87. Марки строительных сталей. Основные прочностные и деформативные характеристики сталей.

В зависимости от химического состава и меха­нических свойств стали делят на две основные группы.

Малоуглеродистая сталь обыкновенного качества. Ее механичес­кие свойства зависят в основном от содержания углерода. Обычное содержание углерода по весу 0,1...0,22 %. При повышенном содержании углерода сталь становится более прочной, но одновре­менно и более хрупкой и плохо свариваемой и в стальных конструкци­ях не применяется; марганец повышает прочность стали, незначи­тельно уменьшая ее пластичность. Кремний увеличивает прочность, но ухудшает свариваемость и делает сталь менее устойчивой против коррозии.

Низколегированная сталь, содержащая легирующие добавки. Эти добавки повышают прочность, коррозионную стойкость стали, снижа­ют опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном сос­тоянии), ванадий и др. Виды легирующих элементов в обозна­чении марки стали дают буквами (Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, Д - медь, А - азот, Ф — ванадий); цифра после буквы указывает содержание этого легирующего элемента в процентах, если оно превышает 1 %. Например, 15ХСНД — сталь, содержащая 0,15 % углерода и легирующие добавки хрома, крем­ния, никеля, меди, причем содержание каждой добавки не превы­шает 1 %.

Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы — несвязанный азот и кислород). Фосфор придает стали хрупкость (хладноломкость) при низких температурах, уменьшает пластичность при нагревании. Сера вызывает трещиноватость при высоких температурах (красноломкость).

Сталь для металлических конструкций но способу изготовления бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящие, спокой­ные и полуспокойные). Кипящую сталь (сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов.

Спокой­ная сталь — это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые, соединяясь с растворенным кислородом, пре­вращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10...15%.

Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

Основные физические свойства стали таковы: плотность р= =7850 кг/м модуль упругости Е= 205 ГПа (1 ГПа=1000 МПа), модуль сдвига G=78 ГПа, коэффициент линейного расширения а= 0,000012 град"¹.

Сталь малоуглеродистая обыкновенного качества поставляется с гарантией только механических свойств (группа А), с гаран­тией химического состава (группа Б), с гарантией механических свойств и хими­ческого состава (группа В). Степень раскисления обозначается индексами по­сле обозначения марки стали, напри­мер ВСтЗпс. В зависимости от норми­руемых показателей (химического сос­тава, механических свойств и ударной вязкости) сталь делят на категории — 2, 5, 6, которые указывают после обозначе­ния стали, например ВСтЗсп5, а для каждой из категорий установлены, кроме того, группы прочности 1 и 2, например ВСтЗсп5-1 и ВСтЗсп5-2. Сталь низколе­гированную марок 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД всегда поставляют по группе В, поэтому обозначение начина­ется сразу с цифр.

Прочностные и деформативные свойства стали обычно определяются испытанием стали на растяжение. При этом строится диаграмма «напряжение — деформация». Сталь, как и другие металлы, ведет себя как упругопластичный материал. В начале испытаний деформации у стали пропорциональны напряжениям. Максимальное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называют пределом пропорциональности ау (при этом напряжении остаточные деформации не должны превышать 0,05 %).

При дальнейшем повышении напряжения начинает проявляться текучесть стали — быстрый рост деформаций при небольшом подъеме напряжений. Напряжение, соответствующее началу течения, называют пределом текучести ат. Затем наступает некоторое замедление роста деформаций при подъеме напряжений («временное упрочнение»), после чего наступает разрушение образца, называемое временным сопротивлением ав, что является фактическим пределом прочности стали (Rp).