Легированная сталь – это… Что такое Легированная сталь?

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Легирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на: низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %).

Маркировка

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали.

Стоящая за буквой цифра обозначает среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1 %, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, если цифра одна, то содержание углерода в десятых долях процента.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;

Ш — шарикоподшипниковая;

А — автоматная;

Э — электротехническая;

и др.

Исключения:

1. содержание в шарикоподшипниковых сталях хрома в десятых долях процента(например ШХ4 — Cr 0,4 %)
2. в марке быстрорежущей стали, цифра после «Р» — содержание вольфрама в %, и во всех быстрорежущих сталях содержание хрома 4 %.

Буква А в сере­дине марки стали показывает содержание азота, а в конце — сталь высококачественная.

Пример:

• сталь 18ХГТ — 0,18 %, 1 Сr, 1 Мn, около 0,1 Тi;
• сталь 38ХНЗМФА — 0,38 %, 1,2—1,5 Сr; 3 Ni, 0,3—0,4 Мо, 0,1—0,2 V;
• сталь 30ХГСА — 0,30 %, 0,8—1,1 Сr, 0,9—1,2 Мn, 0,8—1,251 Si;
• сталь 03Х13АГ19 — 0,03 %, 13 Сr, 0,2—0,3 N, 19 Мn.

См. также

Ссылки

Свойства легированной стали.

Характеристика легированных сталей

 

Легированная сталь представляет собой сталь, которая кроме обычных примесей оснащена еще и дополнительными добавочными веществами, которые необходимы для того, чтобы она соответствовала тем или иным химическим и физическим требованиям.

Обычная сталь состоит из железа, углерода и примесей, без которых невозможно себе представить данный материал. В легированную сталь добавляются дополнительные вещества, которые получили название легирующих. Они используются для того, чтобы сталь стала обладать такими свойствами, которые необходимы в тех или иных ситуациях.

Начало формы

Конец формы

В большинстве случаев в качестве легирующих элементов к железу, примесям и углероду добавляются: никель, ниобий, хром, марганец, кремний, ванадий, вольфрам, азот, медь, кобальт. Также не редко в таком материале отмечаются такие вещества, как молибден и алюминий. Для придания прочности материалу в большинстве случаев добавляется титан.

Такой вид стали имеет три основные категории. Отношение легированной стали к той или иной группе обусловлено тем, сколько в ней содержится стали и примесей, а также легированных добавок.

Виды легированной стали

Есть три основных вида стали с легирующими элементами:

• Низколегированная сталь.

Она характеризуется тем, что в ней содержится около двух с половиной процентов легирующих дополнительных элементов.

• Среднелегированная сталь.

Данный материал имеет в своем составе от 2.5 до 10 процентов легирующих дополнительных веществ.

• Высоколегированная сталь.

К данному виду относятся стальные материалы, количество легирующих добавок в которых превышает десяти процентов. Количество этих компонентов в такой стали может

достигать пятидесяти процентов.

 

Назначение легированной стали

Легированную сталь широко применяют в современной промышленности. Она обладает высоким уровнем прочности, что позволяет изготовлять из нее оборудование для резки и рубки металлического проката самых разных видов.

По своему назначению стали легированного типа могут быть представлены большим количеством групп.

Основными из них являются:

• конструкционная легированная сталь,
• инструментальная легированная сталь,
• легированная сталь с особыми химическими и физическими свойствами.

Характеристики легированных сталей могут быть разнообразными. Они их приобретают благодаря соотношению основных элементов. Стали такого типа являются в любом случае более прочными и устойчивыми к образованию коррозии.

Свойства легированной стали.

Свойства легированных сталей являются разнообразными. Они главным образом определяются теми добавками, которые применяются в качестве легирующих при производстве отдельных видов стальных материалов.

В зависимости от добавленных легирующих компонентов сталь приобретает следующие качества:

• Прочность. Данное свойство приобретает после добавления в ее состав хрома, марганца, титана, вольфрама.
• Устойчивость к образованию коррозии. Это качество появляется под воздействием хрома, молибден.
• Твердость. Сталь становится боле твердой благодаря хрому, марганцу и другим элементам.

Внимание: Стоит отметить, что для того, чтобы легированная сталь была более прочной и устойчивой к внешнему влиянию окружающей среды необходимое содержание хрома не должно быть менее двенадцати процентов.

Сталь легированного типа при правильном процентном соотношении всех входящий в нее элементов не должна менять свои качестве при температуре нагревания до шестисот градусов Цельсия.

 

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Свойства материалов

Стальные сплавы и их классификация: Стальные сплавы традиционно использовались в приложениях, где прочность и жесткость имеют гораздо большее значение, чем вес снижение. Стальные сплавы можно найти в любом месте от зданий до мосты на корабли к бытовой технике. Первые стальные сплавы были обнаружен, когда железо было очищено таким образом, чтобы добавить углерод в конечный продукт, усиливая его очень.

Два хороших примера использования стальных сплавов для конструкционных приложения можно увидеть на этой фотографии, сделанной из USS Iowa проезжая под Ньюпортом, Р.I. мост. У Айовы есть 15-дюймовая толщина броня в местах для защиты от огня с вражеских кораблей, а также в качестве специального «пояса» брони под ее ватерлинией для защиты от глубинных зарядов, торпед и т. д. Подвесной мост использует сталь в тросах, которые подвешивают проезжую часть от опоры башни, а также для укрепления бетона в мосту.

ВМС США Фото

Стальные сплавы могут иметь широкий спектр свойств от коррозии устойчивость к высокой прочности на растяжение.Эти свойства зависят от легирующий материал, процентное содержание углерода и тепла лечение.

Вот два примера стальных сплавов:

Низколегированная сталь – Обычно сплавы на основе железа, которые могут быть закаленные до высокой прочности. Общий стальной сплав для использования в 180 диапазон прочности до 200 тыс.фунтов / кв.дюйм (1 тыс.фунтов / кв.дюйм = 1000 фунтов на кв. дюйм) – AISI 4130. Другой тип AISI 4340, с диапазоном прочности от 200 до 280 тыс. фунтов на кв. который используется в диапазоне от 260 до 280 тысяч фунтов / кв. Очень высокая прочность Сплав в этом семействе составляет 300М, который можно использовать до 290 тыс.фунтов / кв.Это используется для шасси и в высокопрочных приложениях. это Семейство сталей очень подвержено коррозии и должно быть покрыто металлом Чтобы избежать коррозии в большинстве сред.

AISI 4130 Нормализовано – толщина <= 0,188 "(данные из Ref. 1)

Недорогой стальной сплав, используемый в шасси, особенно на самолеты авиации общего назначения. Маленькая коррозионная стойкость.

Температура (° F)	Выдержка (час)	е (%)	с ту (кси)	с cy (KSI)	E c (10 6 фунтов на квадратный дюйм)	с 0.7 (KSI)	с 0,85 (кси)	n
75	0,5	23	90	70	29	61,5	53	6,8
500	0,5	–	81	61,5	27.3	55	48	7,3
800	0,5	–	68	46,2	23,8	40	32,5	5,2
1000	0,5	–	46	30,8	20,6	28	22	4,7

Мартенситная нержавеющая сталь – Стальные сплавы с 12% до 18% хрома, без никеля и термообработаны закалкой и характер.Максимальные диапазоны прочности – 140 тыс. Фунтов на кв. и 420 серии, и 275 тыс.фунтов / кв.дюйм – 285 тыс.фунтов / кв.дюйм для 440C серии. Некоторые типичные использование этих сплавов в столовых приборах и в лопатках турбин. Это наименее коррозионностойкий из нержавеющей стали, и должен следует рассматривать только для мягких условий, таких как домашнее использование, аэрокосмическое использование вдали от океана и т. д.

17-7 PH (Th2050) Лист, полоса и пластина 0,01 “<толщина <0,125 "(данные из 1)

Закаленная нержавеющая сталь, используемая в планерах и морские применения, где высокая прочность и коррозионная стойкость желательны.

Температура (° F)	Выдержка (час)	е (%)	с ту (кси)	с cy (KSI)	E c (10 6 фунтов на квадратный дюйм)	с 0,7 (KSI)	с 0,85 (кси)	n
75	0.5	6	180	162	29	166	145	7,4
400	0,5	–	169	144	27,8	146	126	6,8
700	0,5	–	144	118	24,9	117	104	8,4
1000	0.5	–	88	61,5	20,3	56	47	6

Для получения дополнительной информации о свойствах материала перейдите на www.matweb.com.

Справочные материалы:

[1] Брюн, Э.Ф., Анализ и проектирование летательного аппарата Структуры, 1 972.

,

свойств стали – наука поражена

Сталь, сплав железа, является одним из самых универсальных и полезных металлов, известных человечеству. В этой статье ScienceStruck мы узнаем о некоторых интересных фактах и ​​свойствах этого металла.

Сталь – это сплав, состоящий в основном из железа, с содержанием углерода от 0,2 до 2,1 мас.%. Хотя использование углерода является наиболее распространенным для производства этого металлического сплава, также используются другие легирующие материалы, такие как вольфрам, хром и марганец.Пропорции и формы, в которых используются эти элементы, влияют на свойства производимой стали – например, увеличение содержания углерода увеличивает ее прочность. Этот факт особенно полезен для изготовления различных типов стали для разных целей – прочность стали, необходимой для изготовления банки с напитком, явно отличается от той, которая необходима для изготовления железнодорожных путей. Существуют различные типы стали, и использование этого сплава широко распространено в различных отраслях промышленности и инфраструктуре благодаря его многочисленным полезным свойствам и характеристикам.

Свойства стали

Прочность на растяжение

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

Давайте работать вместе!

Прочность на растяжение – это величина напряжения, которое может выдержать вещество, прежде чем оно станет структурно деформированным. Прочность стали на растяжение сравнительно высока, что делает ее очень устойчивой к разрушению или разрушению, что является ключевым моментом при ее использовании в строительстве инфраструктуры.

Пластичность

Одним из полезных механических свойств стали является ее способность изменять форму при приложении к ней силы, не приводя к разрушению. Это свойство известно как пластичность, что позволяет использовать его при изготовлении различных форм и конструкций, начиная от тонких проводов или крупных автомобильных деталей и панелей.

ковкость

Гибкость

тесно связана с пластичностью и позволяет деформироваться стали при сжатии.Это позволяет этому сплаву быть сжатым в листы переменной толщины, часто создаваемой путем ковки или прокатки.

Прочность

Твердость этого сплава высокая, что отражает его способность противостоять деформации. Он долговечен и очень устойчив к внешнему износу. Следовательно, он считается очень прочным материалом.

Проводимость

Сталь является хорошим проводником тепла и электричества. Эти свойства делают его хорошим выбором для изготовления домашней посуды, а также для электропроводки.

Блеск

Одним из физических свойств стали является ее привлекательный внешний вид. Это серебристый цвет с блестящей блестящей внешней поверхностью.

Rust Resistance

Добавление определенных элементов делает некоторые виды стали устойчивыми к ржавчине. Например, нержавеющая сталь содержит никель, молибден и хром, которые улучшают ее способность противостоять ржавчине.

В дополнение к вышесказанному ниже приведена ориентировочная диаграмма свойств, которая иллюстрирует различия в свойствах различных типов стали.Сталь идентифицируется по маркам, которые определяются конкретными организациями, которые устанавливают стандарты для классификации. Мягкая сталь и две марки нержавеющей стали 304 и 430 обсуждаются ниже.

Материал	Теплопроводность Btu / (ч-фут-ºF)	Плотность (фунты / дюйм 3 )	Удельная теплоемкость (БТЕ / фунт / ºF)	Температура плавления ºF	Тепловое расширение (в / в / ºFx10 -6
Сталь, Мягкая	26.0 – 37,5	0,284	0,122	2570	6,7
Сталь, нержавеющая сталь 304	8,09	0,286	0,120	2550	9,6
Сталь, нержавеющая 430	8.11	0,275	0,110	2650	6

Интересные факты о стали

• Сталь является наиболее перерабатываемым материалом в Северной Америке – около 69% его перерабатывается ежегодно, а это больше, чем пластик, бумага, алюминий и стекло вместе взятые.
• Сталь впервые была использована для небоскребов в 1883 году.
• Чтобы построить дом с деревянным каркасом, требуется больше, чем дерево из 40 деревьев – в доме со стальным каркасом используется 8 переработанных автомобилей.
• Первый стальной автомобиль был изготовлен в 1918 году.
• 600 стальных или жестяных банок перерабатываются каждую секунду.
• 83 000 тонн стали были использованы для создания моста Золотые Ворота.

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

Давайте работать вместе!

Использование стали является исчерпывающим и обширным. С повторной переработкой этого сплава, практика, которой обычно следуют, его воздействие на окружающую среду значительно уменьшено. Он использовался для изготовления практически всего: от орудий для сельского хозяйства до строительства мостов, железнодорожных путей, автомобилей, двигателей и самолетов. На самом деле, вам будет трудно пройти один день, не наткнувшись на этот чрезвычайно универсальный металл.За эти годы производство стали увеличилось до нынешних уровней, близких к 1300 миллионам тонн в год. Будь то нож для нарезки фруктов, электробритва, заколка для волос или целое здание, в жизни каждого есть немного стали!

,

сталь | Состав, свойства, виды, марки и факты.

Металлы недрагоценные: железо

. Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали. Железная руда является одним из самых распространенных элементов на Земле, и одно из ее основных применений – производство стали. В сочетании с углеродом железо полностью меняет характер и становится легированной сталью. Encyclopædia Britannica, Inc. Просмотреть все видео этой статьи

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.Пропуская очень крайние случаи, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл – это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего представить как сферы, соприкасающиеся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые проникают друг в друга особым образом. Для железа расположение решетки может быть лучше всего визуализировано единичным кубом с восемью атомами железа по углам. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированном кубическом расположении в центре каждого куба есть дополнительный атом железа. В гранецентрированной кубической (ГЦК) схеме имеется один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-расположении примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК-расположении; это означает, что в ГЦК больше места, чем в структуре ОЦК, для хранения чужих ( i. легирующих) атомов в твердом растворе.

Железо имеет ОЦК-аллотропию ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2,541 ° F) до температуры плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемый ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называют альфа-железом в более низком температурном интервале и дельта-железом в высокотемпературной зоне. Между 912 и 1394 ° С железо находится в своем ГЦК-порядке, который называется аустенит или гамма-железо. Аллотропное поведение железа сохраняется за редким исключением в стали, даже когда сплав содержит значительное количество других элементов.

Существует также термин бета-железо, которое относится не к механическим свойствам, а скорее к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температура, выше которой он теряет это свойство, часто называется точкой Кюри.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В чистом виде железо мягкое и, как правило, не используется в качестве инженерного материала; основной метод его укрепления и превращения в сталь заключается в добавлении небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно встречается в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо в виде карбида. Карбидной формой может быть карбид железа (Fe ₃ C, известный как цементит), или он может быть карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером железе углерод появляется в виде чешуек или скоплений графита из-за присутствия кремния, который подавляет образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, то есть – температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (в которых завершение затвердевания). Линия A-B-C показывает, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серое железо, которое содержит более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, содержащая, например, содержание углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинает затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью твердо при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном – , то есть ГЦК – расположении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение при температуре около 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластин феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлит, а изменение называется эвтектоидным превращением. Жесткость алмазной пирамиды (DPH) составляет приблизительно 200 кг на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с DPH, равной 70 кг на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, , 0,25 процента) приводит к микроструктуре, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; это мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77%, например 1,05%, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железоуглерод. Encyclopædia Britannica, Inc. .

Свойства стальных материалов – SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали обусловлены как ее химическим составом, так и способом изготовления, включая обработку в процессе изготовления. Стандарты на продукцию определяют пределы состава, качества и производительности, и эти пределы используются или предполагаются конструкторами конструкций. В этой статье рассматриваются основные свойства, которые представляют интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов.Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

Схема напряжений / деформаций для стали

[top] Свойства материала, необходимые для дизайна

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при определении стальных строительных изделий:

Для проектирования механические свойства получены из минимальных значений, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется ограничениями в стандарте на продукт. Долговечность зависит от конкретного типа сплава – обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[top] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь имеет 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 может быть увеличена путем добавления таких сплавов, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки сплава могут также отрицательно влиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.

Минимизация уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить путем добавления никеля. Поэтому химический состав каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и проверен в процессе ее производства, чтобы обеспечить достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также вызывают различную реакцию, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Процесс производства может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка происходит при прокатке или формовании стали. Чем больше стали катится, тем сильнее становится. Этот эффект проявляется в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение уровней предела текучести при увеличении толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объяснить со ссылкой на различные производственные процессы, которые можно использовать при производстве стали, основными из которых являются:

• Прокат из стали
• Нормализованная сталь
• нормализованный прокат
• Термомеханически прокатанная (TMR) сталь
• Закаленная и отпущенная (Q & T) сталь.

Сталь охлаждается при прокатке с типичной температурой чистовой прокатки около 750 ° C.Сталь, которая затем охлаждается естественным путем, называется материалом в состоянии после прокатки. Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают до приблизительно 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему остыть естественным образом. Этот процесс улучшает размер зерна и улучшает механические свойства, особенно ударную вязкость. Нормализованный прокат – это процесс, в котором температура превышает 900 ° C после завершения прокатки. Это оказывает такое же влияние на свойства, что 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 распространению вязких трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, что может быть достигнуто только при использовании низкоуглеродистых чистых сталей и за счет максимального измельчения зерна. Реализация термомеханического процесса прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этого.

Термомеханически прокатанная сталь использует особый химический состав стали, чтобы обеспечить более низкую температуру чистовой прокатки около 700 ° C. Большее усилие требуется для прокатки стали при этих более низких температурах, и свойства сохраняются до тех пор, пока они не нагреваются выше 650 ° C. Термомеханически прокатанная сталь имеет обозначение «М».

Процесс закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при 900 ° C. Он быстро охлаждается или «закаливается» для производства стали с высокой прочностью и твердостью, но низкой вязкостью.Прочность восстанавливается путем ее нагрева до 600 ° C, поддержания температуры в течение определенного времени и последующего естественного охлаждения (отпуск). Закаленные и отпущенные стали имеют обозначение «Q».

Гашение включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Он часто используется в сочетании с отпуском, который является второй стадией термообработки до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект закалки заключается в том, чтобы смягчить ранее отвержденные структуры и сделать их более жесткими и пластичными.

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[вверху] Сила

[вверху] Предел текучести

Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое понадобится разработчику, поскольку он является основой, используемой для большинства правил, приведенных в правилах проектирования. В европейских стандартах на конструкционные углеродистые стали (в том числе на атмосферостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 – это конструкционная сталь с заданным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты продукта также определяют допустимый диапазон значений для предела прочности при растяжении (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаные стали

Для горячекатаных углеродистых сталей число, указанное в обозначении, представляет собой значение предела текучести материала толщиной до 16 мм. Дизайнеры должны учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины пластины или сечения (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый, а обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальные значения предела текучести и минимальный предел прочности при растяжении приведены в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 ^[1] .

Минимальный предел текучести и предел прочности для распространенных марок стали

Оценка	Предел текучести (Н / мм 2 ) при номинальной толщине t (мм)				Прочность на растяжение (Н / мм 2 ) при номинальной толщине 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] допускает использование минимального значения текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f _y и минимального предела прочности f _u для использования в качестве номинальной (характеристической) предельной прочности.

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

[вверх] Сталь холоднокатаная

Существует широкий ассортимент марок стали для полосовых сталей, пригодных для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности на разрыв указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 ^[4] .

BS EN 1993-1-3 ^[5] приведены значения базового предела текучести f _иб и предела прочности при растяжении f _и , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[top] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1,4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначения «S» для углеродистых сталей. Соотношение между напряжением и деформацией не имеет четкого различия в пределе текучести, и значения предела текучести нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указываются в терминах предела прочности, определенного для конкретной смещенной постоянной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочности обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей варьируются 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 выше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 ^[6] приведены таблицы номинальных (характеристических) значений предела текучести f _y и предельного минимального предела прочности f _u для сталей в соответствии с BS EN 10088-1 ^[7] для использовать в дизайне.

[top] Стойкость

Образец для испытания на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют некоторые недостатки. В стали эти недостатки имеют форму очень маленьких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может распространяться быстро, без пластической деформации и приводить к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с толщиной, растягивающим напряжением, повышением напряжения и при более низких температурах.Прочность стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на стадии спецификации. Удобной мерой прочности является ударопрочность по Шарпи с V-образным надрезом – см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого надрезанного образца при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указаны минимальные значения энергии удара для разных подгрупп каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основными обозначениями подклассов являются JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых и закаленных и отпущенных сталей (которые, как правило, более жесткие, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Краткое описание обозначений прочности приведено в таблице ниже.

Указанная минимальная энергия удара для углеродистых сталей

Стандарт	Подложка	Ударная вязкость	Температура испытания
BS EN 10025-2 [1] BS EN 10210-1 [3]	JR	27J	20 o C
	J0	27J	0 o C
	J2	27J	-20 o C
	К2	40J	-20 o C
BS EN 10025-3 [8]	N	40J	-20 o c
	NL	27J	-50 o c
BS EN 10025-4 [9]	М	40J	-20 o c
	ML	27J	-50 o c
BS EN 10025-5 [10]	J0	27J	0 o C
	J2	27J	-20 o C
	К2	40J	-20 o C
	J4	27J	-40 o C
	J5	27J	-50 o C
BS EN 10025-6 [11]	Q	30J	-20 o c
	QL	30J	-40 o c
	QL1	30J	-60 o c

Для тонколистовой стали для холодной штамповки требования к энергии удара не указаны для материала толщиной менее 6 мм.

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

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

Публикация SCI P419 представляет измененные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является расчетной конструкцией. Эти новые ограничения были получены с использованием точно такого же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Слово «уменьшить» используется, так как предполагать, что никакого роста вообще не будет, значит полностью исключить эффект усталости. Некоторая усталость (20000 циклов) допускается на основе ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции – в действительности это может быть некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не учитывается – подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины при 20000 циклов. Эксперты из Университета Аахена (которые занимались разработкой Еврокода) предоставили это крайне важное выражение.

Дополнительную информацию можно найти в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющие стали, как правило, намного прочнее, чем углеродистые стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 ^[15] . В BS EN 1993-1-4 ^[6] говорится, что аустенитные и дуплексные стали являются достаточно прочными и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[top] Ductility

Пластичность – это мера степени, до которой материал может деформироваться или удлиняться между началом текучести и возможным разрушением при растягивающей нагрузке, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном предельном состоянии, конструкцию группы болтов, сниженный риск распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и выпрямления. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому допущения при проектировании действительны, и, если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватной производительности.

Напряжение – деформационное поведение для стали

[вверху] Свариваемость

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

Все конструкционные стали являются практически свариваемыми. Однако сварка включает локальное плавление стали, которая впоследствии охлаждается.Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, например, луч, предлагает большой «теплоотвод», а сварной шов (и подводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (ЗТВ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Восприимчивость к охрупчиванию также зависит от содержания легирующих элементов в основном, но не исключительно, от содержания углерода. Эта восприимчивость может быть выражена как «Углеродная эквивалентная ценность» (CEV), и различные стандарты продукта для стандарта на углеродистую сталь дают выражения для определения этой величины.

BS EN 10025 ^[1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых изделий из конструкционной стали, и для тех, кто контролирует сварку, является простой задачей обеспечить соответствие используемых спецификаций процедуры сварки для соответствующей марки стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие механические свойства конструкционной стали, которые важны для конструктора, включают в себя:

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

[top] Прочность

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

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя имеются специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением из этого является выветривание стали.

Самым распространенным средством обеспечения защиты от коррозии строительной стали является окрашивание или цинкование. Тип и степень требуемой защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, срока службы и т. Д. Во многих случаях при внутренних сухих ситуациях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали доступна.

[вверх] Погодная сталь

Выветривающая сталь – это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную ржавчину «патина», которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Это широко используется в Великобритании для мостов и использовалось внешне на некоторых зданиях. Это также используется для архитектурных особенностей и скульптурных структур, таких как Ангел Севера.

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

Типичные кривые напряжения-деформации для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь – это очень устойчивый к коррозии материал, который можно использовать конструктивно, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие оценки воздействия в типичных условиях приведены ниже.

Стойко-деформированное поведение нержавеющих сталей отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Самое важное отличие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение вплоть до предела текучести и плато до возникновения деформационного упрочнения, нержавеющая сталь имеет более округлый отклик без четко определенного предела текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретного смещенного постоянного напряжения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, который показывает типичные экспериментальные кривые напряжения деформации для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Приведенные кривые отражают диапазон материала, который может быть поставлен, и не должны использоваться при проектировании.

Указанные механические свойства обычных нержавеющих сталей по EN 10088-4 ^[15]

Описание	Оценка	Минимум 0.2% предел прочности (Н / мм 2 )	Предел прочности при растяжении (Н / мм 2 )	Удлинение при разрушении (%)
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
Дуплекс сталь	1,4162	450	650 – 850	30
	1,4462	460	640 – 840	25

Механические свойства относятся к горячекатаной плите. 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	Подходит из нержавеющей стали
C1 (очень низкий)	Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность)	1,4301 / 1,4307, 1,4162
C2 (низкий)	Засушливое или слабое загрязнение (сельская местность)	1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний)	Прибрежные районы с малыми запасами соли Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением	1,4401 / 1,4404, 1,4162 (1,4301 / 1,4307)
C4 (высокий)	Загрязненная городская и индустриальная атмосфера Прибрежные районы с умеренными солевыми отложениями Дорожная среда с противогололедными солями	1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенит
C5 (очень высокий)	Сильно загрязненные промышленные атмосферы с высокой влажностью Морские атмосферы с высокой степенью солевых отложений и брызг	1.4462, другие высоколегированные дуплексы или аустенит

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 едких загрязняющих веществ и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может быть необходимо выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Отзывы

1. ^{1.0 1.1 1.2} BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки для нелегированных конструкционных сталей, BSI.
2. ↑ NA + A1: 2014 – 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 Горячекатаные конструкционные полые профили из нелегированной и мелкозернистой стали. Технические требования к доставке, BSI.
4. ↑ BS EN 10346: 2015 Стальные плоские изделия с постоянным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия доставки. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Eurocode 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила – Дополнительные правила для холодногнутых элементов и листов, BSI.
6. ↑ ^{6,0 6,1} BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Eurocode 3. Проектирование металлоконструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющая сталь.Список нержавеющих сталей, BSI
8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3. Технические условия поставки для нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Часть 4. Технические условия поставки для термомеханических рулонных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Часть 5. Технические условия поставки конструкционных сталей с улучшенной атмосферной коррозионной стойкостью, BSI
11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Часть 6. Технические условия поставки для плоских изделий 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 сквозной толщины, BSI.
13. ↑ NA to BS EN 1993-1-10: 2005, Великобритания, национальное приложение к еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства сквозной толщины. BSI
14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций в соответствии с BS EN 1993-1-10. BSI
15. ↑ ^{15,0 15,1} BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющая сталь. Технические условия поставки для листов / плит и полос из коррозионно-стойких сталей для строительных целей, BSI.
16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов. Коррозионная активность атмосфер. Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

,