Što je konstrukcijski čelik? Sastav i primjena

Istraživanje konstrukcijskog čelika

Od zgrada koje ljudi posjećuju, do domova u kojima žive, do cesta kojima putuju, konstrukcijski čelični lim je višenamjenski građevinski materijal koji pruža proizvodnu svestranost i strukturnu čvrstoću bez velike težine. Ovaj članak govori o konstrukcijskom čeliku, njegovom sastavu, karakteristikama, uporabi i još mnogo toga.

Što je konstrukcijski čelik?

Konstrukcijski čelik je regulirana kategorija čelika koja mora zadovoljiti industrijske standarde za tolerancije dimenzija i sastav. U Sjedinjenim Državama, klase čelika specificira i regulira ASTM International. Također, Europa i Kanada imaju vlastita regulatorna tijela i standarde. Iako Leeco Steel nudi EN standardne čelične ploče i CSA G40.21 standardne čelične ploče, ovaj će se članak usredotočiti na ASTM standarde.

Postoji širok raspon vrsta konstrukcijskog čelika, a najpopularniji su ASTM A572 i ASTM A36. Ove vrste čelika, zajedno s ostalim vrstama konstrukcijskog čelika, prvenstveno se koriste za izradu okvira za mostove i zgrade.

Također se koriste u izgradnji:

teretni vagoni

Građevinske opreme

dijelovi kamiona

Strojevi

kranske šipke

prijenosni tornjevi

regali za kamione

Istraživanje koje je objavio Američki institut za čelične konstrukcije pokazuje da konstrukcijski čelik sadrži 47 posto svih građevinskih materijala, pa je vrlo vjerojatno da je konstrukcijski čelik odgovoran za dio dizajna u konstrukcijama, zgradama ili mostovima gdje se ljudi susreću.

Proizvodnja i ispitivanje konstrukcijskog čelika

Da biste u potpunosti razumjeli kako se konstrukcijski čelik razlikuje od nekonstrukcijskog čelika, poput onog koji se koristi u krevetima kamiona, brodovima ili vojnim tenkovima, važno je ispitati sastav konstrukcijskog čelika.

Čelik se može izraditi od sirovina ili od recikliranja starog čelika. Tijekom procesa pretvorbe recikliranog čelika u novi čelik, postojeći čelik se topi i rafinira kako bi zadovoljio određene specifikacije. Izrada čelika iz sirovina puno je duži proces.

Čelik je legura koja sadrži ugljik i željezo, oba su dostupna u izobilju, ali se rijetko nalaze u čistom obliku. Za izradu čelika iz sirovina, željezo se dobiva iz željezne rude, koja sadrži obilje željeznih oksida. Većina željezne rude u Sjedinjenim Državama iskopava se radi takonita, kojeg ima u izobilju u Minnesoti. Tijekom procesa rudarenja, takonit se melje u zrnastu smjesu, a magneti se koriste za odvajanje željezne rude (u obliku magneta) od drugih tvari i minerala.

Iako se željezo često smatra jakim i tvrdim, sirova željezna rudača je toliko meka da se može rezati nožem i malo mišića. Legure na bazi željeza svoju čvrstoću dobivaju dodatkom ugljika.

Legura željeza i ugljika obično se proizvodi spajanjem koksa sa željeznom rudom i zagrijavanjem dok se koks ne zapali. Koks je oblik ugljena bogat ugljikom. Kao rezultat ovog jakog zagrijavanja, koks oslobađa ugljik i veže se za kisik željeznih oksida, ostavljajući kombinaciju ugljika i željeza. Taj se proces naziva redukcija.

Nakon redukcije, materijal se sastoji od oko 4 posto ugljika, koji se podvrgava daljnjim procesima zagrijavanja i hlađenja kako bi se smanjila količina ugljika, čineći materijal jačim i tvrđim. Čim je sadržaj ugljika manji od 2,1 posto težine materijala, on se pretvara u čelik. Za izradu konstrukcijskog čelika ugljik se mora dodatno smanjivati ​​sve dok njegov sastav ne bude samo 0,05 do 0,25 posto.

Krajnji rezultat je konstrukcijski čelik koji ima ekonomičnu cijenu, 100 posto se može reciklirati i ima visok omjer čvrstoće i težine. Postoje različiti stupnjevi konstrukcijskog čelika koji se u određenoj mjeri razlikuju po svom sastavu. Ovi sastavi značajno pomažu u uspostavljanju potrebnog materijala za bilo koji specifični projekt.

Alternativno, čelik se može dalje obrađivati ​​- daljnjim tretmanima zagrijavanja i hlađenja i/ili dodavanjem legura, npr. titana, molibdena i kroma - da se poveća tvrdoća. Ovi procesi utječu na ukupnu krtost, u većini slučajeva čineći dobiveni materijal neprikladnim za konstrukcijske primjene.

Sastav konstrukcijskog čelika

Ispod je sastav dviju dobro poznatih klasa konstrukcijskog čelika: ASTM 572 i ASTM A36. Iako druge vrste konstrukcijskog čelika imaju analogne sastave, mogu također imati dodatne legure ili su podvrgnute dodatnoj obradi.

A514 također sadrži 0.2 posto molibdena, 0.48 posto kroma, 0,05 posto vanadija, 0.02 posto titana i 0,003 posto bora.

Prisutnost dodatnih legura koje povećavaju tvrdoću i krtost glavna je razlika u sastavu nestrukturnog i konstrukcijskog čelika. U nekim slučajevima, dodatne legure mogu stvoriti čelik strukturne kvalitete; međutim, u drugim slučajevima, proizvedeni čelik je previše krt za upotrebu u konstrukcijskim kapacitetima.

Tečenje i vlačna čvrstoća

Osim kemijskog sastava, granice naprezanja i razvlačenja pomažu u određivanju razreda čelika kao i opće primjene.

Najviša točka naprezanja je granica elastičnosti, na kojoj će materijal trajno promijeniti oblik. Na primjer, kada netko skoči s trampolina, trampolin se prirodno savija kako bi apsorbirao energiju i težinu, no nakon što ta osoba skoči s trampolina, trampolin će se vratiti u prvobitni oblik. Granica elastičnosti odskočne daske bila bi točka u kojoj se ona savija pod utjecajem energije i težine, te ostaje trajno savijena čak i nakon što ronilac skoči.

Vitalna karakteristika konstrukcijskog čelika, granica popuštanja mora imati određeno popuštanje kako bi apsorbirala težinu. Na primjer, granica razvlačenja u mostovima najveća je težina koju most može izdržati prije nego doživi trajno oštećenje.

Vlačna čvrstoća odnosi se na točku u kojoj će presavijeni materijal puknuti. U gornjem primjeru trampolina, to je energija i težina potrebna da se trampolin slomi.

Ispod je dijagram koji prikazuje granice rastezanja i razvlačenja za tri uobičajene vrste konstrukcijskog čelika. Ove točke se izračunavaju u kiloinčima po kvadratnom inču ("ksi") ili funtama po kvadratnom inču ("psi"), kako slijedi. Ponekad su također naznačeni u megapaskalima.

Pokrivnost ovisi o debljini, ali najčešći stupanj je 50 ksi.

Ova dva parametra vrlo su važna za inženjere kada planiraju potreban materijal za određeni projekt.