Құрылыста қолданылатын болаттар

Болат деп көміртегі мен темірдің қорытпасын айтады. Болаттың құрамындағы көміртегі 2 % дан аспайды. Егер құрамындағы көміртегінің көлемі 2 % дан асса қорытпа шойын деп аталады.

Болатты конверторлы немесе мартен пештерінде балқыған шойынға оттегі үрлеу арқылы алады. Үрлеу нәтижесінде шойынның құрамындағы көміртегінің бөліктері мен әртүрлі қоспаларының қышқылдануы орын алады. Балқыған соң болатты, металдың кристалдануы мен оны суыту жүзеге асырылатын металл қалыпқа құяды.

Кристалдану процесінде бейметалл қосылыстар мен газдардың үлкен көлемі бөлінеді. Осы әдіспен алынған болат қышқылсыздандыру дәрежесі бойынша қайнайтын деп аталады. Мұндай болаттардың сапасы төмен болады. Суыту кезеңінде болаттарды, газдарды байланыстыратын және кристалдану процесін тынышталдыратын арнайы қышқылсыздандыруға (кремний, марганец, алюминий және т.б.) енгізуге болады. Осы жағдаймен алынған болатты сабырлы деп айтады.

Сабырлы болаттың сапасы қайнаған болаттың сапасына қарағанда жоғары болады. Жартылай қышқылсыздандыру жағдайында аралық – жартылай сабырлы болатты алуға болады.

Темір мен көміртегіден басқа қалыпты қоспалары бар болатты көміртекті деп атайды.

Қалыпты қоспалар пайдалы – кремний, марганец және зиянды – оттегі, күкірт, фосфор болуы мүмкін. Қоспалардың құрамы шектелген.

Болаттар құрамындағы көміртекке байланысты аз көміртекті – 0,09 – 0,22 % көміртегі, орта көміртекті – 0,25 – 0,5 % көміртегі және жоғары көміртекті – 0,6 – 1,2 % көміртегі болып классификацияланады. Құрылыста қолданылатын болаттар аз көміртекті болып табылады. Орта көміртекті болаттар негізінен машинажасау өнеркәсібінде қолданылады. Жоғары көміртекті болаттар құрал-саймандар үшін қолданылады.

Құрылыста және машина жасауда қолданылатын болаттарды конструкциялық болаттар тобына жатқызады. Механикалық сипаттамаларына байланысты конструкциялық болаттарды жеті маркаға бөледі: Ст0, Ст1, Ст2, СТ3, Ст4, Ст5, Ст6. Негізгі құрылыс болаттары, тасушы металл конструкцияларды және темірбетонға арналған арматураларды жасайтын, Ст3 және Ст5 болаттары болып табылады. Ст4 және Ст5 болаттарынан бұрандама мен бұрандалы шеге және т.б. дайындайды.

Қалыпты сападағы көміртекті болаттар кепілді құрамына байланысты А,Б

және В топтарына жатқызады. Таңбалануында бұл әріпті алдына жазады, ал соңына қышқылсыздандыру әдісі жазылады: сабырлы – сб, жартылай сабырлы – жс, қайнаған – қн, мысалы: АСт3пс, ВСт4жс. А - тобы бойынша болаттарды кепілді механикалық қасиеттерімен жібереді, Б тобы бойынша – химиялық құрамы, В тобы бойынша – механикалық және химиялық қасиеттері бойынша жібереді.

Соққылы жабысқақтық талабы бойынша конструкцияның арналуы мен пайдаланудың температуралық шарттарына байланысты көміртекті болаттарды 6 категорияға бөледі(категория номерін таңбалаудың соңында қышқылсыздандыру әдісінің белгісінен кейін көрсетеді), мысалы ВСт3қн2.

Болаттың физико-механикалық қасиеттерінің айтарлықтай жақсаруын оның құрамына арнайы қосымша қоспаларды енгізу арқылы қол жеткізуге болады.

Құрамында қалыпты қоспалардан басқа қосымша қоспалары бар болаттарды – қоспаланған деп атайды.

Әсер ету сипаттамасына байланысты, қосымша қоспаларды никель тобындағы және хром тобындағы қоспалар деп бөледі. Бұл топқа кіретін химиялық элементтер және олардың шартты белгілері 3.1 кестеде берілген.

Кесте 3.1 Қосымша қоспалар ретінде қолданылатын материалдар

1.

Никель тобы Хром тобы

Материал атауы Шартты

белгіленуі Материал атауы Шартты белгіленуі

Никель Н Хром Х

Марганец Г Титан Т

Мыс Д Алюминий Ю

Кобальт К Вольфрам В

Азот және т.б. А Ванадий Ф

Кремний С

Цирконий Ц

Ниобий Б

Бор Р

Молибден және т.б. М

Көміртекті болаттарға қарағанда қоспаланған болаттардың беріктігі, каррозияға тұрақтылық көрсеткіштері жоғары болып келеді. Қоспаланған болаттардың кемшілігі көміртекті болаттарға қарағанда бағасының жоғары болуында.

Қоспаланған болаттар негізінен келесі сапалары бойынша классификацияланады:

- қосымша қоспаларына байланысты: төмен қоспаланған – қоспаның көлемі 2,5 % дейін, орта қоспаланған – қоспаның көлемі 2,5 тен 10 % дейін және жоғары қоспаланған – қоспаның көлемі 10 % дан жоғары.

- арналуы бойынша: конструкциялық – машинажасау және құрылыс болаттары; құрал-саймандық; арнайы – тотықпайтын, қышқылға тұрақты, жылуға тұрақты.

Экономикалық тиімділігіне байланысты құрылыста төмен қоспаланған болаттар қолданылады.

Қоспаланған конструкциялық, сонымен қатар құрылыс материалдарын келесі түрде таңбалайды. Алғашқы екі сан құрамындағы көміртегінің жүз пайыздық үлесіндегі көлемін көрсетеді. Кейіннен қоспа элементінің шартты белгілері көрсетіледі. Шартты белгіден кейін тұрған сан құрамындағы элементтің пайыздық мөлшері. Мысалы, болат 18Гсп орташа есеппен 0,18 % көміртегіні және шамамен 1 % марганецті құрайды. «сп» әріптері болат сабырлы екендігін білдіреді (қышқылсыздандыру әдісі бойынша). 20ХГ2С деп таңбаланған болат орташа есеппен 0,2 % көміртегіні, шамамен 1 % хромды, 2 % марганецті және 1

% кремнийді құрайды. Егер қосымша қоспалардың көлемі 0,3 % кем болса, қоспа элементінің белгісі қойылмайды. Таңба соңындағы А әріпі болат жоғары сапалы екендігін білдіреді. Құрылыста төмен қоспаланған болаттарды қолданады: 18Г, 09Г2; 10Г2С1; 20ХГ2С және т.б.

Кейбір құрылыс болаттарының механикалық сипаттамалары 3.2 кестеде келтірілген.

Кесте 3.2 Кейбір құрылыс болаттарының механикалық сипаттамалары

Болат таңбасы

Құрамындағ ы көміртегі,

%

Беріктік шегі σв, МПа

Аққыштық шегі σт(σ0,2),

МПа

Салыстырмалы ұзартуы σ, %

Бринель бойынша қаттылығы НВ,

МПа

ВСт3кп 0,14-0,22 370-470 220-240 24-27 1200

ВСт3сп - 380-490 230-250 23-26 -

ВСт5сп 0,28-0,37 500-640 270-290 17-20 1500

10Г2С1 0,12 480-520 340-380 21 1100

30ХГ2С 0,26-0,35 882 588 6 1500

Құрамындағы көміртегі болаттың механикалық қасиеттеріне үлкен әсерін тигізеді. Құрамындағы көміртегінің көбеюімен болаттың қаттылығы артып, майысқақтығы төмендейді. Болаттың серпімділігі көп өзгермейді. Серпімділік

модулі 2·10⁵ – 2,06·10⁵ Мпа шегінде өзгереді. Тұрақтылық шегі құрамындағы көміртегі 0,8 – 1,0 % дейін ұлғаяды, ал сосын төмендейді (сур.3.5)

Сур. 3.5. Болаттың механикалық қасиетіне құрамындағы көміртегінің әсері

Құрылыста болаттың сұлбасы – әртүрлі көлденең қимаға ие металлургиялық зауыттардан алынатын илемді бұйымдар түрінде пайдаланады. Илемді сұлбалардың тізімін сортамент деп атайды (сур. 3.6).

Сур. 3.6. Илемді болат сұлбаның сортаменті : а – дөңгелек; б – шаршы;

в – жалпақ; г – кезеңдік сұлба, д – қабырға сұлбалы; е – толқын; ж – тең бүйірлі бұрыш; з – қисық бұрыш; и – швеллер; к – двутавр; л – дәнекерленген тавр;

м – кран асты бөрене; н – рельсті бөрене; о – шахталық бекітуге арналған бөрене.

Болат өнімдерді алудың негізгі әдісі ыстық жылжыту болып табылады. Бұл әдіспен әртүрлі профильдерді, беттерді, шыбықтарды және құбырларды алуға болады. Бұл жағдайда өнімдерді ыстық жаншылған деп атайды.

Болаттардың маңызды ерекшеліктері болып негізінен термиялық, механикалық өңдеуге беріктігі және өзінің физика-механикалық қасиеттерін жетілдіре алуы.

Құрылыс болаттарына қолданылатын өңдеудің термиялық түрлерін беріктендіруге және демалысқа жібереді. Болатты беріктендіру оны жоғарғы температураға дейін қыздырып, суда, майда немесе балқытылған қорғасында салқындатудан тұрады. Шыңдалған болаттың құрамы мен құрылысы салқындату жылдамдығына байланысты. Беріктендіруден өткен болаттар қатты және берік, бірақ морт сынғыш болып келеді.

Болаттың демалысын шыңдалған болаттың морт сынғыштығын және қаттылығын төмендету мақсатында, сонымен қатар шыңдау кезінде туындайтын ішкі кернеулерді төмендету үшін жүргізеді. Бұл кезде болатты 600 °С аспайтын температурада қыздырып, изотермиялық шыңдаудан соң біртіндеп салқындатады.

Сымды созу жолымен дайындайды. Кезеңдік профильдегі арматураның кейбір түрлерін салқындатып жапыру жолымен жасайды. Бұл жағдайда арматураны салқын созылған деп атайды.