* Для листов и полосы толщиной 5 мм норма ударной вязкости 39 Дж/см
Примечания: 1. Для листового проката толщиной 4-8 мм норма относительного удлинения уменьщается на 2 % абс. 2. Нормы ударной вязкости приведены для проката толщиной 5 мм и более. 3. Допускается снижение ударной вязкости на одном образце на 30%. При этом среднее значение результатов испьгганий должно бьггь не ниже норм, приведенных в табл. 1.12.
Таблица 1.13. Марки стали по ГОСТ 380-71** и ТУ 14-1-3023-80, которым соответствует прокат углеродистой стали по ГОСТ 27772-88*
Наименование
стали по ГОСТ 27772-88*
Сталь марки по ГОСТ 380-71** или ТУ 14-1-3023-80
ГОСТ или ТУ
С235
ВСтЗкп2 ВСтЗкп2-1
ГОСТ 380-71** ТУ 14-1-3023-80
С245
ВСтЗпсб (листовой прокат толщиной до 20 мм, фасонный - до 30 мм)
ВСтЗпсб-1
ГОСТ 380-71** ТУ 14-1-3023-80
С255
ВСтЗГпс5, ВСтЗсп5, ВСтЗпсб (листовой прокат толщиной св. 20 до 40 мм, фасонный - св. 30 мм)
ВСтЗсп5-1, ВСтЗГпс5-1
18ГПС, 18ГСП
ГОСТ 380-71**
ТУ 14-1-3023-80 ГОСТ 23570-79
С275
ВСтЗпсб-2
ТУ 14-1-3023-80
С285
ВСтЗсп5-2, ВСтЗГпс5-2
ТУ 14-1-3023-80
Сварка углеродистой стали с химическим составом по табл. 1.5, 1.6 и 1.10, благодаря умереппому углеродному эквиваленту, обычно не вызывает затруднения и может производиться всеми общепринятыми способами. Однако необходимо учитывать степень раскисленности стали.
Выше отмечалось, что для кипящей углеродистой стали характерна существенная неоднородность в содержании углерода, серы и фосфора как от листа к листу и от профиля к профилю в партии проката, так и по сечению проката в пределах одного листа или профиля. Неоднородность химического состава сопровождается неоднородностью микроструктуры и механических свойств. Кроме того, кипящая сталь характеризуется пониженными показателями прочности и, главное, малым сопротивлением хрупкому разрушению. Вследствие этого кипящая сталь поставляется без гарантии хладостойкости, выражаемой значениями ударной вязкости при отрицательной температуре и после механического старения. Поэтому в сварных строительных металлоконструкциях кипящую сталь применяют только в наименее ответственных элементах (связях, прогонах, фахверках), а также в элементах, испытывающих при эксплуатации преимущественное сжатие, при котором хрупкое разрушение менее вероятно, например в колоннах промышленных и гражданских зданий. Другая возможная область применения кипящих сталей - элементы конструкции из проката малой толщины - менее 5 мм, так как с уменьшением толщины вероятность хрупкого разрушения резко снижается.
Отмечалось также, что важное преимущество спокойной стали заключается в ее однородности. Углерод и вредные примеси - сера и фосфор распределены в ней более равномерно. Прочностные свойства и, что особенно важно, сопротивление хрупкому разрушению в более однородном и мелкозернистом прокате спокойной стали выше, чем в прокате кипящей. Сталь поставляется с гарантированными значениями ударной вязкости при отрицательной температуре и после механического старения. Трещины при сварке в соединениях спокойной стали обычно не образуются, так как сера распределяется равномерно. Поэтому выбор электродов для сварки спокойных сталей значительно проще, чем для сварки кипящих сталей: пригодны электроды с рутиловым, руднокислым и фтористокальциевым покрытием. Менее привлекательной особенностью спокойной стали является ее более высокая цена, обусловленная дополнительными затратами в металлургическом производстве.
Спокойная сталь применяется в ответственных элементах сварных металлоконструкций, подвергающихся при эксплуатации динамическим и переменным силовым воздействиям (подкрановые балки, элементы мостов и эстакад, балки рабочих площадок металлургических цехов) или находящихся в сложном напряженном состоянии (узловые фасонки стропильных и подстропильных ферм).
Наиболее широко в сварных строительных металлоконструкциях применяется полуспокойная сталь. Выгодно отличаясь от спокойной стали более высокими технико-экономическими показателями, полуспокойная сталь лишь немного уступает ей в однородности химического состава и механических свойств. По сопротивлению хрупкому разрушению и показателям прочности полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью. Вместе с том прокат полуспокойной стали поставляется с гарантией ударной вязкости при отрицательной температуре и после механического старения.
Уровень механических свойств углеродистых спокойной, полуспокойной и кипящей сталей в различных профилях проката в большой мере определяется толщиной проката: с уменьшением толщины и, следовательно, с увеличением степени
обжатия, снижением температуры конца прокатки и повышением скорости охлаждения измельчается зерно феррита горячекатаной стали всех трех степеней раскисления. Это существенно повышает предел текучести и особенно ударную вязкость при отрицательных температурах и после механического старения.
Действующими строительными нормами и правилами СНиП 11-23-81* применение проката углеродистой полуспокойной стали регламентировано для широкой области элементов сварных строительных металлоконструкций (стропильные и подстропильные фермы покрытий, балки и ригели рамных конструкций и др.), эксплуатируемых в обычном диапазоне климатических температур (расчетная температура не ниже минус 40 °С.)
Еще более высокое качество проката углеродистой полуспокойной стали, не уступающей по основным показателям качеству проката спокойной стали, удается получить при дополнительном легировании полуспокойной стали марганцем. Производство этих сталей, так же как и углеродистых полуспокойных сталей с обычным содержанием марганца, обеспечивает более высокий (на 8-10 %) выход годного проката из слитков по сравнению с производством спокойных углеродистых сталей. Вместе с тем однородность химического состава, размер действительного зерна, полосчатость микроструктуры, загрязненность неметаллическими включениями в прокате аналогичных профилей полуспокойной стали марки СтЗГпс и спокойной стали марки СтЗсп практически одинаковы. Характеристики прочности, пластичности и сопротивления хрупкому разрушению полуспокойной стали марки СтЗГпс не ниже аналогичных характеристик спокойной стали марки СтЗсп и даже их превышают.
По показателям свариваемости сталь марки ВСтЗГпс мало отличается от спокойной стали ВСтЗсп [23, 28], поэтому сварку полуспокойной стали марки ВСтЗГпс следует производить, применяя те же режимы и сварочные материалы, что и для сварки стали марки ВСтЗсп.
Строительными нормами и правилами СНиП 11-23-81* применение проката углеродистой полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца марки ВСтЗГпсЗ предусмотрено в тех же конструкциях и при тех же расчетных температурах, что и проката углеродистой спокойной стали марки ВСтЗспЗ (соответствующее наименование стали по ГОСТ 27772-88*: С255 и С285).
Значительное повышение предела текучести и временного сопротивления разрыву проката углеродистых сталей, являющееся резервом снижения металлоемкости и стоимости конструкции, при сохранении и даже улучшении других служебных свойств, может быть достигнуто термическим (термомеханическим) упрочнением или контролируемой прокаткой. Более подробно эти возможности рассматриваются в п. 1.6.
1.4. Низколегированные стали повышенной прочности
До сравнительно недавнего времени основным материалом для изготовления строительных металлоконструкций служила «мягкая» углеродистая сталь, которая за длительный период своего существования до настоящего времени почти не претерпела изменений (см.п. 1.3) и по своим механическим характеристикам весьма близка к железу технической чистоты.
Стремление к повышению эффективности металлоконструкций привело к разработке свариваемых низколегированных сталей повышенной прочности. В нашей стране они появились в конце первой половины текущего столетия, первоначально
