12 POUŽITIE KONŠTRUKČNÝCH
A VYSOKOPEVNÝCH OCELÍ
Úlohou projektanta je navrhnúť konštrukciu tak, aby čo najlepšie slúžila svojmu určeniu (mala
požadované parametre), pracovala po celý čas životnosti, neohrozovala životné prostredie, dala sa
ekonomicky vyrobiť a udržovať. Konštrukcie sú obyčajne zaťažované zložitým spôsobom a môžu
sa rôznym spôsobom poškodiť. Oceľové konštrukcie, mosty, stožiare a i. sa môžu poškodiť stratou
stability prvkov, nadmernou koróziou, môžu sa použiť únavovým, krehkým, prípadne aj tvárnym
lomom. Tlakové nádoby sa môžu poškodiť koróziou, rastom defektov vplyvom opakovaného
zaťažovania a/alebo praskania pri napätí až vznikne netesnosť alebo krehké porušenie nádoby.
Oceľové konštrukcie sa navrhujú podľa viacerých medzných stavov. Prvý návrh konštrukcie sa
robí na odolnosť proti nadmernej deformácii a tvárnemu porušeniu podľa medze klzu Re a pevnosti
Rm ocele. Oceľ musí byť dostatočne húževnatá, aby konštrukcia bola odolná proti krehkému
porušeniu. Tvar konštrukčných detailov určuje ich únavovú pevnosť.
Obyčajne sa nenájde oceľ a prídavný materiál na zváranie, ktorý by spĺňal všetky požiadavky
z hľadiska každého medzného stavu porušenia materiálu. Aj niektoré požiadavky na voľbu
konštrukčného materiálu a konštrukčného riešenia sú protichodné: vysoké pevnostné charakteristiky
a vysoká húževnatosť, vysoká spoľahlivosť a ekonomickosť. Preto projektant musí zvoliť
kompromisné riešenie, musí uprednostniť rozhodujúce požiadavky a v prijateľnej miere zohľadniť
ostatné.
12.1 Vlastnosti konštrukčných ocelí
Na výrobu zváraných oceľových konštrukcií sú určené ocele skupiny S – „konštrukčné“ a P –
„na tlakové zariadenia“. Možno sem priradiť aj ocele skupiny L – „na rúrovody“, prípadne aj H –
„za studena valcované ploché výrobky z vysokopevných ocelí“, ktoré sa používajú pri zhotovení
oceľových konštrukcií.
12.1.1 Konštrukčné ocele
Vlastnosti konštrukčných ocelí S sú stanovené súborom noriem EN 10025-1 až 6: 2005,
EN 10025: Výrobky valcované za tepla z konštrukčných ocelí
EN 10025-1, Časť 1: Všeobecné technické dodacie podmienky
Táto norma stanovuje požiadavky na ploché a dlhé výrobky z konštrukčných ocelí okrem dutých
profilov a rúr.
EN 10025-2, Časť 2. Technické dodacie podmienky na nelegované konštrukčné ocele
Patria sem ocele pevnostnej triedy S235, S275, S355 a S450 so zaručenou húževnatosťou
KV a s prípustným obsahom síry do Smax = 0,035 % až 0,045 % a ocele S185, E295, E335 a E360
bez záruky húževnatosti s obsahom síry do S = 0,055 %.
Sú to kvalitné ocele, upokojené, alebo plne upokojené. Z označenia ocele možno vyčítať jej
základné charakteristiky.
Za značkou S sú tri číslice vyjadrujúce základnú medzu klzu (pre t ≤ 16 mm). Ďalšie dva
znaky vyjadrujú húževnatosť ocele, nárazovú prácu KV pri skúšobnej teplote Ts = +20 °C ... (R);
0 °C ... (O); −20 °C ... (2); prípadne nižšej. Písmeno J znamená hodnotu KV = 27 J; písmeno K ...
KV = 40 J a písmeno L ... KV = 60 J.
Pre liate ocele sa používa rovnaké označenie, ale pred značkou S je písmeno G.
Príklad označenia ocele:
144
S355K2
... Re = 355MPa;
KV = 40 J pri –20 °C.
Označenie liatej ocele:
GS355K2 ... Re = 355 MPa;
KV = 40 J pri –20 °C.
Maximálne prípustné obsahy C a hodnôt uhlíkového ekvivalentu CEV t ≤ 40 mm sú:
oceľ
S235
C
0,19
CEV
0,35
∗
pre kvalitu húževnatosti JR
S275∗
0,21 (0,24)∗
0,40
S355∗
0,23 (0,27)∗
0,45
S450
0,23
0,49
Označenie v objednávke musí obsahovať stav dodávky:
-
+N – normalizačne žíhaný stav, napr. S355K2+N,
+AR – bez požiadaviek pri valcovaní,
+C – zvlášť vhodné na zhraňovanie/ohýbanie.
EN 10025-3, Časť 3: Technické dodacie podmienky na normalizačne žíhané/normalizačn
valcované zvariteľné jemnozrnné konštrukčné ocele
Sú najviac používané ocele na zvárané oceľové konštrukcie. Vyznačujú sa dobrou
zvariteľnosťou a vysokou húževnatosťou. Prípustný obsah síry je S = 0,025 až 0,030 %, skutočný
obsah býva S < 0,015 %.
Za základným označením S275, S355, S420, S460 nasledujú písmená N alebo NL. Majú
zaručenú húževnatosť – KV (J) v pozdĺžnom ako aj v priečnom smere pri jednotlivých teplotách
skúšania Ts = +20, 0 až –50 °C. Akosť NL vyjadruje vyššiu hodnotu húževnatosť ako N.
Okrem obsahu chemických prvkov vrátane mikrolegúr Nb, V, Al, Ti, N je limitovaný aj
uhlíkový ekvivalent CEV. Maximálne prípustné obsahy C a hodnôt CEV (t ≤ 63 mm) sú:
Oceľ ... t ≤ 63 mm
C (%)
CEV (%)
Príklad označenia:
pozdĺžny smer:
priečny smer:
S275N/NL
0,20/0,18
0,40
S355N/NL
0,22/0,20
0,43
S 420NL ... Re = 420 MPa
KV = 63 J pri +20 °C,
KV = 40 J pri +20 °C,
S420N
0,22
0,48
S460N
0,22
0,53
KV = 27 J pri –50 °C
KV = 16 J pri –50 °C
EN 10025-4, Časť 4: Technické dodacie podmienky na termomechanicky valcované
zvariteľné jemnozrnné konštrukčné ocele
Sú to veľmi dobre zvariteľné ocele.
Za základným označením S275, S355, S420, S460 nasledujú písmená M alebo ML, ktoré
vyjadrujú húževnatosť KV (J) v pozdĺžnom, ako aj v priečnom smere pri jednotlivých teplotách
skúšania Ts = +20, 0 až –50 °C. Akosť ML vyjadruje vyššiu hodnotu húževnatosti ako M.
Sú limitované mikrolegúry Nb, V, Al, Ti, N a uhlíkový ekvivalent CEV.
Hodnoty obsahu uhlíka C a uhlíkového ekvivalentu CEV:
Oceľ ... t ≤ 40 mm
C (%)
CEV (%)
S275M
0,15
0,34
S355M
0,16
0,39
145
S420M
0,18
0,45
S460M
0,18
0,46
Príklad označenia:
pozdĺžny smer:
priečny smer:
S 460ML ... Re = 460 MPa
KV = 63 J pri +20 °C,
KV = 40 J pri +20 °C,
KV = 27 J pri –50 °C
KV = 16 J pri –50 °C
EN 10025-5, Časť 5: Konštrukčné ocele so zvýšenou odolnosťou proti atmosferickej korózii
Používajú sa na oceľové konštrukcie bez ochranného náteru. Ocele majú zvýšený obsah
chrómu Cr, medi Cu a niektoré aj fosforu P. Vyrábajú sa v pevnostných triedach S235 a S355 so
zaručenou húževnatosťou akosti J0, J2 a K2. Zahrňuje ocele: S235J0W a J2W; S355JOW, J2W
a K2W a S355JOWP a J2WP. Na zváranie týchto ocelí treba použiť špeciálne – zodpovedajúce
prídavné materiály, napr. 1 % Cr; 0,5 % Ni; 0,4 % Cu.
Príklad označenia ocele:
S355K2W
Re = 355MPa;
KV = 4O J pri –20 °C
(KV = 27 J pri –30 °C)
EN10025-6 Výrobky valcované za tepla z konštrukčných ocelí
EN 10025-6, Časť 6: Technické dodacie podmienky na ploché výrobky z konštrukčných ocelí
so zvýšenou medzou klzu v zošlachtenom stave
Sú to ocele/oceľové výrobky dodávané v zošľachtenom (kalený a popustený, Q + T) stave.
Zahrňuje ocele: S460, S500, S550, S620, S690, S890, S960
Za základným označením nasledujú znaky Q, QL, QL1, ktoré vyjadrujú čistotu ocele (obsah
P a S) a húževnatosť v pozdĺžnom aj priečnom smere, pri rôznych teplotách. Legujúce prvky
vrátane legúr sú limitované pre celú skupinu ocele, pritom výrobca môže voliť rôzne kombinácie
prvkov. Uhlíkový ekvivalent CEV ocele sa pohybuje v rozpätí 0,47 až 0,83%. Významné legujúce
prvky sú limitované:
Cr ≤ 1,60 %, Cu ≤ 0,55 %, Mo ≤ 0,74 %,
Ni ≤ 2,1 %,
V ≤ 0,14 %
Ti ≤ 0,07 %
Nb ≤ 0,07 %
Príklad označenia: S 890QL1 ... Re = 890 MPa
Rm = 940 – 1100 MPa
pozdĺžny smer:
KV = 60 J pri ± 0 °C,
KV = 30 J pri –60 °C
priečny smer:
KV =40 J pri ± 0 °C,
KV = 27 J pri –60 °C
EN 10137-3 Platne a ploché výrobky zhotovené z konštrukčných ocelí s vysokou medzou klzu
v zošlachtenom alebo precipitačne vytvrdenom stave
Časť 3: Dodacie podmienky pre precipitačne vytvrdené ocele
Zahrňuje ocele: S500, S550, S620, S690
Za základným označením nasledujú písmená A, AL, ktoré vyjadrujú čistotu ocele (obsah P
a S) a húževnatosť v pozdĺžnom aj priečnom smere pri Ts = 0, -20, −40 °C. Legujúce prvky sú
limitované pre celú skupinu prvkov, výrobca môže voliť kombináciu prvkov. Uhlíkový ekvivalent
CEV ocele nie je určený. Významné legujúce prvky sú limitované:
Cr ≤ 0,30 %, Cu ≤ 2,0 %,
Mo ≤ 0,5 %, Ni ≤ 2,0 %, V ≤ 0,10 % Ti ≤ 0,10 %
Príklad označenia: S 690 AL ... Re = 690 MPa
Rm = 760 – 930 MPa
146
pozdĺžny smer:
priečny smer:
KV = 65 J pri ± 0 °C,
KV = 40 J pri ± 0 °C,
KV = 40 J pri –40 °C
KV = 30 J pri –40 °C
Poznámka: ECISS/TC10 uznesením 2/1999 zrušila normu EN 10137-3, nebola nahradená inou
normou.
EN 10034 Tyče prierezu I a H z konštrukčných ocelí ...
EN 10055 Oceľové rovnoramenné profily T so zaoblenými prechodmi ...
EN 10056 Tyče z konštrukčných ocelí rovnoramenného a nerovnoramenného prierezu L ...
12.1.2 Ocele na tlakové zariadenia
Základné požiadavky na oceľ sú v EN 10028-1 až 7. Pre oceľové výrobky ako valcované
tyče, bezšvové alebo zvárané rúry, výkovky, odliatky atď. sú iné EN – pozri EN 13445 [115] a
tab. 3-3.
EN 10028-1 až 7, Ploché výrobky z ocelí na tlakové nádoby a zariadenia
EN 10028-1, Všeobecné požiadavky
EN 10028-2, Nelegované a legované ocele pre vyššie teploty
Zahrňuje ocele: P235GH, P265GH, P295GH, P355GH a legované ušľachtilé ocele 16Mo3,
13CrMo4-5, 10CrMo9-10, 11CrMo9-10.
Znak H znamená vysoké teploty, znak G – iné charakteristiky, medza klzu Rp0,2 pri
T = 100 až 500 °C, medza tečenia R1%/t/T, medza pevnosti pri tečení – žiaropevnosť Rm/t/T pre
10000, 100000 a 200000 h. Ocele P235GH a P355GH sa môžu dodávať v normalizovanom stave.
Obsah C ≤ 0,22 %, uhlíkový ekvivalent CEV treba dohodnúť s dodávateľom ocele. Pre
ocele P235GH až P355GH je stanovená nárazová práca KV = 27 J pri 0 °C, pre legované ušľachtilé
ocele 16Mo3, atď. KV = 31 J pri +20 °C.
EN 10028-3, Normalizačne žíhané zvariteľné jemnozrnné ocele
Zahrňuje ocele: P275N, P355N, P460N.
Ocele sú ďalej zatriedené do štyroch skupín kvality:
P ... N základná kvalita
P ... NH – pre zvýšené teploty
P ... NL1 – pre nízke teploty
P ... NL2 – špeciálna kvalita pre nízke teploty.
Je stanovené chemické zloženie, vrátane uhlíkového ekvivalentu CEV a rázová húževnatosť
v pozdĺžnom aj priečnom smere, pri rôznych teplotách.
Pre kvalitu P ... NL2 je nárazová práca minimálne:
KV = 100 J ... pri +20 °C, KV = 30 J ... pri –50 °C.
Sú určené hodnoty medze klzu Rp0,2 od 100 do 400 °C.
EN 10028-4, Ocele legované niklom so stanovenými vlastnosťami pri nízkych teplotách
Zahrňuje 7 ocelí, podľa obsahu Ni a zaručenej nárazovej práce KV (J) pri minimálnej teplote
skúšania Ts.
147
Označenie
11MnNi5-3
13MnNi6-3
15NiMn6
12Ni14
12Ni19
X8Ni9
X7Ni9
Cmax
0,14
0,16
0,18
0,15
0,15
0,10
0,10
Ni
0,30 – 0,80
0,30 – 0,85
1,30 – 1,70
3,25 – 3,75
4,75 – 5,25
8,50 – 10,0
0,50 – 10,0
ReH (MPa)
285
355
355
355
390
490/585
585
KV (J)
40
40
40
40
40
40
100
Ts (°C)
−60
−60
−80
−100
−120
−196
−196
EN 10028-5, Zvariteľné termomechanicky valcované jemnozrnné ocele
Zahrňuje tri pevnostné triedy ocelí: P355M, P420M a P460M, každú v troch kvalitách húževnatosti:
P ... M – základná kvalita
P ... ML1 – zaručená húževnatosť do –40 °C
P ... ML2 – zaručená húževnatosť do –50 °C
KV = 27 J pri Ts = −20 °C
KV = 27 J pri Ts = −40 °C
KV = 27 J pri Ts = −50 °C
Pre hrúbky t = 16 až 40 mm je obsah C = 0,14 až 0,16 % a hodnota CEV = 0,39 až 0,46 %.
EN 10028-6, Zvariteľné zošľachtené jemnozrnné ocele
Zahrňuje štyri pevnostné triedy ocelí: P355Q, P460Q, P500Q, P690Q, každú v štyroch kvalitách
húževnatosti (podľa KV = 27 J).
P ... Q – základná kvalita, KV = 27 J; Ts = −20 °C
P ... QL1 – zaručená húževnatosť do –40 °C
P ... QL2 – zaručená húževnatosť do –60 °C
P ... QH – zaručené vlastnosti pri zvýšených teplotách, Rp0,2 do +300 °C
Obsah C = 0,16 až 0,20 %. Podmienky zvárania treba dohodnúť s dodávateľom ocele.
EN 10028-7, Nehrdzavejúce ocele
Zahrňuje 22 základných a 13 špeciálnych značiek ocelí od 18Cr-7Ni až po 20Cr25Ni7Mo. Obsah
uhlíka sa mení v rozmedzí C = 0,03 až 0,08 %, výnimočne až 0,10 %. Mechanické vlastnosti sú
určené v závislosti od druhu ocele, pre:
-
feritické
Rp0,2 = 230 až 300 MPa
martenzitické Rp0,2 = 690 MPa
Rm = 450 až 650 MPa
Rm = 780 až 980 MPa
KV ≥ 50 J
KV = 55 až 70 J
Ďalej sú uvedené údaje odolnosti proti interkryštalickej korózii, minimálna pevnosť v ťahu
Rm/T od +100 do 600 °C, medza tečenia R1%/t/T a medza pevnosti pri tečení Rm/t/T pri 10000 až
200000, resp. 250000 h. Ďalej sú uvedené tieto údaje:
-
súčiniteľ teplotnej rozťažnosti α od +100 do 1000 °C,
-
súčiniteľ tepelnej vodivosti λ - pri +20 °C,
merné teplo c – pri +20 °C,
merný elektrický odpor – pri +20 °C.
Poznámka: Tá istá oceľ môže byť označená aj ako S alebo P, pokiaľ spľňa príslušné požiadavky,
napr. S355N/P355N.
EN 10088-1 Nehrdzavejúce ocele. Časť 1: Zoznam nehrdzavejúcich ocelí
148
12.1.3 Ocele na rúry diaľkovodov
EN 10208-1 až 3. Oceľové rúry na potrubia na horľavé tekutiny. Technické dodacie
podmienky
-
2 Rúry podľa požiadaviek triedy B
Zahrňuje ocele L245, L290, L360, L415, L450, L485 a L555. Ocele podľa spôsobu výroby možno
zatriediť do troch skupín:
N – normalizované, sem patria ocele: L245NB až L415NB
Q – zošľachtené: L360QB až L555QB
M – termomechanicky valcované: L245MB až L555MB.
V norme je stanovené smerné chemické zloženie vrátane CEV, medza klzu Rt0,5, medza
pevnosti Rm, pomer Rt0,5/Rm ≤ 0,80; 0,85; 0,88; 0,90 a požadovaná nárazová práca KV (J) pri 0 °C
v závislosti od medze klzu (značky ocele) a priemeru rúry. Pre základný materiál je predpísaná aj
skúška DWT (skutočnej hrúbky) pri 0 °C, podiel tvárneho lomu má byť PL ≥ 85 %.
Poznámka: Pre klimatické podmienky Slovenska bola stanovená návrhová teplota –10 °C.
Na stanovenie a hodnotenie postupov zvárania kovových materiálov sa tieto zaraďujú do
skupín. ISO 15608:2000 zatrieďuje ocele do 11 skupín podľa tab. 3-4.
Tab.3-4 Skupinový systém pre ocele podľa ISO/TR 15608:2000
Skupina
Druh ocele
Podskupina
Ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu ReH ≤ 460 N/mm2 a) a s obsahom prvkov
v %:
1
C ≤ 0,25
Si ≤ 0,60
Mn ≤ 1,70
Mo ≤ 0,70b)
S ≤ 0,045
P ≤ 0,045
Cu ≤ 0,40b)
Ni ≤ 0,5b)
Cr ≤ 0,3 (0,4 na odliatky)b)
Nb ≤ 0,05
V ≤ 0,12b)
Ti ≤ 0,05
1.1
Ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu ReH ≤ 275 N/mm2
1.2
Ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu 275 N/mm2 < ReH ≤ 360 N/mm2
1.3
Normalizované jemnozrnné ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu
ReH > 360 N/mm2
1.4
Ocele so zlepšenou odolnosťou proti atmosférickej korózii, ktorých analýza môže
prekročiť požiadavky na základné prvky, ako sú uvedené v 1
Termomechanicky spracované jemnozrnné ocele a ocele na odliatky so zaručenou
minimálnou medzou klzu ReH > 360 N/mm2
2
2.1
Termomechanicky spracované jemnozrnné ocele a ocele na odliatky so zaručenou
minimálnou medzou klzu 360 N/mm2 < ReH ≤ 460 N/mm2
2.2
Termomechanicky spracované jemnozrnné ocele a ocele na odliatky so zaručenou
minimálnou medzou klzu ReH > 460 N/mm2
Kalené a popustené ocele a precipitačne vytvrdené ocele mimo nehrdzavejúcich ocelí
so zaručenou minimálnou medzou klzu ReH > 360 N/mm2
3
3.1
Kalené a popustené ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu
60 N/mm2 < ReH ≤ 690 N/mm2
3.2
Kalené a popustené ocele so zaručenou minimálnou medzou klzu ReH > 690 N/mm2
3.3
Precipitačne vytvrdené ocele mimo nehrdzavejúcich ocelí
149
Skupina
6
Cr-Mo-(Ni) ocele s vanádiom
6.1
Ocele s 0,3 % ≤ Cr ≤ 0,75 %, Mo ≤ 0,7 % a V ≤ 0,35 %
6.2
Ocele s 0,75 % < Cr ≤ 3,5 %, 0,7 % < Mo ≤ 1,2 % a V ≤ 0,35 %
6.3
Ocele s 3,5 % < Cr ≤ 7,0 %, Mo ≤ 0,7 % a 0,45 % ≤ V ≤ 0,55 %
6.4
Ocele s 7,0 % < Cr ≤ 12,5 %, 0,7 % < Mo ≤ 1,2 % a V ≤ 0,35 %
Feritické, martenzitické a precipitačne vytvrdené nehrdzavejúce ocele s C ≤ 0,35 % a
10,5 % ≤ Cr ≤ 30 %
7
8
Druh ocele
Podskupina
7.1
Feritické nehrdzavejúce ocele
7.2
Martenzitické nehrdzavejúce ocele
7.3
Precipitačne vytvrdené nehrdzavejúce ocele
Austenitické ocele
12.2 Konštrukčné a vysokopevné ocele
Na výrobu zváraných oceľových konštrukcií, vrátane tlakových zariadení sa najviac používajú
nízkolegované ocele (vrátane mikrolegovaných) a nízkolegované vysokopevné ocele (HSLA – high
strength low alloy steels). Hranica medzi pevnostnými triedami, od ktorej sa považujú ocele za
vysokopevné nie je jednoznačne určená, alebo mení sa od druhu určenia konštrukcie.
V normách pre navrhovanie a výrobu oceľových konštrukcií EN 1993-1-1 [115] a EN 1090-1
a 3 [116] sa za „vysokopevné“ považujú ocele s medzou klzu vyššou ako Re = 355 MPa; sú to ocele
S420 a S460.
V normách EN 13445-1 až 7 „Nevyhrievané tlakové nádoby“ [114] sú uvedené typy ocelí,
určených na výrobu tlakových nádob. Základný sortiment ocelí je v norme EN 10028-1 až 7
„Ploché výrobky z ocelí na tlakové nádoby a zariadenia“ – pozri 12.1.2. Výrobky z týchto ocelí ako
valcované tyče, bezšvové alebo zvárané rúry, výkovky, odliatky atď. majú osobitné číslo EN.
V norme EN 13445-2 „Materiály“ príloha D „Požiadavky na zabránenie krehkému porušeniu“ sú
uvedené tieto hraničné hodnoty medzí klzu Re ≤ 310 MPa; Re = 310 až 460 MPa; Re > 460 MPa.
Podľa EN 10028-6 zošľachtené (Q + T) ocele na výrobu tlakových zariadení možno použiť aj ocele
P690.
Podľa Kasatkina [117] do skupiny nízkolegovaných vysokopevných ocelí určených na výrobu
zváraných konštrukcií patria ocele s medzou klzu Rp0,2 = 600 až 900 MPa.
12.3 Charakteristické vlastnosti konštrukčných ocelí a oblasti ich uplatnenia
Konštrukcie sa navrhujú podľa návrhových napätí σd, ktoré závisia od medze klzu ocele. Teda
prvý návrh konštrukcie sa robí na medzný stav tvárneho porušenia. Z hľadiska odolnosti proti
krehkému porušeniu sa stanovujú požiadavky na húževnatosť konštrukčných materiálov – ocele
a zvarového spoja. Pri navrhovaní proti únavovému poškodeniu rozhodujúci vplyv majú (okrem
rozkmitu napätia ∆σ) tvarové zmeny detailu, vruby a defekty.
Výhodou vysokopevných ocelí je ich vyššia medza klzu Re a medza pevnosti Rm, preto možno
použiť vyššie návrhové napätie σd a dostaneme menšiu hrúbku steny, ľahšiu konštrukciu. Úmerne
so zvýšením medze klzu ocele sa zvyšujú aj nároky na je húževnatosť. Je to preto, lebo
150
v konštrukčnom detaili pôsobia vyššie napätia tak od vonkajšieho zaťaženia σd ako aj vyššie
zvyškové napätia σr. Kritériové hodnoty nárazovej práce KVK, ktorú musí mať oceľ (aj zvarový
spoj) pri skúšobnej teplote Ts (závisí aj od hrúbky detailu t!) sú:
Re ≤ 310 MPa
KVK = 27 J
310 MPa < Re ≤ 460 MPa
KVK = 40 J
Re > 460 MPa
KVK (J) = 0,1 . Re (MPa)
Pomer medze klzu k medzi pevnosti Re/Rm. Pre ocele s medzou klzu Re ≤ 360 MPa
v normalizačne žíhanom stave býva Re/Rm = 0,60 až 0,75, v termomechanicky valcovanom stave
Re/Rm ≤ 0,85; pre ocele s Re = 500 MPa až 700 MPa a býva pomer Re/Rm = 0,80 až 0,90. Z praxe je
známe, že konštrukčná časť z mäkkej ocele sa lepšie prispôsobí tvarovým zmenám, účinkom
vrubov, defektov a nedokonalostiam tvaru zvarového spoja (lineárne presadenie – 507, uhlové
presadenie – 508) ako keby bola zhotovená z vysokopevnej ocele. Preto pri použití ocelí so
zvýšenou medzou klzu osobitnú pozornosť treba venovať voľbe vhodného tvaru konštrukčných
detailov a sprísniť požiadavky na prípustnosť defektov. Zvarový spoj sa má umiestniť a navrhnúť
tak, aby bol prístupný pre zváranie ako aj pre nedeštruktívne skúšanie zvaru.
Odporúčaný maximálny pomer Re/Rm ≤ 0,85. Len pre konštrukcie (výrobky) bez tvarových
zmien, ako napr. zvárané rúry pre rúrovody sa pripúšťa v EN 10208-2 [118] pre ocele vyššej
pevnostnej triedy L450 až L555 pomer Rt0,5/Rm ≤ 0,90.
Únavové namáhanie. Navrhovanie, odhad únavovej životnosti a hodnotenie prípustnosti
defektov sa robí podľa kategórie detailu KD. Kategória detailu je rozkmit napätí ∆σ pri počte
kmitov zaťaženia NC = 2 . 106 a 95 % pravdepodobnosť prežitia. Kategória detailu nezávisí od
pevnostnej triedy ocele podľa STN 73 1401:1998 [119] pre S235 až S355 a podľa návrhu normy
prEN1993-1-9:2002 a prEN 1993-1-1:2002 [115] pre ocele S235 až S460. Preto použitie
vysokopevných ocelí na konštrukčné časti namáhané výrazným premenlivým zaťažením je
neopodstatnené.
Namáhanie na vzper. Vzperná únosnosť konštrukčných prvkov závisí od modulu pružnosti E
materiálu a len málo od medze klzu. Preto použitie vysokopevných ocelí na konštrukčné časti
namáhané na vzper – stabilitu je spravidla nevýhodné.
12.4 Oblasti použitia vysokopevných ocelí
Moderné ľahké stavebné konštrukcie, oceľové mosty o veľkom rozpätí, ľahké tlakové nádrže
atď. bolo možno realizovať len po zavedení výroby nízkolegovaných vysokopevných ocelí, najmä
termomechanicky valcovaných, ktoré sú dobre zvariteľné a majú vysokú húževnatosť aj pri
znížených teplotách (asi do –60 °C).
Ocele legované Ni podľa požiadaviek EN 10028-4 sú určené na tlakové zariadenia a zásobníky
s prevádzkovou teplotou do –196 °C.
Použitie nízkolegovaných vysokopevných ocelí je výhodné na konštrukčné časti namáhané
prevažne staticky, ťahom. Pre únavovo namáhané konštrukcie sa používajú vtedy, keď
rozhodujúcim kritériom je nízka hmotnosť výrobku. Sú to napr. časti žeriavov, autožeriavy, bagre,
pojazdné tlakové zariadenia (zásobníky) atď.
Na výrobu veľkorozmerných zásobníkov skvapalnených plynov, valcových s plochým dnom,
podľa EN 14620 s prevádzkovou teplotou –5 °C až –165 °C ako aj valcových a guľových
zásobníkov sú určené ocele legované niklom – Ni podľa EN 10028-4 a austenitické ocele podľa EN
10028-7.
151
Obr. 12-1 Detaily zváraných oceľových konštrukcií
152
12. 5 Všeobecné požiadavky na návrh konštrukčných detailov z nízkolegovaných
vysokopevných ocelí
Na zmenšenie možnosti vzniku defektov (najmä trhlín), zmenšenie nebezpečenstva únavového
poškodenia a následného krehkého porušenia pri navrhovaní konštrukčných detailov a pri zváraní
treba dodržať najmä tieto zásady:
a) Uprednostniť dvojstranné tupé zvarové spoje pred inými typmi spojov.
b) V prípade nutnosti použitia jednostranných spojov nepoužiť spoje na trvalej oceľovej
podložke. Použiť spoje na keramickej podložke.
c) Pri krížových spojoch alebo T spojoch uprednostniť K spoje s prevareným koreňom miesto
kútových zvarov.
d) Tupé zvarové spoje umiestniť dostatočne ďaleko od stien a výstuh, aby boli dobre prístupné
zváraniu a nedeštruktívnym skúškam.
e) Pri krížových spojoch viac namáhané plechy majú zostať v celku, menej namáhané sa majú
privárať – zmenšenie možnosti lamelárneho porušenia plechov.
f) Vyhýbať sa tuhým uzlom, sú nebezpečné z hľadiska „praskavosti zvarov“ aj z hľadiska
lamelárneho porušenia.
g) Pri styku troch na seba kolmých plechov treba rohy výstuh vyrezať (polomer zaoblenia
r = hrúbka + 25 mm) pozri EN 1708-2 [120] a obr. 12-1.
h) Prísne dodržiavať režim zvárania: predhrev, tepelný príkon Q, dohrev. Venovať zvýšenú
pozornosť spôsobu vkladania húseníc.
i) Na opravu defektov zváraním vypracovať osobitný postup WPS.
j) Nosné zvarové spoje podrobiť nedeštruktívnym skúškam.
153
Download

2.12 Použitie konštrukčných a vysokopevných ocelí