Установлено, что для уменьшения анизотропии вязкости и пластичности следует добиваться по-возможности более низкого содержания в стали серы (например, не выше 0,010 %) и кислорода. Когда этого недостаточно (особенно для проката толщиной менее 20 мм с большой вытяжкой в одном направлении, в частности, для широкополосной стали) прибегают к направленному воздействию на химический состав, форму, размеры и распределение неметаллических включений - модифицированию [19]. Равномерно распределенные сульфидные включения компактной формы, слабо деформируемые при прокатке, образуются при введении в сталь небольших добавок металлов-модификаторов: циркония, титана, редкоземельных элементов (РЗМ) или кальция, а также модификаторов металлоидов: теллура или селена. Наиболее благоприятные результаты получают при модифицировании кальцием и его соединениями, а также кальцием в сочетании с РЗМ, так как в ЭТОМ случае одновременно с модифицированием сульфидных включений достигается наиболее полное удаление включений глинозема.
Для оценки сопротивления стали вязкому разрушению пригодны характеристики предельной пластичности (е., о, \/) и истинное сопротивление разрыву (S), получаемые при испытании на растяжение, в том числе на образцах, вырезанных из проката в направлении толщины, полные диаграммы деформирования в координатах истинные напряжения - истинные деформации, а также уровень ударной вязкости при вязком разрушении («верхнее плато» на температурной зависимости ударной вязкости).
1.1.5. Технике-экономическая эффективность применения того или иного варианта строительной стали в металлоконструкциях определяется в основном показателями двух категорий, отражающими изменение массы конструкций и изменение их СТОИМОСТИ. Возможность снижения массы конструкции при повышении прочности стали уже рассматривалась ранее. Однако одно только снижение массы конструкции в большинстве случаев еще не является достаточным стимулом для применения более прочной стали. Другое непременное условие - получение экономического эффекта.
Стоимость стали повышенной и высокой прочности, как правило, выше стоимости традиционной углеродистой стали, поэтому замена будет рентабельной только в ТОМ случае, если возможное удорожание металла перекроется экономией в результате снижения массы конструкции. При этом, вопреки распространенному мнению, достигаемое здесь удешевление обусловлено не только тем, что с уменьшением массы конструкции снижается стоимость израсходованного материала, а в значительной мере также и тем, что с уменьшением массы почти пропорционально! снижаются затраты на изготовление, транспортировку, окраску и монтаж конструкции.
Экономический эффект применения нового материала в конструкциях обычно подсчитывают методом приведенных затрат, включая три следующих этапа [20, 21]:
• определение удельного (и общего) изменения массы металла, обусловленного применением более эффективной стали вместо традиционной;
• расчет удельной стоимости металлоконструкций «в деле» при изготовлении их из традиционной и новой стали;
• определение изменения стоимости металлоконструкций «в деле» для эквивалентного количества традиционного и нового материала (собственно экономический эффект).
Пропорциональность нарушается некоторым повышением трудоемкости изготовления и монтажа конструкции.
Правильно оценить технико-экономическую эффективность, как характеристику данного материала (мало зависящую от его относительного количества), можно путем отнесения полученной экономии к массе элемента, в котором эта сталь применена. Причем методически удобно производить сравнение с массой элемента, получаемой при изготовлении его из нового более эффективного материала (стали повышенной или высокой прочности). При этом снижение массы конструкции определяется коэффициентом приведения или коэффициентом экономии массы q, зависящими от расчетных сопротивлений традиционного (т) и нового (н) материалов:
k=G,/G (1.18)
q=(G,-G)/G = k-l (1.19)
Применительно к конструкциям, в которых можно пренебречь влиянием изменения массы элементов на расчетную нагрузку, для расчетных элементов, испытывающих растяжение или сжатие, коэффициент к может быть записан в виде:
k = R/R,; (1.20)
для поперечно-изогнутых элементов компактного квадратного или круглого сечений
k=4(R/Rf ; (1.21) то же, но для элементов прямоугольного сечения с одинаковой шириной
к = R I ; (1.22) для сжато-изогнутых (продольно-изогнутых) элементов
Лн= (1.23)
В этих формулах G - масса элемента; R - основное расчетное сопротивление материала; ф - коэффициент продольного изгиба.
В ЦПИИнроектстальконструкции бьши установлены значения коэффициентов
и для различных элементов конструкций из стали разных уровней прочности с учетом вида нагрузок в сравнении с аналогичными элементами из углеродистой стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-71**. Например, для элементов конструкций промышленных зданий из высокопрочной стали марки 16Г2АФ с пределом текучести 440 МПа при различных видах нагружения: растяжении, сжатии с продольным изгибом, поперечном изгибе коэффициент приведения имеет значения 1,87, 1,25 и 1,42 соответственно. Далее, с учетом доли растянутых, сжатых и изогнутых элементов в металлоконструкциях бьши подсчитаны средневзвешенные значения коэффициентов к и для стали каждого уровня прочности. Некоторые из этих значений приведены в табл. 1.3.
Общая экономия металла, т, может быть подсчитана умножением массы примененной новой стали на соответствующее значение q
KG=qG. (1.24)
В частном случае, когда одна, более прочная сталь «1» заменяется другой, еще более прочной сталью «2», коэффициент приведения выразится соотношением
н2-1 ~ н2/нЬ (1-25)
а общая экономия металла формулой
AG =
н2
Gh2, (1-26)
где jji, к2 ~ соответствующие коэффициенты приведения для сталей «1» и «2» по табл. 1.3.
Таблица 1.3. Технике-экономическая эффективность применения в строительных металлоконструкциях стали разных уровней прочности [21]
Сталь марки
ТУ или ГОСТ
Предел текучести и основное расчетное сопротивление!, по СНиП 11-23-81*
Средневзвешенные значения
Относительная стоимость металлоконструкции «в деле»2
Экономический эффект, % от базовой стоимости
ВСтЗспЗ (база)
ГОСТ 380-71**
235/225
ВСтЗсп5-1
ТУ 14-1-3023-80
235/230
0,02
0,02
1,01
ВСтЗсп5-2
То же
265/260
1,12
0,12
1,03
09Г2С-6-1
То же
325/315
1,24
0,24
1,12
11,6
09Г2С-6-2
То же
345/335
1,37
0,37
1,14
22,8
14Г2АФ
ГОСТ 19282-73*
390/370
1,46
0,46
1,23
23,4
16Г2АФ
То же
440/400
1,55
0,55
1,27
28,4
12Г2СМФ
ТУ-14-1-1308-75
590/515
1,92
0,92
1,56
35,8
1 Для листовой стали толщиной 11-20 мм: перед чертой - предел текучести, за чертой -расчетное сопротивление.
2 При одинаковом коэффициенте трудоемкости изготовления (сложности конструкции) Т.И=1,3.
Удельная стоимость металлоконструкций «в деле» Сд представляет совокупность затрат на основные материалы Cq, изготовление С, перевозку С. и монтаж конструкций С„:
Сд = 1,32(Со„ + CJ+ 1,15Q + 1,14С„, руб/т, (1.27)
где 1,32; 1,15 и 1,14 - коэффициенты, учитывающие заготовигельно-складские расходы и нормативную рентабельность при изготовлении, а также накладные расходы и плановые накопления при монтаже конструкции. Они взяты для условий конкретных отечественных предприятий промышленного строительства определенного периода и зависят от структуры производства. Каждую из указанных затрат МОЖНО подсчитать по формулам:
Сом = КМшКои + «);
= у.и(2т.и + вн); - у.мм
(1.28)
где Ц„ - оптовая цена прокатной стали, руб/т; - расходный коэффициент металла (в среднем по отрасли составляет 1,04-1,05); Лдо - коэффициент приплат за дополнительные требования к прокатной стали; m - средняя стоимость доставки металлопроката от станции назначения до завода металлоконструкций, руб/т; 1,035 - коэффициент стоимости прочих основных материалов; к, к - коэффициенты удорожания изготовления и монтажа, которые в зависимости от прочности стали изменяются в пределах 1-1,6 и 1-1,3 соответственно; kj - коэффициент, учитывающий основную зарплату производственных рабочих и долю накладных расходов при изготовлении {kj = 4,11); к - коэффициент трудоемкости изготовления, обусловленный сложностью конструкции; Т - время на изготовление 1 т конструкции с единичной трудоемкостью {к = 1) чел.-ч; С - стоимость вне-производственных расходов, руб/т; - удельная стоимость монтажа конструкции из традиционной стали, руб/т.
