Металлические конструкции окружают нас повсюду. Это каркасы цехов. Фермы мостов. Опоры линий передач. Башни сотовой связи. Все они сделаны из стали. Но сталь стали рознь. От правильного выбора марки зависит прочность. Долговечность. Безопасность. Разберемся, как выбрать подходящую.
Содержимое обзора:
Что важно знать о свойствах стали
Сталь — это сплав железа с углеродом. Чем больше углерода, тем сталь прочнее. Но и тем она становится хрупче. И хуже сваривается. Поэтому для строительных конструкций берут сталь с небольшим содержанием углерода. Обычно до 0.22 процента.
Главные показатели для нас — это предел текучести и предел прочности. Предел текучести — это нагрузка, при которой деталь начнет гнуться и уже не выпрямится. Предел прочности — это когда деталь сломается. Для расчета конструкций важен предел текучести.
Еще один важный показатель — ударная вязкость. Это способность стали сопротивляться удару. Особенно при низких температурах. На холоде сталь может стать хрупкой, как стекло. И разрушиться без видимой причины. Это называется хладноломкостью.
Как сталь делится по составу
Самые простые — углеродистые стали обыкновенного качества. Их марки начинаются на Ст. Например, Ст3. Они дешевые. Хорошо свариваются. Но у них невысокая прочность.
Более прочные — низколегированные стали. В них добавляют небольшие количества марганца, кремния, никеля, меди. От этого прочность растет. И хладноломкость снижается. Типичные марки — 09Г2С, 10ХСНД, 15ХСНД .
Марганцево-кремнистые стали — это например 17ГС, 10Г2С1. Они прочнее углеродистых. Хорошо свариваются. Подходят для ответственных конструкций.
Высокопрочные стали самые крепкие. Их применяют для особо нагруженных конструкций — башенных кранов. Большепролетных мостов.
Как выбрать по климату
Для разных климатических зон нужна разная сталь. Раньше в строительных нормах была прямая таблица. Теперь проектировщик сам назначает марку. Учитывая расчетную температуру в месте стройки.
За расчетную температуру берут температуру самых холодных суток в году. Для теплых районов, где морозы не ниже минус 45 градусов, подойдут обычные углеродистые стали. Например, Ст3.
Для холодных районов, где морозы до минус 55 градусов, нужны низколегированные стали. Они сохраняют вязкость на холоде.
Для районов Крайнего Севера, где бывает ниже минус 55 градусов, требуются специальные стали. С повышенным содержанием никеля и меди. Например, 15ХСНД. Она работает до минус 60 градусов без риска хрупкого разрушения.
На что еще обратить внимание — это степень раскисления стали. Кипящая сталь («КП») дешевле, но хуже переносит холод. Полуспокойная («ПС») — средний вариант. Спокойная («СП») — самая качественная. Для северных конструкций нужно брать спокойную сталь.
Как выбрать по нагрузке
Здесь важно разделить конструкции на группы.
Для простых вспомогательных конструкций. Лестниц, ограждений, настилов. Подойдет обычная углеродистая сталь. Марка Ст3.
Для несущих конструкций со сваркой. Ферм, балок, колонн. Нужна сталь с гарантированной свариваемостью. Часто берут низколегированную 09Г2С. Она широко применяется в строительстве. Работает при температурах от минус 70 до плюс 450 градусов.
Для конструкций под динамические нагрузки. Мостов, крановых балок. Нужны стали с высокой ударной вязкостью. Марки 10ХСНД, 15ХСНД. Они содержат никель и медь. Это дает прочность и стойкость к коррозии.
Для особо ответственных конструкций. Мачт, башен, уникальных зданий. Применяют высокопрочные стали. Они позволяют уменьшить вес конструкции. Сэкономить металл до 25 процентов.
Как выбрать по свариваемости
Большинство металлоконструкций сейчас сварные. Поэтому свариваемость — ключевое требование. Хорошо свариваются стали с низким содержанием углерода.
Плохая свариваемость означает, что при сварке могут появиться трещины. Такие стали требуют подогрева перед сваркой. И специальной обработки после. Для обычных конструкций это лишние сложности.
Спокойные стали свариваются лучше кипящих. Низколегированные при правильном подборе режимов свариваются без ограничений.
Дополнительные условия
Если конструкция будет работать в агрессивной среде. Влажный морской воздух. Химические производства. Нужны коррозионно-стойкие стали. Добавки меди и хрома повышают сопротивление ржавчине.
Существуют специальные атмосферостойкие стали. Со временем они покрываются плотной пленкой ржавчины. Она не разрушает металл, а защищает его. Такие стали можно не красить .
Если конструкция будет работать на износ. Бункеры, желоба, дробилки. Нужны износостойкие стали. Они тверже обычных. Дольше служат в абразивной среде.
Выбор марки стали — ответственная задача. Нельзя взять самую дешевую. Нельзя взять самую прочную без учета других свойств. Нужно учитывать три главных фактора.
- Первое — климат. Чем холоднее, тем требовательнее сталь к ударной вязкости.
- Второе — нагрузка. Чем выше нагрузка, тем выше нужен предел текучести.
- Третье — технология. Если конструкция сварная, сталь должна хорошо свариваться.
Лучше доверить выбор специалисту. Проектировщик учтет все нормы. Рассчитает нагрузки. Определит климатический район. Подберет оптимальную марку. И тогда конструкция прослужит долго. Будет безопасной. Не подведет в самый ответственный момент.
