Характеристика стали как материала металлических конструкций. Структура стали.

По   прочностным   свойствам  стали   условно  делят на три группы: обычной прочности ( < 29 кН/см2); повышенной прочности (29   кН/см2 << 40   кН/см2); высокой  прочности >40 кН/см2).

Повышение прочности стали достигается легированием и термической обработкой.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Углеродистые стали обыкновенного качества состоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (или алюминия) и марганца. Прочие добавки (медь, хром и т.д.) специально не вводятся и могут попасть в сталь из руды

Углерод, повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому для строительных металлических конструкций применяют только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,22%.

В состав легированных сталей помимо железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие их качество. Поскольку большинство добавок )в той или иной степени ухудшают свариваемость стали, а также удорожают ее, в строительстве в основном применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%.

Основными легирующими добавками являются кремний (С), марганец (Г), медь (Д), хром (X), никель (Н), ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А). Состав легирующих добавок указывают в наименовании стали: первые две цифры в марке стали соответствуют содержанию углерода в сотых долях процента, далее перечисляют добавки и их содержание с округлением до целых процентов, цифру 1 при этом обычно не проставляют. Например: 09Г2С, 14Г2АФ.

По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными, спокойными.

Нераскисленные стали кипят при разливке вследствие выделения газов: такая сталь носит название кипящей и оказывается более засоренной газами и менее однородной.

Выбор стали производят на основе вариантного проектирования и технико-экономического анализа с учетом требований норм. В целях упрощения заказа металла при выборе стали следует стремиться  к большей унификации  конструкций, сокращению количества сталей и профилей. Выбор стали зависит от следующих факторов, влияющих на работу материала:

- температуры среды, в которой монтируется и эксплуатируется конструкция; этот фактор учитывает повышенную опасность хрупкого разрушения при пониженных температурах;

- характера нагружения, определяющего особенность работы материала и конструкций при динамической, вибрационной и переменной нагрузках;

- вида напряженного состояния (одноосное сжатие или растяжение плоское или объемное напряженное состояние) и уровня возникающих напряжений (сильно или слабо нагруженные элементы);

- способа соединения элементов, определяющего уровень собственных напряжений, степень концентрации напряжений и свойства материала в зоне соединения;

- толщины проката, применяемого в элементах. Этот фактор учитывает изменение свойств стали с увеличением толщины.

При выборе стали необходимо учитывать группу конструкций.

Окончательный выбор стали в пределах каждой группы должен выполняться на основании сравнения технико-экономических показателей (расхода стали и стоимости конструкций), а также с учетом заказа металла и технологических возможностей завода-изготовителя. В составных конструкциях (например, составных балках, фермах и т.п.) экономически целесообразно применение двух сталей - более высокой прочности для сильно нагруженных элементов (пояса ферм, балок) и меньшей прочности для слабо нагруженных элементов (решетка ферм, стенки балок).

Приведенный подход к выбору сталей используют для конструкций массового применения. Для особо ответственных уникальных сооружений с высокой степенью обеспеченности надежности (атомные реакторы АЭС, сосуды давления, газгольдеры и резервуары большого объема) требования к качеству, а следовательно, и к выбору стали могут быть значительно более жесткими