Co je konstrukční ocel? Složení A Aplikace

Průzkum konstrukční oceli

Od budov, které lidé navštěvují, po domy, ve kterých žijí, až po silnice, po kterých cestují, konstrukční ocelový plech je víceúčelový stavební materiál, který poskytuje výrobní všestrannost a strukturální pevnost bez extrémní hmotnosti. Tento článek se ponoří do konstrukční oceli, jejího složení, vlastností, použití a mnohem více.

Co je konstrukční ocel?

Konstrukční ocel je regulovaná kategorie oceli, která musí splňovat průmyslové normy pro rozměrové tolerance a složení. Ve Spojených státech jsou třídy oceli specifikovány a regulovány organizací ASTM International. Také Evropa a Kanada mají své vlastní regulační orgány a normy. Přestože Leeco Steel nabízí ocelový plech podle normy EN a ocelový plech podle normy CSA G40.21, tento článek se zaměří na normy ASTM.

Existuje široká škála jakostí konstrukční oceli, přičemž nejoblíbenější jsou ASTM A572 a ASTM A36. Tyto třídy oceli se spolu s jinými třídami konstrukční oceli používají především pro konstrukci konstrukcí mostů a budov.

Používají se také při stavbě:

nákladní vozy

Stavební vybavení

díly nákladních automobilů

Stroje

jeřábové tyče

vysílací věže

regály pro nákladní vozy

Výzkum zveřejněný Americkým institutem pro ocelové konstrukce ukazuje, že konstrukční ocel obsahuje 47 procent všech konstrukčních materiálů, takže je velmi pravděpodobné, že konstrukční ocel je zodpovědná za část designu konstrukcí, budov nebo mostů, kde se lidé setkávají.

Výroba a zkoušení konstrukční oceli

Abychom plně pochopili, jak se konstrukční ocel liší od nekonstrukční oceli, jako je ocel používaná v korbě nákladních automobilů, lodí nebo vojenských tanků, je důležité prozkoumat složení konstrukční oceli.

Ocel může být vyrobena ze surovin nebo z recyklace staré oceli. Během procesu přeměny recyklované oceli na novou ocel se stávající ocel taví a zušlechťuje tak, aby splňovala určité specifikace. Výroba oceli ze surovin je mnohem delší proces.

Ocel je slitina obsahující uhlík a železo, z nichž oba jsou hojně dostupné, ale jen zřídka se vyskytují v jejich čisté formě. K výrobě oceli ze surovin se železo získává ze železné rudy, která obsahuje hojné oxidy železa. Většina železné rudy ve Spojených státech se těží na taconit, který se hojně vyskytuje v Minnesotě. Během procesu těžby se taconit mele na krupici a k ​​oddělení železné rudy (ve formě magnetitu) od jiných látek a minerálů se používají magnety.

Ačkoli je železo často považováno za silné a tvrdé, surová železná ruda je tak měkká, že ji lze řezat nožem a trochou svalů. Slitiny na bázi železa získávají svou pevnost přidáním uhlíku.

Slitina železa a uhlíku se obvykle vyrábí spojením koksu se železnou rudou a aplikací tepla, dokud se koks nezapálí. Koks je forma uhlí bohatá na uhlík. V důsledku tohoto silného zahřívání koks uvolňuje uhlíky a váže se na kyslíky oxidů železa, přičemž zanechává kombinaci uhlíku a železa. Tento proces se nazývá redukce.

Po redukci je materiál asi 4 procenta uhlíku, který prochází dalšími procesy zahřívání a ochlazování, aby se snížilo množství uhlíku, díky čemuž je materiál pevnější a tvrdší. Jakmile je obsah uhlíku menší než 2,1 procenta hmotnosti materiálu, změní se na ocel. K výrobě konstrukční oceli je třeba uhlík dále redukovat, dokud jeho složení nebude pouze 0,05 procent až 0,25 procenta.

Konečným výsledkem je konstrukční ocel, která má ekonomickou cenu, je 100% recyklovatelná a má vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Existují různé třídy konstrukční oceli, které se do určité míry liší svým složením. Tyto kompozice výrazně pomáhají vytvořit potřebný materiál pro jakýkoli konkrétní projekt.

Alternativně může být ocel dále zpracována – dalším tepelným a chladicím zpracováním a/nebo přidáním slitin, např. titanu, molybdenu a chrómu – pro zvýšení tvrdosti. Tyto procesy ovlivňují celkovou křehkost a ve většině případů činí výsledný materiál nevhodným pro konstrukční aplikace.

Složení konstrukční oceli

Níže je uvedeno složení dvou dobře známých tříd konstrukční oceli: ASTM 572 a ASTM A36. Ačkoli jiné třídy konstrukční oceli mají analogické složení, mohou mít také další slitiny nebo prošly dodatečným zpracováním.

A514 také obsahuje 0,2 procenta molybdenu, 0,48 procenta chrómu, 0,05 procent vanadu, 0,02 procenta titanu a 0,003 procent boru.

Přítomnost dalších slitin, které zvyšují tvrdost i křehkost, je hlavním rozdílem ve složení mezi nestrukturální a konstrukční ocelí. V některých případech jsou přídavné slitiny schopny vytvořit ocel konstrukční kvality; v jiných případech je však vyrobená ocel příliš křehká pro použití v konstrukčních kapacitách.

Mez kluzu a pevnosti v tahu

Kromě chemického složení pomáhají meze napětí a průtažnosti stanovit jakost oceli a také obecné použití.

Nejvyšším bodem napětí je mez pružnosti, při které materiál trvale změní tvar. Když například někdo skočí z trampolíny, trampolína se přirozeně ohne, aby absorbovala energii a váhu, ale poté, co tato osoba seskočí z trampolíny, se trampolína vrátí do původního tvaru. Mez pružnosti odrazového můstku by byl bod, kde se ohne vlivem energie a váhy a zůstane trvale ohnutý i po vypuštění potápěče.

Důležitá vlastnost konstrukční oceli, mez průtažnosti, musí mít určitou průtažnost, aby absorbovala hmotnost. Například mez kluzu u mostů je maximální hmotnost, kterou most vydrží, než dojde k trvalému poškození.

Pevnost v tahu se vztahuje k bodu, ve kterém se přeložený materiál zlomí. Ve výše uvedeném příkladu trampolíny se jedná o energii a váhu potřebnou k rozbití trampolíny.

Níže je tabulka znázorňující mez pevnosti v tahu a meze kluzu pro tři běžné typy konstrukční oceli. Tyto body se počítají v kiloinch na čtvereční palec ("ksi") nebo v librách na čtvereční palec ("psi") následovně. Někdy se uvádějí také v megapascalech.

Pokrytí závisí na tloušťce, ale nejběžnější stupeň je 50 ksi.

Tyto dva parametry jsou pro inženýry velmi důležité při plánování potřebného materiálu pro konkrétní projekt.