Materiały budowlane
Technologia metali
Wykład 4
Tematyka wykładów
Wprowadzenie. Proces wytwarzania stali. Struktura stali. Przemiany
fazowe. Obróbka cieplna stali.
Stal  skład chemiczny, właściwości fizyczne i mechaniczne stali.
Badania cech mechanicznych stali. Gatunki stali.
Procesy spawalnicze. Spawalność stali. Naprężenia własne.
Technologia wytwarzania wyrobów stalowych. Asortyment wyrobów
stalowych. Zachowanie się stali w trudnych warunkach użytkowania.
Inne metale żelazne i metale nieżelazne  właściwości i zastosowanie.
Zaliczenie.
Stal stosowana na elementy konstrukcji budowlanych:
PN-EN 10025-2 w odniesieniu do wyrobów walcowanych na gorąco z
niestopowej stali konstrukcyjnej,
PN-EN 10025-3 i PN-EN 10025-4 w odniesieniu do wyrobów walcowanych
na gorÄ…co ze spawalnej, drobnoziarnistej stali konstrukcyjnej,
PN-EN 10147 w odniesieniu do blach i taśm ocynkowanych na gorąco w
sposób ciągły,
PN-EN 10149 w odniesieniu do wyrobów płaskich, walcowanych na gorąco
ze stali
o podwyższonej granicy plastyczności do obróbki plastycznej na zimno,
PN-EN 10210 w odniesieniu do kształtowników zamkniętych, walcowanych
na gorÄ…co ze stali konstrukcyjnej niestopowej lub drobnoziarnistej,
PN-EN 10219 w odniesieniu do kształtowników zamkniętych ze szwem,
wykonanych na zimno ze stali konstrukcyjnej niestopowej lub
drobnoziarnistej.
Do węższego zakresu zastosowań są dostarczane wyroby ze stali gatunków,
ujętych normami:
PN-EN 10025-5, która dotyczy stali trudnordzewiejącej,
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, ujętych normami, są
produkowane jako:
kształtowniki o przekrojach otwartych (dwuteowniki,
ceowniki, kÄ…towniki),
kształtowniki o przekrojach zamkniętych (kołowych,
kwadratowych i prostokÄ…tnych),
blachy grube i cienkie (najczęściej do produkcji
blachownic, wytwarzanych indywidualnie lub w sposób
zmechanizowany, kształtowników otwartych, giętych na
zimno, blach profilowanych (fałdowych) i do
uzupełniających części połączeń i węzłów).
Obróbka plastyczna
Stal można przerabiać plastycznie, stosując spokojne
obciążanie (walcowanie, przeciąganie, tłoczenie) lub też
uderzenia (kucie). Skutki obróbki plastycznej są różne
w zależności od tego, czy wykonuje się ją na zimno czy
na gorÄ…co.
Obróbkę plastyczną na gorąco stosuje się przy
walcowaniu i kuciu wlewków, a następnie przy dalszej
przeróbce półfabrykatów na rury i przedmioty
wytłaczane oraz przy zginaniu profili.
Przeróbka plastyczna na zimno jest stosowana np.
przy przeciąganiu drutu, rur i prętów o różnym przekroju
oraz przy walcowaniu cienkich blach.
Technologia wytwarzania
półwyrobów i wyrobów stalowych
WALCOWANIE  zabieg technologiczny, w którym stal
otrzymuje żądany kształt pod naciskiem obracających
się walców.
Rozróżnia się:
walcowanie na gorąco, przy którym nie występuje
wzrost twardości materiału walcowanego,
walcowanie na zimno, powodujÄ…ce wystÄ…pienie tzw.
zgniotu.
Walcowanie
Walce mogą być gładkie, służące
do wyrobu blach oraz bruzdowe
z odpowiednimi wcięciami
(wykroje lub bruzdy), które
nadajÄ… wyrobom walcowanym
żądany kształt przekroju
poprzecznego.
Walcowanie
Materiałem wyjściowym do wytwarzania półwyrobów i wyrobów są
wlewki stalowe, otrzymywane z procesów stalowniczych, które
podgrzewa siÄ™ do temperatury ok. 950°C i walcuje si Ä™ na specjalnej
walcarce-zgniataczu, otrzymując półwyroby w postaci dużych
bloków o przekroju kwadratowym lub prostokątnym.
Półwyroby są następnie kierowane na nożyce, gdzie po odcięciu ich
dolnych i górnych końców, zawierających zanieczyszczenia, dzieli
się je na części, otrzymując w zależności od wielkości:
kęsiska (bloki o przekroju kwadratowym powyżej 140x140mm lub
prostokątnym o grubości nie większej niż 80mm,
kęsy (bloki o przekroju kwadratowym równym lub mniejszym od
140x140mm lub prostokątnym o grubości nie większej niż 120mm,
blachówki czyli płyty o gr. 5  70mm i szerokości 180-300mm,
przeznaczone do wyrobu blach cienkich,
tuleje czyli wyroby o przekroju pierścieniowym, przeznaczone do
wyrobu rur bez szwu.
Asortyment wyrobów walcowanych na gorąco
Asortyment wyrobów
walcowanych
na gorÄ…co
Asortyment
wyrobów
walcowanych
na gorÄ…co
Asortyment wyrobów walcowanych na gorąco
Rury stanowią odrębną grupę wyrobów
walcowanych. Ze względu na
technologię można wyróżnić:
rury bez szwu (wykonywane z wlewków,
kęsów i tulei metoda walcowania,
ciÄ…gnienia, wyciskania, kucia lub
wytłaczania),
rury ze szwem (w wyniku profilowania
na gorąco lub zimno wstęg lub blach
w arkuszach, a następnie spojenia ich
szwem zgrzewanym lub spawanym,
rury spiralnie spawane.
Podstawowy asortyment wyrobów stalowych uzupełniają
produkty przetwórstwa hutniczego np.:
belki dwuteowe, produkowane na liniach automatycznego
spawania w hutach,
belki ażurowe.
Asortyment stalowych przekrojów spawanych
 PRZECI
GANIE  obróbka
plastyczna na zimno, podczas Obróbka na zimno
której walcowany pręt stalowy
przeciąga się prze otwór ciągadła
o wymiarach prześwitu nieco
mniejszych od odpowiednich
wymiarów tego pręta. Tą metoda
wyrabia się druty, pręty i rury
cienkościenne o dokładnych
wymiarach. Druty o średnicach
większych niż 5mm są wytwarzane
w wyniku walcowania, natomiast
druty cieńsze metodą przeciągania.
KSZTAA
TOWANIE NA ZIMNO 
profile cienkościenne z blach o gr.
1,5 do 5mm, które produkuje się
zazwyczaj stosując następujące
urzÄ…dzenia:
- ciÄ…garki oczkowe lub rolkowe,
- walcarki rolkowe (giętarki),
- krawędziarki (maszyny do
zginania),
- prasy do gięcia.
Asortyment wyrobów zimnogiętych
Asortyment wyrobów zimnogiętych
Asortyment
wyrobów
zimnogiętych
Profilowane blachy stalowe do konstrukcji zespolonych
.
Zasady doboru kształtowników i blach
na konstrukcje
nie stosować wyrobów nie objętych programem walcowania,
wymiary części z blach tak dobierać, aby w sposób najbardziej efektywny
wykorzystać arkusze blach,
w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części o wymiarach
trudnych do rozróżnienia, a w szczególności:
- kątowników o ramionach jednakowej szerokości, lecz różniących się
grubością mniej niż 3mm,
- dwuteowników i ceowników tej samej wysokości, lecz różniących się
grubością pasów lub środnika,
- części z blach uniwersalnych lub grubych tej samej szerokości, lecz
różniących się grubością mniej niż 3mm,
w jednym elemencie konstrukcyjnym nie stosować części z blach lub
kształtowników o jednakowych wymiarach, lecz wykonanych z różnych
gatunków stali,
zważać, aby długości poszczególnych części nie przekraczały długości
handlowych poszczególnych asortymentów,
w elementach złożonych, w szczególności kratowych, ograniczać liczbę
różnych kształtowników (w zwykłych kratownicach wykonywanych
jednostkowo, stosować nie więcej niż 5-6 różnych kształtowników).
Stal do zbrojenia betonu
Standard Steel grades
PN-ENV B500B
10080
PN-82/H- 34GS, 18G2-b, St50B
93215
PN-96/H-
84023-6
PN-ISO RB 500W, RB 400W-V,
6935-2 RB 500W-V
DIN 488 BSt500S; BSt500S-V
Pręty zbrojenia
EPSTAL  stal do zbrojenia betonu
o podwyższonej ciągliwości
KOROZJA STALI I SPOSOBY JEJ ZAPOBIEGANIA
Korozja  proces niszczenia metalu wskutek
oddziaływania środowiska zewnętrznego.
Zaczyna siÄ™ na powierzchni metalu i stopniowo
przenika do warstwa głębszych, jednakże
postęp w głąb materiału nie jest równomierny.
Rozpoczęty proces korozji, o ile nie ulegnie
zahamowaniu, prowadzi do całkowitego
zniszczenia elementów stalowych.
O szybkości korozji decydują:
wilgotność względna,
zanieczyszczenia,
dobowe wahania temperatury.
Rodzaje korozji (ze względu na wynik oddziaływania):
korozja równomierna (na całej powierzchni elementów
metalowych, powodująca zmniejszenie ich grubości w mniej więcej
jednakowym stopniu),
korozja wżerowa (gdy metal jest atakowany tylko w pewnych
miejscach powierzchni, wskutek czego tworzÄ… siÄ™ w tych miejscach
wgłębienia zwane wżerami),
korozja międzykrystaliczna (gdy ośrodek aktywny atakuje granice
ziarn bez naruszenia ich wnętrza, tego rodzaju korozja
rozprzestrzenia się wgłąb metalu po granicach ziarn, co powoduje
naruszenie spójności metalu),
korozję naprężeniową (na skutek istnienia w metalu naprężeń
własnych; poszczególne miejsca materiału o różnych naprężeniach
mają różne ilości energii wewnętrznej, co w obecności roztworów
prowadzi do powstania ogniw lokalnych, które z kolei powodują
korozję; przejawem tej korozji są pęknięcia);
korozja kontaktowa (gdy stal styka siÄ™ z innymi metalami,
np. stopem miedzi, w wyniku czego powstajÄ… lokalne ogniwa
prowadzące do znacznego ubytku materiału.
Sposoby zapobiegania korozji:
odpowiednie rozwiÄ…zania konstrukcyjne,
stosowanie stali o odpowiednim składzie
chemicznym (np. stale trudnordzewiejÄ…ce
lub kwasoodporne),
stosowanie powłok ochronnych
(nakładane metaliczne i niemetaliczne
oraz powłoki wytwarzane),
usuwanie agresywnych składników
z ośrodka lub stosowanie inhibitorów
zmniejszających szybkość korozji.
Powłoki ochronne
Powłoki metaliczne nakłada się:
- zanurzajÄ…c w roztopionym cynku lub cynie,
- natryskujÄ…c roztopiony metal za pomocÄ… pistoletu,
- metodÄ… galwanotechnicznÄ…, polegajÄ…cÄ… na elektrolitycznym
nakładaniu warstw metalu ochronnego na elementy stalowe
zanurzone w elektrolicie zawierającym w odpowiednim stężeniu sole
nakładanego materiału.
Powłoki niemetaliczne: olejne, ftalowe, olejno  żywiczne, asfaltowe,
bitumiczne, poliwinylowe, epoksydowe, akrylowe, silikonowe. Pełnią
również, poza funkcją ochronną, także funkcję dekoracyjną,
izolacyjnÄ… lub sygnalizacyjna.
Powłoki wytwarzane różnią się od powłok nakładanych sposobem
przylegania do podłoża. Są połączone ze stalą chemicznie lub
fizykochemicznie w wysokiej temperaturze na zasadzie dyfuzji
metalu ochronnego w głąb stali.
Ochrona przed pożarem
Konstrukcje stalowe zmniejszają znacznie swoją nośność
w wysokiej temperaturze (powyżej 400°C) i doznaj Ä…
wówczas odkształceń, prowadzących do awarii.
Odporność ogniowa stalowych elementów konstrukcyjnych
jest to cecha mierzona czasem (w minutach), podczas
którego element konstrukcji w warunkach pożaru może
spełniać wyznaczoną mu funkcję.
Ochrona przed pożarem
Na odporność ogniową wpływają następujące parametry:
temperatura krytyczna (przy której element traci swą
nośność),
kształt przekroju stalowego (relacja między obwodem
a ciężarem),
kształt osłony ochronnej (okładziny) przy osłoniętych
elementach stalowych,
współczynnik przewodności cieplnej i zawartości wody
w okładzinach,
położenie elementu w stosunku do ścian i stropów.
Ochrona przed pożarem
Zabezpieczenia
przeciwpożarowe
BIERNE
CZYNNE
(środki ratunkowe służące
(tryskacze, kurtyny wodne,
do zlokalizowania pożaru, jak:
kurtyny mechaniczne,
gaśnice, zbiorniki wodne,
które włączają się automatycznie,
hydranty oraz otuliny
gdy temperatura otoczenia
i powłoki konstrukcyjne,
przekracza ustaloną wartość)
utrudniajÄ…ce dostÄ…p ognia )
Zabezpieczenia przeciwpożarowe
Metody ochrony przy użyciu lekkich materiałów:
stykowÄ… (profilowÄ…)  pokrycie stalowego elementu konstrukcyjnego
np. warstwą wermikulitu, która szczelnie przylegając do wszystkich
powierzchni elementu, chroni go przed bezpośrednim działaniem
ognia,
bezstykowÄ… (obudowy)  szczelne obudowanie stalowego elementu
płytami ognioodpornymi, z pozostawieniem wewnętrznej przestrzeni
pustej.
Typowym przykładem materiału stosowanego do ochrony stali
profilowej jest specjalny preparat o spoiwie nieorganicznym, który
może być natryskiwany za pomocą strumienia rozpylonej wody na
elementy o różnych kształtach przekroju poprzecznego.
Dobry sposób zabezpieczania konstrukcji stalowych przed pożarem to
pokrywanie ich farbami pęczniejącymi w ogniu
Przykłady konstrukcyjnych zabezpieczeń
przeciwpożarowych
Przykłady konstrukcyjnych zabezpieczeń przeciwpożarowych
Przykłady konstrukcyjnych zabezpieczeń przeciwpożarowych