книги / Сварные конструкции.-1

В мартеновской, так как он выгорает во время дутья. Несмотря на это, прочность конвертерной стали не ниже соответствующих марок мартеновской; это получается за счет присадок, в том числе И фосфора.

Обычно для основных (несущих) элементов сварных конструк­ ций применяют мартеновскую сталь. Бессемеровская сталь приме­ няется только для нерасчетных элементов конструкций. В послед­ нее время все большее развитие получает конвертерное производ­ ство стали с продувкой кислородом сверху. Сталь, получаемая таким способом, близка по качествам к мартеновской, а стоимость ее ниже. Применение этой стали возможно для конструкций, изготавливаемых из проката толщиной до 30 мм и не подвергаю­ щихся непосредственному динамическому воздействию подвиж­ ных или вибрационных нагрузок.

Стали могут быть кипящие и спокойные. Кипящая сталь сразу после варки (кипения*) переливается из ковша в изложницы, вследствие чего она оказывается более засоренной газами и имеет менее однородную структуру. Спокойные стали выдерживаются

вковше и раскисляются ферросилицием или алюминием, поддер­ живающими высокую температуру, благодаря чему газы могут выделяться в большом объеме; раскислители, соединяясь с рас­ творенным кислородом, уменьшают вредное влияние последнего. Кипящая сталь имеет большую склонность к старению и к пере­ ходу в хрупкое состояние при низких температурах, чем спокой­ ная сталь. Это особенно существенно для сварных конструкций,

вкоторых часто остаются высокие местные напряжения. Поэтому ответственные сварные конструкции,, особенно работающие при

низких температур'ах, а также при вибрационной нагрузке, сле­ дует изготовлять из спокойной мартеновской стали. Последняя дороже кипящей стали примерно на 25%,

Для сварнЫХ конструкций большое значение имеет способ­ ность стали воспринимать закалку, т. е. ее прокаливаемость. По­ следняя, будучи связана с критической скоростью закалки, опре­ деляется: а) составом стали — содержанием в ней углерода и леги­ рующих элементов; б) однородностью аустенита; в) величиной зерна; г) металлургическими особенностями производства стали. Углерод, а также большинство легирующих элементов (марганец, хром, никель, кремний, молибден, ванадий и вольфрам) усили­ вают прокаливаемость стали.

Характеристики механических свойств стали. Основными ха­ рактеристиками механических свойств стали являются: времен­ ное сопротивление (предел прочности) ав, предел текучести ат и относительное удлинение ô. Эти характеристики, так же как и хи­ мический состав, указываются в сертификате, которым сопровож­ дается каждая партия поставляемого металла.

Для определения ов, ати ô производятся испытания стандарт­ ных образцов на растяжение (фиг. I. 1) (ГОСТ 1497—61). Разли­

Ударной вязкостью называется работа, затраченная на раз­ рушение стандартного образца с надрезом „(фиг. 1.2), отнесенная X площади его сечения

Поперечная выточка, уменьшающая площадь поперечного се­ чения образца в месте удара, создается для концентрации напря­ жений и увеличения хрупкости.

которые характеризуют способность стали к местным пласти­ ческим деформациям и ее однородность.

Образцы круглого или прямоугольного сечения изгибаются вокруг оправки: до угла заданной величины, до параллельности сторон или до их соприкосновения вплотную (фиг. 1.3). Материал считается удовлетворительным, если при этом испытании не возникает трещин. Диаметр оправок, вокруг которых загибают

образцы, принимается в зависимости от марки стали и толщины испытуемых образцов.

ляется в мартеновских печах (спокойная, полуспокойная, кипя­ щей плавки) и в бессемеровских конвертерах (спокойная и кипя­ щая).

Спокойная сталь обозначается без индекса (например, Ст. 3), полуспокойная с индексом «пс» (например, Ст. 3 пс) и кипящая

синдексом «кп» (например, Ст. 3 кп).

Взависимости от назначения и гарантируемых характеристик эта сталь поставляется по механическим свойствам (группа А), по химическому составу (группа Б), или по механическим свой­ ствам с дополнительными требованиями по химическому составу и ударной вязкости (подгруппа В).

Сталь группы А изготовляется следующих марок: Ст. 0, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7.

Всостав группы Б входят стали следующих марок: мартенов­

ская — МСт. 0, МСт. 1пс, МСт. 1 кп, МСт. 2пс, МСт. 2кп, МСт. 3, МСт. Зпс, МСт. Зкп, МСт. 4, МСт. 4пс, МСт. 4кп, МСт. 5, МСт. 5пс, МСт. 6, МСт. бпс, МСт. 7, МСт. 7пс; бессемеровская — БСт. 0, БСт. 3, БСт. Зкп, БСт. 4, БСт. 4кп, БСт. 5, БСт. 6.

Стали подгруппы В изготовляются мартеновским способом следующих марок: ВСт. 2пс, ВСт. 2кп, ВСт. 3, ВСт. Зпс, ВСт. Зкп, ВСт. 4, ВСт. 4пс, ВСт. 4кп, ВСт. 5, ВСт. бпс.

Сталь марки Ст. 0 имеет низкие механические характеристики, а потому примение ее целесообразно только для нерасчетных эле­ ментов конструкций, как, например, ограждения, подставки, кожухи, настилы и т. п.

Сталь марки Ст. 2 обладает большой пластичностью и приме­ няется для конструкций, изготовляемых путем холодной штампов­ ки, гнутья, отбортовки и т. п.

Из малоуглеродистых сталей "наиболее часто используется сталь марки Ст. 3, причем для несущих конструкций >—мартенов­ ская углеродистая сталь подгруппы В. При этом для сварных кон­ струкций, не подвергающихся непосредственному воздействию подвижных или вибрационных нагрузок, могут использоваться: сталь марки ВСт. Зкп, если конструкции эксплуатируются при температуре не ниже —30° С, и марки ВСт. Зпс — при темпера­ туре ниже —30° С.

Сварные конструкции, непосредственно воспринимающие подвижныё и вибрационные нагрузки (кроме работающих в особо тяжелых условиях), следует изготовлять из стали, марки ВСт. Зпс,

виях, то во всех случаях рекомендуется применение стали марки

ВСт. 3 (спокойной) или мостовой стали марки М16С по ГОСТ 6713—53. Следует отметить, что стоимость последней на 60% выше стоимости стали марки Ст. Зкп.

в тех случаях, когда размеры сечений их элементов определяются из условий прочности, а не из условий ограничения деформаций (например, гибкости или относительного прогиба), или устойчи­ вости, так как модуль упругости углеродистых и низколегирован­

ных сталей одинаков.

Опыт отечественной и зарубежной промышленности свидетельствуют о том, что правильное применение низколегированной стали взамен углеродистой позволяет снизить рас­ ход корпусной стали на 15—20%, вес железнодорожных мостов на 20— 30%, строительных металлических конструкций на 25—35%. Стоимость низколегированных сталей несколько выше стоимости простой углеродис­ той; однако применение их в про­ мышленности в ряде случаев целесо­ образно технически и оправдано эко­ номически.

Низколегированные стали имеют следующие преимущества по сравне­ нию со сталью типа Ст. 3:

1)почти в полтора раза большее значение предела текуче­ сти (<гг);

2)меньшая хладноломкость, т. е. более низкая температура перехода в хрупкое состояние (порядка — 50° С);

3)повышенная стойкость против атмосферной~"коррозии. Основными недостатками низколегированных сталей по сравне­

нию со сталью типа Ст. 3 являются большая стоимость (на 25— 50%) и большая чувствительность к концентрации напряжений при переменных нагрузках.

На фиг. I. 4 показана зависимость средних значений ударной вязкости от температуры для кипящей и спокойной малоуглеро­ дистой стали Ст. 3, а также для низколегированной стали 15ХСНД (НЛ2).

Для строительных сварных конструкций применяют низко­ легированные мартеновские стали марок 14Г2, 15ГС, 10Г2С, 10Г2СД, 15ХСНД (природнолегированную) и 10ХСНД (природ­ нолегированную), поставляемые с соблюдением механических свойств и химического состава по ГОСТ 5058—57 (табл. I. 1). Кроме углерода, кремния и марганца, эти стали содержат в виде

легирующих присадок хром, никель и медь; содержание фосфора и серы ограничено 0,040% для каждого элемента.

Для сварных машиностроительных конструкций нередко ис­ пользуется с т а л ь у г л е р о д и с т а я к а ч е с т в е н н а я к о н с т р у к ц и о н н а я (ГОСТ 1050—60), изготовляемая в мар­ теновских и электрических печах (спокойная, полуспокойная и кипящая). Эта сталь характерна пониженным содержанием угле­ рода, серы и фосфора и несколько более высоким содержанием кремния, чем в соответствующих марках углеродистой стали обык­ новенного качества по ГОСТ 380—60; она обладает достаточно высокой пластичностью и хорошо сваривается.

Для сварных конструкций применяются марки Юкп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20 (табл. I. 1), примерно соответствующие маркам Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4.

Для сварных к о т е л ь н ы х к о н с т р у к ц и й исполь­ зуется листовая углеродистая и низколегированная сталь по ГОСТ 5520—62 (табл. 1.1).

Для сварных с о с у д о в в ы с о к о г о д а в л е н и я , а также для сосудов, работающих при высоких температурах, находят применение специальные легированные стали, марки кото­ рых подбираются в каждом отдельном случае в зависимости от назначения и условий работы конструкций, а технологический процесс изготовления — в зависимости от химического состава стали.

Для стальных отливок, свариваемых со стальными прокатными конструкциями, часто применяются стали марок 15Л и 25Л1 по ГОСТ 977—58, обладающие хорошей свариваемостью.

При определении деформаций и перемещений для сталей всех

миния (основа сплава) и легирующих компонентов (марганца, магния, кремния, хрома и др.), которыми обеспечиваются анти­ коррозийные и прочностные свойства сплава.

Для клепаных металлических конструкций применяются термически упрочняемые сплайы типа дуралевых, а для свар­ ных — термически неупрочняемые типа алюминиево-магниевых сплавов.

По сравнению со сталью алюминиевые сплавы обладают сле­ дующими особенностями:

1)менее подвержены коррозии, за исключением легкокорродирующих мест контакта алюминиевого сплава с другими метал­ лами, для которых он является анодом;

2)удельный вес и модуль упругости примерно в 3 раза меньше;

à) коэффициент линейного расширения почти в 2 раза больше;

4)ударная вязкость не снижается при понижении темпера­

туры;

5)сварка производится в среде защитных газов (аргона, ге­ лия) или автоматическая под слоем флюса.

Применение алюминиевых сплавов целесообразно в тех слу­ чаях, когда особое значение имеет снижение собственного веса конструкций, как, например, для балочных мостов больших про­ летов, для стрел подъемных кранов больших вылетов, а также в ли­

стовых конструкциях для газов и жидкостей, разрушающих сталь, и пр.

Стоимость исходных материалов, т. е. листа и профилей из алюминиевых сплавов, в 7—10 раз выше стоимости стальных мате­ риалов того же веса, а стоимость конструкций из них приблизи­ тельно в два раза выше стоимости стальных; при этом следует учитывать, что вес алюминиевой конструкции составляет при­ мерно 40% от веса стальной, а стоимость изготовления, транспор­ тировки и монтажа приблизительно одинакова для них.

Химический состав и механические свойства алюминиевых

Модуль упругости Е = 7000 кгс/мм2; модуль сдвига G = 2700 кгс/мм2. Удельный вес у = 2,67 тс/м*\ коэффициент линейного расширения а = 24 X

X 1 0 '® 1/град.

Хорошо свариваемые термически не упрочняемые сплавы имеют низкие показатели прочности. Высокая же прочность сплавов типа дуралюмин достигается в результате специальной термической обработки, после которой эти сплавы плохо свариваются; при сварке электродами из того же сплава прочность шва составляет лишь 50% прочности основного металла. Кроме того, происходит