Для металлических конструкций опасен не только перегруз. Во многих случаях куда страшнее становится потеря пластичности металла при низких температурах. Именно поэтому хрупкое разрушение всегда считалось одной из самых серьёзных проблем стального строительства, особенно в северных регионах.
Главная особенность хрупкого разрушения заключается в том, что конструкция может разрушиться практически мгновенно, без заметных деформаций и предупреждающих признаков. Именно поэтому современные строительные нормы уделяют такое большое внимание ударной вязкости стали и её поведению при отрицательных температурах.
Старые строительные стали имели с этим серьёзные проблемы. Причина была связана прежде всего с качеством металла. В сталях старого поколения содержание вредных примесей — серы и фосфора — было значительно выше, чем сейчас. Кроме того, структура металла была более грубой, а размер зерна — крупным. Всё это повышало склонность стали к переходу из вязкого состояния в хрупкое при охлаждении.
Особенно опасной ситуация становилась для высокопрочных сталей старого поколения. При повышенном содержании углерода и примесей они могли обладать высокой прочностью, но при этом резко терять пластичность на морозе. Именно поэтому раньше многие инженеры относились к высокопрочным сталям с осторожностью.
Современные строительные стали работают уже совершенно иначе. Благодаря развитию металлургии удалось резко повысить чистоту металла и изменить его микроструктуру. В современных сталях содержание серы может снижаться до тысячных долей процента, а структура становится крайне мелкозернистой.
Особенно большую роль здесь сыграла термомеханическая обработка. При такой технологии металл после прокатки проходит контролируемое охлаждение, благодаря чему формируется очень мелкая структура с высокой трещиностойкостью. В результате современные стали сохраняют пластичность даже при очень низких температурах.
Если раньше холодостойкость ограничивалась примерно −40 °C, то современные стали высокой прочности способны сохранять вязкий характер разрушения даже при −60…−80 °C.
Это стало настолько заметным, что старые методы испытаний перестали нормально различать современные материалы. Раньше широко использовались испытания на образцах с U-образным надрезом. Но современные стали стали настолько вязкими, что такие испытания уже перестали быть достаточно жёсткими. Поэтому постепенно начали переходить на испытания с острым V-образным надрезом, которые создают более тяжёлые условия для металла и лучше показывают его реальную трещиностойкость.
Смысл этих испытаний заключается в определении работы разрушения. Специальный маятниковый копёр разрушает образец, а по затраченной энергии определяется ударная вязкость металла. Такие испытания позволяют оценить способность стали сопротивляться развитию трещин при низких температурах и динамических воздействиях.
Главная особенность хрупкого разрушения заключается в том, что конструкция может разрушиться практически мгновенно, без заметных деформаций и предупреждающих признаков. Именно поэтому современные строительные нормы уделяют такое большое внимание ударной вязкости стали и её поведению при отрицательных температурах.
Старые строительные стали имели с этим серьёзные проблемы. Причина была связана прежде всего с качеством металла. В сталях старого поколения содержание вредных примесей — серы и фосфора — было значительно выше, чем сейчас. Кроме того, структура металла была более грубой, а размер зерна — крупным. Всё это повышало склонность стали к переходу из вязкого состояния в хрупкое при охлаждении.
Особенно опасной ситуация становилась для высокопрочных сталей старого поколения. При повышенном содержании углерода и примесей они могли обладать высокой прочностью, но при этом резко терять пластичность на морозе. Именно поэтому раньше многие инженеры относились к высокопрочным сталям с осторожностью.
Современные строительные стали работают уже совершенно иначе. Благодаря развитию металлургии удалось резко повысить чистоту металла и изменить его микроструктуру. В современных сталях содержание серы может снижаться до тысячных долей процента, а структура становится крайне мелкозернистой.
Особенно большую роль здесь сыграла термомеханическая обработка. При такой технологии металл после прокатки проходит контролируемое охлаждение, благодаря чему формируется очень мелкая структура с высокой трещиностойкостью. В результате современные стали сохраняют пластичность даже при очень низких температурах.
Если раньше холодостойкость ограничивалась примерно −40 °C, то современные стали высокой прочности способны сохранять вязкий характер разрушения даже при −60…−80 °C.
Это стало настолько заметным, что старые методы испытаний перестали нормально различать современные материалы. Раньше широко использовались испытания на образцах с U-образным надрезом. Но современные стали стали настолько вязкими, что такие испытания уже перестали быть достаточно жёсткими. Поэтому постепенно начали переходить на испытания с острым V-образным надрезом, которые создают более тяжёлые условия для металла и лучше показывают его реальную трещиностойкость.
Смысл этих испытаний заключается в определении работы разрушения. Специальный маятниковый копёр разрушает образец, а по затраченной энергии определяется ударная вязкость металла. Такие испытания позволяют оценить способность стали сопротивляться развитию трещин при низких температурах и динамических воздействиях.
Очень важно, что современные стали стали не только более прочными, но и гораздо лучше сопротивляются распространению трещин. В докладе прямо отмечается, что после термомеханической обработки сопротивление распространению трещин становится чрезвычайно высоким. Даже при наличии надрезов и концентраторов напряжений современные стали способны долго сохранять вязкий характер разрушения.
Это особенно важно для:
Кроме того, современные требования СП16 значительно ужесточили нормы по ударной вязкости. Требования усиливаются по мере снижения температуры эксплуатации и повышения прочности стали. Это связано с тем, что именно сочетание высокой прочности и низких температур традиционно считалось наиболее опасным с точки зрения хрупкого разрушения.
Интересно, что современные строительные стали всё больше приближаются по своим свойствам к специальным трубным сталям для магистральных газопроводов, где требования к сопротивлению хрупкому разрушению особенно высокие. Именно развитие трубной металлургии сильно повлияло на весь рынок современных строительных сталей.
Сегодня способность металлоконструкций работать на морозе определяется уже не только маркой стали, а прежде всего качеством её микроструктуры, чистотой металла и современными технологиями производства. Именно поэтому современные металлоконструкции стали значительно надёжнее и безопаснее даже в самых суровых климатических условиях.
Это особенно важно для:
- северных районов;
- мостов;
- высотных зданий;
- стадионов;
- конструкций с динамическими нагрузками;
- объектов с повышенной ответственностью.
Кроме того, современные требования СП16 значительно ужесточили нормы по ударной вязкости. Требования усиливаются по мере снижения температуры эксплуатации и повышения прочности стали. Это связано с тем, что именно сочетание высокой прочности и низких температур традиционно считалось наиболее опасным с точки зрения хрупкого разрушения.
Интересно, что современные строительные стали всё больше приближаются по своим свойствам к специальным трубным сталям для магистральных газопроводов, где требования к сопротивлению хрупкому разрушению особенно высокие. Именно развитие трубной металлургии сильно повлияло на весь рынок современных строительных сталей.
Сегодня способность металлоконструкций работать на морозе определяется уже не только маркой стали, а прежде всего качеством её микроструктуры, чистотой металла и современными технологиями производства. Именно поэтому современные металлоконструкции стали значительно надёжнее и безопаснее даже в самых суровых климатических условиях.
