Materiały budowlane

Technologia metali

Wykład 4

Tematyka wykładów

Wprowadzenie. Proces wytwarzania stali. Struktura stali. Przemiany
fazowe. Obróbka cieplna stali.

Stal – skład chemiczny, wła

ś

ciwo

ś

ci fizyczne i mechaniczne stali.

Badania cech mechanicznych stali. Gatunki stali.

Procesy spawalnicze. Spawalno

ść

stali. Napr

ęż

enia własne.

Technologia wytwarzania wyrobów stalowych. Asortyment wyrobów
stalowych. Zachowanie si

ę

stali w trudnych warunkach u

ż

ytkowania.

Inne metale

ż

elazne i metale nie

ż

elazne – wła

ś

ciwo

ś

ci i zastosowanie.

Zaliczenie.

Stal stosowana na elementy konstrukcji budowlanych:

PN-EN 10025-2 w odniesieniu do wyrobów walcowanych na gor

ą

co z

niestopowej stali konstrukcyjnej,

PN-EN 10025-3 i PN-EN 10025-4 w odniesieniu do wyrobów walcowanych
na gor

ą

co ze spawalnej, drobnoziarnistej stali konstrukcyjnej,

PN-EN 10147 w odniesieniu do blach i ta

ś

m ocynkowanych na gor

ą

co w

sposób ci

ą

gły,

PN-EN 10149 w odniesieniu do wyrobów płaskich, walcowanych na gor

ą

co

ze stali
o podwy

ż

szonej granicy plastyczno

ś

ci do obróbki plastycznej na zimno,

PN-EN 10210 w odniesieniu do kształtowników zamkni

ę

tych, walcowanych

na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnej niestopowej lub drobnoziarnistej,

PN-EN 10219 w odniesieniu do kształtowników zamkni

ę

tych ze szwem,

wykonanych na zimno ze stali konstrukcyjnej niestopowej lub
drobnoziarnistej.

Do w

ęż

szego zakresu zastosowa

ń

s

ą

dostarczane wyroby ze stali gatunków,

uj

ę

tych normami:

PN-EN 10025-5, która dotyczy stali trudnordzewiej

ą

cej,

PN-EN 10088, która dotyczy stali nierdzewnej,

PN-EN 10025-6, która dotyczy stali w stanie ulepszonym cieplnie.

Materiały i wyroby stalowe

Na ogół wyroby ze stali gatunków, uj

ę

tych normami, s

ą

produkowane jako:

kształtowniki o przekrojach otwartych (dwuteowniki,
ceowniki, k

ą

towniki),

kształtowniki o przekrojach zamkni

ę

tych (kołowych,

kwadratowych i prostok

ą

tnych),

blachy grube i cienkie (najcz

ęś

ciej do produkcji

blachownic, wytwarzanych indywidualnie lub w sposób
zmechanizowany, kształtowników otwartych, gi

ę

tych na

zimno, blach profilowanych (fałdowych) i do
uzupełniaj

ą

cych cz

ęś

ci poł

ą

cze

ń

i w

ę

złów).

Obróbka plastyczna

Stal mo

ż

na przerabia

ć

plastycznie, stosuj

ą

c spokojne

obci

ąż

anie (walcowanie, przeci

ą

ganie, tłoczenie) lub te

ż

uderzenia (kucie). Skutki obróbki plastycznej s

ą

ró

ż

ne

w zale

ż

no

ś

ci od tego, czy wykonuje si

ę

j

ą

na zimno czy

na gor

ą

co.

Obróbk

ę

plastyczn

ą

na gor

ą

co stosuje si

ę

przy

walcowaniu i kuciu wlewków, a nast

ę

pnie przy dalszej

przeróbce półfabrykatów na rury i przedmioty
wytłaczane oraz przy zginaniu profili.

Przeróbka plastyczna na zimno jest stosowana np.
przy przeci

ą

ganiu drutu, rur i pr

ę

tów o ró

ż

nym przekroju

oraz przy walcowaniu cienkich blach.

Technologia wytwarzania

półwyrobów i wyrobów stalowych

WALCOWANIE – zabieg technologiczny, w którym stal
otrzymuje

żą

dany kształt pod naciskiem obracaj

ą

cych

si

ę

walców.

Rozró

ż

nia si

ę

:

walcowanie na gor

ą

co, przy którym nie wyst

ę

puje

wzrost twardo

ś

ci materiału walcowanego,

walcowanie na zimno, powoduj

ą

ce wyst

ą

pienie tzw.

zgniotu.

Walcowanie

Walce mog

ą

by

ć

gładkie, słu

żą

ce

do wyrobu blach oraz bruzdowe
z odpowiednimi wci

ę

ciami

(wykroje lub bruzdy), które
nadaj

ą

wyrobom walcowanym

żą

dany kształt przekroju

poprzecznego.

Materiałem wyj

ś

ciowym do wytwarzania półwyrobów i wyrobów s

ą

wlewki stalowe, otrzymywane z procesów stalowniczych, które
podgrzewa si

ę

do temperatury ok. 950°C i walcuje si

ę

na specjalnej

walcarce-zgniataczu, otrzymuj

ą

c półwyroby w postaci du

ż

ych

bloków o przekroju kwadratowym lub prostok

ą

tnym.

Półwyroby s

ą

nast

ę

pnie kierowane na no

ż

yce, gdzie po odci

ę

ciu ich

dolnych i górnych ko

ń

ców, zawieraj

ą

cych zanieczyszczenia, dzieli

si

ę

je na cz

ęś

ci, otrzymuj

ą

c w zale

ż

no

ś

ci od wielko

ś

ci:

k

ę

siska (bloki o przekroju kwadratowym powy

ż

ej 140x140mm lub

prostok

ą

tnym o grubo

ś

ci nie wi

ę

kszej ni

ż

80mm,

k

ę

sy (bloki o przekroju kwadratowym równym lub mniejszym od

140x140mm lub prostok

ą

tnym o grubo

ś

ci nie wi

ę

kszej ni

ż

120mm,

blachówki czyli płyty o gr. 5 – 70mm i szeroko

ś

ci 180-300mm,

przeznaczone do wyrobu blach cienkich,

tuleje czyli wyroby o przekroju pier

ś

cieniowym, przeznaczone do

wyrobu rur bez szwu.

Walcowanie

Asortyment wyrobów walcowanych na gor

ą

co

Asortyment wyrobów

walcowanych

na gor

ą

co

Asortyment

wyrobów

walcowanych

na gor

ą

co

Asortyment wyrobów walcowanych na gor

ą

co

Rury stanowi

ą

odr

ę

bn

ą

grup

ę

wyrobów

walcowanych. Ze wzgl

ę

du na

technologi

ę

mo

ż

na wyró

ż

ni

ć

:

rury bez szwu (wykonywane z wlewków,
k

ę

sów i tulei metoda walcowania,

ci

ą

gnienia, wyciskania, kucia lub

wytłaczania),

rury ze szwem (w wyniku profilowania
na gor

ą

co lub zimno wst

ę

g lub blach

w arkuszach, a nast

ę

pnie spojenia ich

szwem zgrzewanym lub spawanym,

rury spiralnie spawane.

Podstawowy asortyment wyrobów stalowych uzupełniaj

ą

produkty przetwórstwa hutniczego np.:

belki dwuteowe, produkowane na liniach automatycznego
spawania w hutach,

belki a

ż

urowe.

Asortyment stalowych przekrojów spawanych

Obróbka na zimno

PRZECI

Ą

GANIE – obróbka

plastyczna na zimno, podczas
której walcowany pr

ę

t stalowy

przeci

ą

ga si

ę

prze otwór ci

ą

gadła

o wymiarach prze

ś

witu nieco

mniejszych od odpowiednich
wymiarów tego pr

ę

ta. T

ą

metoda

wyrabia si

ę

druty, pr

ę

ty i rury

cienko

ś

cienne o dokładnych

wymiarach. Druty o

ś

rednicach

wi

ę

kszych ni

ż

5mm s

ą

wytwarzane

w wyniku walcowania, natomiast
druty cie

ń

sze metod

ą

przeci

ą

gania.

KSZTAŁTOWANIE NA ZIMNO –
profile cienko

ś

cienne z blach o gr.

1,5 do 5mm, które produkuje si

ę

zazwyczaj stosuj

ą

c nast

ę

puj

ą

ce

urz

ą

dzenia:

- ci

ą

garki oczkowe lub rolkowe,

- walcarki rolkowe (gi

ę

tarki),

- kraw

ę

dziarki (maszyny do

zginania),
- prasy do gi

ę

cia.

Asortyment wyrobów zimnogi

ę

tych

Asortyment wyrobów zimnogi

ę

tych

Asortyment

wyrobów

zimnogi

ę

tych

Profilowane blachy stalowe do konstrukcji zespolonych

.

Zasady doboru kształtowników i blach

na konstrukcje

nie stosowa

ć

wyrobów nie obj

ę

tych programem walcowania,

wymiary cz

ęś

ci z blach tak dobiera

ć

, aby w sposób najbardziej efektywny

wykorzysta

ć

arkusze blach,

w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosowa

ć

cz

ęś

ci o wymiarach

trudnych do rozró

ż

nienia, a w szczególno

ś

ci:

- k

ą

towników o ramionach jednakowej szeroko

ś

ci, lecz ró

ż

ni

ą

cych si

ę

grubo

ś

ci

ą

mniej ni

ż

3mm,

- dwuteowników i ceowników tej samej wysoko

ś

ci, lecz ró

ż

ni

ą

cych si

ę

grubo

ś

ci

ą

pasów lub

ś

rodnika,

- cz

ęś

ci z blach uniwersalnych lub grubych tej samej szeroko

ś

ci, lecz

ró

ż

ni

ą

cych si

ę

grubo

ś

ci

ą

mniej ni

ż

3mm,

w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosowa

ć

cz

ęś

ci z blach lub

kształtowników o jednakowych wymiarach, lecz wykonanych z ró

ż

nych

gatunków stali,

zwa

ż

a

ć

, aby długo

ś

ci poszczególnych cz

ęś

ci nie przekraczały długo

ś

ci

handlowych poszczególnych asortymentów,

w elementach zło

ż

onych, w szczególno

ś

ci kratowych, ogranicza

ć

liczb

ę

ró

ż

nych kształtowników (w zwykłych kratownicach wykonywanych

jednostkowo, stosowa

ć

nie wi

ę

cej ni

ż

5-6 ró

ż

nych kształtowników).

Stal do zbrojenia betonu

Standard

Steel grades

PN-ENV

10080

B500B

PN-82/H-

93215

PN-96/H-

84023-6

34GS, 18G2-b, St50B

PN-ISO

6935-2

RB 500W, RB 400W-V,

RB 500W-V

DIN 488

BSt500S; BSt500S-V

Pr

ę

ty zbrojenia

EPSTAL – stal do zbrojenia betonu

o podwy

ż

szonej ci

ą

gliwo

ś

ci

KOROZJA STALI I SPOSOBY JEJ ZAPOBIEGANIA

Korozja – proces niszczenia metalu wskutek
oddziaływania

ś

rodowiska zewn

ę

trznego.

Zaczyna si

ę

na powierzchni metalu i stopniowo

przenika do warstwa gł

ę

bszych, jednak

ż

e

post

ę

p w gł

ą

b materiału nie jest równomierny.

Rozpocz

ę

ty proces korozji, o ile nie ulegnie

zahamowaniu, prowadzi do całkowitego
zniszczenia elementów stalowych.

O szybko

ś

ci korozji decyduj

ą

:

wilgotno

ść

wzgl

ę

dna,

zanieczyszczenia,

dobowe wahania temperatury.

Rodzaje korozji (ze wzgl

ę

du na wynik oddziaływania):

korozja równomierna (na całej powierzchni elementów
metalowych, powoduj

ą

ca zmniejszenie ich grubo

ś

ci w mniej wi

ę

cej

jednakowym stopniu),

korozja w

ż

erowa (gdy metal jest atakowany tylko w pewnych

miejscach powierzchni, wskutek czego tworz

ą

si

ę

w tych miejscach

wgł

ę

bienia zwane w

ż

erami),

korozja mi

ę

dzykrystaliczna (gdy o

ś

rodek aktywny atakuje granice

ziarn bez naruszenia ich wn

ę

trza, tego rodzaju korozja

rozprzestrzenia si

ę

wgł

ą

b metalu po granicach ziarn, co powoduje

naruszenie spójno

ś

ci metalu),

korozj

ę

napr

ęż

eniow

ą

(na skutek istnienia w metalu napr

ęż

e

ń

własnych; poszczególne miejsca materiału o ró

ż

nych napr

ęż

eniach

maj

ą

ró

ż

ne ilo

ś

ci energii wewn

ę

trznej, co w obecno

ś

ci roztworów

prowadzi do powstania ogniw lokalnych, które z kolei powoduj

ą

korozj

ę

; przejawem tej korozji s

ą

p

ę

kni

ę

cia);

korozja kontaktowa (gdy stal styka si

ę

z innymi metalami,

np. stopem miedzi, w wyniku czego powstaj

ą

lokalne ogniwa

prowadz

ą

ce do znacznego ubytku materiału.

Sposoby zapobiegania korozji:

odpowiednie rozwi

ą

zania konstrukcyjne,

stosowanie stali o odpowiednim składzie
chemicznym (np. stale trudnordzewiej

ą

ce

lub kwasoodporne),

stosowanie powłok ochronnych
(nakładane metaliczne i niemetaliczne
oraz powłoki wytwarzane),

usuwanie agresywnych składników
z o

ś

rodka lub stosowanie inhibitorów

zmniejszaj

ą

cych szybko

ść

korozji.

Powłoki ochronne

Powłoki metaliczne nakłada si

ę

:

- zanurzaj

ą

c w roztopionym cynku lub cynie,

- natryskuj

ą

c roztopiony metal za pomoc

ą

pistoletu,

- metod

ą

galwanotechniczn

ą

, polegaj

ą

c

ą

na elektrolitycznym

nakładaniu warstw metalu ochronnego na elementy stalowe
zanurzone w elektrolicie zawieraj

ą

cym w odpowiednim st

ęż

eniu sole

nakładanego materiału.

Powłoki niemetaliczne: olejne, ftalowe, olejno –

ż

ywiczne, asfaltowe,

bitumiczne, poliwinylowe, epoksydowe, akrylowe, silikonowe. Pełni

ą

równie

ż

, poza funkcj

ą

ochronn

ą

, tak

ż

e funkcj

ę

dekoracyjn

ą

,

izolacyjn

ą

lub sygnalizacyjna.

Powłoki wytwarzane ró

ż

ni

ą

si

ę

od powłok nakładanych sposobem

przylegania do podło

ż

a. S

ą

poł

ą

czone ze stal

ą

chemicznie lub

fizykochemicznie w wysokiej temperaturze na zasadzie dyfuzji
metalu ochronnego w gł

ą

b stali.

Ochrona przed po

ż

arem

Konstrukcje stalowe zmniejszaj

ą

znacznie swoj

ą

no

ś

no

ść

w wysokiej temperaturze (powy

ż

ej 400°C) i doznaj

ą

wówczas odkształce

ń

, prowadz

ą

cych do awarii.

Odporno

ść

ogniowa stalowych elementów konstrukcyjnych

jest to cecha mierzona czasem (w minutach), podczas
którego element konstrukcji w warunkach po

ż

aru mo

ż

e

spełnia

ć

wyznaczon

ą

mu funkcj

ę

.

Ochrona przed po

ż

arem

Na odporno

ść

ogniow

ą

wpływaj

ą

nast

ę

puj

ą

ce parametry:

temperatura krytyczna (przy której element traci sw

ą

no

ś

no

ść

),

kształt przekroju stalowego (relacja mi

ę

dzy obwodem

a ci

ęż

arem),

kształt osłony ochronnej (okładziny) przy osłoni

ę

tych

elementach stalowych,

współczynnik przewodno

ś

ci cieplnej i zawarto

ś

ci wody

w okładzinach,

poło

ż

enie elementu w stosunku do

ś

cian i stropów.

Ochrona przed po

ż

arem

Zabezpieczenia

przeciwpo

ż

arowe

CZYNNE

(tryskacze, kurtyny wodne,

kurtyny mechaniczne,

które wł

ą

czaj

ą

si

ę

automatycznie,

gdy temperatura otoczenia

przekracza ustalon

ą

warto

ść

)

BIERNE

(

ś

rodki ratunkowe słu

żą

ce

do zlokalizowania po

ż

aru, jak:

ga

ś

nice, zbiorniki wodne,

hydranty oraz otuliny

i powłoki konstrukcyjne,

utrudniaj

ą

ce dost

ą

p ognia )

Zabezpieczenia przeciwpo

ż

arowe

Metody ochrony przy u

ż

yciu lekkich materiałów:

stykow

ą

(profilow

ą

) – pokrycie stalowego elementu konstrukcyjnego

np. warstw

ą

wermikulitu, która szczelnie przylegaj

ą

c do wszystkich

powierzchni elementu, chroni go przed bezpo

ś

rednim działaniem

ognia,

bezstykow

ą

(obudowy) – szczelne obudowanie stalowego elementu

płytami ognioodpornymi, z pozostawieniem wewn

ę

trznej przestrzeni

pustej.

Typowym przykładem materiału stosowanego do ochrony stali

profilowej jest specjalny preparat o spoiwie nieorganicznym, który
mo

ż

e by

ć

natryskiwany za pomoc

ą

strumienia rozpylonej wody na

elementy o ró

ż

nych kształtach przekroju poprzecznego.

Dobry sposób zabezpieczania konstrukcji stalowych przed po

ż

arem to

pokrywanie ich farbami p

ę

czniej

ą

cymi w ogniu

Przykłady konstrukcyjnych zabezpiecze

ń

przeciwpo

ż

arowych

Przykłady konstrukcyjnych zabezpiecze

ń

przeciwpo

ż

arowych

Przykłady konstrukcyjnych zabezpiecze

ń

przeciwpo

ż

arowych