Таблица 1.4. Нормируемые характеристики сталей по категориям
Нормируемая характе-
Категория
ристика
Ударная вязкость при /--40°С
То же, при /--70°С
То же, после механического старения
- - +
Из каждой пробы изготавливают по одному образцу для испытаний на растяжение и изгиб и по два образца для определения ударной вязкости при каждой температуре. Если результаты испытаний не соответствуют требованиям ГОСТа, то проводят повторные испытания на удвоенном числе образцов. Если и повторные испытания показали неудовлет-
ворительные результаты, то партия бракуется.
Оценку свариваемости стали проводят по углеродному эквиваленту:
Сз = С +
Мп ~~6
Ni 40"
Си V Р ---+---+ -<=
13 14 2
(1.2)
где С, Мп, Si, Сг, Ni, Си, V, Р - массовая доля углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, ванадия и фосфора, %.
Если Сэ < 0,4%, то сварка стали не вызывает затруднений, при 0,4 %< <Сэ<0,55% сварка возможна, но требует принятия специальных мер по предотвращению возникновения трещины. При Сэ 0,55% опасность появления трещин резко возрастает.
Для проверки сплошности металла и предупреждения расслоя в необходимых случаях по требованию заказчика проводится ультразвуковой контроль.
Отличительной особенностью ГОСТ 27772-88 является использование для некоторых сталей (С275, С285, С375) статистических методов контроля, что гарантирует обеспечение нормативных значений предела текучести и временного сопротивления.
Строительные металлические конструкции изготавливаются также из сталей, поставляемых по ГОСТ 380-88 "Сталь углеродистая обыкновенного качества", ГОСТ 19281-73 "Сталь низколегированная сортовая и фасонная", ГОСТ 19282-73 "Сталь низколегированная толстолистовая и широкополосная универсальная" и другим стандартам.
Принципиальных различий между свойствами сталей, имеющих одинаковый химический состав, но поставляемых по разным стандартам, нет. Разница в способах контроля и обозначениях. Так, по ГОСТ 380-88 с изм. в обозначении марки стали указывается группа поставки, способ раскисления и категория.
При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б - химический состав, по группе В - механические свойства и химический состав.
Степень раскисления обозначается буквами КП (кипящая), СП (спокойная) и ПС (полуспокойная).
Категория стали указывает вид испытаний на ударную вязкость: категория 2 - испытания на ударную вязкость не проводятся, 3 - проводятся при t = -ь20°С, 4 - при температуре -20°С, 5 - при температуре -20°С и после механического старения, б - после механического старения.
В строительстве в основном используются стали марок ВстЗкп2, ВстЗпсб и ВстЗсп5, а также сталь с повышенным содержанием марганца ВстЗГпс5.
* 15
<
31 33 35 6у,нН/см
Рис. 1.6. Гистограмма (/) и кривая Гаусса (2) распределения предела текучести стали ВстЗпс
По ГОСТ 19281-73 и ГОСТ 19282-73 в обозначении марки стали указывается содержание основных элементов. Например, химический состав стали 09Г2С расшифровывается так: 09 - содержание углерода в сотых долях процента, Г2 - марганец в количестве от 1 до 2%, С - кремний до 1%.
В конце марки стали указывается категория, т.е. вид испытаний на ударную вязкость. Для низколегированных сталей установлено 15 категорий, и испытания проводятся при температурах до -70°С. Стали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы (см. табл. 1.3).
Свойства стали зависят от химического состава исходного сырья, способа выплавки и объема плавильных агрегатов, усилия обжатия и температуры при прокатке, условий охлаждения готового проката и т.д.
При столь многообразных факторах, влияющих на качество стали, вполне естественно, что показатели прочности и других свойств имеют определенный разброс и их можно рассматривать как случайные величины. Представление об изменчивости характеристик дают статистические гистограммы распределения, показывающие относительную долю (частоту) того или иного значения характеристики. На рис. 1.6 приведена гистограмма распределения предела текучести низкоуглеродистой стали ВстЗпс, полученная по результатам испытаний большого (свыше 1000) числа образцов. Гистограммы могут быть аппроксимированы одной из теоретических кривых распределений .
Для распределения предела текучести стали наиболее подходящей является кривая Гаусса (нормальный закон распределения)
(1.3)
Вентцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Физматиз, 1964.
2 / Г
п- 1
где дг; - результат испытаний отдельного образца. Из условия
(1.4)
Р= 1 - J ffx) dx
- оо
можем определить значение предела текучести ё у, имеющее обеспеченность Р. Под обеспеченностью понимается вероятность того, что предел текучести будет не меньше ё у.
Указанные в стандартах на поставку металла значения предела текучести имеют обеспеченность не ниже 0,95. По этим значениям производится отбраковка металла на металлургических заводах. При этом значительная часть металла (свыше 95%) имеет прочностные характеристики выше установленных в стандартах. В целях более полного использования прочностных свойств стали и экономии металла можно по результатам испытаний дифференцировать прокат из одной стали на несколько групп прочности. В ГОСТ 27772-88 такой подход используется для проката толщиной до 20 мм из сталей С245 и С275, а также С255 и С285, С345 и С375.
1.2.3. Стали обычной прочности ( ё у <29 кН/шЪ. К этой группе относятся низкоуглеродистые стали различной степени раскисления, поставляемые в горячекатаном состоянии (С235-С285).
Обладая относительно небольшой прочностью (см. табл. 1.3), эти стали очень пластичны: протяженность площадки текучести составляет 2,5% и больше, и соотношения ё у/ и ~ 0,6-0,7. Хорошая свариваемость обеспечивается низким содержанием углерода (не более 0,22%) и кремния. Стали имеют среднюю коррозионную стойкость, поэтому конструкции, выполненные из сталей обычной прочности, следует защищать с помощью лакокрасочных и других покрытий. Недостаткам низкоуглеродистых сталей является склонность к хрупкому разрушению при низких температурах (особенно для кипящей стали С235), поэтому их применение в конструкциях, эксплуатирующихся при отрицательной температуре, ограниченно. Однако благодаря невысокой стоимости и хорошим технологическим свойствам стали обычной прочности очень широко применяются для строительных металлических конструкций. Потребление этих сталей составляет свыше 50% общего объема.
1.2.4. Стали повышенной прочности (29 кН/см < ёу < 40 кН/см). Стали повышенной прочности (С345-С390) получают либо введением при выплавке стали легирующих добавок, в основном марганца и кремния, реже никеля и хрома, либо термоупрочнением низкоуглеродистой стали (С345Т).
где X - рассматриваемая характеристика (например, предел текучести); Зс - математическое ожидание (среднее значение); х - стандарт распределения (среднее квадратичное отклонение).
При аппроксимации в качестве математического ожидания и стандарта распределения принимаются их значения, полученные по результатам статистической обработки испытаний, т.е.
