53.Углеродистые и легированные стали.

Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04...2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси - кремний и марганец, а также вредные -фосфор и сера (их содержание не должно превышать 0,05...0,06 %). В зависимости от содержания углерода такие стали делятся на низко- (до 0,25 % углерода), средне- (0,25...0,6 %) и высокоуглеродистые (свыше 0,65 %). С повышением содержания углерода уменьшается пластичность и повышается твердость стали; прочность ее также возрастает, но при содержании углерода более 1 % вновь снижается. Повышение прочности и твердости стали объясняется увеличением содержания в стали твердого компонента - цементита.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали содержат углерода не более 0,65 %. Их применяют для изготовления арматуры железобетонных конструкций. Используемые в строительстве конструкционные углеродистые стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на группы А, Б, В, учитывающие условия поставки. Сталь группы А поставляют потребителям по механическим свойствам: пределам прочности и текучести, относительному удлинению, способности к изгибу в холодном состоянии. В стали группы Б нормируют химический состав, а группы В - одновременно химический состав и механические свойства.

Маркировка сталей. Каждая группа включает несколько марок стали - от СтО до Стб. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность. Сталь марок от Ст1 до Ст4 выпускают кипящей, полуспокойной, спокойной, марок Ст5 и Стб - полуспокойной и спокойной. Указание о степени раскисления делают в-виде индекса: кп - кипящая, пс -полуспокойная, сп - спокойная. Стали марок СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс содержат повышенное количество марганца, на что указывает буква Г. СтО содержит углерода не более 0,23 %, СтЗ - от 0,14 до 0,22 %, а Стб - от 0,38 до 0,49 %.

 Сталь группы Б изготовляют тех же марок, что и сталь группы А, но в начале обозначения марки вводят букву Б, например сталь БСт1кп. Для сталей группы А букву впереди марки не ставят.В обозначении марок сталей всех групп вводят также цифры от 1 до 6, характеризующие категорию стали. Категория определяется совокупностью механических свойств стали либо особенностями ее химического состава. Цифру 1 в сталях первой категории не указывают.Примеры обозначения марок стали: СтЗкп - группа А, сталь 3, кипящая, категория 1; БСт2пс2 - группа Б, сталь 2, полуспокойная, категория 2; ВСт2спЗ - группа В, сталь 2, спокойная, категория 3.В строительстве используют стали всех групп. Наиболее пластичные Ст1 и Ст2 применяют в конструкциях резервуаров, трубопроводах, для заклепок. Из СтЗ, Ст4 и Ст5 изготовляют строительные конструкции, а также арматуру для железобетона. В большом количестве углеродистая сталь обыкновенного качества расходуется на изготовление листового, круглого, швеллерного, двутаврового проката.

Легированные стали, кроме железа, углерода и нормальных примесей, содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам, титан, которые повышают качество стали и придают ей специальные свойства. К таким элементам относят также марганец и кремний, если их содержание в стали превышает 1 %.

Легирующие элементы образуют с железом химические соединения и твердые растворы замещения, которые играют роль упрочняющей фазы. Кроме того, большинство легирующих элементов образуют с углеродом простые и сложные карбиды, являющиеся, как и цементит Fe3C, хрупкими и твердыми веществами. В результате изменяется строение и существенно улучшаются механические свойства сталей.

Стали, применяемые для изготовления арматуры железобетонных конструкций, содержат в качестве легирующих элементов чаще всего марганец, кремний, хром. Марганец и кремний увеличивают прочность легированной стали, но снижают ее ударную вязкость. Хром и никель повышают не только прочность, но и ударную вязкость. Практически все легирующие элементы улучшают термическую обрабатываемость сталей.

По химическому составу различают низко-, средне- и высоколегированную сталь.

По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

В строительстве наиболее часто применяют низколегированные (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5 %) конструкционные стали. Их подразделяют на стали для металлоконструкций и стали для армирования железобетонных конструкций.

Для обозначения марок легированной стали по ГОСТу используют буквенно-цифровую систему. В начале обозначения приводят цифры, указывающие содержание углерода в сотых долях процента. Далее ставят буквы, обозначающие легирующий элемент: Ю - алюминий, Р - бор, Ф - ванадий, В - вольфрам, С - кремний, Г - марганец, Д - медь, М - молибден, Н -никель, Т - титан, X - хром, Ц - цирконий. Наконец, цифра, стоящая за буквами, указывает содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1 %, то цифру не ставят. При содержании I ...1,5 % ставят цифру 1, свыше 1,5 до 2 % - цифру 2.

Например, марка стали 20ХГ2С означает: легированная сталь с содержанием углерода 0,20 %, хрома - менее 1 %, марганца - 2 %, кремния - менее 1 %.

Сталь для металлических конструкций обладает высокими пластичностью и ударной вязкостью, причем эти свойства незначительно ухудшаются при отрицательных температурах (до -40...50 °С). Основная характеристика такой стали - предел текучести - составляет в среднем 350 МПа, в то время как у углеродистой стали он равен 225 МПа.Низколегированные строительные стали весьма пластичны: относительное удлинение в них достигает 18...20 %. Для изготовления металлоконструкций чаще всего применяют стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 16ГС, 10Г2СД,09Г2, 14Г2.

Сталь для армирования лселезобетонных конструкций должна обладать хорошей свариваемостью, высокой прочностью и быть достаточно пластичной. Этим условиям отвечают легированные стали марок ЮГТ, 18Г2С, 25Г2С, 35ГС, 20ХГ2Ц, 80С, 23Х2Г2Т и 20Х2Г2СР.

Углеродистые стали.

Сталь углеродистая обыкновенного качества — сплав железа с углеродом. В ее составе также присутствуют в небольшом количестве примеси: кремний, марга­нец, фосфор и сера, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства стали. В сталях обыкновенного качества, применяемых в строительстве, углерода содержится 0,06-0,62%. Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Повышенное содержание углерода придает стали хрупкость и твердость.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

А - поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (СтО, Ст1 и др.);

Б - поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а их уровень, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСтО, БСт1 и др.);

В - поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: СтО, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Стбпс, Стбсп, СтбГпс, Стопе, Стбсп. Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры -условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» - степень раскисления («кп» - кипящая, «пс» -полуспокойная, «сп» - спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на: горячекатаную и кованую, калиброванную, круглую со специальной отделкой поверхности - серебрянку.

Наиболее широко в строительстве используют сталь марки СтЗ, которая идет на изготовление металлических конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений, опор линии электропередач, резервуаров и трубопроводов, а также арматуры железобетона.

Легированные стали.

Низколегированные стали наиболее часто применяют в строительстве. Содержание углерода в низколегированных сталях не должно превышать 0,2%, при большем количестве понижаются пластичность и коррозионная стойкость, а также ухудшается свариваемость стали. Легирующие добавки влияют на свойства стали следующим образом: марганец увеличивает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость; медь — стойкость стали к атмосферной коррозии; никель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высокие механические свойства, чем малоуглеродистые. Стали, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для сварных и клепаных конструкций промышленных и гражданских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуаров, труб и т. д.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на:

низколегированную (легирующих элементов до 2,5%);

среднелегированную (от 2,5 до 10%);

высоколегированную (от 10 до 50%).

В зависимости от основных легирующих элементов различают 14 групп сталей.

К высоколегированным относят:

I) коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

II) жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50°С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;

III) жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.