Предел текучести как показатель надежности конструкции
Предел текучести как показатель надежности конструкции. Выбираем марку стали для складского стеллажа
Гношова Ольга Юрьевна, генеральный директор компании «Юнирек»
Первое, на что стоит обратить внимание при выборе стеллажного оборудования — это марка стали, из которой оно будет изготовлено.
Друзья! Мы находимся в испытательной лаборатории Уральского научно-исследовательского института черных металлов ( ОАО «Уральский институт металлов»).
Мы покажем вам, чем отличаются марки стали с точки зрения грузонесущей способности, способности сопротивляться стационарной и динамической нагрузке и за что, в конечном счете, платит покупатель стеллажей.
Марки стали отличаются по химическому составу и физическим свойствам. Нас интересует как деформируется сталь после воздействия на нее нагрузки.
Деформации разделяют на обратимые (упругие)
Приведем классический пример из жизни склада: погрузчик ударяет стойку стеллажа. Если стойка принимает свое изначальное положение, то это «деформация упругая», а если стойка не возвращается в свое проектное положение, принимает «форму погрузчика», то это называется «пластическая деформация».
Каждый сплав имеет предел или критический момент, после которого упругая деформация переходит в пластическую. Именно этот показатель – «предел текучести» стали, нас с вами интересует.
Чем выше показатель предела текучести стали, тем дольше сталь способна находиться в напряженном состоянии и противостоять стационарным и динамическим нагрузкам.
Самыми популярными в России марками стали для производства стеллажей являются марки Ст08пс, Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст350, S355МС.
По нашей просьбе, на заводе были изготовлены 4 образца стеллажных стоек. По два образца из стали марок S355MC и Ст3, толщиной 1,5 и 2,0 миллиметра.
Для наглядности их окрасили в разные цвета – сталь Ст3 в оранжевый, а сталь S355MC в синий
Перед испытаниями в Лаборатории определили химический состав (марку стали) образцов при помощи фотоэлектрического спектрального анализа.
Ниже приведена таблица с ориентировочными показателями различных сталей, используемых при производстве стеллажных комплектующих в России (данные показатели могут отличаться в зависимости от партий проката и при разных условиях).
В Европе при производстве стеллажей используется только сталь с высоким пределом текучести, марки S52 (и других).
σ0,2 — предел текучести условный, МПа
sT — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа
d5 — относительное удлинение после разрыва, %
HB — твердость по Бринеллю
KCU — ударная вязкость, Дж/см2
Итак, мы подвергли стационарной нагрузке (давлением пресса) две пары стоек.
Первая пара — из стали толщиной 1,5мм
- Образец из стали Ст3 показал, что пределом его текучести является нагрузка в 94,14 кН, что соответствует 9600 кгс.
- Образец из стали S355МС показал, что пределом его текучести является нагрузка в 109,8 кН, что соответствует 11200 кгс.
Таким образом, образец из стали S355МС оказался на 16,7% устойчивее к стационарной нагрузке, чем образец из стали Ст3.
Видео показывает, что после наступления критического момента, даже после снижения нагрузки от пресса, образец продолжает деформироваться.
Данное поведение металла стоек следует принимать во внимание в процессе эксплуатации стеллажного оборудования.
Необходимо помнить, что деформированная стойка выносит меньшую нагрузку, чем «целая», и поэтому ее нельзя подвергать прежней нагрузке.
Необходимо помнить, что деформированная стойка выносит меньшую нагрузку, чем «целая», и поэтому ее нельзя подвергать прежней нагрузке.
Вторая пара из стали толщиной 2,0 мм
- Образец из стали Ст3 показал, что пределом его текучести является нагрузка в 127,5кН, что соответствует 13000 кгс.
- Образец из стали S355МС показал, что пределом его текучести является нагрузка в 164,75 кН, что соответствует 16800 кгс.
Таким образом, образец из стали S355МС оказался на 29,5% устойчивее к стационарной нагрузке, чем образец из стали Ст3.
Кстати, европейский концерн «Mecalux» не использует для производства паллетных стеллажей сталь толщиной менее 1,8мм.
Для определения устойчивости стали разных марок к динамическим нагрузкам, были произведены испытания образцов по показателю «Предел прочности на растяжение».
Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала.
Нами были подготовлены два образца в виде металлических пластин из стали Ст3 и S355МС, которые поочередно подвергли растяжению- Образец из стали Ст3 показал, что пределом его прочности является нагрузка в 8,24кН, что соответствует 840 кгс.
- Образец из стали S355МС показал, что пределом его прочности является нагрузка в 10,2 кН, что соответствует 1040 кгс.
Таким образом, образец из стали S355МС оказался на 23,85% прочнее на растяжение, чем образец из стали Ст3.
Сегодняшними испытания мы хотели наглядно показать, что образцы из разных марок стали ведут себя по-разному после воздействия нагрузки.Вы увидели, что образцы из S355MC стали держат гораздо большие стационарные и динамические нагрузки, чем образцы из стали Ст3.
Поэтому, при выборе стеллажного оборудования марка стали имеет значение!
ООО «Юнирек» проектирует и поставляет стеллажное оборудование уже более 8-ми лет, безаварийная служба поставленного оборудования обеспечена политикой компании – мы не идем на компромиссы в вопросах качества и безопасности.
СТАЛЬ СТ3 (Ст3сп) — характеристика, физические свойства, применение, твердость
Сталь представляет собой сплав из железа, углерода и легирующих элементов. Последние добавляют для того, чтобы придать материалу необходимые характеристики. Данный тип относится к углеродистой конструкционной. Имеет обыкновенное качество. Нашла широкое применение в различных сферах промышленности.
Большинство несущих строительных конструкций изготовлены именно из данного материала. Также применяется при изготовлении профилей, листов, труб и иного металлопроката.
Химический состав стали СТ3
Для стали Ст3 характерна высокая пластичность и наличие минимального количества легирующих добавок. Это дает возможность сплаву приобрести максимальную популярность среди остальных подобных представителей. Характеризуется широкой областью применения в строительстве. Практически невозможно найти хоть один возводимый объект во время работ на котором не использовалась данная сталь.
Сплав состоит из следующих элементов:
- доля железа составляет 97 процентов;
- от 0,14 до 0,22 процента – углерод;
- по 0,3 процента никеля, меди и хрома;
- от 0,05 до 0,17 процента кремния;
- от 0,4 до 0,65 процента марганца;
- до 0,05 процента серы;
- 0,087 процента мышьяка;
- не более 0,04 процента фосфора.
Каждый из составляющих элементов отвечает за свою область. От углерода зависит прочность, твердость, пластичность, способность к свариваемости. Фосфор и сера выступают в качестве вредных примесей. Никель, марганец, медь, хром являются легирующими элементами, которые влияют на технические характеристики сплава.
Физические свойства стали 3 (СТ3)
|
T |
E 10-5 |
a106 |
l |
r |
C |
R 109 |
|
Град |
МПа |
1/Град |
Вт/(м·град) |
кг/м3 |
Дж/(кг·град) |
Ом·м |
|
20 |
2. |
|||||
|
100 |
2.08 |
|||||
|
200 |
2.02 |
|||||
|
300 |
1.95 |
|||||
|
400 |
1. |
|||||
|
500 |
1.76 |
|||||
|
600 |
1.67 |
|||||
|
700 |
1.53 |
13
87Технологические свойства стали 3 (СТ3)
|
Свариваемость: |
без ограничений. |
|
Флокеночувствительность: |
не чувствительна. |
|
Склонность к отпускной хрупкости: |
не склонна. |
Обозначения:
|
Механические свойства стали 3 (СТ3): |
||
|
sв |
— Предел кратковременной прочности, [МПа] |
|
|
sT |
— Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
|
|
d5 |
— Относительное удлинение при разрыве, [ % ] |
|
|
y |
— Относительное сужение, [ % ] |
|
|
KCU |
— Ударная вязкость, [ кДж / м2] |
|
|
HB |
— Твердость по Бринеллю |
|
|
Физические свойства стали 3 (СТ3): |
||
|
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] |
|
|
Свариваемость стали 3 (СТ3): |
|
|
без ограничений |
— сварка производится без подогрева и без последующей термообработки |
|
ограниченно свариваемая |
— сварка возможна при подогреве до 100-120 град. |
|
трудно свариваемая |
— для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки — отжиг |
и последующей термообработкеРазновидности
Классификация проводится по степени раскисления. Раскисление представляет собой процесс, в результате которого из сплава удаляются посторонние примеси в виде углерода. Его наличие снижает полезные свойства материала.
В зависимости от степени раскисления выделяют следующие разновидности сплавов:
- «сп» — спокойная;
- «пс» — полуспокойная;
- «кп» — кипящая.
Аббревиатура Ст3 обозначает сталь с процентным содержание углерода, равным трем. В зависимости от его количества в сплаве увеличивается либо уменьшается данная цифра.
Применение
Из первоначальных заготовок, которые отливаются из стали данной марки изготавливаются следующие изделия:
- мостовые краны;
- трубопроводная арматура;
- кузова автомобилей;
- емкости для воды;
- корпуса судов.
Сталь марки Ст3 применяется при изготовлении деталей, которые должны обладать повышенной прочностью и устойчивостью к коррозии.
Свойства стальных материалов — SteelConstruction.info
Свойства конструкционной стали определяются как ее химическим составом, так и методом производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты на продукцию определяют пределы 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 стальных конструкций описана в отдельной статье.
Схематическая диаграмма напряжения/деформации для стали
Содержание
- 1 Свойства материала, необходимые для проектирования
- 2 Факторы, влияющие на механические свойства
- 3 Сила
- 3.1 Предел текучести
- 3.1.1 Горячекатаные стали
- 3.1.2 Холоднодеформированные стали
- 3.1.3 Нержавеющая сталь
- 3.1 Предел текучести
- 4 Прочность
- 5 Пластичность
- 6 Свариваемость
- 7 Прочие механические свойства стали
- 8 Прочность
- 8.1 Атмосферостойкая сталь
- 8.2 Нержавеющая сталь
- 9 Каталожные номера
- 10 ресурсов
- 11 См. также
[наверх]Свойства материалов, необходимые для проектирования
Свойства, которые должны учитываться проектировщиками при выборе стальных строительных изделий:
- Прочность
- Прочность
- Пластичность
- Свариваемость
- Прочность.
При проектировании механические свойства определяются на основе минимальных значений, указанных в соответствующем стандарте на продукцию. Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регламентируется стандартом на продукцию. Долговечность зависит от конкретного типа сплава — обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.
[вверх]Факторы, влияющие на механические свойства
Механические свойства стали определяются сочетанием 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 увеличить за счет добавления таких сплавов, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки к сплаву могут также неблагоприятно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, ударная вязкость и свариваемость.
Сведение к минимуму содержания серы может повысить пластичность, а ударная вязкость может быть улучшена за счет добавления никеля.
Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.
Легирующие элементы также дают различную реакцию, когда материал подвергается термической обработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинацию термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.
Механическая обработка происходит во время прокатки или формовки стали. Чем больше стали прокатывают, тем прочнее она становится. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, определяют снижение уровней предела текучести с увеличением толщины материала.
Эффект термической обработки лучше всего объясняется ссылкой на различные технологические процессы, которые могут использоваться в производстве стали, основными из которых являются:
- Сталь после проката
- Нормализованная сталь
- Прокат нормализованный
- Сталь термомеханически катаная (TMR)
- Сталь, подвергнутая закалке и отпуску (Q&T).
Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура конца прокатки составляет около 750°C. Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называют материалом в состоянии после прокатки. Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревается примерно до 900°C и выдерживается при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность остыть естественным путем. Этот процесс уменьшает размер зерна и улучшает механические свойства, особенно ударную вязкость. Нормализованно-прокатный процесс, при котором температура выше 900°C после завершения прокатки. Это оказывает такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает лишний процесс повторного нагрева материала. Нормализованные и нормализованные прокаты имеют обозначение «Н».
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 вязкой трещины.
Следовательно, более прочные стали требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, что может быть достигнуто только при использовании чистых сталей с низким содержанием углерода и при максимальном измельчении зерна. Внедрение процесса термомеханической прокатки (TMR) является эффективным способом достижения этой цели.
Термомеханически прокатанная сталь использует особый химический состав стали, чтобы обеспечить более низкую конечную температуру прокатки около 700°C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются до тех пор, пока она не будет повторно нагрета выше 650°C. Сталь, прокатанная термомеханическим способом, имеет обозначение «М».
Процесс производства закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при температуре 900°C. Его быстро охлаждают или «закаливают» для получения стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой ударной вязкостью. Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600°C, поддержанием температуры в течение определенного времени и последующим естественным охлаждением (отпуск).
Закаленные и отпущенные стали имеют обозначение «Q».
Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Он часто используется в сочетании с отпуском, который представляет собой вторую стадию термообработки до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в размягчении ранее закаленных структур и повышении их прочности и пластичности.
Схематический температурно-временной график процессов прокатки
[вверх] Прочность
[вверх] Предел текучести
Предел текучести является наиболее распространенным свойством, которое необходимо проектировщику, поскольку оно является основой для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах на конструкционные углеродистые стали (включая атмосферостойкие стали) основное обозначение относится к пределу текучести, например Сталь S355 представляет собой конструкционную сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н/мм².
Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений 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 для материала толщиной до 16 мм. Конструкторы должны учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый, и обработка увеличивает прочность). Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальные значения предела текучести и минимального предела прочности при растяжении показаны в таблице ниже для сталей в соответствии со стандартом BS EN 10025-2 9.0123 [1] .
| Марка | Предел текучести (Н/мм 2 ) для номинальной толщины t (мм) | Прочность на растяжение (Н/мм 2 ) для номинальной толщины t (мм) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| т ≤ 16 | 16 < t ≤ 40 | 40 < t ≤ 63 | 63 < t ≤ 80 | 3 < t ≤ 100 | 100 < t ≤ 150 | |
| S275 | 275 | 265 | 255 | 245 | 410 | 400 |
| С355 | 355 | 345 | 335 | 325 | 470 | 450 |
Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 [2] позволяет использовать минимальное значение текучести для определенной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f y и минимальный предел прочности при растяжении f u использовать в качестве номинального (характеристического) предела прочности.
Аналогичные значения даны для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в BS EN 10210-1 [3] .
[top]Стали холодной штамповки
Существует широкий диапазон марок стали для полосовой стали, подходящей для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 9.0123 [4] .
BS EN 1993-1-3 [5] содержит значения базового предела текучести f yb и предела прочности при растяжении f u , которые следует использовать в качестве характеристических значений при проектировании.
[наверх]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 напряжение-деформация не имеет четкого различия в пределе текучести, и предел текучести нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах условного предела прочности, определенного для определенного смещения постоянной деформации (обычно 0,2% деформации).
Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей находится в диапазоне 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 номинальные (характеристические) значения предела текучести f y и предельной минимальной прочности на растяжение f u для сталей в соответствии с BS EN 10088-1 [7] для использования в конструкции.
[вверх] Прочность
Образец для испытания на ударный изгиб с V-образным надрезом
Природа всех материалов состоит в том, чтобы иметь некоторые дефекты. В стали эти дефекты принимают форму очень маленьких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и приводить к «хрупкому разрушению».
Риск хрупкого разрушения увеличивается с толщиной, растягивающим напряжением, концентраторами напряжения и при более низких температурах. Прочность стали и ее способность сопротивляться хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на ударную вязкость по Шарпи с V-образным надрезом — см. изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при определенной температуре одним ударом маятника.
В различных стандартах на продукцию указаны минимальные значения энергии удара для различных марок основания каждого класса прочности. Для нелегированных конструкционных сталей основные обозначения марок: JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей и закаленных и отпущенных сталей (которые, как правило, более прочные, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Сводная информация об обозначениях ударной вязкости приведена в таблице ниже.
| Стандарт | Основание | Ударная вязкость | Температура испытания |
|---|---|---|---|
| БС ЕН 10025-2 [1] БС ЕН 10210-1 [3] | Младший | 27Дж | 20 или С |
| Дж0 | 27Дж | 0 или С | |
| Дж2 | 27Дж | -20 о С | |
| К2 | 40Дж | -20 или С | |
| БС ЕН 10025-3 [8] | Н | 40Дж | -20 о в |
| НЛ | 27Дж | -50 о в | |
| БС ЕН 10025-4 [9] | М | 40Дж | -20 о в |
| МЛ | 27Дж | -50 о с | |
| БС ЕН 10025-5 [10] | Дж0 | 27Дж | 0 или С |
| Дж2 | 27Дж | -20 или С | |
| К2 | 40Дж | -20 или С | |
| Дж4 | 27Дж | -40 или С | |
| Дж5 | 27Дж | -50 или С | |
| БС ЕН 10025-6 [11] | В | 30Дж | -20 о в |
| QL | 30Дж | -40 о в | |
| QL1 | 30Дж | -60 о в |
Для тонколистовых сталей для холодной штамповки требования к энергии удара не указаны для материала толщиной менее 6 мм.
Выбор подходящей марки основания для обеспечения достаточной прочности в расчетных ситуациях приведен в BS EN 19.93-1-10 [12] и связанный с ним UK NA [13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжения и т. д. с «предельной толщиной» для каждой марки стали. PD 6695-1-10 [14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору соответствующего грунтового основания дано в ED007.
SCI-P419
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 незначительную роль, чрезвычайно безопасно.
Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не является расчетным соображением. Эти новые пределы были получены с использованием точно такого же подхода, как и правила проектирования Еврокода, но они существенно уменьшают рост трещин из-за усталости. Употреблено слово «уменьшать», так как допущение отсутствия роста означало бы полное устранение эффекта утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основе ориентировочных указаний стандарта DIN.
Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции — в действительности может быть некоторое ограниченное циклическое воздействие нагрузки, но обычно это не рассматривается — подход к проектированию заключается в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины при 20 000 циклов. Эксперты из Аахенского университета (участвовавшие в разработке Еврокода) дали это чрезвычайно важное выражение.
Дополнительную информацию можно найти в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 г.
Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 [15] . В стандарте BS EN 1993-1-4 [6] указано, что аустенитные и дуплексные стали достаточно прочны и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40°C.
[top]Пластичность
Пластичность — это мера степени деформации или удлинения материала между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже. Конструктор полагается на пластичность в ряде аспектов конструкции, включая перераспределение напряжения в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостных трещин, а также в производственных процессах сварки, гибки и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому расчетные допущения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.
Напряженно-деформационное поведение стали
[вверх]Свариваемость
Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение предоставлено Mabey Bridge Ltd)
Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное расплавление стали, которая впоследствии охлаждается. Охлаждение может быть довольно быстрым, потому что окружающий материал, напр. луч предлагает большой «радиатор», а сварной шов (и подводимое тепло) обычно относительно мал. Это может привести к упрочнению «зоны термического влияния» (ЗТВ) 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. Эта восприимчивость может быть выражена как «значение углеродного эквивалента» (CEV), и различные стандарты на продукцию для углеродистых сталей дают выражения для определения этого значения.
BS EN 10025 [1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех охватываемых изделий из конструкционной стали, и для тех, кто контролирует сварку, несложно обеспечить, чтобы используемые спецификации процедуры сварки были квалифицированы для соответствующей марки стали и CEV.
Другие механические свойства стали
Другие механические свойства конструкционной стали, важные для проектировщика, 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).
[вверх]Долговечность
Защита от коррозии за пределами объекта
(Изображение 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 атмосферостойкая сталь.
Наиболее распространенным средством защиты от коррозии конструкционной стали является покраска или цинкование. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависят от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. д. Во многих случаях в сухих условиях внутри не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.
[top]Стойкая атмосферостойкая сталь
Атмосферостойкая сталь представляет собой высокопрочную низколегированную сталь, которая устойчива к коррозии, образуя прилипшую защитную «патину» ржавчины, которая препятствует дальнейшей коррозии. Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и снаружи некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.
Ангел Севера
[верх]Нержавеющая сталь
Типичные кривые напряжения-деформации для нержавеющей стали и углеродистой стали в отожженном состоянии
Нержавеющая сталь представляет собой материал с высокой коррозионной стойкостью, который можно использовать в конструкции, особенно там, где требуется высококачественная отделка поверхности. Подходящие сорта для воздействия в типичных условиях приведены ниже.
Деформационно-напряженное поведение нержавеющих сталей отличается от поведения углеродистых сталей в ряде аспектов. Наиболее 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 перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлый отклик без четко определенного предела текучести. Таким образом, предел текучести нержавеющей стали, как правило, определяется для определенного смещения постоянной деформации (обычно 0,2% деформации), как показано на рисунке справа, который показывает типичные экспериментальные кривые напряжения-деформации для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут поставляться, и не должны использоваться при проектировании.
| Описание | Марка | Минимум 0,2% предела текучести (Н/мм 2 ) | Предел прочности при растяжении (Н/мм 2 ) | Удлинение при разрыве (%) |
|---|---|---|---|---|
| Основные хромоникелевые аустенитные стали | 1. 4301 | 210 | 520 – 720 | 45 |
| 1.4307 | 200 | 500 – 700 | 45 | |
| Молибден-хромоникелевые 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.
| 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 условия или низкий уровень загрязнения (сельская местность) | 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 районы с умеренными отложениями солей Дорожная среда с противогололедными солями | 1.4462, (1.4401/1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустениты |
| C5 (Очень высокая) | Сильно загрязненная промышленная атмосфера с высокой влажностью Морская атмосфера с высокой степенью солевых отложений и брызг | 1.4462, другие более высоколегированные дуплексы или аустениты |
Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут оказаться нерентабельными. Материалы, указанные в квадратных скобках, могут быть рассмотрены, если приемлема некоторая умеренная коррозия. Накопление агрессивных загрязняющих веществ и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может быть необходимо выбрать рекомендуемую марку из следующего более высокого класса коррозии.
[наверх]Ссылки
- ↑ 1,0 1,1 1,2 BS EN 10025-2:2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей BSI.
- ↑ NA+A1:2014 к BS EN 1993-1-1:2005+A1:2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие нормы и правила для зданий, BSI
- ↑ 3.0 3.1 BS EN 10210-1:2006 Горячедеформированные конструкционные полые профили из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
- ↑ BS EN 10346:2015 Стальной плоский прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. БСИ
- ↑ BS EN 1993-1-3:2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила — Дополнительные правила для холодногнутых элементов и листов, BSI.
- ↑ 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
- ↑ БС ЕН 10088-1:2014 Нержавеющие стали. Список нержавеющих сталей, BSI
- ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3. Технические условия поставки нормализованного / нормализованного проката свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
- ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4. Технические условия поставки термомеханически свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
- ↑ BS EN 10025-5:2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5. Технические условия поставки конструкционных сталей с повышенной атмосферной коррозионной стойкостью, BSI
- ↑ 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
- ↑ BS EN 1993-1-10:2005 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине, BSI.
- ↑ NA to BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. БСИ
- ↑ PD 6695-1-10:2009 Рекомендации по проектированию конструкций по BS EN 1993-1-10. БСИ
- ↑ 15,0 15,1 BS EN 10088-4:2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листа и ленты из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
- ↑ BS EN ISO 9223:2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. БСИ
[наверх] Ресурсы
- SCI ED007 Выбор марки стали в соответствии с Еврокодами, 2012 г.
- SCI P419 Хрупкий излом: выбор марки стали в соответствии с BS EN 1993-1-10, 2017
[наверх] См. также
- Производство стали
- Спецификация металлоконструкций
- Атмосферостойкая сталь
- Защита от коррозии
- Коды и стандарты проектирования
- Производство
- Сварка
Объяснение марок стали и спецификаций (часть 3): Предел прочности при растяжении и текучести — следующий уровень и классификации, а также дальнейшее рассмотрение подкатегорий углеродистой стали. Большинство стеллажей для поддонов сегодня изготовлены из углеродистой стали, но не все изделия из углеродистой стали одинаковы. Существуют разные марки стали, что приводит к разной прочности на растяжение и пределу текучести, что может повлиять на качество и прочность (и, в конечном счете, на безопасность) готового продукта. Вот что вам нужно знать.
Предел прочности при растяжении и предел текучести Предел прочности при растяжении и предел текучести являются важными показателями способности материала работать в приложении, и эти измерения широко используются при описании свойств металлов и сплавов.
Основное различие между пределом текучести и пределом текучести заключается в том, что предел текучести представляет собой минимальное напряжение, при котором материал постоянно деформируется, тогда как предел прочности описывает максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения.
Значения предела текучести и предела прочности при растяжении металла обычно выражаются в США в фунтах на квадратный дюйм (psi) или в килограммах на квадратный дюйм (kpsi).
Минимальная прочность на растяжение и предел текучести стеллажа для поддонов Различные марки стали имеют разные предел прочности на растяжение и предел текучести. Общепринято и рекомендуется инженерами, чтобы сталь, используемая для стеллажей для поддонов, имела предел текучести не менее 50 000 фунтов на квадратный дюйм. Большинство производителей в США используют сталь, рассчитанную на давление от 50 000 до 55 000 фунтов на квадратный дюйм (все стойки FlexRack™ следующего уровня имеют минимальное давление 55 000 фунтов на квадратный дюйм).