RSS

Влияние химического состава на свариваемость арматурной стали

08:11 01.08.2019

Арматурой принято называть металлические и неметаллические стержни различного сечения и формы, а также канаты и пряди, используемые для армирования железобетонных конструкций.

Арматурный каркас, благодаря своей рифлёной поверхности, надёжно удерживает бетон. За счёт этого объекты, построенные по технологии монолитного бетонирования, отличаются прочностью. К таковым относятся не только здания гражданского и промышленного назначения, но и стратегически важные объекты, такие как дамбы, мосты, плотины, здания аэропортов. Наиболее распространенной арматурой на сегодняшний день является А500С - это класс горячекатаной термомеханически упрочненной арматурной стали, изготавливаемой по СТО АСЧМ 7-93 или ГОСТ Р 52544-2006.

Первые пробные партии арматуры А500С были изготовлены на Западно-Сибирском комбинате в 1993 году. Новая марка стали изготавливалась по СТО АСЧМ 7-93 (стандарт ассоциации предприятий и организаций по стандартизации продукции чёрной металлургии — «Черметстандарт») и не имела аналогов по ГОСТ 5781-82. По мере накопления положительного опыта арматура А500С стала применяться наряду и взамен арматуры класса А3 (А400).

В 2006 году появился государственный стандарт (ГОСТ Р 52544) на термомеханически упрочненную арматурную сталь класса А500С (горячекатаную) и В500С (холоднокатаную).

Арматура А500С имеет ряд преимуществ перед арматурой А400. Арматура А500С изготавливается из дешевой (по сравнению с арматурой А3) углеродистой стали без использования легирующих элементов, что позволило снизить стоимость такой арматуры.

За счёт термомеханического упрочнения арматура А500С имеет повышенный предел текучести не менее 500 Н/мм2, что увеличивает прочность и гибкость одновременно.

Арматура А500С обладает повышенной по сравнению с арматурой А3 (А400) свариваемостью, что позволяет использовать дуговую сварку.

Арматура А500С имеет химический состав, определяемый содержанием углерода в стали не более 0,22 % и углеродным эквивалентом не более 0,5 %.

Производство арматуры А500С происходит из стали марок Ст3СП, Ст3ПС и Ст3ГПС. Нормированный показатель текучести для такой стали превышает 500 МПа, согласно СТО АСЧМ 7-93.

Арматура, термически упрочненная имеет куда более совершенные показатели пластичности и хладостойкости, чем марка 35ГС. Минимизация использования, а лучше полный отказ от использования стали 35ГС как увеличит прочность и надежность конструкций, так и обеспечит безопасность при строительстве.

Характеристики стали Ст3СП, Ст3ПС обеспечивают хорошую свариваемость.

Пожалуй, наиболее значимое преимущество использования арматуры А500С – это допуск на сварку с помощью электродуговых сварочных устройств. Именно буква «С» в обозначении класса арматуры говорит о возможности её сваривания.

Свариваемость стали зависит от ее химического состава и в первую очередь от содержания в ней углерода. По содержанию углерода стали разделяют на следующие группы: малоуглеродистые, содержащие от 0,05 до 0,25% углерода; среднеуглеродистые, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода; высокоуглеродистые, содержащие свыше 0,6% углерода.

Малоуглеродистые, а также среднеуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,35% свариваются очень хорошо. Чем выше содержание углерода, тем хуже сваривается сталь обычным методом. При содержании углерода свыше 0,35% сталь склонна давать трещины при сварке и требует применения подогрева и спе­циальных приемов сварки.

Марганец увеличивает прочность и твердость стали, а так­же ее склонность к закалке. Содержание марганца в малоуглеродистой стали обычно колеблется в пределах от 0,35 до 0,8%. Если марганца содержится более 1%, то при сварке образуются тугоплавкие шлаки, которые в виде включений иногда остаются в наплавленном металле.

В некоторых специальных сталях содержание марганца повышают до 1,8—2,5%; при таком содержании марганец увеличивает закаливаемость стали и может вызывать образование трещин при сварке. Высокомарганцовистые стали содержат 11—16% марганца.

Кремний содержится в мало и среднеуглеродистой стали в пределах от 0,03 до 0,04% и вводится в нее как раскислитель. Он способствует равномерному распределению отдельных химических элементов в металле шва. При содержании кремния более 0,5% образуются тугоплавкие шлаки, затрудняющие сварку. При содержании кремния от 0,8 до 1,5% сталь становится более упругой, однако при увеличении содержания кремния свыше 1,6% пластичность стали уменьшается, повышается ее твердость и хрупкость.

Сера является крайне вредной примесью в стали и оказывает резко отрицательное влияние на ее свариваемость, вызывая образование горячих трещин. Содержание серы в стали не должно превышать 0,04—0,05%.

Фосфор также является вредной примесью в стали, так как образует фосфористое железо, более хрупкое, чем сталь. Содержание в стали фосфора в пределах 0,1—0,2% делает ее хрупкой при обычной температуре (хладноломкой), поэтому содержание фосфора не должно превышать 0,04—0,05%. Чем выше содержание углерода в стали, тем заметнее вредное влияние фосфора.

Хром, молибден, никель, ванадий, вольфрам, титан и ниобий являются примесями, вводимыми в состав легированных сталей для придания им специальных свойств.

Так как химический состав арматурной стали в соответствии с ГОСТ Р 52544-2006 имеет довольно широкие пределы, что в свою очередь влияет на свариваемость арматуры и повышенное образование дефектов (шлаковые включения, поры, трещины).

01митин.png

02митин.png

Поэтому необходимо контролировать не только физико-механические свойства, но и химический состав арматуры, поступающей на строительные площадки, особенно при изготовлении арматурных каркасов с применением электродуговой сварки при выполнении стыковки арматуры и крепления ее к раме пространственного каркаса.

Для проверки физико-механических свойств и химического состава арматурной стали специалистами отдела обследований и экспертиз несущих и ограждающих конструкций и испытательного лабораторного центра в рамках государственного задания проводится работа 1.9.5 «Оценка соответствия класса арматурной стали требованиям технических регламентов и проектной документации». В рамках данной работы проводится отбор проб арматуры, применяемой при устройстве арматурного каркаса, выбранного для проведения работы, с последующим изготовлением необходимого количества образцов для испытания. По результатам которого оформляется заключение с выводом о соответствии (не соответствии) применяемой арматуры требованиям технических регламентов и проектной документации.

Таким образом, при соблюдении технологии ведения сварочных работ и наличии должного строительного и операционного контроля, качество сварных соединений как правило соответствует или имеет не существенные отклонения от норм технических регламентов и нормативной документации, но в тоже время следует обратить особое внимание на сварные соединения в которых применяется арматурная сталь с повышенным содержанием кремния и марганца (не выходящих за пределы, установленные ГОСТ 52544-2006).

Статью подготовил:

Инженер-эксперт

Отдела обследований и экспертиз несущих и ограждающих конструкций

Митин С.В.