Osnovna svojstva čelika

Osnovna svojstva čelika

Metalne konstrukcije 1 P2-1

Najznačajnija svojstva materijala mogu da se podele na:podele na:

– Fizičko-hemijska svojstva;

– Tehnološka svojstva;

– Mehanička svojstva;j ;


Fizička svojstvaFizička svojstva

Najvažnija fizička svojstva materijala su:

– specifična masa (težina),p ( )

– temperatura topljenja,

specifična toplota– specifična toplota,

– toplota topljenja,

– provodljivost toplote,

– koeficijent termičkog širenja,


Fizičko-hemijska (metalurška) svojstva

Zrnasta kristalna mikrostruktura;Zrnasta, kristalna mikrostruktura;

Pravilno rasprostranjeni atomi gvožđa - Fe;

Kristalna rešetka je kubna;Kristalna rešetka je kubna;

Ona može da bude:

prostorno centrisana ili rešetka (9– prostorno centrisana ili -rešetka (9 atoma),

– površinski centrisana ili -rešetka (14površinski centrisana ili rešetka (14 atoma).


Ugljenik u čelikuUgljenik u čeliku

– Sadržaj ugljenika se kreće od 0,05-1,7%.

Konsrukcioni čelici imaju manje od 0 25% C– Konsrukcioni čelici imaju manje od 0,25% C.

– Atomi C su znatno manji od atoma Fe i uglavljuju se k i t l š tk ( iš k d š tk )u kristalnu rešetku (više kod -rešetke);

– U čeliku se C javlja i u vidu karbida gvožđa (Fe3C) –cementita ili u vidu mešavine Fe i cementita koja se naziva perlit;


Tehnološka svojstva čelikaTehnološka svojstva čelika

Najznačajnija tehnološka svojstva čelika:

– zavarljivost,j

– plastičnost,

kovnost– kovnost,

– istegljivost,

– livnost,

– otpornost na habanje,

– obradljivost...


Zavarljivostj

Sposobnost materijala da se može spajati zavarivanjem ( h l ški k j j l )

Zavarljivost može biti:

(tehnološkim postupkom spajanja metala).

Zavarljivost može biti:

– operativna,

t l šk i– metalurška i

– konstruktivna.

[%]CNVMCM

CCEV uiorn

[%]

1556CCEV

Ako je ekvivalent ugljenika CEV < 0 45 % - čelik je zavarljiv!Metalne konstrukcije 1 P2-7

Ako je ekvivalent ugljenika CEV < 0,45 % - čelik je zavarljiv!

Mehanička svojstva čelikaMehanička svojstva čelika

Najvažnija mehanička svojstva čelika su:

– granica razvlačenja – fyg j fy

– čvrstoća na zatezanje – fu

modul elastičnosti E– modul elastičnosti – E

– Poasonov koefcijent – – izduženje pri lomu – – kontrakcija – – udarna žilavost - CVN


Konstante materijalaKonstante materijala

E = 210000 MPa (N/mm2)

= 0,3

G = E/(2(1+)) = 81000 MPa

= 7850 kg/m3 = 7850 kg/m

= 1,2 10-5 1/oC


Ispitivanje svojstava materijalaIspitivanje svojstava materijala

Određivanje mehaničkih karakteristika:Određivanje mehaničkih karakteristika:

– Ispitivanje metala na zatezanje ili pritisak

– Ispitivanje udarne žilavosti

– Ispitivanje tvrdoće metala


Ispitivanje metala na zatezanjeIspitivanje metala na zatezanje

Određuju se najvažnije mehaničke karakeristike:

– granica elastičnsti - feg fe

– granica razvlačenja - fy

čvrstoća na zatezanje f– čvrstoća na zatezanje - fu

– modul elastičnosti - E

– izduženje pri lomu – 5

– kontrakcija poprečnog preska -


Uzorci (epruvete) za ispitivanjeUzorci (epruvete) za ispitivanje

mm25za65,5 000 A

mm25za3,11 000 A


Dijagrami za različite čelikeDijagrami za različite čelike


Određivanje granice razvlačenjaOdređivanje granice razvlačenja

Opšti konstrukcioni čelik Visokovredni čelik


p

Izduženje pri lomuIzduženje pri lomu

100

o

o

Kontrakcija poprečnog preseka

[%] 100

A

AAo

Izduženje pri lomu i kontrakcija poprečnog

A

Izduženje pri lomu i kontrakcija poprečnog preseka su pokazatelji duktilosti materijala!


Ispitivanje udarne žilavosti - Šarpijev testp j p j

][J/cm 2

A

A

oA

A energija udaraA energija udara,

Ao površina.

Energija udara pri lomu [J] predstavlja meru žilavosti metala.

Opit se sprovodi na različitim temperaturama, a rezultati definišu kvalitet čelika.


Vrste konstrukcionih čelikaVrste konstrukcionih čelika

Ugljenični čelici su čelici kod kojih je ugljenik jedini legirajući element.

Prema sadržaju ugljenika ugljenični čelici se dele na:

– niskougljenične (0 05 C 0 25 %)niskougljenične (0,05 C 0,25 %),

– srednjeugljenične (0,25 < C 0,60 %) i

Pored ugljenika u čeliku se uvek nalaze i neki prateći elementi

– visokougljenične (0,60 < C 1,70 %).

o ed ug je u če u se uve e e p eć e e ekoji potiču iz procesa dobijanja čelika.

Najčešće su to: Si, Mn, S, P, N, O, H.


j

Prateći elementi u čeliku

Nepoželjni elementi su:

Sumpor (S) uzrokuje smanjenje žilavosti– Sumpor (S) uzrokuje smanjenje žilavosti

– Fosfor (P) još više smanjuje žilavost i dovodi do krupnozrne strukture;krupnozrne strukture;

– Azot (N) povećava tvrdoću, ali i opasnost od krtog loma i starenja.starenja.

– Kiseonik (O) smanjuje žilavost.

Ovi elementi moraju se zadržati u propisanim granicama;

Samo silicijum (Si) i mangan (Mn) imaju pozitivne osobine

Ovi elementi moraju se zadržati u propisanim granicama;

(dezoksidanti).


Označavanje čelika


Označavanje čelikaOznačavanje čelika

Označavanje čelika je visoko standardizovano.

U Srbiji je usvojen Evropski sistem označavanja.

SRPS EN 10027-1:2003 Sistem za označavanje čelika – Deo 1: Označavanje, osnovne oznake;

SRPS EN 10027-2:2003 Sistem za označavanje čelika – Deo j2: Brojčani sistem;

SRPS CR 10260:2003 Sistem za označavanje čelika –SRPS CR 10260:2003 Sistem za označavanje čelika Dodatne oznake;


Alfanumerički sistem označavanja(SRPS EN 10027-1)

Prema ovom sistemu razlikuju se dve osnovne grupe čelika:

Grupa 1: čelici koji se označavaju na osnovu jih i i h i kih jnjihove primene i mehaničkih svojstava,

G 2 č li i k ji č jGrupa 2: čelici koji se označavaju na osnovu hemijskog sastava.


Označavanje čelika Grupa 1Označavanje čelika - Grupa 1

O k d fi iš č lik i d žiOsnovna oznaka definiše vrstu čelika i sadrži podatke o njegovoj uobičajenoj primeni (slovni simbol) i najvažnijim mehaničkim svojstvima;simbol) i najvažnijim mehaničkim svojstvima;Dodatne oznake definišu kvalitet čelika(žilavost) ili način termičke obrade;(žilavost), ili način termičke obrade;Dopunska oznaka (opciona) definiše specijalne zahteve u pogledu lamelarnog cepanja ili vrstuzahteve u pogledu lamelarnog cepanja, ili vrstu prevlake (kod tankih limova), ili naknadnu obradu (kaljenje žarenje normalizaciju )(kaljenje, žarenje, normalizaciju...)


Osnovna oznakaOsnovna oznaka

Pored slovne oznake na prvom mestu sadrži i numeričku oznaku u vidu trocifrenog ili četvorocifrenog arapskog broja, koja predstavlja vrednost referentnog mehaničkog svojstva u MPa (N/mm2).

To je uglavnom nazivna (nominalna) minimalna granica razvlačenja čelika (fy ili ReH), ili ređe (npr. za čelike za prednaprezanje ili za šine) čvrstoća na zatezanje (fu ili Rm).


Slovni simbol na prvom mestu osnovne oznake

Primena Primer

S Konstrukcioni čelici (Structural steel) S 235S Konstrukcioni čelici (Structural steel) S 235

P Oprema pod pritiskom (Pressure purpose) P 355

L Cevovodi (Line pipe) L 360( p p )

E Mehaničke konstrukcije (Engineering) E 295

B Armatura - betonski čelici (Reinforcing steel) B 500

Y Prednaprezanje (Presteressing steel) Y 1770

R Šine (Rail) R 0900

HČelici visoke čvrstoće za hladno valjanje(High strength Cold rolled)

H 400

Pljošti proizvodi za hladno oblikovanjeD

Pljošti proizvodi za hladno oblikovanje(Flat product for cold forming)

D C03

T Ambalaža (Tinmill products) T H52

Metalne konstrukcije 1 P2-24M Čelici za elektrotehniku (Electrical steel) M 140


Označavanje čelika prema hemijskom sastavu (Grupa 2)

Čelici koji se označavaju prema hemijskom sastavu(grupa 2) mogu da se podele u tri podgrupe:

1. Nelegirani (ugljenični) čelici sa sadržajem mangana < 1 % (npr. C45E);

2 N l i i č li i d ž j ≥ 1 % (2. Nelegirani čelici sa sadržajem mangana ≥ 1 % (npr. 18MnMo4-5 );

3 Legirani čelici kod kojih je sadržaj legirajućeg elementa3. Legirani čelici, kod kojih je sadržaj legirajućeg elementa 5% (npr X4CrNi18-12).

Složene alfanumeričke oznake!Složene alfanumeričke oznake!

X1CrNiMoN25-22-2 1.4468 (Numerička oznaka).


Numeričko označavanje čelikaOznaka Vrsta čelika

Ugljenični čelici

1.00XX Konstrukcioni čelici - osnovni čelici (Basic Steel)

1.01XX Konstrukcioni čelici - kvalitetni čelici sa Rm < 500 N/mm2 (Quallity Steel)

1.02XX Ostali konstrukcioni čelici sa Rm < 500 N/mm2 koji nisu za termičku obradu

1.03XX Čelici sa C < 012 % ili Rm < 400 N/mm2

1.04XX Čelici sa 0,12 < C < 0,25 % ili Rm 500 N/mm2

1.05XX Čelici sa 0,25 < C < 0,55 % ili 500 Rm < 700 N/mm2

1.06XX Čelici sa C > 0,55 % ili Rm 700 N/mm2, m

Specijalni ugljenični čelici

1.10XX Čelici sa posebnim fizičkim svojstvima

1 11XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa C < 0 5 %1.11XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa C < 0,5 %

1.12XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa C 0,5 %

1.13XX Čelici za sudove pod pritiskom i mehanički čelici sa posebnim zahtevima

L i i č li iLegirani čelici

1.2XXX Alatni čelici

1.3XXX Raznovrsni čelici (miscellaneous steel)


1.4XXX Nerđajući i vatrootporni čelici

Legenda: XX = (00-99) i XXX = (000-999)

Veze starih i novih oznaka opštih konstrukcionih čelika

Evropski sistem označavanja čelikaStari sistem označavanja čelika

Alf ičk k B jč kj

JUS C.B0.002:1986Alfanumeričke oznake SRPS EN 10027-1

Brojčane oznake SRPS EN 10027-2

S 235 JR 1.0037 Č0370

S 235 JRG1 1.0036 Č0371

S 235 JRG2 1.0038 Č0361

S 235 J0 1 0114 Č0362S 235 J0 1.0114 Č0362

S 235 J2G3 1.0116 Č0363

S 275 JR 1.0044 Č0451

S 275 J0 1.0143 Č0452

S 275 J2G3 1.0144 Č0453

S 355 JR 1 0045 Č0561S 355 JR 1.0045 Č0561

S 355 J0 1.0553 Č0562

S 355 J2G3 1.0570 Č0563


Čelici za građevinske konstrukcijeČelici za građevinske konstrukcije

1 N l i i k k i i č li i (SRPS EN1. Nelegirani konstrukcioni čelici (SRPS EN 10025-2);

2 N li lj i i i č li i (SRPS EN2. Normalizovano valjani sitnozrni čelici (SRPS EN 10025-3);

3 T h ički lj i i i č li i (SRPS3. Termomehanički valjani sitnozrni čelici (SRPS EN 10025-4);

4 Č li i b ljš šć4. Čelici sa poboljšanom otpornošću na atmosfersku koroziju (SRPS EN 10025-5);

5 K k i i č li i i k č ć d bij i5. Konstrukcioni čelici visoke čvrstoće, dobijeni kaljenjem i otpuštanjem (SRPS EN 10025-6);


Tehnički uslovi isporuke čelikap

U okviru tehničkih uslova isporuke se definišu:– mehanička svojstva – hemijski sastav šarže i proizvoda, – način dezoksidacije, – postupak termičke obrade (ako je predviđen),– tehnološka svojstva,– specijalni zahtevi,

či džbi t ij l– način porudžbine materijala,– postupak kontrole kvaliteta (ispitivanje i mesta uzimanja

uzoraka)uzoraka),– obeležavanje proizvoda.


Nelegirani konstrukcioni čelici (EN 10025-2) - hemijski sastav proizvoda


Nelegirani konstrukcioni čelici (EN 10025-2)Nelegirani konstrukcioni čelici (EN 10025 2) nominalne granice razvlačenja


Izbor vrste i kvaliteta čelika kao osnovnog t ij l ć k t k ijmaterijala za noseću konstrukciju

P t i k ji tič i b k lit t t ij lParametri koji utiču na izbor kvaliteta osnovnog materijala:

– otpornost na krti lom i zamor materijala

– otpornost na lamelarno cepanje.

Na izbor utiče više faktora:

– tip i značaj konstrukcije,

– vrsta, intenzitet i priroda opterećenja,

– način oblikovanja konstrukcije - detalji,

– minimalna radna temperatura,

– ekonomski pokazatelji.


Tehnička regulativa za izbor kvaliteta čelikaTehnička regulativa za izbor kvaliteta čelika

SRPS EN 1993-1-10: “Izbor osnovnog materijala u pogledu otpornosti na krti lom i lamelarno cepanje” – Nije još uvek usvojena definitivna verzijajoš uvek usvojena definitivna verzija

Dvosmeran pristup:

izbor maksimalne debljine elementa (lima) za zadate– izbor maksimalne debljine elementa (lima) za zadate uslove, ili

– izbor kvaliteta čelika za zahtevanu debljinu lima pri– izbor kvaliteta čelika za zahtevanu debljinu lima, pri tadatim uslovima;

Posebno važno za dinamički opterećene konstrukcije, niskePosebno važno za dinamički opterećene konstrukcije, niske radne temperature i napone zatezanja!


Maksimalna debljina elementa t obzirom na krti lomMaksimalna debljina elementa tz obzirom na krti lomReferentna temperatura TEd [C] Šarpijeva

energija CVN 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

alite

t lik

a

od-

alite

t lik

a CVN

Kva če P

okv

ače T

[C] Jmin Ed = 0,75 fy (t) Ed = 0,50 fy (t) Ed = 0,25 fy (t)

JR 20 27 60 50 40 35 30 25 20 90 75 65 55 45 40 35 135 115 100 85 75 65 60 JO 0 27 90 75 60 50 40 35 30 125 105 90 75 65 55 45 175 155 135 115 100 85 75

S235

J2 -20 27 125 105 90 75 60 50 40 170 145 125 105 90 75 65 200 200 175 155 135 115 100JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 80 70 55 50 40 35 30 125 110 95 80 70 60 55S275 JR 20 27 55 45 35 30 25 20 15 80 70 55 50 40 35 30 125 110 95 80 70 60 55JO 0 27 75 65 55 45 35 30 25 115 95 80 70 55 50 40 165 145 125 110 95 80 70 J2 -20 27 110 95 75 65 55 45 35 155 130 115 95 80 70 55 200 190 165 145 125 110 95

M,N -20 40 135 110 95 75 65 55 45 180 155 130 115 95 80 70 200 200 190 165 145 125 110

S275

ML,NL -50 27 185 160 135 110 95 75 65 200 200 180 155 130 115 95 230 200 200 200 190 165 145JR 20 27 40 35 25 20 15 15 10 65 55 45 40 30 25 25 110 95 80 70 60 55 45 JO 0 27 60 50 40 35 25 20 15 95 80 65 55 45 40 30 150 130 110 95 80 70 60

S355 JO 0 27 60 50 40 35 25 20 15 95 80 65 55 45 40 30 150 130 110 95 80 70 60J2 -20 27 90 75 60 50 40 35 25 135 110 95 80 65 55 45 200 175 150 130 110 95 80

K2,M,N -20 40 110 90 75 60 50 40 35 155 135 110 95 80 65 55 200 200 175 150 130 110 95 ML,NL -50 27 155 130 110 90 75 60 50 200 180 155 135 110 95 80 210 200 200 200 175 150 130M,N -20 40 95 80 65 55 45 35 30 140 120 100 85 70 60 50 200 185 160 140 120 100 85 S420

ML,NL -50 27 135 115 95 80 65 55 45 190 165 140 120 100 85 70 200 200 200 185 160 140 120Q -20 30 70 60 50 40 30 25 20 110 95 75 65 55 45 35 175 155 130 115 95 80 70

M,N -20 40 90 70 60 50 40 30 25 130 110 95 75 65 55 45 200 175 155 130 115 95 80 QL -40 30 105 90 70 60 50 40 30 155 130 110 95 75 65 55 200 200 175 155 130 115 95

ML,NL -50 27 125 105 90 70 60 50 40 180 155 130 110 95 75 65 200 200 200 175 155 130 115

S460

QL1 -60 30 150 125 105 90 70 60 50 200 180 155 130 110 95 75 215 200 200 200 175 155 130Q 0 40 40 30 25 20 15 10 10 65 55 45 35 30 20 20 120 100 85 75 60 50 45S690 QQ -20 30 50 40 30 25 20 15 10 80 65 55 45 35 30 20 140 120 100 85 75 60 50

QL -20 40 60 50 40 30 25 20 15 95 80 65 55 45 35 30 165 140 120 100 85 75 60 QL -40 30 75 60 50 40 30 25 20 115 95 80 65 55 45 35 190 165 140 120 100 85 75 QL1 -40 40 90 75 60 50 40 30 25 135 115 95 80 65 55 45 200 190 165 140 120 100 85 QL1 -60 30 110 90 75 60 50 40 30 160 135 115 95 80 65 55 200 200 190 165 140 120 100


Izbor kvalieta materijala u pogledu lamelarnog cepanjaj p g g p j

i i d

dcba ZZZZZ

Parametar Z zavisi od:

– debljine šavova,

– oblika i položaja šavova,

– efekata debljine šavova...

Potrebna vrednost Z

Zgrade Mostovi Seizmičko opterećenje

<10 - - Z1510 Z1511 do 20 - Z15 Z25 21 do 30 Z15 Z25 Z35

>30 Z25 Z35 Z45


Documents

Osnovna svojstva čelika