Стали для металлических конструкций

Стали, применяемые для изготовления металлоконструкций, должны удовлетворять требованиям государственных стандартов и иметь сертификаты. Углеродистые стали (ГОСТ 380-71*) в зависимости от назначения и гарантируемых характеристик подразделяются на группу А, поставляемую по механическим свойствам, группу Б, поставляемую по химическому составу, и группу В, поставляемую по механическим свойствам и с отдельными требованиями по химическому составу, и могут изготовляться как мартеновским, так и конверторным способом. В обозначении марок сталей буквы Ст означают «сталь», цифры 2, 3, 4 – условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, СП – спокойная. Углеродистая сталь для изготовляемых с помощью сварки или привариваемых несущих металлических конструкций должна содержать углерода не более 0,22 %, а для привариваемых литых деталей – не более 0,25 %.

В основу обозначения марок низколегированных сталей положен их химический состав. Число, стоящее перед буквенными обозначениями, соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Отдельные компоненты, входящие в состав сталей, име5ют следующие обозначения: марганец – Г, кремний – С, хром – Х, никель – Н, медь – Д, азот – А, ванадий – Ф, молибден – М, алюминий – Ю, углерод – У. Цифры после букв указывают процентное содержание соответствующего элемента в целых единицах. Если количество какого-либо компонента составляет менее 0,3%, то такой компонент в обозначение стали не вносится. По сравнению с углеродистыми сталями они имеют более высокие механические характеристики (временное сопротивление и предел текучести), повышенную хладостойкость, лучшую износостойкость, нормальную свариваемость, но большие значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений (см.разд.І, гл.5). Поэтому часто применение низколегированных сталей неэффективно в случае, если определяющим является не прочность от действия наибольших нагрузок, а долговечность от действия переменных нагрузок.

Для правильного выбора марки стали и ее качества (для углеродистых сталей применение спокойной, полуспокойной или кипящей стали) следует учитывать опасность хрупкого разрушения [О.21, О.57, 2, 3, 5, 6, 13]. Для появления хрупкой трещины определяющими являются обстоятельства, снижающие пластичность, а именно: трехосное напряженное состояние (по этой причине наибольшая толщина проката в сварных элементах из малоуглеродистой стали не должна превышать 50 мм., из низколегированной – 40 мм.[9], низкие температура и ударная нагрузка. Номинальные разрушающие напряжения при этом могут составлять 0,1-0,8 от предела текучести стали [6]. Стали для сварных металлических конструкций кранов должны соответствовать указанным в табл. І.І.І – І.І.6, где под толщиной проката следует понимать: для листов – толщину листа, для уголков – толщину полки, для труб – толщину стенки трубы, для швеллеров и двутавров – величину t из соответствующих стандартов.

В табл. І.І.І приведены малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов по данным РТМ 24.090.52-85 (материалы для сварных металлических конструкций) для расчетной температуры до -20ºС. Ударная вязкость малоуглеродистых сталей приведена в табл. І.І.2, а стали для вспомогательных элементов конструкций – в табл. І.І.3.

Для несущих сварных металлических конструкций кранов с расчетной температурой -20ºС, а также для снижения металлоемкости кранов с расчетной температурой выше -20ºС рекомендуется применять низколегированные стали в соответствии с данными по температуре в табл. І.І.4 (от – 20 до -40 ºС), в табл. І.І.5 (от – 40 до -65 ºС) и в табл. І.І.6 [О.7, 13]. Для металлических конструкций кранов, предназначенных для эксплуатации в районах с влажным тропическим климатом и в атмосфере с повышенной коррозионной активностью, следует применять стали с гарантированным содержанием меди (в марочное обозначение сталей входит буква Д), отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью.

В сварных соединениях кранов всех типов, работающих при расчетной температуре до -20ºС, допускается применять сочетание малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Из сталей высокой прочности для сварных конструкций козловых кранов большой грузоподъемности нашла применение сталь 12ГН2МФАЮ [4] с механическими характеристиками: σв = -(690÷880) МПа, σт = 590÷780 МПа, δ5 = 14%, ударная вязкость αн = 30 Дж/см2 при -70ºС.

Стоимость листовой стали от стоимости стали марки ВСт3 (130 руб./т) согласно Прейскуранту № 01-10 составляет: 09Г2С – 115% (150 руб./т), 10ХСНД – 170% (220 руб./т).

Материалы заклепок, болтов и электродов для металлических конструкций приведены в табл.  І.І.7, а механические свойства применяемых для конструкций сталей – в табл. І.І.І, І.І.2. І.І.6.

1.1.1 Малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов (РТМ 24.090.52-.85)

1.1.1 Малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов (РТМ 24.090.52-.85)


Продолжение табл.1.1.1

1.1.1 Малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов (РТМ 24.090.52-.85)


Продолжение табл.1.1.1

1.1.1 Малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов (РТМ 24.090.52-.85)
¹ Цифры после указания степени раскисления (сп, пс) обозначают категории сталей: 2 – без проверки ударной вязкости, 3 – проверка ударной вязкости при +20ºС, 4 – то же при -20ºС, 5 – то же при -20ºС и после механического старения. ²Для кранов режимов работы групп ІК – 5К (табл.І.2.9) ³Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца к обозначению марки стали после номера марки ставят букву Г. 4 Показатели качества труб: группа В – механические свойства и химический состав, группа Г – механические свойства после термообработки и химический состав


1.1.2 Малоуглеродистые стали. Ударная вязкость (ГОСТ 380-71*)

1.1.2 Малоуглеродистые стали. Ударная вязкость (ГОСТ 380-71*)

Примечания: 1. См. сноски к табл.1.1.1. 2. Ударная вязкость стали марки 16Д по ГОСТ 6713-75* (углерод 0,10-0,18; медь (Д) 0,20-0,35; хром (Х) и никель (Н) до 0,30; кремний (С) 0,12-0,25; марганец (Г) 0,40-0,70) Дж/см2при температуре +20ºС после механического старения и при – 20ºС в состоянии поставки для листовой стали ≥35; для сортовой, широкополосной и фасонной стали ≥40. 3. Модуль продольной упругости малоуглеродистых и низколегированных сталей 2,1·105МПа


1.1.3 Малоуглеродистые стали для вспомогательных нерасчетных элементов конструкций: лестниц, перил, настилов, кожухов, обшивок кабин (РТМ 24.090.52-85)

1.1.3 Малоуглеродистые стали для вспомогательных нерасчетных элементов конструкций: лестниц, перил, настилов, кожухов, обшивок кабин (РТМ 24.090.52-85)

Примечания: 1. См.сноски к табл.1.1.1. 2. Стали группы В следует применять с гарантированной свариваемостью


1.1.4. Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов и кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (расчетная температура до -40ºС) (РТМ 24.090.52-85)

1.1.4. Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов и кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (расчетная температура до -40ºС) (РТМ 24.090.52-85)

1 Цифра 12 после указания марки стали обозначает категорию стали с проверкой ударной вязкости при -40ºС и после механического старения. Ударная вязкость в зависимости от марки стали составляет от 30 до 40 Дж/см22 Показатели качества труб: группа В – механические свойства и химический состав. 3 Для кранов легкого и среднего режимов работы группы 1К-5К см.табл.1.2.9.  4 Применять только по специальной техноло-гии ПО «Сибтяжмаш».  5 Содержание кремния в стали марки 10ХСНД допускается не более 0,9%.   6 Механические свойства низколегированных сталей приведены в табл. 1.1.6


1.1.5 Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов, кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (расчетная температура до -65 ºС)   (РТМ 24.090.52-85)

1.1.5 Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов, кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (расчетная температура до -65 ºС) (РТМ 24.090.52-85)

Примечание: 1. Цифра 15 после указания марки стали обозначает категорию стали с проверкой ударной вязкости при -70ºС и после механического старения.  2. Содержание кремния в стали марки 10ХСНД допускается не более 0,9%.  3. Механические свойства низколегированных сталей см. в табл. 1.1.6


1.1.6 Механические свойства низколегированных сталей, применяемых в металлических конструкциях (ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*)

1.1.6 Механические свойства низколегированных сталей, применяемых в металлических конструкциях (ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*)

Примечание: 1. Для толщины проката 4 мм. Ударная вязкость не нормируется. 2. Ударная вязкость при температуре -20 ºС должна быть не ниже норм, установленных для температуры -40 ºС. Ударная вязкость при температуре -50 ºС и -60 ºС должна быть не ниже норм, установленных для температуры -70 ºС. 3. При условии обеспечения механических свойств допускается поставка сталей без термической обработки. 4. Прокат должен выдерживать испытания на изгиб в холодном состоянии на оправке диаметром, равным двум толщинам, на угол 180º