2.2. Класифікація сталей

Будівельні сталі класифікують за механічними властивостями, за марками, за способами виробництва, за ступенем розкислювання та іншими ознаками.

За способами виробництва сталі бувають: мартенівські; конвертерні; електросталі.

Короткі відомості про особливості виробництва сталі.

Залізо – один з найбільш поширених в природі елементів. В земній корі його міститься ~ 5%. Але в чистому вигляді воно не зустрічається, оскільки легко з’єднується з киснем, утворюючи оксиди. Найбільш відомі залізні руди, з яких отримують залізо – магнетит Fe₃O₄ (~70% заліза), гематит Fe₃O₃ (30-50%), лимоніт FeO та ін. Поряд з чистим залізом в залізній руді міститься вуглець та інші метали, а також шкідливі домішки – сірка, фосфор, азот.

Первинний продукт, який отримують з руди – чавун (сплав заліза з вуглецем). Чавун виробляють в доменних печах шляхом плавлення при температурі t =1600°С залізної руди з додаванням коксу та вапняку. В процесі спалювання коксу відбувається відновлення заліза, а вапняк призначений для більш легкого відділення неметалевих домішок разом із шлаком. Розплавлений чавун, як більш важка складова частина, збирається на дні печі і потім випускається назовні у спеціальні ємкості. Отриманий таким чином чавун з ~4%-ним вмістом вуглецю є сировиною для виробництва сталі.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, процентний вміст якого завдяки особливій обробці зменшується до кількості, що не перевищує 1,2%. Основною сировиною для отримання сталі є чавун і металобрухт.

Найбільш розповсюджений спосіб отримання сталі – в мартенівських печах. Він полягає в тому, що в розплавлений чавун, який знаходиться в спеціальній ванні, неперервно зверху подається повітря з гарячим газом, що підтримує температуру t =2000°С. Під дією такої температури з розплавленої маси протягом 4-12 годин (залежно від необхідної якості сталі) згоряє вуглець, процентний вміст якого строго контролюється.

Конвертерний спосіб отримання сталі полягає в продувці через розплавлений чавун гарячої суміші повітря з киснем під тиском (подається з дна ванни). В результаті в розплавленому чавуні згоряє вуглець і шкідливі домішки. Залежно від складу внутрішньої вогнетривкої обкладки конвертера спосіб називається бессемерівським або томасівським.

Найбільш якісна сталь отримується в спеціальних електропечах (але одночасно і найбільш дорога). Максимальна температура ~2200°С досягається за допомогою електродуги, що виникає між двома вугільними електродами. Переваги способу в тому, що в розплавлений метал не попадають шкідливі елементи з повітря і газу, як це має місце в перших двох способах.

За ступенем розкислювання сталі поділяють на: киплячі (кп); спокійні (сп); напівспокійні (пс – “полуспокойные”). Після того, як сталь виплавлена, її розливають спочатку в ковші, а потім у виливниці, де процес кипіння ще деякий час продовжується. Це кипіння супроводжується бурхливим виділенням газів (кисню), внаслідок чого сталь при охолодженні стає загазованою, неоднорідною, з великою кількістю пор і шлакових включень. Така сталь називається киплячою. Внаслідок низької якості застосування киплячої сталі в МК обмежується. Якщо до розлитої в ковші сталі додати так звані розкислювачі (кремній, алюміній), то ці елементи, з’єднуючись з розчиненим в сталі киснем, зменшують його шкідливий вплив. Такий процес називається розкислюванням сталі. При розкислюванні сталь охолоджується спокійно, тому її називають спокійною. Вона має дрібнозернисту й більш однорідну структуру, краще зварюється, чинить опір динамічним навантаженням та крихкому руйнуванню, але стає дорожчою приблизно на 12%. Проміжне положення за властивостями та вартістю між спокійною та киплячою сталлю займає напівспокійна сталь, в яку додають менше розкислювачів.

Маловуглецева сталь випускається спокійною, напівспокійною та киплячою; низьколеговані – в основному спокійною (окремі марки – напівспокійною).

Різноманітність сталей пояснює їх різну міцність За міцністю будівельні сталі поділяють на три групи:

1) звичайної міцності з межею текучості _у  290 МПа (маловуглецеві сталі); 2) підвищеної міцності з _у=290...390 МПа; 3) високої міцності з _у > 390 МПа (низьколеговані сталі).

Маловуглецеві сталі залежно від призначення поділяють на три групи постачання:

група А – виробником гарантуються лише механічні властивості;

група Б – виробником гарантується лише хімічний склад;

група В – виробником гарантуються механічні властивості та хімічний склад сталі.

Для несучих МК використовують тільки сталь групи В. Для нерозрахункових зварних елементів можна застосовувати сталь групи Б, оскільки на здатність сталі до зварювання впливає її хімічний склад.

Низьколеговані сталі поставляють лише за групою В.