1.6 Химический состав строительных сталей (основные химические элементы и их содержание в процентах)

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные.

Углеродистые состоят из железа и углерода с добавкой кремния ( или алюминия) и марганца. Легированные стали помимо железа и углерода имеют специальные добавки, улучшающие качество стали. Однако, добавки ухудшают свариваемость стали и удорожают ее, поэтому в строительстве используют низколегированные стали с содержанием добавки не более 5%. Элементы влияющие на качество стали:

Кремний

В малоуглеродистые стали добавляют до 0,3%, а в низколегированные стали до 1%.Кремний, так же как и углерод, увеличивает прочность стали, но ухудшает её свариваемость. Кремний раскисляет сталь, т.е. связывает избыточный кислород и повышает ее прочность, снижает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминий

Входит в сталь в виде твёрдого раствора феррита, а так же в виде различных карбидов и нитридов. Хорошо раскисляет сталь, повышает ударную вязкость и нейтрализует вредное влияние фосфора.

Марганец

Снижает вредное влияние серы. В малоуглеродистых сталях содержится до 0,6%, а в легированных до 1,5%. При содержании более 1,5% сталь становится хрупкой.

Медь

Несколько повышает прочность стали и увеличивает её стойкость против коррозии. Избыточное содержание меди (более 0,7%) способствует старению стали.

Повышение механических свойств низколегированной стали осуществляется присадкой металлов, вступающих в соединение с углеродом и образующих карбиды, а так же способных растворяться в феррите и замещать атомы железа. Такими легирующими элементами является марганец, хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан.

Хром и никель повышают прочность стали, без снижения пластичности

и улучшают ее коррозионную стойкость

Ванадий и молибден увеличивают прочность почти без снижения пластичности, предотвращают разупрочнение термообработанной стали при сварке.

Прочность низколегированных сталей так же повышается с введением никеля,. меди, кремния и алюминия, которые входят в сталь в виде твёрдых растворов (феррита).

Вредные примеси:

Фосфор

Образует раствор с ферритом и повышает хрупкость стали, особенно при низких температурах (хладноломкость стали).

Сера

Делает сталь красноломкой вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. При этом образуются трещины в стали при температурах 8001000С.

Таким образом содержание серы и фосфора в стали ограничено. Например в углеродистой стали серы должно быть не более 0,05%, фосфора до 0,04%.

Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение газами, которые могут попасть из атмосферы в металл находящийся в расплавленном состоянии (кислород, азот, водород). Газы повышают хрупкость стали. При сварке необходима защита от воздействия атмосферы. Изменение свойств стали, может произойти так же в результате термической обработки.

Углерод (У) повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому применяются только низкоуглеродистые стали (У < 0,22%).

Азот в несвязном состоянии способствует старению стали, делает ее хрупкой, поэтому его должно быть не более 0,009%.