Почему винты ДИН 404 из стали А1? Это, вообще, «нержавейка»?

Бетон — материал с высокой устойчивостью к сжатию, но сопротивление растяжению, возникающему при изгибе изделий под нагрузкой оставляет желать лучшего. Армирование бетонных конструкций позволяет перераспределить нагрузку, предотвратить деформацию и избежать разрушения изделия. Самые распространенные классы — арматура А1 и АЗ.

Государственный стандарт

Требования и нормативы к горячекатаной стали для армирования конструкций и изделий из железобетона указаны в ГОСТ 5781-82.

Характеристикой на основе которой выделяют классы арматурной стали является предел текучести. Для класса А1 стандартизированное значение 24 кгс/мм.кв., для производства используется углеродистая сталь марок Ст3сп, Ст3кп и Ст3пс. Химический состав арматурной углеродистой стали регламентирован в ГОСТ 380.

Профиль круглого сечения правильной формы соответствующей допускам — обязательное техническое требование к арматуре А1. Это единственный класс сортовых изделий, не имеющий рифления поверхности.

Технические требования

При производстве арматуры А1 готовая продукция должна соответствовать следующим параметрам:

• Временное сопротивление разрыву 373 Н/мм.кв
• При проведении испытаний относительное удлинение при изгибе — 25%
• В холодном состоянии продукция должна выдерживать испытания на изгиб на 180 градусов. Для изделий сечением 6-20 мм изгибание проводят вокруг оправки такого же диаметра что и сам пруток арматуры, для большей толщины радиус оправки подбирают равным двум диаметрам прутка.
• Поверхность арматурной стали не должна иметь рванин, трещин, прокатных закатов и плен, но допускаются следы раскатанных пузырьков, незначительные вкрапления ржавчины и чешуйчатость.

Сортамент

Сортамент включает в себя 14 типоразмеров, различающихся диаметром сечения. Арматура, при толщине 6-12 мм, с производства отгружается в мотках либо стержнями, изделия большего сечения изготавливается только в виде прутков.

Стандартный типоразмер прутков 6-12 метров, по соглашению производителя и покупателя допустим диапазон от 5 до 25 м. Стержни изготавливаются:

• Мерной длины, в том числе с допустимым включением не более 15% от общей массы партии, отрезков длиной не менее 2 м.
• Немерной длины, в этом случае возможно содержание в партии, но не более 7% от массы, продукции размерами от 3 до 6 м.

Расчетная (теоретическая) масса для стандартных типоразмеров арматуры А1 (При вычислении использовались допуски — разрешенные отклонения диаметра в расчет не принимались, а плотность стали принята за 7850кг/м.кб.):

Возможные отклонения

Предельно допустимые отклонения регламентированы ГОСТ 2590 и по весу от расчетного составляют:

• от +9 до -7% для сечений арматуры 6 и 8 мм;
• от +5 до -6% для диаметров от 10 до 14 мм;
• 3 — 5% для сечений от 16 до 28 мм и остальных типоразмеров.

Вероятность обеспечения массы для 1 погонного метра должна быть не менее 90%.

Допустимая овальность проверяется измерениями сечения прутка, при этом разность между максимальным и минимальным диаметром не должна превышать сумму допустимых отклонений.

В случае поставок стержней мерной длины для изделий до 6 м. предусмотрены максимально допустимые отклонения от 25 до 50 мм, а для продукции более 6 м. От 35 до 70 мм, в зависимости от типа применяемой резки. Стержни повышенной точности, соответствующие приведенным минимальным отклонениям, изготавливаются по требованию потребителя.

Кривизна прутковой арматуры не должны превышать 0.6% от длины.

Правила приемки

Арматурную сталь принимают партиями из профилей одного типоразмера и класса массой до 70 тонн (допустимо увеличивать до массы плавки-ковша). На всю партию оформляется один документ о качестве с указанием номера профиля, класса, результатов испытаний на изгиб в холодном состоянии.

Для контрольных измерений физических размеров и определения качества поверхности из партии отбирают не менее 5% стержней, а в случае поставки в мотках — два мотка. Для проверки на изгиб, ударную вязкость и растяжение из партии отбирают два стержня. Пробы для контроля химического состава отбираются согласно ГОСТ 7565.

Физические свойства

Маркировка

Стальная горячекатаная арматура А1 в международной классификации маркируется как А240.

Цифра в наименовании обозначает коэффициент текучести стали использованной для производства умноженный на десять. Например А 240 — коэффициент 24 кгс/мм.кв, для А400 — 40 кгс/мм.кв. Чем выше значение, тем прочнее сталь, тем большее напряжение может выдержать прут, прежде чем начнет деформироваться.

Любой тип арматуры может подвергаться дополнительной температурной обработке, в этом случае в конец маркировки добавляются буквы «Ат». Если металл очищен от примесей и имеет равномерное распределение углерода к аббревиатуре добавляется символ «С», а при добавлении в состав меди, для улучшения антикоррозионных свойств символ «К».

Характеристики нержавеющих сталей

Понятие «легированная нержавеющая сталь» является собирательным для более чем 120 различных марок нержавеющих сталей. В течение десятилетий было разработано множество различных сплавов, которые в каждом случае применения проявляли наилучшие свойства. Все эти сплавы имеют общую отличительную черту: благодаря содержащемуся в сплаве хрому они не нуждаются в дополнительной защите поверхности. Этот присутствующий в сплаве хром образует на поверхности бесцветный прозрачный оксидный слой, который сам залечивается при повреждениях поверхности благодаря содержащемуся в воздухе или воде кислороду. Нержавеющие стали объединены в DIN 17440 и DIN EN ISO 3506. По своей кристаллической структуре нержавеющие стали делятся на 4 основные группы:

Мартенситные легированные стали

По структуре к этой группе относятся материалы с долей хрома 10.5 – 13.0 % и содержанием углерода 0.2 – 1.0 %. В качестве легирующих добавок могут быть введены другие элементы. Данное содержание углерода допускает термообработку — так называемое улучшение. Тем самым становится возможным увеличение прочности.

Ферритные легированные стали (т.наз. хромистые стали)

Доля хрома в составе этих материалов составляет 12 –18%, содержание углерода очень низкое – менее 0.2% Они являются незакаливаемыми.

Аустенитные легированные стали (т.наз. хромоникелевые / хромоникельмолибденовые)

Аустенитные хромоникелевые стали обнаруживают особенно хорошее сочетание обрабатываемости, механических свойств и коррозионной стойкости. Поэтому они рекомендованы для множества применений и являются самой значительной группой нержавеющих сталей. Важнейшим свойством этой группы сталей является высокая коррозионная стойкость, повышающаяся с ростом содержания легирующих, особенно хрома и молибдена. Как и для ферритных сталей, для аустенитных достижение высоких технологических свойств требует мелкозернистой структуры. В качестве заключительной термообработки для предотвращения образования выделений проводится диффузионный отжиг при температурах от 1000 до 1150°С с последующим охлаждением в воде или на воздухе. В противоположность мартенситным, аустенитные стали являются незакаливаемыми. Высокая пластичность аустенитных сталей гарантирует хорошую холодную обрабатываемость давлением. Аустенитная структура подразумевает содержание 15 – 26% хрома и 5 – 25% никеля. С помощью добавки 2 – 6% молибдена повышается коррозионная стойкость и кислотостойкость. Также сюда же относятся так называемые стабилизированные нержавеющие стали, легированные титаном или ниобием. Эти элементы препятствуют образованию карбидов хрома при сварке.

Аустенитно-ферритные легированные стали (т.наз. дуплексные стали)

Дуплексные легированные стали, называемые по их двум структурным составляющим, содержат в своей аустенитно-ферритной структуре 18 – 25% хрома, 4 – 7% никеля и до 4% молибдена.

Упаковка, транспортировка, хранение

Требования установлены межгосударственным стандартом ГОСТ 7566-94, а особенности применимые только к этому классу продукции указаны в ГОСТ 5781-82:

Стержни упаковывают в связки массой до 15 тон, перевязанные проволокой или катанкой. В отдельных случаях, по согласованию с потребителем масса одной упаковки ограничивается 3 или 5 тоннами. К каждой связке прикрепляется ярлык с обозначением класса арматурной стали А1 или маркировка по пределу текучести — А240.

Для изделий из стали класса А1 специальных требований по окраске концов стержней, как для продукции более высокого класса не предусмотрено.

При хранении и транспортировке металлопроката применяют защиту от коррозии в соответствии с ГОСТ 9.014.

Сравнение арматуры А1 и А3

Номенклатура выпускаемых сортовых типов проката существенно шире, чем А1 и А3 (в международной классификации А 400). Но именно эти две марки самые распространенные в повседневном строительстве, например А2 и А3 незначительно отличаются по цене, а класс А4 и выше используются только при строительстве высоконагруженных объектов.

Арматура А1 отличается от А3 рифлением (периодическим профилем). Вес погонного метра у этих двух марок примерно одинаков.

Периодический профиль арматуры А3 обеспечивает лучшее сцепление с бетоном, по сравнению с гладкой поверхностью А1. Но за такую форму приходится расплачиваться уменьшением эффективного сечения арматуры при неизменном весе погонного метра, этим обусловлено снижение прочности самих прутков на 6%, что приходится учитывать в расчетах конструкций. Помимо этого, к недостаткам А400 необходимо отнести возникновение дополнительных напряжений в стали при прокатывании для образования рифленой поверхности.

А240 — изготавливается из низколегированной стали, более пластичная, но менее прочная, для марки А 400 — прочность более важный параметр.

Арматура А3 обеспечивает более прочное армирование готового железобетонного изделия, но при этом за счет особенностей производства хуже сопротивляется коррозии и имеет высокую цену. Арматура А1 в свою очередь лучше сопротивляется агрессивным внешним химическим воздействиям, более пластична и удобна в монтаже, но для использования в нагруженных конструкциях не обладает достаточной прочностью.

Физические свойства

Физические свойства некоторых марок сталей в сравнении приводятся в нижеследующей таблице. Следует обратить внимание на повышенное тепловое расширение и пониженную теплопроводность аустенитных сталей. Их электрическое сопротивление выше, чем у нелегированных сталей вследствие присутствия легирующих компонентов. Важнейшим отличительным признаком ферритных/мартенситных хромистых сталей от хромоникелевых сталей является намагничиваемость. В противоположность намагничиваемым хромистым сталям аустенитные стали практически не проявляют намагничиваемости после диффузионного отжига. Холодная пластическая деформация может привести к изменению структуры аустенитных сталей, так что в результате может появиться ограниченная намагничиваемость. Присутствие никеля всё же в значительной мере обусловливает намагничиваемость аустенитных нержавеющих сталей, так что при повышенном содержании никеля едва ли удастся существенно снизить склонность к намагничиваемости и в холоднодеформированном состоянии.

Область применения

Арматура А1 универсальная, поэтому в том или ином качестве применяется практически во всех типах железобетонных конструкций.

Арматуру А240 в основном применяют при возведении вспомогательных конструкций — ограждений, бетонных колец (труб). В многоэтажном и промышленном строительстве гладкая арматура А1 используется для строительных и кладочных сеток, устройства стяжки, армирования стен под штукатурку и др.

В случае, когда расчетная нагрузка позволяет, арматуру класса А1 используют самостоятельно. Балки усиливают прутком сечением 12-32мм, колонны 14 — 36 мм, фундамент 10-40 мм. В малоэтажном строительстве чаще применяется пруток небольших сечений 10 — 16 мм.

Для арматуры А1, вследствие отсутствия рифления, значение первого фактора снижено — это основная причина ограничения использования продукции этого класса в высоконагруженных железобетонных конструкциях.

В изделиях из высокопрочного железобетона тонкую арматуру А1 сечением 6-8 мм. используют в качестве обвязки для фиксации толстых прутков арматуры более высокого класса при устройстве армированных каркасов, а также для упрочнения поверхностного слоя в крупных монолитных конструкциях, например при строительстве плотин, мостов, тоннелей.

Арматуру А1 из-за повышенной устойчивостьи к воздействию агрессивных сред таких как хлор и природный газ широко используют при возведении индустриальных объектов в нефтеперерабатывающей области, химической и угольной промышленности.

Марка проката А1, помимо армирования бетонных конструкций, за счет удачного сочетания характеристик пластичности, прочности, а также возможности соединения деталей путем сварки, широко применяется для изготовления декоративных и несущих металлических конструкций — решеток, ограждений, навесов и др., а также отдельных деталей — закладных петель, болтов, пружин, заклепок и др.

Химический состав нержавеющей стали