Влияние внешних факторов на свойства стали


Изменение свойств строительных сталей

под воздействием внешних факторов


— Наклеп

— Старение

— Температурные воздействия

— Влияние окружающей среды

   Наклеп – увеличение упругой работы материала под воздействием пластических деформаций. При воздействии на сталь до уровня образования пластических изменений с последующим снятием нагрузки, образуется остаточная деформация, т.е. материал уже не может принять изначальное состояние. Вторичное нагружение и разгрузка, позволяют стали так же работать упруго, но только лишь до уровня изменений от первичного нагружения, остаточная деформация увеличивается еще больше. Многократные воздействия, выше границ упругих деформаций, значительно понижают пластичность стали и повышают ее жесткость, что в свою очередь приводит к повышению возможности хрупкого разрушения. При наклепе нарушается атомная структура стали, после чего она остается в деформируемом состоянии. В процессе производства металлоконструкций наклеп образуется во время рубки листовой стали на гильотине или холодном гибе на листогибочном станке. Однако когда пластичность не является важным параметром, заложенным в конструкции, наклеп применяют для увеличения границ упругой работы (например, в напряженных металлоконструкциях с использованием проволоки высокой прочности, в холоднотянутой арматуре и т.п.).

   Старение – способность низкоуглеродистых сталей изменять свои свойства, без значительного изменения своей структуры. Процесс старения незначительно увеличивает прочность стали, снижает ее пластичность и уменьшает возможность сопротивления хрупкому разрушению, одновременно понижается порог хладноломкости. При термическом старение, в сталях с низким содержанием углерода снижается растворимость азота и углерода. Образуется после сварки или проката, во время интенсивного охлаждения (600-700 С) до температуры окружающей среды. Так же к старению приводит обработка сталей методом холодных деформаций при гибке или штамповке проката, развивается в течении нескольких дней, во время деформация вкупе с небольшими температурными воздействиями (200-300 С) данный процесс развивается за минуты. Старение сталей для металлоконструкций может привести к их разрушению, особенно при эксплуатации в зоне низких температур, в связи с чем, для некоторых сталей проводятся испытания на склонность к старению. С целью уменьшения такой склонности, в процессе производства, расплав модифицируется алюминием, титаном, ванадием, которые позволяют связать азот и нитриды.

   Температурные воздействия. Термические воздействия способствуют изменению механических свойств строительных сталей. При нагреве до 600-650 С, сталь полностью теряет свои несущие свойства, от 400 градусов и выше предел текучести значительно снижается, при 250 – 300 С сталь приобретает крупнозернистую структуру, становится немного прочнее и менее пластичной, 200-250 градусов практически не влияют на характеристики сталей. Однако основное влияние на прочностные показатели сталей, оказывают отрицательные температуры. Снижение надежности (хладноломкость) при низких температурах учитывается на стадии проектирования строительных металлоконструкций. Для сталей регламентируются данные о температурных значениях, при которых уменьшается ударная вязкость до заданных параметров, определяется критическая температура, при которой сталь переходит в хрупкое состояние. В зависимости от этих данных, на стали разработаны рекомендации по их применению в различных условиях эксплуатации.

   Влияние окружающей среды. В период своей службы строительные металлоконструкции подвергаются воздействию атмосферы и агрессивных сред. К основным причинам, оказывающим негативное влияние на стальные конструкции, относятся: влажность, температура, образование конденсата, пыль, агрессивные газы, жидкости и технологические выбросы на производственных предприятиях. Главный фактор отрицательного воздействия на стали, это относительная влажность, приводящая их к коррозионному разрушению. В зависимости от различных значений влажности, климатические зоны эксплуатации конструкций, подразделяют на три типа: сухая, нормальная, влажная. Влияние агрессивности сред на незащищенные стали делится на четыре категории: неагрессивная — износ стальной поверхностей не более 0,01 мм в год; слабоагрессивная среда коррозия до 0,05 мм за год; среднеагрессивная 0,05-0,1мм; сильноагрессивная – износ больше 0,1мм/год. По характеру коррозионного действия различают сплошную и местную коррозию. Сплошная разрушает всю поверхность, распространяется равномерно с одинаковой скоростью, либо неравномерно, разрушая некоторые участки быстрее. Местная коррозия затрагивает отдельные участки стали, возникают точечные пятна, каверны, которые со временем становятся довольно глубокими, могут привести к сквозным  или подповерхностным разрушениям, ослабляя сечения и создавая концентрации напряжений в металле конструкций. Для защиты металлоконструкций от атмосферных и агрессивных воздействий применяют различные защитные покрытия  или применяют коррозионные стойкие стали.