Главное меню

Характеристики сталь а1


Сталь А-1 - применение, характеристики

Сталь А-1 - поставка со склада, цена, характеристики. Отгрузка проката в день оплаты партиями любого объема.

Характеристики

Арматурная сталь А-1 позволяет армировать железобетонные конструкции с целью увеличения сопротивления растяжению. Бетон является материалом очень устойчивым к сжатию, однако его способность к растяжению довольно низка. Поэтому конструкции, которые подвергаются растяжению, в обязательном порядке снабжаются арматурной сталью. Это позволяет эффективно использовать свойства двух материалов — стали и бетона, создавая элементы, устойчивые как с сжатию, так и к растяжению. Прочность арматурной стали определяет ее химический состав и способ обработки. 

Наша продукция

Применение

Применение армартурной стали А1 в строительстве обеспечивает надежность и долговечность конструкций, которые без проблем прослужат много лет. Сталь арматурная применяется как в гражданском, так и в промышленном строительстве. Нержавеющая арматурная сталь применяется в строительстве пристаней, мостов, стойки, подпорные стены, гаражи, тротуары и многое другое. Наилучшие характеристики арматурной стали А-1 сохраняются только при условии правильного хранения — при хранении на улице стоит закрывать арматуру брезентом и не допускать ее повреждения строительными инструментами и техникой. 

Тех. хар-ки сталей А1, А2, А3, А4,А5

 

Система обозначений

 

 

Группа

материалов

 

 

 

 

Марка стали А1 А22) А31) А42) А51) С1 С4 С5 F1

(С3*)

 

 

 

 

 

 

Класс прочности

 

Винты, гайки типа 1 50 70 80 50 70 110 50 70 80 45 60
Низкие гайки 025 035 040 025 035 055 025 035 040 020 030

 

 

Установочные 12H 21Н

винты, болты

Шурупы для 20H 25Н 30Н 20Н 30Н 25Н 40Н 20Н 25Н

тонких листов

 

 

 

 

 

 

 

1) стабилизирована в отношении межкристаллитной коррозии добавками титана или, возможно, ниобия, тантала

2) пониженное содержание углерода (макс.0.03%) может быть дополнительно отмечено «L», напр., A4L-80

*) для шурупов для тонких листов подходит сталь С3

 

Мартенситные марки стали

Ограничивают коррозионностойкие стали, закалкой которых можно добиться отличной прочности. Магнитны.

С1: марки стали, напр., 1.4006 1.4021 1.4028

применяются для турбин, насосов, режущего инструмента

С3: марки стали, напр., 1.4057

ограниченная, но лучшая, чем у С1 коррозионная стойкость. Применяется для насосов, аппаратов и арматуры.

С4: марки стали, напр., (1.4104 используется наиболее часто)

Стали для обработки резанием, в остальном как С1.

Ферритные марки стали

Магнитные коррозионностойкие стали, незакалённые (закалка не должна проводиться, даже когда возможна).

F1: марки стали, напр.: 1.4016 1.4113

Стали этих марок могут заменять А2 и А3 и использоваться в среде с повышенным содержанием хлоридов.

 

 

Ферритно-аустенитные марки стали

«Дуплексные» стали, сочетающие преимущества А4 и F1.

FA: лучшие прочностные характеристики против А4.

Превосходная устойчивость в отношении питтинговой и щелевой коррозии.

 

 

Аустенитные марки стали

Хромоникелевые стали, которые являются коррозионно-стойкими благодаря самопроизвольно образующимся оксидам хрома. Практически немагнитны (вследствие холодной обработки могут приобретать лёгкую намагниченность). Стали А3 и А5 либо A2L и А4L (L=low carbon) рекомендуются, если существует опасность межкристаллитной коррозии.

Обычные марки стали

А1: марки стали, напр., 1.4305 1.4300

Хромоникелевые стали для обработки резанием. Из-за высокого содержания серы более низкая коррозионная стойкость по сравнению с А2. Относительно свариваема.

А2: марки стали, напр.: 1.4301 1.4303 1.4306** (=A2L) 1.4311 (=A2L)

«нержавеющие» хромоникелевые стали, находящие наиболее широкое применение, например в кухонных устройствах, химической аппаратуре. Непригодна для кислот, хлорсодержащих сред (напр., плавательных бассейнов и морской воды). Хорошо свариваема.

А3: марки стали, напр.: 1.4541 1.4550

Стабилизированные стали со свойствами как А2.

А4: марки стали, напр.: 1.4401 1.4435**(=A4L) 1.4436 1.4406**(=A4L) 1.4429**(=A4L)

«кислотостойкие» легированные молибденом хромоникелевые стали с существенно улучшенной коррозионной стойкостью, напр., для целлюлозной промышленности (А4 была специально разработана для кипящей серной кислоты, отсюда и название «кислотостойкая»), пищевой промышленности, судостроения (использование на морских буровых платформах требует ок. 20% хрома-никеля и 4.5-6.5% молибдена). Хорошо подходит для хлорсодержащих сред. Хорошо свариваема.

А5: марки стали, напр.: 1.4571 1.4580

Стабилизированные стали со свойствами как А4.

Различные: напр., 1.4439 1.4549 1.4529 1.4565 1.4426

CrNiMoN-стали с особой устойчивостью против индуцированного хлором коррозионного растрескивания под напряжением.

 

** = Стали с отличной устойчивостью против межкристаллитной коррозии.

Механические свойства по DIN-ISO 3506

Группа материалов

Марка стали

Класс прочности

Диапазон диаметров

Болты

Гайки

Болты и гайки

 

Низкие гайки

Прочность на разрыв

 

Rm1)

H/мм2

мин.

Предел пропорциональности

 

Rp 0.21)

H/мм2

мин.

Отн. удлинение при разрыве

 

AL2)

мм

мин.

Испытательное напряжение

Твёрдость

 

HV

Sp

H/мм2

Низкие гайки

 

 

мин.

 

 

макс.

 

 

Аустенитные

 

 

А1

А2, А4, А3, А5

50

70

80

1004)

025

035

040

 М39

 М245)

 М245)

 М16

500

700

800

1000

210

450

600

750

0.6 d

0.4 d

0.3 d

0.23 d

500

700

800

1000

250

350 400

 

 

12 Н

21 Н

 

 М24

 М24

 

 

 

 

 

125

210

200

-

 

 

Мартенситные

 

С1

50

70

110

025

 

055

 

500

700

1100

250

410

820

0.2 d

0.2 d

0.2 d

500

700

1100

250

350

550

155

220

350

220

330

440

С3

80

040

 

800

640

0.2 d

800

400

240

340

 

С4

50

70

 

035

 

500

700

250

410

0.2 d

0.2 d

500

700

 

350

155

220

220

330

Ферритные

 

F13)

45

60

020

030

 

450

600

250

410

0.2 d

0.2 d

450

600

200

300

135

180

220

285

1) Все значения рассчитаны и отнесены к напряжённому сечению резьбы (см. приложение С).
2) Относительное удлинение при разрыве определяется в соответствии с методикой испытаний согласно разделу 6.4 на соответствующей длине болта, а не на обточенных образцах с измерительной длиной 5d (см. приложение D).
3) Для стали класса F1 наибольшим диаметром является М24.
4) Временно и вне стандарта: А4-100 может быть получен в промышленных объёмах по запросу.
5) Для диаметров свыше М24 значения прочности должны быть согласованы между заказчиком и производителем особо.
Внимание: М22 и М24 по старому стандарту DIN имеют более низкие значения (примерно как класс 50).

 

0.2%- предел пропорциональности (Rp 0.2) и предел текучести (ReL) при повышенных температурах в % значений при комнатной температуре

Марка стали

+ 100С

+ 200С

+ 300С

+ 400С

А2, А4, А3, А5

851)

801)

751)

701)

С1

95

90

80

65

С3

90

85

80

60

1) Данные величины справедливы для крепёжных изделий классов прочности 70 и 80, для класса прочности 50 значения по DIN 17440.

 

Крепёжные изделия из сталей классов А1, F1 и С4 при повышенных температурах обычно не применяются.

Коэффициенты трения для опорных поверхностей головок или гаек и резьбы ges

 

 

Гайка А2 или А4

Податливость

соединения

сухая или слегка смазана

смазана МоS

Болт штампованный А2/А4

Резьба накатана без покрытия

отсутствует

0.20 (до 0.30)

0.10 (до 0.14)

очень высока

0.30 (до 0.50)

0.16 (до 0.20)

 

Усилие предварительной затяжки FV и момент затяжки Ма для болтов и гаек с опорной поверхностью по ISO 4762/4014, 4017 либо 4032/ DIN 912, 931, 933 либо 934

 

ges = 0.10

ges = 0.20 (g = 0.25, k = 0.16)

Размер

Усилие предварительной затяжки
FV, Н

Момент затяжки

Ма, Нм

Усилие предварительной затяжки
FV, Н

Момент затяжки

Ма, Нм

 

А2-50

А4-50

А2-70

А4-70

А2-80

А4-80

А2-50

А4-50

А2-70

А4-70

А2-80

А4-80

А2-50

А4-50

А2-70

А4-70

А2-80

А4-80

А2-50

А4-50

А2-70

А4-70

А2-80

А4-80

М4

М5

М6

М8

М10*

1400

2260

3200

5900

9400

3000

4800

6800

12500

20000

4000

6500

9100

16800

26700

0.8

1.6

2.7

6.6

13

1.7

3.4

5.8

14

28

2.3

4.5

7.8

19

36

1110

1790

2560

4720

7520

1700

2700

5500

10200

16800

3200

5100

7500

13500

21400

1.2

2.4

4.1

10

21

2.6

5.1

8.7

22

43

3.5

6.8

12

29

57

М12*

М14*

М16

М18

М20

13600

18700

25800

32200

41300

29200

40000

55200

69000

88600

38900

53400

73600

91800

118000

23

36

56

80

112

49

77

120

175

240

65

103

160

230

320

10900

15000

20500

26000

33200

23400

32100

44000

55600

71100

31200

42800

58600

74100

94800

35

55

86

124

173

75

119

189

265

373

99

157

249

351

491

М22**

М24

М27

М30

51800

59700

78400

95500

109000 А)

128000 А)

-

-

-

-

150

195

285

400

315А)

412 А)

-

-

-

-

-

-

41500

48000

63100

76900

88000 А)
102000 А)

-

-

-

-

-

-

238

297

443

605

495 А)

641 А)

-

-

-

-

-

-

-

-

М81

М101.25*

М121.25*

М121.5*

М141.5*

6400

10000

15300

14400

20700

13800

21500

32800

31000

44300

18400

28700

43700

41300

45900

7.2

14

25

24

39

15

30

53

51

84

21

39

70

68

113

5150

8100

12300

11700

16600

11000

17300

26400

24910

35700

14700

23000

35300

33200

47600

11

22

38

37

61

24

46

82

78

130

31

60

108

104

173

М161.5

М181.5

М201.5

М221.5**

М242

28000

37400

47300

58400

66600

60000

80000

100000

122000 А) 140000 А)

80200

107000

135000

-

-

60

90

125165

210

126

190

265

351 А)

446 А)

170

255

350

-

-

22700

30400

38300

47200

54000

48200

65200

82000

100000 А
115000 А

64300

86800

109100

-

-

91

141

200

265

330

195

303

421

556 А)

709 А)

259

400

562

-

-

М272

М302

86600

109000

-

-

-

-

300

430

-

-

-

-

70000

88600

-

-

-

-

486

681

-

-

-

-

 

* Изделия с шестигранной головкой с размером под ключ по ISO требуют примерно на 1.5% меньшего момента затяжки (усилие предварительной затяжки остаётся прежним).

** Изделия с шестигранной головкой с размером под ключ по ISO требуют примерно на 2% большего момента затяжки (усилие предварительной затяжки остаётся прежним).

А) Внимание: для М22 и М24 по старому стандарту DIN применять на 45% более низкие значения

Минимальный разрушающий крутящий момент (МВ мин) для болтов из сталей марок А1, А2, А3, А4, А5

Номинальный

диаметр резьбы

 

Минимальный разрушающий крутящий момент, Нм

 

Класс прочности 50

Класс прочности 70

Класс прочности 80

М 1.6

0.15

0.2

0.24

М 2

0.3

0.4

0.48

М 2.5

0.6

0.9

0.96

М 3

1.1

1.6

1.8

М 4

2.7

3.8

4.3

М 5

5.5

7.8

8.8

М 6

9.3

13.0

15.0

М 8

23.0

32.0

37.0

М 10

46.0

65.0

74.0

М 12

80.0

110.0

130.0

М 16

210.0

290.0

330.0

 

Химический состав

Группа материала

Марка стали

Химический состав, массовое содержание в %1)

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo7)

Ni

Cu

Примеч.

 

 

Аустенитная

А1

0.12

1

6.5

0.2

0.15-0.35

16-19

0.7

5-10

1.75-2.25

2) 8) 13)

А2

0.1

1

2

0.05

0.03

15-20

-

8-19

4

6) 9) 12)

А3

0.08

1

2

0.045

0.03

17-19

-

9-12

1

3) 4) 8)

А4

0.08

1

2

0.045

0.03

16-18.5

2-3

10-15

1

5) 12)

А5

0.08

1

2

0.045

0.03

16-18.5

2-3

10.5-14

1

3) 4) 5)

 

Мартенситная

С1

0.09-0.15

1

1

0.05

0.03

11.5-14

-

1

-

5)

С3

0.17-0.25

1

1

0.04

0.03

16-18

-

1.5-2.5

-

 

С4

0.08-0.15

1

1.5

0.06

0.15-0.35

12-14

0.6

1

-

2) 5)

Ферритная

F1

0.12

1

1

0.04

0.03

15-18

-

1

-

6) 10) 11)

Аустенитно-ферритная

 

FA14)

0.03

1.7

1.5

-

-

18-19

2-2.7

4.5-5

-

N=0.07

0.03

1

2

-

-

21-23

2.5-3

5-5.5

-

N=0.14

 

1) максимальные значения, если не заданы другие величины

2) сера может быть заменена селеном

3) для стабилизации должен содержаться титан  5С до максимум 0.8%, иначе 4)

4) для стабилизации должен содержаться ниобий и/или тантал  10С до максимум 1%, в противном случае 3)

5) содержание углерода должно быть выше, насколько это требуется для достижения заданных механических характеристик при увеличенных диаметрах, однако не более 0.12% для аустенитных сталей

6) молибден также допускается по выбору изготовителя

7) если требуется максимальное содержание молибдена, это должно быть оговорено

8) если содержание никеля ниже 8%, то марганца должно быть не менее 5%

9) если содержание хрома ниже 17%, то никеля должно быть не менее 12%

10) должно содержаться титана  5С максимум до 0.8%

11) должно содержаться ниобия и/или тантала  10С максимум до 1.0%

12) аустенитные стали с С максимум 0.03% должны содержать азот до максимум 0.22%

13) для Cu нижняя граница отсутствует, поскольку содержание Ni составляет более 8%

14) временно

 

 

 

Сталь А1 (А0) / Auremo

Обозначения

Название Значение
Обозначение ГОСТ кириллица А1
Обозначение ГОСТ латиница A1
Транслит A1
По химическим элементам -
Название Значение
Обозначение ГОСТ кириллица А0
Обозначение ГОСТ латиница A0
Транслит A0
По химическим элементам -

Описание

Сталь А1 применяется: для изготовления прокатанных и кованых заготовок квадратного или круглого сечения предназначенных для производства осей локомотивов, электропоездов, дизель- и электропоездов, вагонов железных дорог и вагонов метрополитена железных дорог.

Примечание

Сталь нелегированная.
Если по соглашению требуется сталь без термообработки (прокатка или ковка), то применяют обозначение стали А0 вместо А1.

Стандарты

Название Код Стандарты
Бандажи. Колеса. Оси В41 ГОСТ 30272-96, ГОСТ 31334-2007

Химический состав

Стандарт C S P Mn Cr Si Fe Cu V Mo
ГОСТ 31334-2007 ≤0.4 ≤0.04 ≤0.04 ≤1.2 ≤0.3 ≤0.5 Остаток ≤0.3 ≤0.05 ≤0.08

Fe - основа.

Механические характеристики

Сечение, мм sТ|s0,2, МПа σB, МПа d5, % кДж/м2, кДж/м2
Сталь А0. Оси тяговых и прицепных вагонов по ГОСТ 31331-2007, ИСО 105-3-82. Без термообработки
≥280 500-650 ≥20 ≥196
Сталь А1. Оси тяговых и прицепных вагонов по ГОСТ 31331-2007, ИСО 105-3-82. Режим N: Нормализация или Нормализация + Отпуск
≥300 520-650 ≥22 ≥245
Сталь А1. Оси тяговых и прицепных вагонов по ГОСТ 31331-2007, ИСО 105-3-82. Режим Т: Закалка + Отпуск
≥350 550-700 ≥24 ≥392

Описание механических обозначений

Название Описание
Сечение Сечение
sТ|s0,2 Предел текучести или предел пропорциональности с допуском на остаточную деформацию - 0,2%
σB Предел кратковременной прочности
d5 Относительное удлинение после разрыва
кДж/м2 Ударная вязкость

Сталь для рельсового транспорта А1 - характеристики, свойства, аналоги

На данной страничке приведены технические, механические и остальные свойства, а также характеристики стали марки А1.

Классификация материала и применение марки А1

Марка: А1
Классификация материала: Сталь для рельсового транспорта
Применение: для изготовления прокатанных и кованых заготовок квадратного или круглого сечения предназначенных для производства осей локомотивов, электропоездов, дизель- и электропоездов, вагонов железных дорог и вагонов метрополитена железных дорог.

Химический состав материала А1 в процентном соотношении


CSiMn SPCrMo VCu
до 0.4до 0.5до 1.2до 0.04до 0.04до 0.3до 0.08до 0.05до 0.3

Механические свойства А1 при температуре 20oС


СортаментРазмерНапр.sвsTd5yKCUТермообр.
-мм-МПаМПа%%кДж / м2-
Ось, ГОСТ 31334 - 2007520-65030022Нормализация
Ось, ГОСТ 31334 - 2007550-70035024Закалка и отпуск

Расшифровка обозначений, сокращений, параметров


Механические свойства :
sв- Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y- Относительное сужение , [ % ]
KCU- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB- Твердость по Бринеллю , [МПа]

Другие марки из этой категории:

Обращаем ваше внимание на то, что данная информация о марке А1, приведена в ознакомительных целях. Параметры, свойства и состав реального материала марки А1 могут отличаться от значений, приведённых на данной странице. Более подробную информацию о марке А1 можно уточнить на информационном ресурсе Марочник стали и сплавов. Информацию о наличии, сроках поставки и стоимости материалов Вы можете уточнить у наших менеджеров. При обнаружении неточностей в описании материалов или найденных ошибках просим сообщать администраторам сайта, через форму обратной связи. Заранее спасибо за сотрудничество!

Арматура А1 – фото, ГОСТы, характеристики и области применения + Видео

Арматура А1 – металлопрокат, без которого в настоящее время не обходится практически ни одна стройка. Его широко используют для изготовления железобетонных изделий, а также различных металлических конструкций и деталей. Производят этот металлопрокат по ГОСТу 5781-82.

1 Что собой представляет арматурный металлопрокат А1

Согласно ГОСТа 5781 арматура А1 обозначается по-другому – арматура (арматурная сталь – далее АС) A-I (А240). Это более правильное и используемое всеми ее изготовителями и профессиональными потребителями наименование этого металлопроката. На техническом языке ГОСТа 5781, в котором классифицируются все производимые по нему типы арматурной стали для армирования обычных, а также предварительно напряженных разнообразных железобетонных конструкций, такое обозначение расшифровывается, как "арматура класса А1".

Разделение на классы в этом ГОСТе произведено по одной из механических характеристик АС – по пределу текучести. Условная ее величина для изделия A1 указана в скобках после индекса A – число 240. Это и есть значение предела текучести в кгс/мм2, но перемноженное на 10. Таким образом, арматура А1 обладает пределом текучести 24 кгс/мм2 (соответствует 235 Н/мм2).

Согласно ГОСТа 5781, АС A-I изготовляют только с гладким профилем – без рифления поверхности правильного круглого сечения. Внешне она в зависимости от номинальной толщины похожа на стальную проволоку либо пруток.

Арматура без рифления

Производят АС A240 горячекатаной и только из углеродистой стали. При этом используют согласно стандарту 5781 исключительно марки Ст3сп, Ст3кп и Ст3пс. Именно благодаря этому арматура А1 в отличие от гладкой АС других классов ГОСТа 5781 и производимой по ГОСТу 10884 наиболее востребована и используется как для армирования, так и в качестве обычного металлопроката – для изготовления различных стальных деталей и конструкций. Ведь Ст3 – самая гибкая, пластичная из всех углеродистых и тем более низколегированных марок и лучше всех сплавов поддается свариванию. Ее химический состав у готовой арматуры A-I должен соответствовать требованиям, перечисленным в ГОСТе 380.

Сортамент изготовления гладкой АС A-I включает 14 типоразмеров по диаметру в диапазоне 6–40 мм. Изделия толщиной 6–12 мм производят стержнями либо в виде мотков, а большего диаметра арматура А1 поставляется только прутками. Прутки АС A240 изготовляют длиной 6–12 м. При этом они бывают мерной либо немерной длины. Вместе с мерными могут поставляться немерные стержни длиной не меньше 2 м и в количестве, составляющем от массы выпущенной партии максимум 15%. Потребитель может сам заказать необходимый ему вариант, а по согласованию с производителем возможно также изготовление прутков 5–25 м.

2 Вес, механические свойства и требования к изготовлению

В таблице ГОСТа 5781 по сортаменту гладкой АС A-I указаны площадь поперечного сечения, вес 1 м профиля и допустимые предельные отклонения в % от последнего параметра у готовых изделий. Масса приводится теоретическая (расчетная), при вычислении которой принимали, что арматура А1 имеет номинальный диаметр без отклонений, а плотность стали составляет 7850 кг/м3. Значения веса из таблицы ГОСТа для всех типоразмеров АС A240 в кг:

Предельно допустимые отклонения согласно стандарта 5781:

Овальность гладкой арматуры (разность в одном поперечном сечении профиля между наибольшим и самым меньшим фактическими диаметрами) не должна превышать величину суммы допустимых минусового и плюсового отклонений по диаметру.

К мерным пруткам АС A-I предъявляются требования по предельно допустимым отклонениям значений длины, зависящие от точности порезки металлопроката:

Кривизна АС, изготовленной в виде прутков, не должна превышать величину в 0,6% от ее замеряемой длины.

Гладкие прутки АС A-I

Помимо предела текучести, который был указан выше, для гладкой АС A-I в стандарте 5781 приведены и иные механические свойства. Относительное удлинение при изгибе (испытаниях) – 25%. Временное сопротивление арматуры разрыву – 373 Н/мм2 (соответствует 38 кгс/мм2).

Арматура А1 после изготовления подвергается в холодном состоянии испытаниям на изгиб (должна их выдерживать). Ее изгибают вокруг оправки на угол в 180о. Для профилей толщиной 6–20 мм используют оправку такого же диаметра, что и у самой арматуры. Для АС толще 20 мм берут с диаметром, равным 4 размерам изделия.

ГОСТ 5781 обязывает изготовителей обеспечивать для арматуры A-I указанные в нем механические свойства с вероятностью не менее 0,95.

Есть в ГОСТе и требования к качеству поверхности готовой АС. Рванин, трещин напряжения и раскатных, прокатных закатов и плен на ней быть не должно. Стандартом разрешаются отдельные раскатные отпечатки, наплывы, загрязнения, следы раскатанных пузырьков, незначительная ржавчина, а также чешуйчатость и рябизна.

3 Коротко об областях применения профилей А1

Для армирования их используют практически во всех случаях. В высокопрочном железобетоне, армированном крепкой (как правило, рифленой) АС более высокого класса, арматура А1 применяется для взаимной фиксации последней и упрочнения поверхностного слоя изделия или монолитной конструкции таких объектов, как плотины, шахты, мосты, аэродромы, тоннели, высотные строения и так далее.

Когда расчетная нагрузка на железобетон позволяет, арматура А1 используется самостоятельно. Балки и панели усиливают изделиями диаметром 12–32 мм, колонны – 14–36 мм, фундамент – 10–40 мм. В индивидуальном строительстве обычно применяют АС 10–16 мм. Тонкую арматуру – 6 и 8 мм – используют в качестве проволоки для обвязки, скрепления между собой толстой, изготовления строительных и кладочных сеток, армокаркасов, армирования бетонных стяжек стен и пола, а также штукатурки.

Арматура А1 широко применяется для изготовления декоративных, несущих, каркасных и прочих металлоконструкций, а также деталей к ним и различному оборудованию и техоснастке. Ее используют везде, где применяется и обычный металлопрокат из стали марки Ст3.

Почему винты ДИН 404 из стали А1? Это, вообще, «нержавейка»?

Согласно ГОСТ ISO 3506-2014 стали марки А1 относятся к коррозионно-стойким (нержавеющим) сталям аустенитного класса.

Химический состав их приводится в п.5 ГОСТ ISO 3506-1-2014 в Таблице 1:

Класс стали

Марка стали

Химический состав, %a)

Сноска

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

Ni

Cu

Аустенитные

A1

0,12

1

6,5

0,2

0,15-0,35

16-19

0,7

5-10

1,75-2,25

b), c), d)

A2

0,10

1

2

0,05

0,03

15-20

е)

8-19

4

f), g)

A3

0,08

1

2

0,045

0,03

17-19

е)

9-12

1

h)

A4

0,08

1

2

0,045

0,03

16-18,5

2-3

10-15

4

g), i)

A5

0,08

1

2

0,045

0,03

16-18,5

2-3

10,5-14

1

h), I)

a) Приведены максимальные значения, если не указано иное.

b) Сера может быть заменена селеном.

c) Если содержание никеля менее 8 %, то содержание марганца должно быть не менее 5 %.

d) При содержании никеля более 8 % нижний предел содержания меди не применяется.

e) Молибден может присутствовать по решению изготовителя стали. В случае если содержание молибдена влияет на условия применения стали, его содержание должно быть согласовано между изготовителем и потребителем стали.

f) Если содержание хрома менее 17 %, содержание никеля должно быть не менее 12 %.

g) Для аустенитных сталей с минимальным содержанием углерода 0,03 % содержание азота не должно превышать 0,22 %.

h) Для стабилизации содержание титана должно быть не менее 5 x %С, но не более 0,8 % или содержание ниобия (columbium) и /или тантала должно быть не менее 10 x %С, но не более 1,0 %, маркировано соответственно, как установлено в этой таблице.

i) По решению изготовителя стали содержание углерода может быть выше для достижения особых механических свойств, но не должно превышать 0,12 %.

l) Здесь допускается содержание ниобия и (или) тантала не менее 10 x %С, но не более 1,0 %.

 

Химический состав марки А1 отличается от остальных сталей аустенитного класса более высоким содержанием серы и фосфора.

Именно эти элементы значительно улучшают обрабатываемость резанием и способствуют легкому отделению стружки.

Вдобавок к этому часть никеля в этой стали заменена марганцем, который аналогично никелю обеспечивает аустенитную структуру сплава.

Благодаря этим факторам стали марки А1 гораздо лучше поддаются механической обработке, в том числе резанию.

При изготовлении технологически сложного крепежа это позволяет продлить ресурс режущего инструмента и станков, сократить производственный цикл и в итоге сократить издержки.

Поэтому для производства крепёжных изделий используют стали марки А1 наряду со сталями А2, в зависимости от применяемых технологических процессов.

Например, штифты DIN 1, DIN 7, DIN 1471, DIN 1472, DIN 1473, DIN 1474, DIN 1475, DIN 1476 имеют строгие требования к диаметрам, которые должны укладываться в соответствующие поля допусков.

Технологически соблюсти столь строгие допуски можно только методом точения (обработка резанием) на токарных станках автоматах.

Или такие изделия как винты DIN 404, в отличие от других болтов и винтов, имеют в цилиндрических головках радиальные отверстия.

Такие отверстия можно получить исключительно сверлением (обработка резанием) после формирования головки методом холодной штамповки.

В связи с этим для производства этих метизов нержавеющие стали марки А1 будут более подходящими.

Однако, необходимо учитывать, что стали марки А1 отличаются от сплавов А2 своей коррозионной стойкостью.

В соответствии с п. В.2.2 ГОСТ ISO 3506-1–2014:

«Стали марки А1 разработаны специально для применения в машиностроении.

Из-за высокого содержания серы стали этой марки менее коррозионно-стойкие, чем другие марки сталей этой группы.»

Свойства стального материала - SteelConstruction.info

Свойства конструкционной стали зависят как от ее химического состава, так и от метода производства, включая обработку во время изготовления. Стандарты продукции определяют пределы для состава, качества и производительности, и эти ограничения используются или предполагаются проектировщиками конструкций. В этой статье рассматриваются основные свойства, представляющие интерес для дизайнера, и указываются соответствующие стандарты для конкретных продуктов.Спецификация металлоконструкций рассматривается в отдельной статье.

 

Схематическая диаграмма напряжения / деформации для стали

[вверх] Свойства материала, необходимые для проектирования

Свойства, которые необходимо учитывать проектировщикам при выборе изделий из стальных конструкций:


Для проектирования механические свойства основаны на минимальных значениях, указанных в соответствующем стандарте на продукцию.Свариваемость определяется химическим составом сплава, который регулируется стандартами на продукцию. Прочность зависит от конкретного типа сплава - обычная углеродистая сталь, атмосферостойкая сталь или нержавеющая сталь.

[наверх] Факторы, влияющие на механические свойства

Сталь

приобретает свои механические свойства благодаря сочетанию химического состава, термической обработки и производственных процессов. Хотя основной составляющей стали является железо, добавление очень небольших количеств других элементов может существенно повлиять на свойства стали.Прочность стали можно повысить, добавив такие сплавы, как марганец, ниобий и ванадий. Однако эти добавки в сплав также могут отрицательно повлиять на другие свойства, такие как пластичность, вязкость и свариваемость.

Сведение к минимуму уровня серы может повысить пластичность, а ударную вязкость можно улучшить добавлением никеля. Поэтому химический состав для каждой спецификации стали тщательно сбалансирован и протестирован во время ее производства, чтобы гарантировать достижение соответствующих свойств.

Легирующие элементы также по-разному реагируют, когда материал подвергается термообработке, включающей охлаждение с заданной скоростью от определенной пиковой температуры. Производственный процесс может включать комбинации термической обработки и механической обработки, которые имеют решающее значение для характеристик стали.

Механическая обработка осуществляется во время прокатки или формовки стали. Чем больше прокатывается стали, тем она прочнее. Этот эффект очевиден в стандартах на материалы, которые, как правило, указывают на снижение предела текучести с увеличением толщины материала.

Эффект термической обработки лучше всего объясняется со ссылкой на различные технологические процессы, которые могут использоваться в производстве стали, основными из которых являются:


Сталь охлаждается во время прокатки, при этом типичная температура окончательной прокатки составляет около 750 ° C.Сталь, которой затем дают остыть естественным путем, называется материалом «после прокатки». Нормализация происходит, когда прокатанный материал снова нагревают до приблизительно 900 ° C и выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, прежде чем дать ему возможность естественным образом остыть. Этот процесс позволяет уменьшить размер зерна и улучшить механические свойства, в частности, ударную вязкость. Нормализованная прокатка - это процесс, при котором после завершения прокатки температура превышает 900 ° C. Это имеет такое же влияние на свойства, как и нормализация, но исключает дополнительный процесс повторного нагрева материала.Нормализованные и нормализованные прокатные стали имеют обозначение "N".

Использование высокопрочной стали может уменьшить объем необходимой стали, но сталь должна быть прочной при рабочих температурах, а также должна обладать достаточной пластичностью, чтобы противостоять распространению пластичных трещин. Следовательно, стали с более высокой прочностью требуют улучшенной ударной вязкости и пластичности, которые могут быть достигнуты только с использованием низкоуглеродистых чистых сталей и за счет максимального измельчения зерна. Реализация процесса термомеханической прокатки (TMR) - эффективный способ добиться этого.

Термомеханически прокатанная сталь использует особый химический состав стали, что позволяет снизить температуру окончательной прокатки примерно до 700 ° C. Для прокатки стали при этих более низких температурах требуется большее усилие, и свойства сохраняются, если повторно не нагреть сталь выше 650 ° C. Сталь, подвергнутая термомеханическому прокату, имеет обозначение «М».

Процесс для закаленной и отпущенной стали начинается с нормализованного материала при 900 ° C. Он быстро охлаждается или закаливается для производства стали с высокой прочностью и твердостью, но с низкой вязкостью.Прочность восстанавливается повторным нагревом до 600 ° C, поддержанием температуры в течение определенного времени и затем естественным охлаждением (темперирование). Закаленная и отпущенная сталь обозначается буквой Q.

Закалка включает быстрое охлаждение продукта путем погружения непосредственно в воду или масло. Его часто используют вместе с отпуском, который представляет собой термообработку на второй стадии до температур ниже диапазона аустенизации. Эффект отпуска заключается в смягчении ранее закаленных структур и их повышении прочности и пластичности.

 

Схематический график температуры / времени процессов прокатки

[наверх] Прочность

[вверх] Предел текучести

Предел текучести - это наиболее распространенное свойство, которое может понадобиться проектировщику, поскольку это основа, используемая для большинства правил, приведенных в нормах проектирования. В европейских стандартах для конструкционных углеродистых сталей (включая погодостойкую сталь) основное обозначение относится к пределу текучести, т.е.грамм. Сталь S355 - это конструкционная сталь с указанным минимальным пределом текучести 355 Н / мм².

Стандарты на продукцию также определяют допустимый диапазон значений предела прочности на разрыв (UTS). Минимальный UTS имеет отношение к некоторым аспектам дизайна.

[вверх] Горячекатаный прокат

Для горячекатаных углеродистых сталей цифра в обозначении представляет собой значение предела текучести для материала толщиной до 16 мм. Конструкторам следует учитывать, что предел текучести уменьшается с увеличением толщины листа или профиля (более тонкий материал обрабатывается больше, чем толстый материал, и обработка увеличивает прочность).Для двух наиболее распространенных марок стали, используемых в Великобритании, указанные минимальный предел текучести и минимальный предел прочности на растяжение показаны в таблице ниже для сталей в соответствии с BS EN 10025-2 [1] .

Минимальный предел текучести и предел прочности для обычных марок стали
Марка Предел текучести (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм) Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) для номинальной толщины t (мм)
т ≤ 16 16 40 63 3 100
S275 275 265 255 245 410 400
S355 355 345 335 325 470 450

Национальное приложение Великобритании к BS EN 1993-1-1 [2] позволяет использовать минимальное значение текучести для конкретной толщины в качестве номинального (характеристического) предела текучести f y и минимального значения прочности на растяжение прочность f u использовать как номинальный (характерный) предел прочности.

Аналогичные значения приведены для других марок в других частях BS EN 10025 и для полых профилей в соответствии с BS EN 10210-1 [3] .

[вверх] Холодногнутые стали

Существует широкий спектр марок стали для полосовой стали, пригодной для холодной штамповки. Минимальные значения предела текучести и предела прочности указаны в соответствующем стандарте на продукцию BS EN 10346 [4] .

BS EN 1993-1-3 [5] содержит значения базового предела текучести f yb и предела прочности на растяжение f u , которые должны использоваться в качестве характерных значений при проектировании.

[вверху] Нержавеющая сталь

Марки нержавеющей стали обозначаются числовым «номером стали» (например, 1.4401 для типичной аустенитной стали), а не системой обозначений «S» для углеродистой стали. Зависимость «напряжение-деформация» не имеет четкого различия между пределом текучести, и «предел текучести» нержавеющей стали для нержавеющей стали обычно указывается в терминах предела текучести, определенного для конкретной смещенной остаточной деформации (обычно 0,2% деформации).

Прочность обычно используемых конструкционных нержавеющих сталей составляет от 170 до 450 Н / мм². Аустенитные стали имеют более низкий предел текучести, чем обычно используемые углеродистые стали; Дуплексные стали имеют более высокий предел текучести, чем обычные углеродистые стали. Как для аустенитных, так и для дуплексных нержавеющих сталей отношение предела прочности к пределу текучести больше, чем для углеродистых сталей.

BS EN 1993-1-4 [6] содержит в таблице номинальные (характеристические) значения предела текучести f y и минимального предела прочности на растяжение f u для сталей согласно BS EN 10088-1 [7] для использование в дизайне.

[вверх] Прочность

 

Образец для испытаний на удар с V-образным надрезом

Все материалы имеют недостатки. В стали эти дефекты принимают форму очень мелких трещин. Если сталь недостаточно прочная, «трещина» может быстро распространяться без пластической деформации и привести к «хрупкому разрушению». Риск хрупкого разрушения увеличивается с увеличением толщины, растягивающего напряжения, концентраторов напряжений и при более низких температурах.Вязкость стали и ее способность противостоять хрупкому разрушению зависят от ряда факторов, которые следует учитывать на этапе спецификации. Удобной мерой прочности является испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом - см. Изображение справа. В этом испытании измеряется энергия удара, необходимая для разрушения небольшого образца с надрезом при заданной температуре одним ударом маятника.

В различных стандартах на продукцию указываются минимальные значения энергии удара для различных классов прочности каждого класса прочности.Для нелегированных конструкционных сталей основными обозначениями марок стали JR, J0, J2 и K2. Для мелкозернистых сталей, закаленных и отпущенных сталей (которые, как правило, более твердые, с более высокой энергией удара) используются разные обозначения. Краткое описание обозначений ударной вязкости приведено в таблице ниже.

Указанная минимальная энергия удара для углеродистой стали марки
Стандартный Подкладка Ударная вязкость Температура испытания
BS EN 10025-2 [1]
BS EN 10210-1 [3]
JR 27J 20 o С
J0 27J 0 o С
J2 27J -20 o С
К2 40J -20 o С
BS EN 10025-3 [8] N 40J -20 о с
NL 27J -50 o с
BS EN 10025-4 [9] M 40J -20 о с
мл 27J -50 o с
BS EN 10025-5 [10] J0 27J 0 o С
J2 27J -20 o С
К2 40J -20 o С
J4 27J -40 o С
J5 27J -50 o С
BS EN 10025-6 [11] Q 30J -20 о с
QL 30J -40 о с
QL1 30J -60 o c

Для тонкостенных сталей для холодной штамповки требования к энергии удара для материала толщиной менее 6 мм не предъявляются.

Выбор подходящего подкласса для обеспечения соответствующей прочности в расчетных ситуациях приведен в BS EN 1993‑1‑10 [12] и связанном с ним UK NA [13] . Правила связывают температуру воздействия, уровень напряжения и т. Д. С «предельной толщиной» для каждого подкласса стали. PD 6695-1-10 [14] содержит полезные справочные таблицы, а руководство по выбору подходящего субсорта дано в ED007.

 

Эти правила проектирования были разработаны для конструкций, подверженных усталости, таких как мосты и несущие конструкции кранов, и признано, что их использование в зданиях, где усталость играет второстепенную роль, является чрезвычайно безопасным.

Публикация SCI P419 представляет модифицированные пределы толщины стали, которые могут использоваться в зданиях, где усталость не учитывается при проектировании. Эти новые ограничения были получены с использованием того же подхода, что и правила проектирования Еврокода, но существенно снижают рост трещин из-за усталости. Используется слово «уменьшить», поскольку предполагать, что никакого роста вообще нет, означало бы полностью устранить эффект утомления. Допускается некоторая усталость (20 000 циклов) на основании ориентировочных указаний стандарта DIN.

Термин «квазистатический» будет охватывать такие конструкции - в действительности, может иметь место некоторая ограниченная цикличность нагрузки, но это обычно не рассматривается - подход к проектированию состоит в том, чтобы рассматривать все нагрузки как статические. Ключом к новому подходу является формула для выражения роста трещины за период до 20 000 циклов. Эксперты из Ахенского университета (которые участвовали в разработке Еврокода) дали это важнейшее выражение.

Дополнительная информация доступна в технической статье в сентябрьском выпуске журнала NSC за 2017 год.

Нержавеющая сталь обычно намного прочнее углеродистой стали; минимальные значения указаны в BS EN 10088-4 [15] . BS EN 1993-1-4 [6] утверждает, что аустенитные и дуплексные стали достаточно прочны и не подвержены хрупкому разрушению при рабочих температурах до -40 ° C.

[вверху] Пластичность

Пластичность - это мера степени, в которой материал может деформироваться или растягиваться между началом текучести и возможным разрушением под действием растягивающей нагрузки, как показано на рисунке ниже.Конструктор полагается на пластичность для ряда аспектов проектирования, включая перераспределение напряжений в предельном состоянии, конструкцию группы болтов, снижение риска распространения усталостной трещины и в производственных процессах сварки, изгиба и правки. Различные стандарты для марок стали в приведенной выше таблице настаивают на минимальном значении пластичности, поэтому проектные предположения действительны, и если они указаны правильно, проектировщик может быть уверен в их адекватных характеристиках.

 

Напряжение - деформация стали

[вверху] Свариваемость

 

Приварка ребер жесткости к большой сборной балке
(Изображение любезно предоставлено Mabey Bridge Ltd)

Все конструкционные стали в основном поддаются сварке. Однако сварка предполагает локальное плавление стали, которая впоследствии остывает.Охлаждение может быть довольно быстрым, поскольку окружающий материал, например балка обеспечивает большой «теплоотвод», а сварной шов (и вводимое тепло) обычно относительно невелик. Это может привести к затвердеванию «зоны термического влияния» (HAZ) и снижению ударной вязкости. Чем больше толщина материала, тем больше снижение ударной вязкости.

Склонность к охрупчиванию также зависит от легирующих элементов, главным образом, но не исключительно, от содержания углерода. Эту восприимчивость можно выразить как «эквивалентное значение углерода» (CEV), и различные стандарты продукции для углеродистой стали содержат выражения для определения этого значения.

BS EN 10025 [1] устанавливает обязательные пределы для CEV для всех покрываемых изделий из конструкционной стали, и это простая задача для тех, кто контролирует сварку, чтобы гарантировать, что используемые спецификации процедуры сварки соответствуют соответствующей марке стали и CEV.

[вверх] Прочие механические свойства стали

Другие важные для проектировщика механические свойства конструкционной стали включают:

[вверху] Прочность

 

Нанесение защиты от коррозии на месте
(Изображение любезно предоставлено Hempel UK Ltd.)

Еще одним важным свойством является защита от коррозии. Хотя доступны специальные коррозионно-стойкие стали, они обычно не используются в строительстве.Исключением является погодостойкая сталь.

Наиболее распространенными способами защиты конструкционной стали от коррозии являются окраска или гальванизация. Требуемый тип и степень защиты покрытия зависит от степени воздействия, местоположения, расчетного срока службы и т. Д. Во многих случаях во внутренних сухих условиях не требуется никаких антикоррозионных покрытий, кроме соответствующей противопожарной защиты. Доступна подробная информация о защите от коррозии конструкционной стали.

[вверх] Погодостойкая сталь

Погодоустойчивая сталь - это высокопрочная низколегированная сталь, которая противостоит коррозии, образуя прилипшую защитную «патину» от ржавчины, которая препятствует дальнейшей коррозии.Защитное покрытие не требуется. Он широко используется в Великобритании для строительства мостов и некоторых зданий. Он также используется для архитектурных элементов и скульптурных сооружений, таких как Ангел Севера.

 

Ангел Севера

[вверху] Нержавеющая сталь

 

Типичные кривые напряжение-деформация для нержавеющей и углеродистой стали в отожженном состоянии

Нержавеющая сталь - это материал с высокой устойчивостью к коррозии, который можно использовать в конструкциях, особенно там, где требуется высококачественная обработка поверхности.Подходящие классы воздействия в типичных условиях окружающей среды приведены ниже.

Поведение нержавеющих сталей при растяжении и деформации отличается от углеродистых сталей по ряду аспектов. Наиболее важное различие заключается в форме кривой напряжения-деформации. В то время как углеродистая сталь обычно демонстрирует линейное упругое поведение до предела текучести и плато перед деформационным упрочнением, нержавеющая сталь имеет более округлую реакцию без четко определенного напряжения текучести. Следовательно, предел текучести нержавеющей стали обычно определяется для конкретной остаточной деформации смещения (обычно 0.2% деформации), как показано на рисунке справа, на котором показаны типичные экспериментальные кривые напряжения-деформации для обычных аустенитных и дуплексных нержавеющих сталей. Показанные кривые представляют диапазон материалов, которые могут быть поставлены, и не должны использоваться при проектировании.

Механические свойства обычных нержавеющих сталей согласно EN 10088-4 [15]
Описание Марка Минимум 0.Предел текучести 2% (Н / мм 2 ) Предел прочности на разрыв (Н / мм 2 ) Относительное удлинение при разрыве (%)
Основные хромоникелевые аустенитные стали 1.4301 210 520–720 45
1.4307 200 500–700 45
Молибден-хромникелевые аустенитные стали 1.4401 220 520–670 45
1.4404 220 520–670 45
Дуплексные стали 1,4162 450 650–850 30
1.4462 460 640–840 25

Механические свойства относятся к горячекатаному листу. Для холоднокатаной и горячекатаной полосы указанные значения прочности на 10-17% выше.

Рекомендации по выбору нержавеющей стали
BS EN ISO 9223 [16] Класс атмосферной коррозии Типичная внешняя среда Подходящая нержавеющая сталь
C1 (Очень низкий) Пустыни и арктические районы (очень низкая влажность) 1.4301 / 1.4307, 1.4162
C2 (Низкий) Засушливые или низкие уровни загрязнения (сельские районы) 1.4301 / 1.4307, 1.4162
C3 (средний) Прибрежные районы с небольшими отложениями соли
Городские или промышленные районы с умеренным загрязнением
1.4401 / 1.4404, 1.4162
(1.4301 / 1.4307)
C4 (высокий) Загрязненная городская и промышленная атмосфера
Прибрежные районы с умеренными солевыми отложениями
Дорожная среда с солями для защиты от обледенения
1.4462, (1.4401 / 1.4404), другие более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы
C5 (Очень высокий) Сильно загрязненная промышленная среда с высокой влажностью
Морская среда с высокой степенью солевых отложений и брызг
1.4462, другие, более высоколегированные дуплексы или аустенитные материалы

Материалы, подходящие для более высокого класса, могут использоваться для более низких классов, но могут быть экономически неэффективными. Материалы в скобках можно рассмотреть, если допустима умеренная коррозия. Накопление коррозионных загрязнителей и хлоридов будет выше в защищенных местах; следовательно, может потребоваться выбрать рекомендуемый сорт из следующего более высокого класса коррозии.

[вверх] Список литературы

  1. 1.0 1,1 1,2 BS EN 10025-2: 2019 Горячекатаный прокат из конструкционных сталей. Технические условия поставки нелегированных конструкционных сталей, BSI.
  2. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1993-1-1: 2005 + A1: 2014, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций Общие правила и правила для зданий, BSI
  3. 3,0 3,1 BS EN 10210-1: 2006 Горячие готовые полые профили конструкционные из нелегированных и мелкозернистых сталей. Технические требования к поставке, BSI.
  4. ↑ BS EN 10346: 2015 Плоский стальной прокат с непрерывным горячим покрытием для холодной штамповки. Технические условия поставки. BSI
  5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Общие правила - Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов, BSI.
  6. 6,0 6,1 BS EN 1993-1-4: 2006 + A1: 2015 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для нержавеющих сталей, BSI
  7. ↑ BS EN 10088-1: 2014 Нержавеющие стали.Список нержавеющих сталей, BSI
  8. ↑ BS EN 10025-3: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 3: Технические условия поставки нормализованных / нормализованных прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
  9. ↑ BS EN 10025-4: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 4: Технические условия поставки термомеханических прокатных свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей, BSI
  10. ↑ BS EN 10025-5: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 5: Технические условия поставки для конструкционных сталей с повышенной стойкостью к атмосферной коррозии, BSI
  11. ↑ BS EN 10025-6: 2019, Горячекатаный прокат из конструкционных сталей, Часть 6: Технические условия поставки плоского проката из конструкционных сталей с высоким пределом текучести в закаленном и отпущенном состоянии, BSI
  12. ↑ BS EN 1993-1-10: 2005 Еврокод 3.Проектирование металлоконструкций. Вязкость материала и свойства по толщине, BSI.
  13. ↑ NA к BS EN 1993-1-10: 2005, Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Прочность материала и свойства по толщине. BSI
  14. ↑ PD 6695-1-10: 2009 Рекомендации по проектированию конструкций согласно BS EN 1993-1-10. BSI
  15. 15,0 15,1 BS EN 10088-4: 2009 Нержавеющие стали. Технические условия поставки листов и полос из коррозионно-стойких сталей строительного назначения, BSI.
  16. ↑ BS EN ISO 9223: 2012 Коррозия металлов и сплавов, Коррозионная активность атмосферы, Классификация, определение и оценка. BSI

[вверх] Ресурсы

[вверху] См. Также

.

Уникальные характеристики двухфазных сталей

Рисунок 1
Стали DP содержат зерна феррита и островки мартенсита. Источник: http://www.worldautosteel.org/wp-content/uploads/2012/03/AHSS-Fig1-2.jpg.

Двухфазные стали (DP) содержат мягкую непрерывную фазу (механически разделяемую или визуально идентифицируемую часть структуры), известную как феррит, окружающие островки твердой фазы, известной как мартенсит (см. Рисунок 1 ).

Ферритная фаза состоит в основном из чистого железа, как и марки стали для сверхглубокой вытяжки, используемые для изготовления крыльев автомобилей; эта фаза придает этой стали высокую пластичность. Мартенситная фаза, которая имеет чрезвычайно высокую прочность, как закаленные марки, которые используются для пружин и режущих инструментов, отвечает за высокий предел прочности на разрыв (TS).

Типы и наличие

Как и высокопрочные низколегированные стали (HSLA), стали DP доступны с различными уровнями прочности, которые увеличиваются с увеличением процентного содержания мартенсита.Однако получить мартенсит не так просто, как просто изменить химический состав; контролируемый химический состав, контролируемое охлаждение и жесткий контроль процесса необходимы для изменения микроструктуры до желаемого баланса феррита и мартенсита.

В то время как большинство заводов по производству листовой стали имеют необходимое оборудование и технологические возможности для производства сталей HSLA, только некоторые заводы оборудованы для производства сталей DP.

Свойства при растяжении

Еще одно существенное различие между сталями HSLA и DP - это постоянство материала от сталелитейного завода к сталелитейному.Прочность на растяжение и химический состав данной марки стали HSLA практически одинаковы у всех сталелитейных компаний. Однако производство микроструктуры DP в значительной степени зависит от используемого оборудования и возможностей сталелитейщика, поэтому химический состав стали у разных производителей разный.

Свойства при растяжении будут соответствовать соответствующим техническим условиям, но поскольку производители стали используют другой химический состав, углеродный эквивалент - и, следовательно, свариваемость - может быть другим.Если вы меняете поставщиков стали в течение срока службы детали или между разработкой штампа и производством, имейте в виду, что это может привести к разным производственным характеристикам на внешнем виде идентичного сорта.

Формуемость

Отношение предела текучести (YS) к TS может указывать на относительную формуемость конкретного сорта. Когда YS близко к TS, только ограниченная деформация может произойти до появления трещин в металле. Больший зазор означает, что материалу можно придать более сложную форму до того, как он разрушится.В то время как марки HSLA имеют типичное отношение YS-to-TS, равное 0,8, стали DP ближе к соотношению 0,6, что указывает на то, что стали DP более пластичны, чем марки HSLA при аналогичном уровне прочности.

Лучшим показателем деформируемости листового металла является показатель деформационного упрочнения, также известный как n-значение. Более высокие значения n представляют собой повышенную способность распределять деформации по детали, в отличие от концентрации деформаций в определенной области, которая может привести к отказу. Отличительной особенностью сталей DP является более высокое значение n при расчете в более низком диапазоне деформации, чем типичные 10 процентов от равномерной деформации удлинения.Это позволяет добиться более равномерного распределения деформации в начале хода пресса. Более высокое значение n также указывает на большую способность к наклепу.

В отличие от марок HSLA, стали DP можно упрочнять горячим способом. Это означает, что их YS увеличивается от наклепа во время формования и снова после обработки в цикле отверждения (выпечки) краски. Плоский лист с YS 350 МПа может повысить прочность до более чем 500 МПа за счет комбинации деформационного упрочнения и термического упрочнения.

Наиболее распространенные уровни TS для сталей DP - 590, 780 и 980 МПа.Вместо того, чтобы использовать эти уровни TS, некоторые производители стали указывают эти марки как 600, 800 и 1000 МПа. По сути, это те же сорта, хотя обработка несколько отличается для достижения немного более высоких минимальных уровней TS. Типичные свойства при растяжении холоднокатаной стали марки DP, полученные из различных онлайн-источников, показаны на Рисунке .

Рисунок 2
Свойства трех холоднокатаных сталей DP демонстрируют диапазон характеристик этих материалов.

Автомобильная промышленность

Выбор материала для автомобильной промышленности зависит от функции, окружающей среды и требований к производимой детали. Микроструктура современных высокопрочных сталей (AHSS) может быть адаптирована для получения определенных свойств, разработанных для каждого применения. Вот почему в автомобильной промышленности растет использование марок AHSS, и стали DP лидируют (см. , рис. 3, ).

Конструкция кузова должна защищать салон автомобиля в случае аварии; значительная энергия удара должна рассеиваться менее чем за 100 миллисекунд до того, как достигнет людей.Для передних и задних зон деформации требуются марки стали и конструкции, которые могут поглощать эту энергию удара, что делает стали DP идеальными кандидатами для автомобильных деталей.

При одинаковом YS стали DP имеют больший TS и относительное удлинение, чем сопоставимая сталь HSLA. Кроме того, поскольку из сталей DP можно формировать более сложные формы, геометрия детали может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить наилучшую реакцию на столкновение. При правильной геометрии сечения можно добиться достаточных ударных характеристик даже при уменьшении толщины.

В каркасе безопасности пассажира используется сталь DP с более высокими уровнями прочности, где защита от проникновения имеет решающее значение. Стали DP также можно найти в таких областях применения, как передние и задние продольные рельсы, коромысла, стойки, усилители стоек, рейлинги на крыше и поперечины.

Дэниел Шеффлер - президент Engineering Quality Solutions Inc. , PO Box 187, Southfield, MI 48037, 248-667-8335, [email protected] , www.EQSgroup.com, и руководитель Контент-менеджер ООО «4М Партнерс»., www.Learning4M.com

Рисунок 3
Стали DP являются наиболее быстрорастущими из стали AHSS, используемых в автомобильной промышленности. Источник: http://www.ducker.com/news/20110518/ducker-worldwide-presents-great-designs-steel-2011-full-presentation-available.

.

Введение в усовершенствованные высокопрочные стали

В части I этой серии из двух частей представлен обзор марок усовершенствованных высокопрочных сталей (AHSS). Part II решает проблемы, возникающие при обработке этих сортов.

Несколько новых серийно выпускаемых и почти серийно выпускаемых усовершенствованных высокопрочных сталей (AHSS), которые демонстрируют высокую прочность и улучшенную формуемость, предлагаются по всему миру. Эти стали обладают потенциалом снижения затрат и веса при одновременном повышении производительности.

Повышенная формуемость позволяет усложнять детали, что приводит к уменьшению количества отдельных деталей (экономия затрат) и большей гибкости производства. Меньшее количество деталей означает меньше сварочных работ (экономия затрат и времени цикла) и сварных фланцев (снижение массы и веса). В зависимости от конструкции, более высокая прочность может привести к повышению утомляемости и ударопрочности при сохранении или даже снижении толщина.

Марка стали YS
(МПа)
ОТС
(МПа)
Всего EL
(%)
n Значение
(5-15%)
r Штанга
К Значение
(МПа)
BH 210/340 210 340 34-39 0.18 1,8 582
BH 260/370 260 370 29-34 0,13 1,6 550
DP 280/600 280 600 30-34 0,21 1 1,082
IF 300/420 300 420 29-36 0.2 1,6 759
DP 300/500 300 500 30-34 0,16 1 762
HSLA 350/450 350 450 23–27 0,14 1,1 807
DP 350/600 350 600 24-30 0.14 1 976
DP 400/700 400 700 19-25 0,14 1 1,028
Поездка 450/800 450 800 26-32 0,24 0,9 1,690
DP 500/800 500 800 14-20 0.14 1 1 303
CP 700/800 700 800 10-15 0,13 1 1,380
DP 700/1000 700 1 000 12-17 0,09 0,9 1,521
Март 950/1200 950 1,200 5-7 0.07 0,9 1,678
Март 1250/1520 1,250 1,520 4-6 0,065 0,9 2,021

Рисунок 1
Свойства стали

YS и UTS являются минимальными значениями, другие значения являются типичными.
Источник: ULSAB-AVC TTD № 6 (Сообщение о передаче технологии № 6)
доступно на сайте www.ULSAB-AVC.org или www.autosteel.org.

В первой из этой серии из двух частей исследуются сходства и различия между обычной HSS и различными сортами AHSS. На рис. 1 перечислены некоторые механические свойства марок, обсуждаемых в этой статье. Значения, приведенные в таблице, приведены только для сравнения, при этом конкретные свойства и диапазоны, вероятно, несколько различаются в зависимости от металлургических компаний. Кроме того, значение n - это Функция рассчитывается в определенном диапазоне деформации и более подвержена изменению в зависимости от выбранного диапазона деформации для марок AHSS по сравнению с обычными марками HSS.В результате важно учитывать данные из соответствующего диапазона деформации, относящиеся к конкретной операции формования.

Обычные высокопрочные стали

Принято считать, что переход от мягкой стали к быстрорежущей стали происходит при пределе текучести около 210 мегапаскалей (МПа) [30 фунтов на квадратный дюйм (KSI)]. Для уровней предела текучести ниже 280–350 МПа (от 40 до 50 KSI) обычно используется простая углеродо-марганцевая (CMn) сталь. По составу эти стали аналогичны низкоуглеродистым мягким сталям, за исключением того, что в них больше углерода и марганец для увеличения прочности до нужного уровня.Этот подход обычно непрактичен для пределов текучести выше 350 МПа (50 KSI) из-за снижения удлинения и свариваемости.

Один из подходов к достижению предела текучести от 280 до 550 МПа (от 40 до 80 KSI) заключается в использовании высокопрочных низколегированных сталей (HSLA), также известных как микролегированные (MA) стали. Это семейство сталей обычно имеет микроструктуру из мелкозернистого феррита, упрочненного углеродными и / или азотными осадками титана, ванадия или ниобия (колумбия).Добавление марганца, фосфора или кремний еще больше увеличивает прочность. Эти стали можно успешно формовать, если пользователи знают ограничения, связанные с более высокой прочностью и меньшей формуемостью.

Другой подход к достижению этих уровней предела текучести - использование марок AHSS. Двухфазная (DP), пластичность, вызванная трансформацией (TRIP), высокое расширение отверстий (HHE), комплексно-фазовая (CP) и мартенситная стали - это некоторые из марок, которые в совокупности называются AHSS.

Двухфазные (DP) Стали

Рисунок 2
Прочность формованной панели

Источник: J.Р. Шоу, К. Ватанабе и М. Чен, "Определение характеристик обработки металлов давлением и моделирование современных высокопрочных сталей", Сообщество инженеров автомобильной промышленности (SAE), 2001-01-1139.

Стали DP имеют микроструктуру, состоящую в основном из мягкого феррита с разбросанными по всей поверхности островками твердого мартенсита. Уровень прочности этих марок зависит от количества мартенсита в микроструктуре.

Когда продукт поступает со сталеплавильного завода, его предел текучести обычно намного ниже, чем его предел текучести, с отношением YS-to-TS около 0.6. (Для сравнения, отношение YS-to-TS для сталей HSLA ближе к 0,75.) Более низкий предел текучести при заданном пределе прочности приводит к более высоким значениям удлинения и лучшей формуемости.

Кроме того, реакция наклепа на деформацию различается для сталей DP и HSLA. Стали HSLA начинают терять формуемость, как только начинается деформация. Благодаря мягкой ферритной матрице сталей DP они могут сохранять формуемость и дальше во время рабочего хода пресса и могут лучше распределять деформации по детали.

Стали

DP обычно подвергаются прокаливанию (упрочнение происходит после того, как сталь проходит цикл покраски-прокаливания), тогда как стали HSLA не обладают этой характеристикой (, рис. 2, ). Между этой прокаливаемой способностью и более высоким уровнем деформируемой прокаливаемости нет ничего необычного в увеличении предела текучести примерно на 140 МПа (20 KSI) после формования и прокаливания. Для сравнения, HSLA стали могут иметь повышение примерно на 20 МПа (3 KSI).

Повышенное поглощение энергии - еще одна характеристика стали DP.Для данного предела текучести прочность на разрыв стали DP выше, чем у сталей HSLA, что улучшает характеристики при столкновении. Если требуются характеристики ударопрочности, эквивалентные характеристикам стали HSLA, использование стали DP может обеспечить снижение прочности примерно на 10 процентов. 1

Свариваемость стали

DP обычно аналогична свариваемости сталей HSLA, хотя могут потребоваться другие параметры. Диапазон сварочного тока почти такой же (около 3 килоампер), но фактические токи могут несколько смещаться. 2

Рисунок 3
Кривые напряжение-деформация для сталей HSLA, DP и TRIP
[Предел текучести 350 МПа (50 KSI)]
Источник: A. Konieczny, «Передовые высокопрочные стали - формуемость», Семинар по большим конструкциям в стали, февраль 2003 г., Американский институт черной металлургии, и рекомендации AHSS на сайте www.WorldAutoSteel. орг.

Стали с трансформационной пластичностью (TRIP)

Как и стали DP, микроструктура сталей TRIP состоит в основном из мягкого феррита.В то время как стали DP содержат мартенсит в качестве единственной другой фазы, стали TRIP содержат комбинацию мартенсита, бейнита и остаточного аустенита. Различные уровни этих фаз придают сталям TRIP уникальный баланс свойств. На рисунке 3 показаны кривые напряжение-деформация для стали HSLA, стали DP, и сталь TRIP, каждая с пределом текучести около 350 МПа (50 KSI).

По мере продолжения формовки остаточный аустенит в TRIP постепенно превращается в мартенсит с увеличением деформации.Это приводит к изменению объема и формы внутри микроструктуры, что компенсирует деформацию и увеличивает пластичность. В сталях TRIP высокая скорость деформационного упрочнения сохраняется при более высоких деформациях, в то время как у стали DP начинает снижаться. Эта разница в деформационном упрочнении является одним из основные причины улучшенной формуемости сталей DP по сравнению со сталями HSLA, и что дает сталям TRIP дополнительное преимущество перед сталями DP (, рис. 4 ).

Уровень деформации превращения остаточного аустенита в мартенсит может быть спроектирован путем регулирования содержания углерода.Если используются более низкие уровни углерода, превращение начинается в начале формования, что приводит к превосходной формуемости и распределению деформации на получаемых уровнях прочности. При более высоком содержании углерода остаточный аустенит более стабилен и сохраняется в конечной части. В трансформация происходит при уровнях деформации, превышающей те, которые возникают во время штамповки и формовки. Превращение в мартенсит происходит во время последующей деформации, такой как авария, и обеспечивает большее поглощение энергии аварии.

Рисунок 4
Деформационное упрочнение сталей HSLA, DP и TRIP
Источник: А. Конечны, «Передовые высокопрочные стали - формуемость», Семинар по большим конструкциям в стали, февраль 2003 г., Американский институт черной металлургии; Рекомендации AHSS доступны на сайте www.WorldAutoSteel.org.

Дополнительное легирование, необходимое для получения эффекта TRIP, делает точечную сварку более сложной задачей по сравнению со сталями DP.Эту проблему можно решить с помощью модифицированных сварочных циклов.

Стали с большим расширением отверстий (HHE), также известные как высокопрочные стали для эластичных отбортовок (SFHS)

Для применений, в которых требуется высокая степень удлинения кромок при срезе (отбортовка отверстий), все чаще используются стали HHE. Микроструктура в основном состоит из феррита и бейнита с некоторым количеством остаточного аустенита. Эти стали обладают высокой прочностью, высокой формуемостью (хотя и меньшей, чем у некоторых других марок AHSS) и возможностью большого удлинения кромок при сдвиге (отбортовка отверстий).Ферритно-бейнитный микроструктура связана с высокими значениями расширения отверстия. Штампованные детали из этих марок заменяют литые и кованые детали из других материалов.

Стали сложной фазы (CP)

Стали

CP характеризуются очень мелкой микроструктурой феррита и более высокой объемной долей твердых фаз (мартенсита и бейнита), дополнительно упрочненных мелкими углеродными или азотными осадками ниобия, титана или ванадия.

Эти марки стали использовались для изготовления деталей, требующих высокой способности поглощать энергию, таких как бамперы и усиление средней стойки.

Мартенситные стали

Мартенситная сталь

имеет микроструктуру, которая на 100% состоит из мартенсита. Минимальная прочность на растяжение этого семейства сталей обычно составляет от 900 до 1500 МПа (130 и 220 KSI). Эти марки могут быть получены непосредственно на сталеплавильном заводе (закалка после отжига) или посредством термообработки после формовки. Из-за своего ограниченного удлинения мартенсит, полученный на заводе, обычно формуют прокаткой. Более сложный формы могут быть изготовлены путем горячей штамповки и закалки с углеродом с более низким содержанием углерода.

В зависимости от заданного уровня прочности эти марки могут иметь содержание углерода, типичное для низкоуглеродистой стали, или более 0,20 процента. Марганец, кремний, хром, молибден, бор, ванадий и никель также используются в различных комбинациях для повышения прокаливаемости. В результате может потребоваться корректировка процедуры сварки.

Типичными областями применения мартенситных сталей обычно являются те, которые требуют высокой прочности и хорошего сопротивления усталости, с относительно простыми поперечными сечениями (хотя профили горячештампованных деталей становятся все более сложными).Хорошими кандидатами на роль мартенситных деталей являются дверные балки, усиливающие балки бампера, усилители боковых порогов и усилители поясной ленты.

Увеличение числа приложений

В сочетании с соответствующими технологиями производства современные высокопрочные стали предлагают возможности для уменьшения веса продукта, повышения ударопрочности, консолидации производственного процесса и снижения затрат.

Эти конструкционные стали находят все большее применение в различных отраслях обрабатывающей промышленности, и их использование должно продолжать расти по мере того, как инженеры-технологи и технологи знакомятся с различными технологиями, необходимыми для обеспечения технологичности.Во второй статье этой серии из двух частей будут освещены некоторые из этих методов и проблем, которые следует учитывать при обработке эти сорта.

Ссылки

1. J.R. Fekete, A.M. Стибич, М.Ф. Ши, «Сравнение реакции HSLA и двухфазной листовой стали при динамическом раздавливании», Общество автомобильных инженеров (SAE), 2001-01-3101.

2. М. Камура, Ю. Уцуми, Ю. Омия и Ю. Кавамото, «Устойчивость к ударам и точечная сварка отожженного гальваническим способом стального листа DP800», Сообщество инженеров автомобильной промышленности (SAE), 2001-01-3094.

.

сталь | Состав, свойства, типы, марки и факты

Основной металл: железо

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали

Железная руда является одним из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений - производство стали. В сочетании с углеродом железо полностью меняет свой характер и становится легированной сталью.

Encyclopdia Britannica, Inc. Посмотреть все видеоролики к этой статье

Основным компонентом стали является железо, металл, который в чистом виде не намного тверже меди.За исключением крайних случаев, железо в твердом состоянии, как и все другие металлы, является поликристаллическим, то есть состоит из множества кристаллов, которые соединяются друг с другом на своих границах. Кристалл - это упорядоченное расположение атомов, которое лучше всего можно представить как сферы, соприкасающиеся друг с другом. Они упорядочены в плоскостях, называемых решетками, которые определенным образом пронизывают друг друга. Для железа структуру решетки лучше всего можно представить в виде единичного куба с восемью атомами железа в углах. Для уникальности стали важна аллотропия железа, то есть его существование в двух кристаллических формах.В объемно-центрированном кубе (ОЦК) в центре каждого куба находится дополнительный атом железа. В расположении гранецентрированного куба (ГЦК) есть один дополнительный атом железа в центре каждой из шести граней единичного куба. Важно отметить, что стороны гранецентрированного куба или расстояния между соседними решетками в ГЦК-конфигурации примерно на 25 процентов больше, чем в ОЦК-структуре; это означает, что в структуре ГЦК больше места, чем в структуре БЦК, для хранения посторонних ( i.е., легирующих) атомов в твердом растворе.

Железо имеет аллотропию ОЦК ниже 912 ° C (1674 ° F) и от 1394 ° C (2541 ° F) до точки плавления 1538 ° C (2800 ° F). Называемое ферритом, железо в его ОЦК-образовании также называется альфа-железом в более низком температурном диапазоне и дельта-железом в более высокотемпературной зоне. Между 912 ° и 1394 ° C железо находится в порядке ГЦК, которое называется аустенитом или гамма-железом. Аллотропное поведение железа сохраняется, за некоторыми исключениями, в стали, даже когда сплав содержит значительные количества других элементов.

Существует также термин бета-железо, который относится не к механическим свойствам, а к сильным магнитным характеристикам железа. Ниже 770 ° C (1420 ° F) железо является ферромагнитным; температуру, выше которой он теряет это свойство, часто называют точкой Кюри.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

В чистом виде железо мягкое и, как правило, не используется в качестве конструкционного материала; основной метод его упрочнения и превращения в сталь - добавление небольшого количества углерода.В твердой стали углерод обычно присутствует в двух формах. Либо он находится в твердом растворе в аустените и феррите, либо находится в виде карбида. Форма карбида может быть карбидом железа (Fe 3 C, известный как цементит) или карбидом легирующего элемента, такого как титан. (С другой стороны, в сером чугуне углерод проявляется в виде хлопьев или кластеров графита из-за присутствия кремния, подавляющего образование карбидов.)

Влияние углерода лучше всего иллюстрируется диаграммой равновесия железо-углерод.Линия A-B-C представляет точки ликвидуса (, т.е. температуры, при которых расплавленное железо начинает затвердевать), а линия H-J-E-C представляет точки солидуса (при которых затвердевание завершается). Линия A-B-C указывает на то, что температуры затвердевания снижаются по мере увеличения содержания углерода в расплаве железа. (Это объясняет, почему серый чугун, содержащий более 2 процентов углерода, обрабатывается при гораздо более низких температурах, чем сталь.) Расплавленная сталь, например, с содержанием углерода 0.77 процентов (показано вертикальной пунктирной линией на рисунке) начинают затвердевать при температуре около 1475 ° C (2660 ° F) и полностью затвердевают при температуре около 1400 ° C (2550 ° F). С этого момента все кристаллы железа находятся в аустенитном - т. Е. ГЦК - положении и содержат весь углерод в твердом растворе. При дальнейшем охлаждении происходит резкое изменение примерно при 727 ° C (1341 ° F), когда кристаллы аустенита превращаются в тонкую пластинчатую структуру, состоящую из чередующихся пластинок феррита и карбида железа.Эта микроструктура называется перлитом, а изменение называется эвтектоидным превращением. Перлит имеет твердость алмазной пирамиды (DPH) приблизительно 200 килограммов-сил на квадратный миллиметр (285 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению с DPH 70 килограммов-сил на квадратный миллиметр для чистого железа. Охлаждение стали с более низким содержанием углерода (, например, 0,25 процента) приводит к получению микроструктуры, содержащей около 50 процентов перлита и 50 процентов феррита; он мягче, чем перлит, с DPH около 130.Сталь с содержанием углерода более 0,77 процента, например 1,05 процента, содержит в своей микроструктуре перлит и цементит; он тверже перлита и может иметь DPH 250.

Диаграмма равновесия железо-углерод.

Encyclopædia Britannica, Inc. .

Обзор микроструктур стали

Рисунок 1 . Небольшие промежутки между атомами, называемые пустотами, - это места, где подходят такие небольшие элементы, как углерод и азот. По мере того, как легирование увеличивается, напряжение в атомной решетке увеличивается, требуя большего усилия для деформации заготовки, тем самым увеличивая прочность.

Любой чистый элемент мягок и пластичен. Вот почему обручальные кольца никогда не делают из чистого 24-каратного золота. Обычно они сделаны из 12-каратного золота, которое на 50 процентов состоит из золота и на 50 процентов «примесей».”

Точно так же чистое железо чрезвычайно мягкое и не используется в конструкциях. Однако железо с содержанием углерода до 2 процентов известно как сталь, что делает его наиболее широко используемым конструкционным материалом в мире.

Микроскопически чистое железо можно представить как трехмерную решетку из сложенных бильярдных шаров. Для большинства низкоуглеродистых сталей более 99 процентов микроструктуры по-прежнему составляет железо, а все остальные элементы, объединяясь, обычно составляют менее 1 процента от общего состава.Как бы хорошо ни были упакованы бильярдные шары, между ними всегда будут какие-то зазоры. Эти небольшие промежутки известны как пустоты. В эти зазоры могут поместиться мельчайшие элементы, такие как углерод и азот. Более крупные атомы, такие как марганец, магний, кремний и фосфор, замещают железо в решетке (см. Рисунок 1).

Когда очень небольшая часть промежутков между решеткой железа занята атомами углерода, эта сталь без зазоров (IF) имеет микроструктуру из феррита .Феррит имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую структуру (см. , рис. 2а, ). Феррит - это мягкая, пластичная микроструктурная фаза, похожая на чистое железо.

Существует предел того, сколько углерода может поместиться в зазоры в ферритной структуре: 0,02 процента углерода при 1340 градусах F (725 градусов Цельсия), но снижается до 0,006 процента (60 частей на миллион) углерода при комнатной температуре.

Зазоры немного больше в фазе, известной как аустенит , которая имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру (см. , рис. 2b, ).При температуре около 2100 градусов F (1150 градусов C) в микроструктуру аустенита может поместиться до 2 процентов углерода.

Поскольку сталь медленно остывает от этой температуры и углерод вытесняется из раствора, аустенит превращается в комбинацию феррита и другой фазы, называемой цементитом , также известным как карбид железа, который имеет химический состав Fe3C. Количество образующегося цементита зависит от количества углерода в стали. Поскольку феррит не может содержать более 60 частей на миллион углерода при комнатной температуре, остальная часть углерода превращается в цементит.

В отличие от феррита, цементит имеет характеристики керамики: очень твердый и хрупкий, с низкой ударной вязкостью и низким сопротивлением возникновению и распространению трещин. Смесь феррита и цементита называется перлит , потому что под микроскопом она выглядит как перламутр с чередующимися слоями феррита и цементита.

Мартенсит выходит на поверхность

При более быстром охлаждении возникает другая динамика. Выше критической скорости охлаждения (обычно быстрее, чем 86 градусов по Фаренгейту в секунду, но в зависимости от сплава), избыточный углерод аустенита FCC не успевает диффундировать из кристаллической структуры и образовывать цементит.Вместо этого углерод захватывается теперь почти чистым железом и вытесняется в промежуточные места, которые недостаточно велики для размещения атомов углерода. Это искажает и деформирует кристаллическую матрицу в объемно-центрированную тетрагональную (BCT) структуру (см. , рис. 2c ), образуя твердую фазу, называемую мартенситом .

При более высоком содержании углерода больше углерода вмерзает в структуру BCT, дополнительно напрягая кристаллическую матрицу. Вот почему твердость мартенсита увеличивается с увеличением содержания углерода.Объем мартенситной структуры BCT больше, чем объем аустенита FCC, поэтому свежепревращенный мартенсит сжимается окружающей матрицей.

Рисунки 2a, 2b и 2c . Это примеры кристаллографических структур. Разные цвета представляют разные слои атомов железа. Размер атомов железа практически одинаков в каждой из этих структур. Единственные отличия заключаются в плотности, размерах и размерах зазоров внутри этих элементарных ячеек.В эти зазоры могут поместиться мельчайшие элементы, такие как углерод. Феррит (а) имеет объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру. Аустенит (б) имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Мартенсит (c) имеет объемноцентрированную тетрагональную кристаллическую структуру.

Если мартенсит нагревается, углерод имеет возможность диффундировать из структуры BCT, уменьшая искажение кристаллической матрицы, что приводит к снижению твердости и повышению ударной вязкости. Эта термообработка дает микроструктуру феррита и карбида железа (Fe3C), которая называется отпущенным мартенситом .Сильно деформированная мартенситная матрица приводит к увеличению количества центров зарождения Fe3C в отпущенном мартенсите, что приводит к более диспергированному распределению Fe3C, чем это наблюдается в ламеллярной (слоистой) структуре перлита. Объем BCC-феррита меньше, чем объем BCT-мартенсита, так что при отпуске мартенсита некоторые из остаточных мартенситных сжимающих напряжений при переходе аустенит-мартенсит снимаются.

Остаточный аустенит - термин, используемый для аустенита, который не превращается в мартенсит во время закалки.Количество остаточного аустенита является функцией нескольких факторов, включая содержание углерода и легирование, специально способствующие сохранению аустенитной структуры. Например, аустенитные нержавеющие стали, такие как 304 и 316, спроектированы так, чтобы быть полностью аустенитными при комнатной температуре.

Бейнит - это еще одна микроструктура, которая может образовываться при охлаждении аустенита. Обычно он состоит из комбинации феррита, цементита и остаточного аустенита. Поскольку скорость охлаждения для образования бейнита ниже, чем скорость охлаждения, необходимая для образования мартенсита, углерод имеет некоторую возможность диффундировать из аустенита FCC, что позволяет образовывать феррит BCC.Оставшийся аустенит обогащен углеродом, что приводит к осаждению цементита. Однако медленные скорости охлаждения, которые создают плоскую хрупкую структуру перлита, не существуют; более высокая скорость охлаждения, необходимая для получения бейнита, дает более твердым компонентам микроструктуры достаточно энергии для преобразования в более округлую форму.

Бейнитные микроструктуры обладают наилучшим балансом прочности и пластичности. Скорость охлаждения достаточно высока для увеличения прочности, в то время как округлые твердые микроструктурные составляющие не так склонны к зарождению и распространению трещин, чем если бы они были плоскими и удлиненными.Благодаря балансу прочности и прочности все большее количество автомобильных колес и рычагов подвески изготавливается из бейнитных сталей.

(Рисунок 1 взят с http://image.thefabricator.com/a/stamping-101-material-guidelines-atom-interstices.gif)

.

Характеристики армирования стальной фиброй при уменьшении размера бетона на основе золы-уноса

Была предпринята попытка поведения склеенных стальных волокон в высокопрочном бетоне при уменьшении размеров бетона. Клееные стальные волокна с обоими загнутыми концами, имеющими отношение длины к диаметру 70, добавляли при уровне дозировки от 0,5% до 1,5% по объему. Исследование было проведено для анализа влияния добавления волокна на уменьшение толщины бетонного элемента. Была разработана высокопрочная бетонная смесь и залиты бетонные призмы разной толщины для разной объемной доли стальных волокон.Свойства затвердевшего бетона были определены на основе компонентов смеси, таких как отношение воды к вяжущему 0,3 (вес / вес), дозировка суперпластификатора, соотношение мелкого и крупного заполнителя 0,6 (F / c) и уровень замещения летучей золы 25% и 50%. по массе содержания связующего. Результаты экспериментальных испытаний показали, что прочность на изгиб изменяется в зависимости от глубины бетонного образца. Можно заметить, что уменьшение размера до 10% крупности, содержащей 25% летучей золы, с 1,5% стальной фибры показало лучшее повышение прочности на 4.70 МПа и 6,69 МПа в течение 7 суток и 28 суток соответственно. Кроме того, добавление стальной фибры при более высоком процентном содержании золы-уноса, содержащей 50%, показало лучшее улучшение прочности на изгиб при уменьшении размера на 5% по сравнению с простой бетонной балкой, которая показала более высокую нагрузочную способность 6,08 МПа через 28 дней и показал рост на 7,99%.

1. Введение

Добавление фибры в обычный бетон, как известно, улучшает свойства хрупкого разрушения бетона, поскольку контролирует распространение трещин в матрице.Однако тщательный выбор типа волокон потенциально может быть использован для улучшения ударной вязкости бетона. Беспорядочное рассеяние волокон в бетоне может обеспечить однородные свойства во всех направлениях. Основная роль волокон, вводимых в простой бетон, заключается в развитии достаточной прочности на разрыв для эффективного перекрытия трещин при нагрузке. Можно заметить, что добавление волокон в бетон показывает более высокую степень пластического разрушения, что приводит к значительному уменьшению ширины трещин.Пластическая деформация, возникающая в области после трещины, является дополнительным преимуществом, которое в первую очередь обеспечивается дискретными механизмами армирования. Типичное применение волокон отмечено в случае высокопрочного бетона из-за волокон с высокой хрупкостью, имеющих более значительные преимущества с точки зрения повышения прочности на изгиб, модуля упругости и долговечности. Высокопрочный бетон проявляет большую хрупкость при сжатии, а добавление стальной фибры в бетон улучшает удержание, долговечность и деформируемость бетона [1, 2].В нескольких исследованиях было замечено, что добавление стальных волокон в обычный бетон значительно улучшило прочность на изгиб, вязкость разрушения, сопротивление тепловому удару и ударную нагрузку для различных марок бетона [3, 4]. Также было продемонстрировано, что добавление стальной фибры показало значительное улучшение прочности бетона на сдвиг или может частично заменить вертикальные хомуты в конструктивных элементах RC. Применение подразумевает добавление стальной фибры в критических сечениях, таких как соединения балки и колонны, придает необходимую пластичность.Стальные фибры могут улучшить характеристики после образования трещин и снизить хрупкость нормального и высокопрочного бетона, улучшая характеристики разрушения высокопрочного бетона [5, 6]. Также было замечено, что распространение трещины контролируется стальными волокнами вдоль плоскости излома. Волокна, обычно связанные с матрицей, демонстрируют распространение трещин после растрескивания матрицы и показывают вырывание волокон из матрицы, демонстрируя прочность связи между стальным волокном и матрицей.И матрица, и прочность волокна на разрыв играют важную роль в прочности связи или сопротивлении вырыванию стального волокна из матрицы [7–9]. Сделан также вывод о том, что объемная доля стальной фибры и прочность на разрыв стальной фибры не оказывают существенного влияния на прочность на сжатие и модуль упругости бетона. Однако использование стальных волокон с высокой прочностью на разрыв показало значительное улучшение прочности на разрыв и прочности на изгиб со значительными улучшениями, отмеченными при увеличении дозировки волокна [10, 11].Также подчеркивается, что связь между стальными волокнами и матрицей играет важную роль в улучшении пластичности, прочности на первые трещины и прочности на изгиб [12, 13]. Из анализа литературы можно резюмировать, что эффективность армирования волокон зависит от объемной доли волокна и свойств матрицы. Из обзора также можно отметить, что совместимость между матрицей и стальной фиброй может быть очень важной для улучшения поведения после растрескивания и свойств разрушения высокопрочного бетона.Очень важно дать всестороннее представление о характеристиках стальной фибры в бетоне, уделяя особое внимание эффективности армирования в матрице.

Значимость исследований . Армирующие свойства дискретных стальных волокон в высокопрочной матрице могут обеспечить потенциальные преимущества в отношении свойств после образования трещин, а также упрочнить матрицу без растрескивания. В настоящем исследовании были изучены новые результаты исследований по повышению прочности на изгиб с соответствующим уменьшением размера бетонного элемента.Это исследование показывает значение общего уменьшения объема бетона с эффективностью армирования стальной фиброй при различной объемной доле.

2. Методика экспериментов
2.1. Используемые материалы
2.1.1. Обычный портландцемент (класс 53) IS 12262 1969 [14]

Химический состав и основные свойства цемента, использованного в исследовании, приведены в таблице 1.


Описание Консистенция
(%)
Время начального схватывания Время окончательного схватывания Удельный вес Крупность цемента (%) Прочность цементного раствора на сжатие (1: 3)
(МПа)
Минуты 3 дня 7 дней 28 дней

Значения 31 120 260 3.19 3 23,96 27,10 43,32

2.1.2. Мелкий заполнитель

Используемый мелкий заполнитель был получен из местного русла реки. Модуль крупности мелкого заполнителя составил 3,05 при удельном весе 2,59 и соответствует стандарту IS 383-1970, который попадает в градацию зоны III.

2.1.3. Крупный заполнитель

Гранитный синий металлический камень, используемый в качестве крупных заполнителей, пропускают через сито 20 мм и получают на 12.5 мм. Модуль крупности крупного заполнителя составлял 6,82, а удельный вес - 2,61.

2.1.4. Клееные стальные волокна

В исследовании использовались клееные стальные волокна с крючками на обоих концах. Свойства и снимок стальных волокон приведены в Таблице 2 и на Рисунке 1.


Материал Внешний вид Относительная плотность (г / куб.см) Длина (мм) соотношение Диаметр (мм) Предел прочности на разрыв Деформация разрушения (%)

Стальная фибра Оба конца зацеплены 7.65 35 70 0,5 1721 МПа 3,2


2.1.5. Химический суперпластификатор

Имеющийся в продаже ускоритель на основе нитрата кальция (Cerachem-Acl) был использован для ускорения пуццолановой реакции в бетоне из летучей золы, который имел значение удельного веса 1,82 и содержание твердого вещества 25%, а также для улучшения свойств удобоукладываемости. свежего бетона добавляли суперпластификатор на основе поликарбоксилатного эфира (PCE) при 1.5% (от веса связующего) для получения желаемого диапазона удобоукладываемости от 75 до 100 мм осадки.

2.1.6. Вода

В ходе экспериментальных работ использовалась обычная питьевая вода, не содержащая масел, щелочей и любых других органических примесей.

2.1.7. Пропорции смесей тестовых образцов

В экспериментальных исследованиях до настоящего времени использовались семь бетонных смесей (MC1, MSF1, MSF2, MSF3, MSF7, MSF8 и MSF9) с фиксированным отношением воды к связующему (w / b) 0,3 и мелким и крупным заполнителем. соотношение (F / c) 0.6. Кроме того, уровень замены летучей золы класса F на уровне 25% и 50% (по весу содержания связующего) на клееные стальные волокна (с крючками на обоих концах) в количестве 0,5%, 1,0% и 1,5% (по массе содержания связующего) ) был использован. Чтобы улучшить скорость набора прочности, добавленный уровень дозировки ускорителя был фиксированным на уровне 1%, и 1,5% суперпластификатора на основе поликарбоксилового эфира (PCE) использовали для улучшения удобоукладываемости. Подробные пропорции смеси различных бетонных смесей, испытанных в исследовании, приведены в таблице 3.


Id смеси w / b соотношение F / c соотношение B / Ta соотношение Волокна% Acl% Цемент Летучая зола Тонкая агрегат кг / м 3 Крупный заполнитель Вода

MC1 0,3 0,6 0,26 0 0 473 0 672 1113 142
MSF1 0.3 0,6 0,26 0,5 1 355 118 672 1113 142
MSF2 0,3 0,6 0,26 1,0 1 355 118
.

Смотрите также