Металл в отделки помещений

Более 80 % чугуна используется для получения стали, а остальное (около 20 %) — для литых чугунных изделий. В зависимости от состава  различают очень твердый и  прочный белый и серый чугуны. В состав белого чугуна входит большое количество цементита, а в сером чугуне из-за наличия кремния углерод находится в виде графита.

Доменный шлак используется для получения шлакопортландцемента и шлаковой пемзы.

Производство  стали. Сталь получают из сырьевой шихты — чугуна и железного металлолома — путем плавления в мартеновских печах, конвертерах или электрических печах. Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленная сталь разливается на слитки или перерабатывается в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление  стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением, при которой используется ее пластичность: металл под действием приложенной силы деформируется и, благодаря пластичности, сохраняет приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка. Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70% получаемой стали.

Углеродистые  и легированные стали

Стали, применяемые  в строительстве, носят название конструкционные. Из них изготовляют  металлические конструкции, арматуру для железобетона, трубы, крепежные  детали и другие строительные изделия.

Чаще всего применяют  углеродистые конструкционные стали. Легированные стали используют лишь для особо ответственных металлических  конструкций и арматуры для предварительно-напряженного бетона.

Углеродистые стали  — сплавы, содержащие железо, углерод  и небольшие количества природных  примесей (кремния, марганца, серы, фосфора). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые (от 0,25 до 0,6 % углерода) и высокоуглеродистые (свыше 0,65% углерода). С повышением содержания в стали углерода уменьшается  пластичность и повышается ее твердость; прочность стали также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Все это объясняется  увеличением содержания в стали  твердого компонента — цементита. Вредными примесями считаются фосфор и  сера, снижающие механические свойства стали. Их содержание в стали не должно превышать 0,05...0,06 %. Углеродистые стали  по назначению бывают конструкционные  и инструментальные.

Углеродистая конструкционная  сталь (ГОСТ 380—71) в зависимости от назначения подразделяется на три группы: А, Б и В.

Стали группы А поставляются потребителю с гарантированными механическими свойствами без уточнения  химического состава. Сталь этой группы изготовляют марок: СтО, Ст1 и  т. д. до Стб. Буквы «Ст» обозначают сталь, цифра — номер стали. Чем больше номер стали, тем больше в ней  содержится углерода. Так, в стали  СтЗ содержится 0,14...0,22% углерода, а  в стали Ст5 - 0,28...0,37%, Из стали марок  Ст1 и Ст2, характеризующейся высокой  пластичностью, изготовляют заклепки, трубы, резервуары и т. п. Стали СтЗ и Ст5, из которых изготовляют горячекатаный листовой и фасонный прокат, используют для металлических конструкций и большинства видов арматуры для железобетона. Эти стали хорошо свариваются и обрабатываются.

Стали группы Б поставляются с гарантированным химическим составом и обозначаются БСтО, БСт1, БСтЗ и  т. д. до БСт6. Стали группы В поставляются с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Благодаря  определенности химического состава  стали групп Б и В можно  подвергать термической обработке.

Легированные стали  в отличие от углеродистых помимо углерода и природных примесей содержат определенное количество добавок (марганца, хрома, никеля и др.), называемых легирующими  элементами. Легирующие элементы изменяют строение стали и ее физико-механические свойства. К легирующим элементам  относятся: марганец — Г, кремний  — С, хром — X, никель — Н, молибден — М, медь — Д и другие элементы. Каждый элемент имеет свое назначение.

Марганец повышает прочность стали, ее износостойкость  и сопротивление ударным нагрузкам  без снижения пластичности.

Кремний повышает упругие  свойства стали.

Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость  сталей.

Молибден улучшает механические свойства стали при  нормальной и повышенной температурах.

Легированные стали  по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами (нержавеющие, жаростойкие  и др.).

Конструкционные низколегированные  стали (ГОСТ 19281 — 73 и 19282-73) содержат не более 0,6% углерода. Основные легирующие элементы низколегированных сталей: кремний, марганец, хром, никель. Другие легирующие элементы вводят в небольших  количествах, чтобы дополнительно  улучшить свойства стали. Общее содержание легирующих элементов в стали  не должно превышать 5 %.

Низколегированные стали обладают наилучшими механическими  свойствами после термической обработки.

При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях  процента, следующие за ним буквы  — условное обозначение легирующих элементов. Если количество легирующего  элемента составляет 2 % и более, то после  буквы ставится еще цифра, указывающая  это количество. Например, марка  стали 25ХГ2С показывает, что в  ней содержится 0,25 % углерода, около 1 % хрома, 2 % марганца и около 1 % кремния. При маркировке высококачественных легированных сталей (с низким содержанием  серы и фосфора) в конце ставится буква А.

В строительстве  легированные стали применяют для  изготовления ответственных металлических  конструкций (ферм, балок) марки 10ХСНД, 15ХСНД, арматуры для предварительно-напряженного бетона — марки 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, 30ХГСА и 35ХГСА. Прочность при растяжении таких сталей в 2...3 раза выше, чем  обыкновенных углеродистых сталей СтЗ  и Ст5. Так, у стали 30ХГСА предел прочности при растяжении не менее 1100 МПа, а у стали 35ХГСА — не менее 1600 МПа (у стали Ст5 предел прочности при растяжении 500...600 МПа). Такие высокие прочностные показатели позволяют получать из легированных сталей легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это в свою очередь снижает расход металла и уменьшает массу здания.

Большое количество стали используют для изготовления строительных стальных конструкций  — крупноразмерных элементов  зданий и сооружений. Стальные конструкции  изготовляют из стального проката, соединяемого сваркой, заклепками и  болтами. Начало применения стальных конструкций  в строительстве относится к  концу XIX в., когда было освоено промышленное производство стали.

Благодаря высокой  прочности стали стальные конструкции  надежны в эксплуатации, обладают небольшой массой и габаритами по сравнению с другими конструкциями.

В современном строительстве  стальные конструкции служат преимущественно  в качестве несущих конструкций  для высотных жилых зданий, уникальных общественных зданий, промышленных предприятий, а также при строительстве  мостов, телевизионных башен и  т. п. Чаще всего стальные конструкции  воспринимают изгибающие и растягивающие  усилия, реже сжимающие.

В строительстве  чаще всего применяют следующие  прокатные и гнутые профили: двутавровые  балки, швеллеры, уголки равно- и неравно-полочные, прямоугольные и квадратные трубы. Каждый профиль выпускается нескольких типоразмеров, регламентированных стандартами.

Балки двутавровые (ГОСТ 8239—72) изготовляют 23 типоразмеров от № 10 до № 60 (номер указывает высоту балки в см), длиной от 4 до 13 м.

Швеллеры (ГОСТ 8240—72) выпускают 22 типоразмеров от № 5 до № 40 и длиной от 4 до 13 м.

Помимо указанных  типоразмеров двутавров и швеллеров  в последнее время начат выпуск широкополочных двутавров и швеллеров, которые отличаются от обычных большей  шириной полки и меньшей общей  высотой профиля, при этом сохраняется  несущая способность элемента. Широкополочные профили применяют, когда необходимо сократить высоту металлоконструкции.

Прокатную угловую  равнополочную сталь (ГОСТ 8509 — 72) выпускают 84 типоразмеров с различной шириной (от 20 до 250 мм) и толщиной (от 3 до 30 мм) полок, а прокатную угловую неравнополочную  сталь (ГОСТ 8510 — 72) — 50 типоразмеров с  шириной большей полки от 25 до 250 мм и толщиной полок от 3 до 20 мм.

Прокатные профили  используют как самостоятельно, так  и для получения составных  металлических конструкций большой  несущей способности: колонн, балок, ферм. Стальные конструкции изготовляют  также из листовой и широкополосной стали толщиной листа 6...20 мм.

В последнее время  для устройства перекрытий в промышленных зданиях применяют стальной профилированный  настил, изготовляемый из листовой стали толщиной 0,8... 1 мм. Ширина листов настила 680 и 782 мм, длина 6,9 и 12 м, высота гофра 60 и 72 мм.

Стальные конструкции  изготовляют на специализированных заводах индустриальными методами. На стройку стальные конструкции  поступают в виде отдельных крупных  сборочных единиц или целиком. При  монтаже конструкции соединяют  друг с другом болтами или сваркой. В зависимости от назначения стальные конструкции подразделяются на колонны, прогоны, фермы.

Колонны бывают сплошные, состоящие из одного или нескольких профилей, или решетчатые, которые  состоят из двух или четырех ветвей, соединенных между собой решеткой. Верхняя часть колонны называется оголовок нижняя — башмак. Колонна  воспринимает сжимающие нагрузки.

Прогоны (балки) имеют  обычно двутавровое сечение. Изготовляют  их либо из двутавровых балок, либо в случае перекрытия больших пролетов делают сварными из стального листа (высота балки при этом может достигать 1...2 м).

Фермы — плоские  решетчатые конструкции, перекрывающие  весь пролет здания (длина ферм 18, 24, 30, 36 м и более). Фермы изготовляют  обычно из угловой стали с креплением сборочных единиц листовой сталью.

Перспективно применение пространственных металлических конструкций  для перекрытия больших пролетов.

Все стальные конструкции, поступающие на стройки, должны быть огрунтованы. Места соединений и  повреждения огрунтовки огрунтовываются  после монтажа. Необходимо помнить, что стальные конструкции, имеющие  большую несущую способность  в рабочем положении, могут легко  деформироваться от небольших усилий во время транспортирования и  хранения. Поэтому транспортирование  и хранение стальных конструкций  необходимо проводить в соответствии с требованиями к данной конструкции. Гибкие элементы при транспортировании  раскрепляют.

Цветные металлы и изделия  из них

Цветные металлы  и сплавы на их основе производятся в значительно меньших количествах, чем черные, и применяют в специальных  случаях, так как стоимость их по сравнению с черными металлами  высока. В основном их используют, когда  требуется высокая коррозионная стойкость, электро- и теплопроводность, повышенные декоративные качества, а  для сплавов на основе алюминия - малый вес конструкций.

 Различают два  вида алюминиевых сплавов:  силумины ( литейные алюминиевые сплавы) и  дюралюмины ( деформируемые алюминиевые  сплавы).

Среди цветных металлов наибольшее применение в строительстве  находят легкие алюминиевые сплавы (ГОСТ 4784 — 74). Алюминий и его сплавы обладают ценными свойствами: они  хорошо сопротивляются коррозии, пластичны, хорошо обрабатываются, имеют небольшую  объемную массу (до 3000 кг/м3). Недостатки алюминия — низкая прочность (50...70 МПа) и мягкость. При добавке к алюминию марганца, магния и меди показатели его механических свойств возрастают.

Из алюминиевых  сплавов вырабатывают листы, трубы, различные профили. Конструкции  и изделия из таких сплавов  весьма эффективны для устройства оконных  коробок и переплетов, дверей и  дверных коробок, наружной облицовки  зданий и для изготовления легких трехслойных панелей с пенопластовым  утеплителем. Изделия из алюминиевых  сплавов часто для декоративности и защиты от коррозии анодируют, нанося на их поверхность оксидную пленку.

Медь и плавы  на ее основе (латунь, бронза) применяют  довольно редко. Основные области их применения — отделка уникальных зданий и изготовление санитарно-технической  арматуры (краны и т. п.). Чистая медь - мягкий пластичный металл красноватого цвета, отличающийся высокой теплопроводностью и электропроводностью. Прочность меди не велика.