Стали для строительных конструкций. Структура стали. Химический состав стали. Механические свойства стали, страница 2

Молибден (М) и бор (Р) обеспечивают образование закалочных структур (бейнита и мартенсита), что очень важно при получении высокопрочного проката больших толщин с удовлетворительной пластичностью и неразупрочняющегося при сварке.

Азот (А) может оказывать двоякое влияние. В несвязанном состоянии способствует старению стали и делает ее хрупкой. В  химически  связанном состоянии с алюминием, титаном и другими элементами азот, образуя нитриды, становится легирующим элементом, улучшающим структуру и механические характеристики стали.

Можно назвать еще целый ряд легирующих добавок, вступающих в соединения с углеродом с образованием карбидов, либо в соединение с азотом с образованием нитридов, а также способных растворяться в феррите: это хром (Х), ванадий (Ф), вольфрам (В), титан (Т), никель (Н).

Большое влияние на свойства сталей оказывают вредные примеси, к их числу относятся:

фосфор,  образуя раствор с ферритом, повышает хрупкость стали при пониженных температурах (хладноломкость). Содержание фосфора ограничивается до 0,04 %;

сера,  делает сталь красноломкой, т.е. склонной к образованию трещин при высоких температурах вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. Содержание серы ограничивается до 0,05 %.

Водород, кислород, азот могут попасть в расплавленную сталь из воздуха:

водород  увеличивает хрупкость и снижает прочность стали;

кислород действует подобно сере, но в более сильной степени повышает хрупкость;

азот  увеличивает хрупкость и снижает сопротивляемость старению.

Механические свойства стали

Важнейшими показателями механических свойств стали являются прочность и пластичность.

Прочность  определяется сопротивляемостью стали внешним воздействиям.

Пластичность - свойство материала не возвращаться в первоначальное состояние после снятия нагрузок, т.е. получать остаточные деформации.

Прочность стали, а также ее упругие и пластические свойства определяются испытанием на растяжение. Используются стандартные образцы двух типов: короткие , где l- длина образца,  - диаметр, и длинные . По результатам испытаний строят диаграмму растяжения стали в осях , где - напряжение в образце, вычисляемое как отношение растягивающего усилия N к первоначально замеренной площади сечения образца А;  - относительная деформация (удлинение), значение которой определяется как удлинение образца Dl в процентах от  первоначальной его длины l, т.е. .

В начале диаграммы, на участке «о – а»  (рис. 2.1 и 2.2), зависимость между  и  может быть выражена законом Гука: , где Е - нормальный модуль упругости стали, равный 206000 МПа. Наибольшее напряжение, при котором деформации пропорциональны напряжениям, называются пределом пропорциональности σ_пц .

Диаграмма малоуглеродистой стали (рис. 2.1) имеет горизонтальный участок “б - в”, т.е. деформации нарастают при как будто бы постоянном напряжении. На самом деле напряжения будут расти, так как площадь поперечного сечения образца будет непрерывно уменьшаться, поэтому диаграммы, представленные на рис. 2.1 и 2.2, являются условными.

Горизонтальный участок на диаграмме малоуглеродистой стали называется площадкой текучести, а напряжение, соответствующее ей, пределом текучести и обозначается . Наличие у материала площадки текучести положительно сказывается на работе конструкций.

На диаграмме растяжения легированной стали (рис. 2.2) площадка текучести отсутствует, что обусловлено особенностями ее структуры. За условный предел текучести для легированных сталей принимают напряжения, при которых  остаточные  деформации после снятия нагрузки составляют 0,2 %.