Кіріспе: Қазіргі заманғы құрылымдардың материалдық негізі
Құрылыс болаты — ғимараттар, көпірлер, өнеркәсіптік ғимараттар мен көлік жүйелері сияқты қазіргі заманғы құрылыс пен инфрақұрылымның негізі болып табылады; ол құрылымдық беріктік, пластикалықтық және тұрақтылық қасиеттерін қамтамасыз етеді. Тиімді болат материалдарын таңдау — құрылымдық өнімділікке, өндіріс қарқынына, өмірлік цикл бойынша шығындарға және қауіпсіздікке тікелей әсер ететін маңызды инженерлік шешім. Құрылымдық болат құрылымдары — әртүрлі қолданыстар үшін белгілі механикалық қасиеттерге, коррозияға төзімділікке және дәнекерленуге қабілеттілікке ие болат материалдарының нақты классификацияланған диапазондарына сүйенеді. . Құрылымдық болаттардың жіктелуін түсіну — көміртекті болаттардан бастап жоғары беріктікті төмен легирленген маркаларға, ауа-райына төзімді болаттарға дейін және коррозияға төзімді болаттарға дейін — инженерлер мен өндірушілерге әрбір жобаның нақты талаптарына сәйкес материалды таңдауды оптималды етуге мүмкіндік береді. Бұл мақала құрылымдық болаттардың жіктелуін, олардың негізгі қасиеттерін және құрылыс пен инженерлік саладағы негізгі қолданыстарын толық қамтиды.
Көміртекті құрылымдық болаттар: Жалпы құрылыстың негізгі материалдары
Көміртекті құрылымдық болаттар — құрылымдық болат өндірісінің негізін құрайды; олар өте жақсы дәулеттілігі, пішіндеуге қабілеттілігі және тиімділігімен ерекшеленеді. Бұл болаттар көбінесе 0,30%-дан төмен көміртектің мөлшерімен сипатталады, бұл жақсы пластикалық қасиетке және дәулеттілікке қамқорлық етеді. . Американдық ASTM жүйесінде, Astm a36 әлемде ең көп таңдалатын құрылымдық көміртекті болат ретінде танылады, оның минималды ағысу беріктігі 36 ksi (250 MPa), созылу ауқымы 58–80 ksi (400–550 MPa) . Оның жеңіл өңделетін химиялық құрамы мен кең таралуы әртүрлі тақталар, негіз тақталар, қосылатын тақталар, көтергіш тақталар, және екіншілік құрылымдық элементтер үшін әдеттегі таңдау болып табылады . Төмен көміртекті эквивалент (CE) — 0,35–0,40% — A36 болатына 25 мм-ге дейінгі қалыңдықта алдын ала қыздырмай-ақ тамырлық пішінде дәл қосылу мүмкіндігін береді .
ASTM A572 Grade 50 көміртекті құрылымдық болаттың келесі деңгейін білдіреді, оның минималды ағысу беріктігі 50 ksi (345 MPa) болатын жоғары беріктікті төмен легирленген (HSLA) құрамы арқылы қол жетімді, ал гранулаларды іріктеу мен шөгу арқылы беріктікті арттыру үшін колумбий (ниобий) пен ванадий қосылған . Бұл марка A36 болатына қарағанда шамамен 38% жоғары беріктік көрсетеді, ол жеңіл құрылымды бөліктерді жасауға және материалдың тұтынуын азайтуға мүмкіндік береді. A572 Grade 50 коммерциялық және өнеркәсіптік каркастардағы ғимараттардың бағандары, аралықтары және жүкті ұстаушы элементтері үшін кеңінен қолданылады.
Еуропалық жүйеде құрылымдық болаттар «S» әрпімен белгіленеді, одан кейін минималды ағу шегі мегапаскальмен көрсетіледі. S235 (235 МПа), S275 (275 МПа) және S355 (355 МПа) EN 10025 стандарты бойынша ең көп таралған маркаларды көрсетеді . S355, атап айтқанда, ASTM A572 Grade 50 стандартына сәйкес келетін еуропалық марка болып табылады және теңіз құрылыстарында, көпір бөліктерінде және электр станцияларында кеңінен қолданылады . Қытай стандарттары да құрылымдық болаттарды солай санаттайды, мұнда Q235 (ағу шегі 235 МПа) тарихи негіз болып табылады, ал жоғары беріктікті маркалар мысалы Q355 , Q390 , Q420 және Q460 қазіргі заманғы құрылыста барынша кең таралып кетті .
Жоғары беріктікті төмен легирленген (HSLA) болаттар: қатаң қолданыстар үшін жақсарылған сапа
HSLA болаттары құрылымдық материалдар технологиясында маңызды ілгерілеу болып табылады және көміртегі мөлшерін арттырмай, бақыланатын микролегирлеу арқылы жоғары механикалық қасиеттерді қамтамасыз етеді. Бұл болаттар 345 МПа-дан 690 МПа-ға дейінгі аққыштық шегін қамтамасыз етеді және өте жақсы дәнекерлену мен пішімделу қасиеттерін сақтайды . Ниобий, ванадий, титан, хром және молибден сияқты микролегирлеуші элементтердің қосылуы дән құрылымын жіңішкелтеді және тұнба беріктенуін қамтамасыз етеді .
HSLA болаттары әсіресе жоғары беріктік-салмақ қатынасын талап ететін, бірақ күрделі пішімдеу талаптарын қоймайтын құрылымдық бөлшектерге арналған. Олардың беріктігі, дәнекерленуі және боялуының үйлесімділігі автомобиль құрылымдары мен күшейткіштері, өнеркәсіптік рафтар жүйелері, сақтау қондырғылары, машина жасау компоненттері, аспанға ілінген крандар, теміржол вагондарын жасау, сонымен қатар жүк көліктері мен автобустардың рамалары сияқты қолданыстарға идеалды болып табылады құрылымдық қолданыста HSLA болаттары ғимарат элементтерінде, көпірлерде, жел турбиналарында және мобильді байланыс мұнараларында маңызды рөл атқарады hSLA болаттарының кеңінен қолданылуы гидравликалық компоненттер, машина жасау техникасы, көпірлер, кемелер және қысым кезінде жұмыс істейтін ыдыстар сияқты инженерлік салаларға созылады
Температура әсеріне төзімді болаттар: Ашық құрылымдар үшін өзін-өзі қорғайтын тұрақтылық
Атмосферадағы жағдайларға ұшыраған кезде қорғаныштық патинаны қалыптастыруға арналған арнайы құрылыс болаты — оның тауарлық белгісі COR-TEN немесе Corten деп белгілі . Мыс, хром, никель және фосфордың бақыланатын қосымшалары арқылы атмосфералық болатта одан әрі коррозияны баяулататын тұрақты, бекітілген шірік қабаты түзіледі . Бұл өзін-өзі қорғайтын қасиет көптеген қолданыстарда бояу немесе қорғаныш қабаттарын қолдануды қажет етпейді, сондықтан циклдық ұзақтықтағы ұсталым шығындары азаяды.
Атмосфералық болаттың ерекше қасиеттері оны ауа-райы әсеріне ұшырайтын құрылыстар үшін, мысалы, көпірлер (New River Gorge Bridge көпірі сияқты), электр ұстағыштары және метал құрылыстар үшін ерекше құнды етеді. Оның табиғи, мәтіндік көрінісі сондай-ақ архитектура, ландшафттық архитектура және өнер саласында жоғары бағаланады . Жиі қолданылатын салаларға фасадтар, көпірлер, дыбыс кедергілері, ыдыстар, қоршаулар, түтіктер, жинағыштар мен болат рамалы құрылымдар кіреді. Дұрыс таңдалып және орнатылған кезде, ауа-райына шыдамды болат өте ұзақ қызмет көрсету мерзімін қамтамасыз етеді; бірақ сулану жағдайларын болдырмау қажет, өйткені бұл коррозияны жеделдетуі мүмкін .
Коррозияға төзімді болаттар: Қатаң орталар үшін коррозияға төзімділік
Жоғары хром мөлшерімен (әдетте 10,5% немесе одан да көп) сипатталатын коррозияға төзімді болаттар агрессивті орталарда құрылымдық қолданыстар үшін өте жоғары коррозияға төзімділік қамтамасыз етеді. Бұл материалдар көптеген орталарда жақсы немесе өте жақсы коррозияға төзімділік көрсетеді, сондықтан олар коррозиялы орталарда құрылымдық тұрақтылық пен құрылымдық активтердің жақсартылған жұмыс сенімділігі үшін идеалды болып табылады. Коррозияға төзімді болаттар әрбір қолданыс үшін дұрыс таңдалған кезде құрылымдық бүтіндіктің біршама төмендеуінсіз жеңіл құрылымдарды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.
Құрылыс саласында аустенитті болат үш негізгі қолданыс аймағында пайдаланылады: ғимараттың сыртқы қабығы мен құрылымдық жүйелері, лифт жүйелері, сумен қамтамасыз ету құбырлары мен резервуарлары. Архитекторлар аустенитті болатты оның берік және экологиялық таза құрылымдар құруға мүмкіндік беретін қасиеті үшін бағалайды; оның қолданылу аясы құрылымдық элементтер мен қаптау материалдарынан дөңгелек және ішкі жабындарға дейін кеңістік алады. Фасадтар мен дөңгелектерде пайдаланылған кезде аустенитті болат қыздыру мен салқындатуға деген сұранысты азайтады, сондықтан энергия шығынын төмендетеді. Құрылымдық мақсатта пайдалануға арналған аустенитті болат өнімдері ғимараттарда, инженерлік-құрылыс жұмыстарында және тарату жүйелерінде дәнекерленген, бұрандалы және заклёвкаланған құрылымдар үшін арналған.
Құрылымдық болат үшін стандарттар мен таңдау критерийлері
Konstruktsiyalıq temirbeton materialdarınıң taңdauy құрамы, meхanikalyқ қасиеттері және сынақ талаптарын анықтайтын кең көлемді халықаралық стандарттарға бағынады. ASTM International басқарып отыратын америкалық жүйесінде жалпы конструкциялық көміртекті болат үшін A36, жоғары беріктіктегі төмен легирленген болат үшін A572, ғимараттардың каркасында қолданылатын конструкторлық профильдер үшін арнайы A992 және ауа-райына төзімді болат үшін A588 белгіленген. Еуропалық EN 10025 стандарты конструкторлық болаттарды алты санатқа бөледі: жалпы мақсаттағы болаттар, нормаланған дән тұрақты пішіндеу үшін пайдаланылатын болаттар, атмосфералық коррозияға төзімді конструкторлық болаттар, қоспалы емес конструкторлық болаттар, жоғары беріктіктегі суытылып және шынығу арқылы өңделген конструкторлық болаттар және термо-механикалық қысым арқылы өңделген дән тұрақты пішіндеу үшін пайдаланылатын болаттар . Қытайдың GB/T 700, GB/T 1591 және GB/T 4171 стандарттары сәйкесінше көміртекті конструкторлық болаттар, төмен легирленген жоғары беріктіктегі болаттар және ауа-райына төзімді болаттар үшін теңдестірілген спецификацияларды қамтиды .
Материалды таңдау кезінде бірнеше факторларды ескеру қажет: жүктеме сыйымдылығы үшін қажетті ақырық және созылу беріктігі, өндірістік тиімділік үшін дәнекерлеуге қабілеттілігі, төмен температурада пайдалану үшін беріктігі, сыртқы орта әсеріне қарсы коррозияға төзімділігі және жобаның экономикалық тиімділігі үшін құнының тиімділігі көпшілік ғимараттардың каркасы үшін ASTM A992 немесе S355 беріктік пен экономикалық тиімділіктің оптималды тепе-теңдігін қамтамасыз етеді ауыр өнеркәсіптік құрылыстар мен көпірлер үшін жоғары беріктікті HSLA маркалары немесе ауа-райына төзімді болаттар тиімді болуы мүмкін коррозияға ұшырайтын немесе гигиеналық орталар үшін шығыны жоғары болса да, шойын болаттар салыстырмайтын тұрақтылық ұсынады.
