Железо-углеродистые стали

1.

Чугун - железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% углерода и затвердевающие с образованием эвтетики. Выплавка чугуна производится в доменных печах.

В доменных печах выплавляют:

предельный  чугун трех типов:

-для  сталеплавильного и литейного  производств;

-фосфористый;

-высококачественный;

литейный  чугун, применяемый для получения отливок;

специальные чугуны, применяемые для раскисления и легироания сталей.

Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и колошниковый газ.

В зависимости  от содержания углерода чугуны делятся на доэвтектические (2,14% < С <4,3%), эвтектические (С = 4,3%) и заэвтектические (С > 4,3%).

В зависимости от состояния углерода чугуны делят на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде карбида железа, поэтому они отличаются высокой твердостью, хрупкостью и практически не поддаются обработке резанием.

В серых чугунах весь углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Такие чугуны содержат кроме углерода примеси кремния, марганца и фосфора. Прочностные характеристики этих чугунов повышают за счет образования более мелких графитных включений.

Высокопрочный чугун получается присадкой в жидкий серый чугун добавок магния, церия и некоторых других элементов. Такие чугуны имеют более высокие механические свойства.

Ковкий чугун получают из белого чугуна путем длительного нагрева при высоких температурах. Из него изготовляют детали, работающие при средних и высоких статических и динамических нагрузках, а большая плотность отливок позволяет производить из ковкого чугуна детали водо – и газопроводных установок. 

Сталь – сплав железа с углеродом, является основным материалом, широко используемым в машино - и приборостроении, строительстве и для изготовления инструментов.

Сталь классифицируется по способу производства, химическому составу, структуре и назначению.

По  способу производства различают мартеновскую, бессемеровскую, томасовскую, кислородно – конвертерную, тигельную и электросталь.

По  химическому составу различают стали углеродистые (низкоуглеродистые – до 0,25% С, среднеуглеродистые 0,25 – 0,6% С, высокоуглеродистые более 0,6% С) и легированные (в состав дополнительно вводят элементы для придания стали тех или иных свойств).

По  назначению стали делят на конструкционные (применяются в строительстве), инструментальные и с особыми физическими и химическими свойствами – специальные. 

       Обоснование выбора материала для труб и стояков с учетом его эксплуатационных и технологических свойств. 

Эксплуатационные  свойства материала – свойства материала, возникающие в процессе эксплуатации изделия, выполненного из этого материала. 

Технологические свойства материала - свойства материала, возникающие в процессе монтажа, установки изделия, выполненного из этого материала. 

Основные  требования, предъявляемые к сантехническому оборудованию. 

Сантехническое  оборудование должно выдерживать:

- пробное  давление воды, превышающее рабочее  давление в сети в 1,5 раза, но  не менее 0,68 МПа при постоянной  температуре холодной воды 20 градусов С, а горячей 75 градусов С

- пробное  давление воды, равное рабочему  давлению в сети горячего водоснабжения,  но не менее 0,45 МПа, при температуре  воды (при испытаниях) 90 градусов  С.

- постоянное  давление воды, равное рабочему давлению воды в сети, но не менее 0,45 МПа, при постоянной температуре холодной воды 20 градусов С в течении 50 – ти летнего расчетного периода эксплуатации, а при постоянной температуре горячей оды 75 градусов С в течении 25 –ти летнего расчетного периода эксплуатации. 

Основные  характеристики сети горячего водоснабжения. 

Температура горячей воды в местах водозабора для систем с закрытым теплоснабжением не ниже 50 градусов С, но не выше 75 градусов С.

В помещениях детских дошкольных учреждений температура воды, подаваемой к водозаборной арматуре душей и умывальников не должна превышать 37 градусов С.

Давление  в системе горячего водоснабжения  у сантехнических приборов должно быть не более 0,45 МПа (4,5 кгс/см2). 

Для всех сетей внутреннего водопровода наряду с медными, бронзовыми и латунными трубами и фасонными изделиями применяются стальные с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии. Стальные трубы применяются в основном для стояков отопления и разводки системы водоснабжения жилых и общественных зданий. Основным технологическим свойством стальных труб является возможность гнуть и соединять трубы при монтаже систем отопления и водопровода. Для монтажа достаточно использовать трубы небольшой длины и соответственно незначительной массы, соединяя их в единую систему.

Но наряду с высокими технологическими свойствами существуют и эксплуатационные недостатки. Основным из них является коррозия стальных труб, как следствие увеличение загрязненности и аварийности. На поверхности стальных труб холодного водоснабжения конденсируется влага – соответственно требуется повышенная защита от коррозии. Также в связи с тем что стальные трубы являются хорошим проводником тепла необходима теплоизоляция для предотвращения потерь тепла до потребителя. 

Если  же рассмотреть применение чугуна в качестве материала сантехнического оборудования то можно увидеть, что у изделий из этого материала наоборот эксплуатационные свойства выше технологических. Основным эксплуатационным показателем является его стойкость к коррозии – он не ржавеет и высокая степень теплопроводности (отдает тепло лучше чем сталь). Но для монтажа изделия из чугуна требуются повышенные трудозатраты ввиду его большого веса. Геометрию изделия из чугуна в процессе монтажа невозможно изменить так как изделие выливается определенной формы и чугун не поддается обработке резанием. Также трубы из чугуна абсолютно не стойки к ударам (колятся).

В связи  с эти чугун применяется в качестве материалов для стояков канализации и радиаторов отопления.  
 

2. Смысл экономической эффективности применения высокопрочной стали в строительных конструкциях. 

Высокопрочные стали.

Сталь называют легированной, если в ее составе  имеются специально введенные (легирующие) элементы или содержится более 1% Si или 1% Mn.

Основными легирующими элементами в сталях повышенной прочности являются недефицитные марганец и кремний. Некоторые стали содержат дополнительно небольшое количество ванадия или ниобия, а также медь. Медь вводят в количестве 0,15 – 0,30 % для повышения стойкости к атмосферной коррозии.

В сталях этого класса прочности преобладает  твердорастворный механизм упрочнения. Такие стали хладостойки, несмотря на их высокую прочность.

Особую  группу низколегированных сталей образуют атмосферостойкие стали. Использование  их в металлоконструкциях позволяет обойтись без применения антикоррозионных покрытий. Образующиеся продукты коррозии имеют более высокую плотность и прочность, лучшее сцепление с поверхностью, чем антикоррозионные покрытия. Защитный слой образуется постепенно (через 1,5 – 3 года), после чего практически прекращается.

Совокупность  свойств сталей зависит от сочетания  легирующих элементов и микродобавок. Наиболее широкое распространение  имеет сталь 16Г2АФ. После нормализации она имеет высокую прочность  в сочетании с низким порогом хладноломкости.

Высокопрочные стали применяются для ответственных  металлоконструкций, пригодных для  эксплуатации при температурах ниже -40 градусов С, а также для магистральных  газовых труб северного исполнения.

Смысл экономической эффективности применения высокопрочной стали в строительных конструкциях заключается в повышенных прочностных характеристиках строительных конструкциях, как следствие увеличение надежности конструкции и сроков эксплуатации без проявления дефектов конструкции. 

3. Определение конструктивной прочности строительных конструкций. 

Конструктивная  прочность строительной конструкции  – неразрушаемость конструкции  в течении всего периода ее эксплуатации.