Влияние высоких температур на механические свойства стальных конструкций
Различные виды сталей начали широко применять для изготовления металлоконструкций с конца XIX века, поэтому данный конструкционный материал заслуживает пристального внимания. Стальные конструкции обладают небольшой массой и высокой прочностью, отличаясь при этом незначительными габаритами. Стальные конструкции нашли широкое распространение на опасных производственных объектах различных классов опасности. При этом, некоторые вида промышленного оборудования ОПО эксплуатируются в условиях повышенных и высоких температур.
Известно, что при воздействии температуры нагрева около 250 °С, свойства стали практически остаются неизменными. Но уже при нагревании до 300 °С происходит незначительное повышение прочности и снижение пластичности. Стальные конструкции становятся более хрупкими и их не рекомендуется подвергать деформациям или оказывать ударное воздействие. При нагреве стальных конструкций свыше 400 °С происходит резкое падение предела текучести и временного сопротивления. Стальные конструкции, эксплуатируемые при таких высоких температурах, необходимо изготавливать из жаропрочных сталей. При температурах нагрева до 600 °С стальные конструкции теряют свою несущую способность из-за наступившей температурной пластичности. В стали происходит потеря прочности и переход из упругого состояния в упруго-пластичное.
Проведенный эксперимент наглядно продемонстрировал, что стальной образец, подвергнутый нагреву до высоких температур, удлинился значительно больше аналогичного стального образца, находившегося в нормальных условиях (рис.). Расчеты показали, что показатели пластичности нагретого образца увеличились на 5%, а показатели прочности снизились на 10 %.
Рис. Стальные образцы после испытаний
Таким образом, при воздействии на стальные конструкции значительных температур снижаются многие важные механические свойства: предел упругости, предел текучести, предел прочности и твердость материала. Находясь длительное время под воздействием высоких температур и постоянных растягивающих напряжений, происходит проявление способности элементов стальных конструкций к медленному и постоянному изменению своих линейных размеров. Это явление называется ползучестью. При постепенном удлинении в структуре стали появляются микропустоты и микротрещины с концентрацией напряжений вокруг них и, в конечном счете, происходит разрушение конструкции.
Таким образом, повышенные и высокие температуры отрицательно сказываются на многие механические свойства стальных конструкций и деталей технологического оборудования. Поэтому, следует уделять пристальное внимание к выбору систем охлаждения производственных цехов опасных производственных объектов.
