SteelConstruction. info Stahlwerkstoffeigenschaften nach oben Die für die Konstruktion erforderlichen Eigenschaften Die Eigenschaften, die von den Konstrukteuren bei der Konstruktion von Stahlbauprodukten berücksichtigt werden müssen, sind: Die mechanischen Eigenschaften ergeben sich aus den in der jeweiligen Produktnorm angegebenen Mindestwerten. Die Schweißbarkeit wird durch den chemischen Gehalt der Legierung bestimmt, der durch Grenzwerte in der Produktnorm geregelt wird. Die Haltbarkeit hängt vom jeweiligen Legierungstyp - gewöhnlichem Kohlenstoffstahl, verwittertem Stahl oder rostfreiem Stahl ab. Top Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften beeinflussen Stahl erhält seine mechanischen Eigenschaften aus einer Kombination von chemischer Zusammensetzung, Wärmebehandlung und Herstellungsprozessen. Während der Hauptbestandteil von Stahl Eisen ist, kann die Zugabe von sehr geringen Mengen anderer Elemente einen deutlichen Effekt auf die Eigenschaften des Stahls haben. Die Festigkeit von Stahl kann durch Zugabe von Legierungen wie Mangan, Niob und Vanadium erhöht werden. Diese Legierungszusätze können jedoch auch andere Eigenschaften, wie Duktilität, beeinträchtigen. Zähigkeit und Schweißbarkeit. Eine Minimierung des Schwefelgehaltes kann die Duktilität erhöhen. Und die Zähigkeit kann durch die Zugabe von Nickel verbessert werden. Die chemische Zusammensetzung für jede Stahlspezifikation wird daher sorgfältig ausgewogen und geprüft, um sicherzustellen, dass die entsprechenden Eigenschaften erreicht werden. Die Legierungselemente erzeugen auch ein anderes Ansprechverhalten, wenn das Material Wärmebehandlungen unterworfen wird, die eine Abkühlung mit einer vorgeschriebenen Rate von einer bestimmten Spitzentemperatur umfassen. Das Herstellungsverfahren kann Kombinationen von Wärmebehandlung und mechanischer Bearbeitung einschließen, die für die Leistung des Stahls von entscheidender Bedeutung sind. Die mechanische Bearbeitung erfolgt beim Walzen oder Formen des Stahls. Je mehr Stahl gewalzt wird, desto stärker wird es. Dieser Effekt zeigt sich in den Werkstoffnormen, die mit zunehmender Materialdicke eine Reduzierung der Streckgrenze angeben. Die Wirkung der Wärmebehandlung wird am besten durch die verschiedenen Herstellungsverfahren, die bei der Stahlherstellung verwendet werden können, erklärt, wobei die Hauptbestandteile hierbei die folgenden sind: Walzstahl Normalisierter Stahl Normalgewalzter Stahl Thermomechanisch gewalzter (TMR) Stahl Vergütet (QampT ) stehlen. Stahl kühlt, wenn er gewalzt wird, mit einer typischen Abrolltemperatur von etwa 750 ° C. Stahl, der sich dann natürlich abkühlen lässt, wird als gewalztes Material bezeichnet. Die Normalisierung erfolgt, wenn das gewalzte Material auf etwa 900 ° C erhitzt wird, und bei dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten wird, bevor man es auf natürliche Weise abkühlen läßt. Dieses Verfahren verfeinert die Korngröße und verbessert die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zähigkeit. Normalisiert-gerollt ist ein Prozess, bei dem die Temperatur über 900 ° C beträgt, nachdem das Walzen abgeschlossen ist. Dies hat eine ähnliche Wirkung auf die Eigenschaften wie normalisieren, aber es beseitigt den zusätzlichen Prozess der Wiedererwärmung des Materials. Normalisierte und normalgewalzte Stähle haben eine N-Bezeichnung. Die Verwendung von hochfestem Stahl kann das benötigte Stahlvolumen verringern, aber der Stahl muss bei Betriebstemperaturen hart sein, und er sollte auch eine ausreichende Duktilität aufweisen, um jeder duktilen Rissausbreitung standzuhalten. Daher erfordern höherfeste Stähle verbesserte Zähigkeit und Duktilität, die nur mit kohlenstoffarmen Stählen erreicht werden können, und durch Maximierung der Kornverfeinerung. Die Umsetzung des thermomechanischen Walzprozesses (TMR) ist ein effizienter Weg, dies zu erreichen. Thermomechanisch gewalzter Stahl verwendet eine besondere Chemie des Stahls, um eine niedrigere Walzendtemperatur von etwa 700 ° C zu ermöglichen. Eine grßere Kraft ist erforderlich, um den Stahl bei diesen niedrigeren Temperaturen zu walzen, und die Eigenschaften werden beibehalten, solange sie nicht über 650 ° C aufgeheizt werden. Thermomechanisch gewalzter Stahl hat eine M-Bezeichnung. Das Verfahren für abgeschreckten und gehärteten Stahl beginnt mit einem normalisierten Material bei 900 ° C. Es wird schnell abgekühlt oder abgeschreckt, um Stahl mit hoher Festigkeit und Härte herzustellen, aber geringe Zähigkeit. Die Zähigkeit wird wiederhergestellt, indem sie auf 600 ° C aufgeheizt, die Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten und dann natürlich abgekühlt wird (Temperieren). Vergütungsstähle haben eine Q-Bezeichnung. Beim Quenchen wird das Produkt schnell durch Eintauchen direkt in Wasser oder Öl abgekühlt. Es wird häufig in Verbindung mit einem Anlassen verwendet, bei dem es sich um eine Wärmebehandlung der zweiten Stufe bei Temperaturen unterhalb des Austenitisierungsbereichs handelt. Der Effekt des Anlassens ist, vorher gehärtete Strukturen zu erweichen und sie härter und verformbarer zu machen. Schematische Temperatur Zeitgraph der Walzprozesse oben Festigkeit nach oben Streckgrenze Die Streckgrenze ist die häufigste Eigenschaft, die der Konstrukteur benötigt, da er die Grundlage für die meisten der in den Designcodes angegebenen Regeln ist. In den europäischen Normen für strukturelle Kohlenstoffstähle (einschließlich Witterungsstahl) bezieht sich die primäre Bezeichnung auf die Streckgrenze, z. B. S355 Stahl ist ein Baustahl mit einer festgelegten Mindeststreckgrenze von 355 Nmmsup2. Die Produktnormen geben auch den zulässigen Wertebereich für die Zugfestigkeit (UTS) an. Die minimale UTS ist für einige Aspekte des Designs relevant. Oben Warmgewalzte Stähle Bei warmgewalzten Kohlenstoffstählen ist die in der Bezeichnung angegebene Zahl der Wert der Streckgrenze für Werkstoffe bis 16 mm Dicke. Konstrukteure sollten beachten, dass sich die Streckgrenze mit zunehmender Platten - oder Profilstärke verringert (dünneres Material wird mehr als dickes Material gearbeitet und Arbeit erhöht die Festigkeit). Für die beiden gebräuchlichsten Stahlsorten in Großbritannien sind die angegebenen Mindeststreckgrenzen und die Mindestzugfestigkeit in der Tabelle unten für Stähle nach BS EN 10025-2 angegeben. 1. Mindestausbeute und Zugfestigkeit für gebräuchliche Stahlgüten Streckgrenze (Nmm 2) für Nenndicke t (mm) Zugfestigkeit (Nmm 2) für Nenndicke t (mm) Der britische Nationale Anhang nach BS EN 1993-1-1 2 ermöglicht es, die Mindestausbeute für die jeweilige Dicke als Nennwert zu verwenden (Charakteristische) Streckgrenze fy und die minimale Zugfestigkeit fu, die als nominale (charakteristische) Endfestigkeit zu verwenden ist. Ähnliche Werte sind für andere Sorten in anderen Teilen der BS EN 10025 und für Hohlprofile nach BS EN 10210-1 angegeben. Top top Kaltgeformte Stähle Es gibt eine breite Palette von Stahlsorten für Strangstähle, die für die Kaltumformung geeignet sind. Die Mindestwerte der Streckgrenze und der Zugfestigkeit sind in der einschlägigen Produktnorm BS EN 10346 4 angegeben. BS EN 1993-1-3 5 tabelliert die Werte der Basisstreckgrenze f yb und der Reißfestigkeit fu, die als Kennwerte verwendet werden sollen Entwurf. Oben Nichtrostende Stähle Die Stahlsorten werden durch eine numerische Stahlnummer (wie z. B. 1.4401 für einen typischen austenitischen Stahl) anstelle des S-Bezeichnungssystems für Kohlenstoffstähle bezeichnet. Die Spannungs-Dehnungs-Beziehung weist nicht die klare Trennung von einer Streckgrenze auf und die Streckgrenzen von rostfreiem Stahl für rostfreien Stahl werden im allgemeinen als eine für eine bestimmte versetzte permanente Dehnung (üblicherweise den 0,2-Strang) definierte Prüffestigkeit angegeben. Die Festigkeiten der üblichen rostfreien Stähle reichen von 170 bis 450 Nmmsup2. Austenitische Stähle haben eine geringere Streckgrenze als herkömmliche Kohlenstoffstähle Duplexstähle haben eine höhere Streckgrenze als herkömmliche Kohlenstoffstähle. Sowohl für austenitische als auch für duplexfreie Stähle ist das Verhältnis von Festigkeit zu Festigkeit größer als bei Kohlenstoffstählen. BS EN 1993-1-4 6 tabelliert die nominalen (charakteristischen) Werte der Streckgrenze f y und die endgültige Mindestzugfestigkeit f u für Stähle nach BS EN 10088-1 7 für die Verwendung in der Konstruktion. Top Zähigkeit V-Kerbschlagbiegeprobe Es liegt in der Natur aller Materialien, einige Unvollkommenheiten zu enthalten. In Stahl haben diese Unvollkommenheiten die Form von sehr kleinen Rissen. Wenn der Stahl unzureichend zäh ist, kann sich der Riß schnell ohne plastische Verformung ausbreiten und zu einem spröden Bruch führen. Das Risiko eines Sprödbruches nimmt mit der Dicke, Zugspannung, Spannungserhöhungen und bei kälteren Temperaturen zu. Die Zähigkeit von Stahl und seine Fähigkeit, spröden Bruch zu widerstehen, hängen von einer Anzahl von Faktoren ab, die in der Spezifikationsstufe berücksichtigt werden sollten. Ein gutes Maß an Zähigkeit ist der Charpy V-Kerbschlagzähigkeitstest - siehe Bild rechts. Dieser Test misst die Aufprallenergie, die erforderlich ist, um eine kleine gekerbte Probe bei einer bestimmten Temperatur durch einen einzigen Schlagschlag aus einem Pendel zu brechen. Die verschiedenen Produktnormen legen Mindestwerte der Aufprallenergie für verschiedene Teilniveaus jeder Festigkeitsklasse fest. Bei nicht legierten Baustählen sind die Bezeichnungen der Subgrade JR, J0, J2 und K2. Für Feinkornstähle und Vergütungsstähle (die im Allgemeinen härter und mit höherer Aufprallenergie betrieben werden) werden unterschiedliche Bezeichnungen verwendet. Eine Zusammenfassung der Zähigkeitsbezeichnungen finden Sie in der folgenden Tabelle. Spezifizierte minimale Aufprallenergie für Kohlenstoff-Unterqualitäten Für dünnwandige Stähle für die Kaltumformung werden für Material mit weniger als 6 mm Dicke keine Aufprallenergieanforderungen festgelegt. Die Auswahl einer geeigneten Unterklasse, um eine angemessene Zähigkeit in Entwurfssituationen zu gewährleisten, ist in der BS EN 199382091820910 8 und ihrer zugehörigen UK NA 9 angegeben. Die Regeln beziehen sich auf eine Grenzdicke für jede Unterklasse aus Stahl. Leitlinien zur Auswahl geeigneter Teilnoten sind in ED007 enthalten. Nichtrostende Stähle sind im Allgemeinen viel härter als Kohlenstoffstähle Mindestwerte sind in BS EN 10088-4 10 spezifiziert. BS EN 1993-1-4 6 besagt, dass austenitische und Duplexstähle ausreichend hart und nicht spröde Bruchfehler sind, 40degC. Top Duktilität Duktilität ist ein Maß für den Grad, in dem ein Material zwischen dem Beginn der Ausbeute und dem eventuellen Bruch unter Zugbelastung belastet oder verlängert werden kann, wie in der folgenden Abbildung gezeigt wird. Der Konstrukteur beruht auf der Duktilität für eine Reihe von Aspekten des Entwurfs, einschließlich der Umverteilung der Belastung am endgültigen Grenzzustand, der Konstruktion der Bolzengruppe, dem verringerten Risiko der Ermüdungsrissausbreitung und in den Herstellungsprozessen des Schweißens. Biegen und Richten. Die verschiedenen Standards für die Stahlsorten in der obigen Tabelle bestehen auf einem minimalen Wert für die Duktilität, so daß die Konstruktionsannahmen gültig sind, und wenn diese korrekt spezifiziert sind, kann der Konstrukteur seine adäquate Leistung sicherstellen. Spannungsverformung für Stahl oben Schweißbarkeit Schweißversteifung auf einem großen Fertigstrahl (Bild mit freundlicher Genehmigung von Mabey Bridge AG) Alle Baustähle sind im wesentlichen schweißbar. Das Schweißen beinhaltet jedoch ein lokales Schmelzen des Stahls, der anschließend abkühlt. Die Kühlung kann ziemlich schnell sein, weil das umgebende Material, z. B. Der Strahl, eine große Wärmesenke und die Schweißnaht (und die eingebrachte Wärme) ist meist relativ klein. Dies kann zu einer Aushärtung der Wärmeeinflusszone (HAZ) und einer verminderten Zähigkeit führen. Je größer die Dicke des Materials ist, desto größer ist die Verringerung der Zähigkeit. Die Anfälligkeit für Versprödung hängt auch von den Legierungselementen hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, von dem Kohlenstoffgehalt ab. Diese Anfälligkeit kann als der Kohlenstoffäquivalenzwert (CEV) ausgedrückt werden, und die verschiedenen Produktstandards für Kohlenstoffstähle geben Ausdrücke zur Bestimmung dieses Wertes an. BS EN 10025 1 setzt verbindliche Grenzwerte für CEV für alle geerdeten Baustähle ein, und es ist eine einfache Aufgabe für diejenigen, die das Schweißen kontrollieren, um sicherzustellen, dass die verwendeten Schweißverfahrenspezifikationen für die entsprechende Stahlsorte und CEV qualifiziert sind. Oben Andere mechanische Eigenschaften von Stahl Andere mechanische Eigenschaften von Baustahl, die für den Konstrukteur wichtig sind, umfassen: Elastizitätsmodul E 210.000 Nmmsup2 Schermodul, G E2 (1 nu) Nmmsup2, oft als 81.000 Nmmsup2 Poissons ratio, nu 0,3 Coefficient Thermische Ausdehnung, alpha 12 x 10 -6 degC (im Umgebungstemperaturbereich). Top Haltbarkeit Offsite Anwendung des Korrosionsschutzes (Bild mit freundlicher Genehmigung von Hempel UK Ltd.) Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die Korrosionsprävention. Obwohl spezielle korrosionsbeständige Stähle verfügbar sind, werden diese normalerweise nicht im Hochbau verwendet. Die Ausnahme ist Witterungsstahl. Das häufigste Mittel zur Bereitstellung von Korrosionsschutz für Baustahl ist das Malen oder Galvanisieren. Die Art und der Grad des erforderlichen Beschich - tungsschutzes hängt von dem Expositionsgrad, dem Standort, der Standzeit usw. ab. In vielen Fällen sind unter den internen Trockensituationen keine anderen Korrosionsschutzbeschichtungen als der geeignete Brandschutz erforderlich. Ausführliche Informationen zum Korrosionsschutz von Baustahl finden Sie hier. Witterungsbeständiger Stahl ist ein hochfester niedrig legierter Stahl, der Korrosion durch Bildung einer anhaftenden Schutzrostpatina widersteht, die weitere Korrosion hemmt. Es ist keine Schutzbeschichtung erforderlich. Es ist weitgehend in Großbritannien für Brücken verwendet und wurde extern auf einige Gebäude verwendet. Es wird auch für architektonische Merkmale und skulpturale Strukturen wie der Engel des Nordens verwendet. Engel der Nordspitze Rostfreier StahlMaterial Anmerkungen: Austenitischer Cr-Ni Edelstahl. Bessere Korrosionsbeständigkeit als Typ 302. Hohe Duktilität, ausgezeichnete Zieh-, Form - und Spinneigenschaften. Im wesentlichen unmagnetisch, wird bei Kaltbearbeitung leicht magnetisch. Niedriger Kohlenstoffgehalt bedeutet weniger Karbidausscheidung in der wärmebehandelten Zone während des Schweißens und eine geringere Anfälligkeit für interkristalline Korrosion. Anwendungen: Bier Fässer, Faltenbalg, chemische Ausrüstung, Kohle Trichterbeläge, Kochgeräte, Kühlschlangen, kryogene Gefäße, Molkereiprodukte, Verdampfer, Besteck Utensilien, Speisewasser-Schlauch-, flexible Metall-Schlauch-, Lebensmittel-Verarbeitung Ausrüstung, Krankenhaus chirurgische Ausrüstung, Injektionsnadeln, Küche Senken, Schiffsausrüstung und Befestigungselemente, Kerngefäße, Ölschachtfilter, Kälteanlagen, Papierindustrie, Töpfe und Pfannen, Druckbehälter, Sanitärarmaturen, Ventile, Versandtrommeln, Spinnen, Röhren, Textilfärbeanlagen, Schläuche. Korrosionsbeständigkeit: beständig gegen die meisten oxidierenden Säuren und Salzsprühnebel. Tut uns leid, aber unsere Quellen berichten keine weiteren Informationen für dieses Material. Manchmal sehen Sie diese Meldung während eines internen Updates von MatWeb, insbesondere um 07:00 Uhr GMT. Referenzen für dieses Datenblatt. Einige der oben dargestellten Werte können von ihren ursprünglichen Einheiten umgewandelt und gerundet werden, um die Informationen in einem konsistenten Format anzuzeigen. Benutzer, die genauere Daten für wissenschaftliche oder technische Berechnungen benötigen, können auf den Eigenschaftswert klicken, um den ursprünglichen Wert sowie Rohumwandlungen in äquivalente Einheiten zu sehen. Wir empfehlen Ihnen, nur den ursprünglichen Wert oder eine seiner Rohkonvertierungen in Ihren Berechnungen zu verwenden, um Rundungsfehler zu minimieren. Wir bitten Sie auch, sich auf den Haftungsausschluss und die Nutzungsbedingungen von MatWebs bezüglich dieser Informationen zu beziehen. MatWeb-Daten und Werkzeuge von MatWeb, LLC zur Verfügung gestellt.
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