Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры - Владимир Онищенко

В зависимости от способа обработки строительные стали делят на три группы: I – горячего проката, II – холодной вытяжки (выпускается в виде высокопрочной холоднотянутой проволоки круглого и периодического профиля, а также в виде холоднотянутой проволоки обыкновенного качества), III – комбинированной обработки – гнутые профили. В строительстве в основном используется сталь углеродистая обыкновенного качества. Она представляет собой сплав железа с углеродом, кроме того, в ней присутствуют примеси кремния и марганца. Наиболее нежелательны примеси в стали фосфора, который вызывает ее хрупкость при низких температурах (хладноломкость), и серы.

В зависимости от назначения и гарантируемых механических характеристик сталь углеродистую обыкновенного качества делят на две группы и одну подгруппу: группа А – поставляемая по механическим свойствам; группа Б – поставляемая по химическому составу; подгруппа В – поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями по химическому составу. Для строительных целей используют в основном сталь группы А.

Углеродистые стали обыкновенного качества применяют без термообработки. Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А производят следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб и Ст7. С увеличением содержания углерода марка стали повышается, растут прочность и твердость, снижаются пластичность и ударная вязкость. Сталь группы Б изготовляется тех же марок, что и сталь группы А, но перед маркой стали ставят букву Б (БСтО, БСт1). Сталь группы В изготовляют марок ВСт2, ВСтЗ, ВСт4 и ВСт5.

В легированных сталяхв качестве легирующих веществ применяют кремний – в марке стали обозначается буквой С, хром – X, никель – Н, молибден – М, марганец – Г, вольфрам – В, алюминий – А, медь – Д, кобальт – К. Обозначение марки легированной стали, например 25ХГ2С, используемой для арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций, показывает, что в ней содержится 0,25 % углерода, 1 % хрома, 2 % марганца и 1 % кремния. Таким образом, первые две цифры в обозначении марки стали показывают содержание углерода в сотых долях процента, а остальные цифры – содержание легирующего элемента, стоящего перед цифрой в целых процентах. При маркировке высококачественной легированной стали (с низким содержанием серы и фосфора) в конце ставится буква А. Например, ЗОХМА – легированная хромомолибденовая сталь высокого качества. Высоколегированные стали подразделяются на три группы: нержавеющие и кислотостойкие, окалиностойкие и жаропрочные и сплавы с высоким электросопротивлением.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали применяют для изготовления металлических конструкций мостов, опор, транспортных галерей, подкрановых балок, мостовых кранов, арматуры железобетонных конструкций и др. Строительные стали применяют в горячекатаном состоянии и после термической обработки. Стали поставляют в виде прутков, профилей, листов и широких полос.

Кроме того, применяют следующие изделия из стали: заклепки, болты, гайки, шайбы, винты, гвозди, поковки, а также стальные канаты. Заклепки используют для неразборного соединения металлических конструкций, а болты и гайки – для разъемных соединений, для крепления деревянной обшивки к металлическому каркасу и т. д. Болты выпускают с шестигранной головкой нормальной и повышенной точности. Болты повышенной точности отличаются более точными размерами и обработанной поверхностью стержней. Поковки строительные изготовляют в виде скоб, применяемых при скреплении деревянных конструкций, для предотвращения их сдвига; в виде штырей – для наращивания досок или брусьев; крючьев – для крепления настенных желобов и водосточных труб. Канаты стальные применяют для такелажных и монтажных работ, а также для крепления подвесных ферм, висячих мостов, для оттяжек мачт и вантовых конструкций. Стальные канаты изготовляют из проволоки марки В (высшая). Проволоку используют светлую или оцинкованную с пределом прочности при растяжении 1100–2000 МПа. Канаты изготовляют однопрядные или многопрядные с крестовой или односторонней свивкой, с органическим или металлическим сердечником.

Термическая обработка стали

Термическая обработка придает стальным изделиям определенные механические свойства: высокую твердость (при этом повышается сопротивление износу), меньшую хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости и т. д. Это достигается нагревом и последующим охлаждением стали по строго определенному температурному режиму. В результате в нужном направлении изменяется структура стали, которая и определяет ее механические свойства.

Различают следующие виды термической обработки стали: закалку, отпуск, отжиг и нормализацию, а также обработку холодом и химико-термическую обработку.

Закалка – термическая обработка стали путем ее нагрева до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений с быстрым последующим охлаждением в воде, масле и других жидкостях. При закалке увеличиваются твердость и прочность, но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью, что делает ее малопригодной для практического использования.

Отпуску подвергают сталь после закалки для уменьшения хрупкости и ослабления внутренних напряжений. Отпуск стали заключается в нагреве ее ниже температуры закалки с последующим постепенным охлаждением на воздухе. В зависимости от вида отпуска изделие нагревают от 150 до 550 °C. С повышением температуры отпуска сильно изменяются механические свойства закаленной стали: предел прочности и твердость понижаются, а относительное удлинение и вязкость возрастают.

Отжиг уменьшает структурную неоднородность стали, придает мелкозернистую структуру, снижает напряжение, возникшее при обработке давлением (ковке, волочении) или литьем, а также улучшает обрабатываемость стали резанием.

Нормализация — это, по существу, процесс отжига. Стальное изделие нагревают до температуры несколько ниже температуры закалки, выдерживают сталь при этой температуре, а затем охлаждают на воздухе. В результате сталь получается более мелкозернистой, чем при отжиге, повышаются ее твердость, прочность, ударная вязкость по сравнению с отожженной сталью.

Обработка холодом способствует более равномерной структуре и повышает твердость стали. Структура закаленной стали с содержанием углерода более 0,6 % оказывается недостаточно равномерной и несколько пониженной твердости. Если же такую сталь подвергнуть после закалки обработке холодом, твердость повышается.

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом, цианом, хромом) с целью повышения твердости, износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранения при этом высоких механических качеств самого изделия. Видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование и хромирование.

Цементацию стали осуществляют насыщением углеродом поверхностного слоя стального изделия при температуре среды 880–950 °C.

Азотирование – насыщение азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500–700 °C в атмосфере аммиака, при этом повышаются коррозионная стойкость, твердость, износоустойчивость и предел усталости стали. Азотированию подвергают легированные стали, содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошедшие предварительную термическую и механическую обработку, кроме окончательного шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01—1,0 мм.

Хромирование – насыщение поверхностного слоя хромом. Этим достигается повышение коррозионной стойкости стали при действии пресной и морской воды, азотной кислоты, окислительной среды при высокой температуре (окалиностойкость). Твердость хромированного слоя низколегированной стали составляет НВ 250–300, а высокоуглеродистой – НВ 1200–1300.

Производство металлических изделий и конструкций

При изготовлении металлических изделий расплавленный чугун или сталь разливают по специальным формам, так называемым изложницам, а затем слитки металла от 500 кг до нескольких (иногда десятков) тонн подвергают дальнейшей обработке давлением или литьем, в результате которой получают изделия требуемых форм, размеров и свойств. Затем изделия соединяют в конструкцию с помощью сварки, клепки или болтов. Обработка давлением основана на высоких пластичных свойствах металла. На практике применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокат, ковку, волочение, штамповку и прессование.