крупных морских судов. Вот некоторые из приложений.

Строительство

В строительстве необходимы материалы, которые можно легко соединять и выдерживать изменяющиеся нагрузки. Таким образом, низкоуглеродистая сталь является идеальным материалом для широкого применения. По этой причине некоторые марки мягкой стали фактически называют конструкционной сталью.

Он также отвечает строгим сейсмическим и ветровым требованиям, не может быть поврежден насекомыми и устойчив к гниению и пожару.

То, что она относительно дешевле по сравнению с другими сталями, тоже не повредит. Поэтому низкоуглеродистая сталь используется в больших и малых конструкциях, от мостов до зданий.

Применения в машинном оборудовании

Низкоуглеродистая сталь широко используется в машиностроении и автомобилестроении. Он дешев, подходит для различных методов резки и нанесения покрытий, обладает хорошей свариваемостью и при этом обеспечивает достаточно хорошие физические свойства. Эти атрибуты делают его полезным для изготовления рам, панелей и т. Д.

Трубопроводы и опоры

Превосходная пластичность мягкой стали сделала ее идеальным соперником для производства трубопроводов и опор, которые должны выдерживать экстремальные атмосферные условия.

Хотя трубы из мягкой стали легко свариваются друг с другом, они также сохраняют определенную степень гибкости. Поскольку трубопроводы могут сжиматься в холодную погоду или расширяться в жаркие дни, это необходимо для металла.

Столовые приборы и посуда

Если раньше производилась исключительно нержавеющая сталь, то современные повара полюбят посуду из мягкой стали из-за ее преимуществ.

Режущее оборудование остается острым в течение более длительного времени, имеет более высокий предел температуры и может быть модифицирован, чтобы он стал антипригарным материалом.

Приправа для металла помогает преодолеть фактор коррозионного износа.

Ограждение

Низкоуглеродистой стали можно придавать невероятно специфические формы, что делает ее идеальной для использования в ограждении. Он также имеет потрясающую визуальную привлекательность, поэтому выглядит красиво.

Низкоуглеродистая сталь также может быть оцинкована или окрашена соответствующей краской, чтобы сделать ее долговечной и устойчивой к ржавчине.

общих степеней

Ниже приведены некоторые из распространенных марок стали. Общим знаменателем для всех них и других подобных металлов является их универсальная природа. Их свойства делают их популярным выбором для широкого спектра применений.

EN 1.0301

Эквивалентные марки: AISI 1008; C10; DC01

Углеродистая сталь

EN 1.0301 содержит 0,1% углерода, 0,4% марганца и 0,4% кремния. Он также содержит небольшое количество меди (Cu), никеля (Ni), хрома (Cr), алюминия (Al) и молибдена (Mo).

Этот сплав обладает отличной свариваемостью и обычно используется для изготовления штампованных, штампованных, штампованных и штампованных деталей и форм. В основном он используется в автомобильном оборудовании, мебели и бытовой технике.

EN 1.1121

Эквивалентные марки: AISI 1010

Углеродистая сталь

EN 1.1121 содержит от 0,08% до 0,13% углерода. Марганец присутствует в диапазоне от 0,3% до 0,6%. Он используется при производстве крепежных деталей и болтов с холодной головкой.

Этот сорт также обладает хорошей формуемостью и пластичностью и может быть сформирован традиционными методами.Он также поддерживает соединение при любых сварочных технологиях. Его прочность может быть улучшена путем термообработки, закалки и отпуска, но стоимость проведения этих процессов высока.

Сталь общего назначения, широко используемая в конструкциях и автомобильной промышленности.

EN 1.0402

Эквивалентные марки: AISI 1020; C22

Эта марка стали обладает отличной свариваемостью. EN 1.0402 особенно подходит для науглероженных деталей. Он также имеет хороший баланс между пластичностью, прочностью и ударной вязкостью.

Он имеет содержание углерода от 0,18% до 0,23% с диапазоном содержания марганца от 0,3% до 0,6%. По сравнению со стандартом EN 1.1121 он не так часто используется, но имеет отличную обрабатываемость в состоянии после ковки.

Этот сорт находит применение в машинном оборудовании в виде гидравлических деталей и распределительных валов.

Наиболее распространенные легирующие элементы в стали

По определению, сталь представляет собой комбинацию железа и углерода. Сталь легирована различными элементами, чтобы улучшить физические свойства и придать особые свойства, такие как устойчивость к коррозии или нагреванию.Конкретные эффекты добавления таких элементов описаны ниже:

Углерод (C)

Самый важный компонент стали. Повышает прочность на разрыв, твердость и устойчивость к истиранию и истиранию. Это снижает пластичность, ударную вязкость и обрабатываемость.

Хром (CR)

Повышает предел прочности на разрыв, твердость, закаливаемость, ударную вязкость, сопротивление износу и истиранию, устойчивость к коррозии и образованию накипи при повышенных температурах.

Кобальт (CO)

Повышает прочность и твердость, допускает более высокие температуры закалки и увеличивает красную твердость быстрорежущей стали.Он также усиливает индивидуальные эффекты других основных элементов в более сложных сталях.

Columbium (CB)

Используется в качестве стабилизирующих элементов в нержавеющих сталях. Каждый из них имеет высокое сродство к углероду и образует карбиды, которые равномерно распределены по стали. Таким образом предотвращается локальное выделение карбидов на границах зерен.

Медь (CU)

В значительных количествах вредна для стали, подвергающейся горячей обработке. Медь отрицательно влияет на кузнечную сварку, но не оказывает серьезного воздействия на дуговую или кислородно-ацетиленовую сварку.Медь может отрицательно сказаться на качестве поверхности. Медь способствует устойчивости к атмосферной коррозии, если ее содержание превышает 0,20%. Погодоустойчивые стали продаются с содержанием меди более 0,20%.

Марганец (MN)

Раскислитель и дегазатор, вступающий в реакцию с серой для улучшения ковкости. Повышает прочность на разрыв, твердость, закаливаемость и износостойкость. Уменьшает склонность к масштабированию и искажению. Это увеличивает скорость проникновения углерода при науглероживании.

Молибден (MO)

Повышает прочность, твердость, прокаливаемость и ударную вязкость, а также сопротивление ползучести и прочность при повышенных температурах. Улучшает обрабатываемость и устойчивость к коррозии, усиливает действие других легирующих элементов. В сталях для горячей обработки и быстрорежущих сталях он повышает твердость в красном цвете.

Никель (NI)

Повышает прочность и твердость без ущерба для пластичности и вязкости. Он также увеличивает стойкость к коррозии и образованию накипи при повышенных температурах при введении в подходящих количествах в высокохромистые (нержавеющие) стали.

Фосфор (P)

Повышает прочность и твердость и улучшает обрабатываемость. Однако он придает стали заметную хрупкость или хладостойкость.

Кремний (SI)

Раскислитель и дегазатор. Повышает предел прочности и текучести, твердость, ковкость и магнитную проницаемость.

Сера (S)

Улучшает обрабатываемость быстрорежущих сталей, но без достаточного количества марганца вызывает хрупкость при красном нагреве. Это снижает свариваемость, ударную вязкость и пластичность.

Тантал (TA)

Используется в качестве стабилизирующих элементов в нержавеющих сталях. Каждый из них имеет высокое сродство к углероду и образует карбиды, которые равномерно распределены по стали. Таким образом предотвращается локальное выделение карбидов на границах зерен.

Титан (TI)

Используется в качестве стабилизирующих элементов в нержавеющих сталях. Каждый из них имеет высокое сродство к углероду и образует карбиды, которые равномерно распределены по стали. Таким образом предотвращается локальное выделение карбидов на границах зерен.

Вольфрам (Вт)

Повышает прочность, износостойкость, твердость и ударную вязкость. Вольфрамовые стали отличаются превосходной горячей обработкой и большей эффективностью резания при повышенных температурах.

Ванадий (В)

Повышает прочность, твердость, износостойкость и устойчивость к ударам. Он замедляет рост зерна, обеспечивая более высокие температуры закалки. Он также улучшает свойства твердости по красному цвету высокоскоростных металлических режущих инструментов.

Данные являются типичными и не должны рассматриваться как фактические значения для какой-либо категории.

Приложения и техническая информация требуют от инженеров и разработчиков инструментов независимого суждения.

Физические свойства стали — Science Struck

Сталь

, сплав углерода и железа, имеет множество существенных преимуществ с точки зрения долговечности и универсальности. В этой статье рассматриваются компоненты стали и ее физические свойства.

Сталь

производится путем смешивания железа и углерода в определенном соотношении, при котором процентное содержание углерода может варьироваться от 0.От 2% до 2,14% от общего веса. Помимо углерода, легирующие материалы, используемые при производстве стали, включают хром, марганец, ванадий и вольфрам. Из этих материалов углерод является наиболее экономичным элементом. И любой из легирующих элементов помогает изменить механические свойства стали.

Хотите написать для нас? Что ж, мы ищем хороших писателей, которые хотят распространять информацию. Свяжитесь с нами, и мы поговорим …

Давайте работать вместе!

Сталь

отличается от кованого и чугуна только процентным содержанием углерода.Сталь содержит больше железа, чем кованое, и меньше железа, чем чугун. Именно по этой причине считается, что сталь занимает положение между этими двумя металлами. Однако свойства стали, кованого железа и чугуна сильно различаются.

Сталь: физические свойства

• Физические свойства сплава зависят от процентного состава составляющих элементов и процесса производства. По своим свойствам сталь полностью отличается от составляющих ее элементов — железа и углерода.Одно из его основных свойств — способность быстро остывать от чрезвычайно высокой температуры после воздействия воды или масла. И определенное количество углерода может быть растворено в железе при определенной температуре.

• Физические свойства стали включают высокую прочность, малый вес, долговечность, пластичность и устойчивость к коррозии. Сталь, как мы все знаем, обладает большой прочностью, хотя и легка. Фактически, отношение прочности к весу у стали самое низкое, чем у любого другого строительного материала, доступного нам.Термин пластичность означает, что сталь можно легко формовать для придания любой желаемой формы.

• В отличие от железа, составляющего его элемент, сталь нелегко подвергается коррозии при воздействии влаги и воды. Стабильность размеров стали — желаемое свойство; Установлено, что размер стали остается неизменным даже через много лет или после воздействия экстремальных условий окружающей среды. Сталь является хорошим проводником электричества, то есть электричество может проходить через сталь.

• Марки стали классифицируются многими организациями по стандартизации на основе состава и физических свойств металла.Решающим фактором для марки стали в основном является ее химический состав и состояние поставки. Чем выше содержание углерода, тем тверже и прочнее стальной металл. Напротив, высококачественная сталь, содержащая меньше углерода, более пластична.

• Ранние виды стали состояли из большего количества углерода по сравнению с современной сталью. Сегодня процесс производства стали таков, что добавляется меньше углерода, а металл немедленно охлаждается, чтобы сохранить желаемые физические свойства.Быстрое охлаждение (или закалка) стали также изменяет структуру зерна.

• Существуют и другие виды стали, такие как оцинкованная сталь и нержавеющая сталь (коррозионно-стойкая сталь). Оцинкованная сталь покрывается цинком для защиты от коррозии, тогда как нержавеющая сталь содержит в своем составе около 10 процентов хрома.

Основным преимуществом стали является способность эффективно перерабатывать ее без разрушения или потери каких-либо физических свойств в процессе переработки.Сталь очень важна в нашей повседневной жизни; Начиная с посуды и заканчивая научными инструментами, такими как скальпель, сталь используется для изготовления нескольких предметов. Сталь — один из самых универсальных и экологичных строительных материалов. Благодаря своей рентабельности и прочности, он используется в инженерных работах и ​​развитии инфраструктуры, такой как дороги, железные дороги, мосты, здания и стадионы. Действительно, технический и экономический прогресс ускорился с ростом и развитием сталелитейной промышленности, что еще больше способствовало промышленному росту.