Низколегированные стали

К низколегированным строительным сталям относятся низкоуглеродистые свариваемые стали, содержащие недорогие и недефицитные легирующие элементы (до 2,5%) и обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким разрушениям по сравнению с углеродистыми сталями.

Во многих случаях низколегированные стали не подвергают специальной упрочняющей термообработке, а поставляют горячекатаными или нормализованными.

Основными факторами упрочнения феррито-перлитных сталей являются твердорастворное, дисперсионное и зернограничное. Наиболее целесообразно использовать дисперсионное упрочнение карбонитридными фазами, т.к. они также уменьшают размер зерен.

Строительные стали повышенной прочности поставляют в горячекатаном состоянии с феррито-перлитной структурой. Основными легирующими элементами являются марганец и кремний, иногда дополнительно хром, ванадий, ниобий, титан, медь, фосфор.

Это марганцовистые стали 14Г, 19Г, 09Г2, марганцовокремнистые 12ГС, 09ГС и др. Марганцовокремнистые стали имеют более высокую прочность, чем марганцовистые, но их пластичность и вязкость значительно ниже.

Упрочнение этих сталей при легировании достигается вследствие повышения устойчивости аустенита и получения более дисперсных продуктов распада аустенита.

Высокопрочные стали должны сочетать высокую прочность с малой склонностью к хрупкому разрушению. Это достигается карбонитридным упрочнением, термической обработкой, контролируемой прокаткой, созданием малоперлитных и бейнитных сталей.

Карбонитридное упрочнение представляет собой способ воздействия на структуру и свойства сталей через образование упрочняющих дисперсных карбонитридных фаз при легировании карбидообразующими элементами – V, Nb, иногда Al, Ti. К таким сталям относятся 15ГФ, 15Г2СФ, 10Г2Б, в которых упрочняющими фазами являются карбиды ванадия и ниобия.

Дополнительное легирование стали никелем до 2% способствует сохранению высоких значений пластичности и вязкости. Легирование алюминием позволяет регулировать размер зерна в сталях. Добавка 0,15…0,30% меди способствует повышению стойкости против коррозии.

В стали 16Г2А фимеет место карбонитридное упрочнение. Отличительной особенностью сталей с карбонитридным упрочнением является то, что их механические свойства мало зависят от сечения проката.

Более высокую прочность (предел текучести до 600МПа) имеет сложнолегированная сталь 12Г2СМФ после термического улучшения (закалка и высокий отпуск).

Малоперлитные стали являются разновидностью сталей с карбонитридным упрочнением с пониженным содержанием углерода – до 0,1%, что и приводит к понижению содержания перлита: 09Г2ФБ. Благоприятное сочетание свойств получается при содержании легирующих элементов в стали не более 2…3%.

Сталь имеет мелкозернисту структуру феррита с дисперсными карбонитридами ванадия и ниобия и небольшим количеством перлита (до 10%).

Для этих сталей применяют контролируемую прокатку. Свойства малоперлитной стали зависят от ее состава и условий контролируемой прокатки (рисунок ниже).

Контролируемая прокатка – разновидность термомеханической обработки с регламентируемой определенной температурой окончания прокатки (800…850⁰С) и заданной степенью обжатия (15…20%) в последних проходах. В процессе контролируемой прокатки структурные изменения протекают в три стадии. На первой стадии (температура прокатки >950⁰С) в процессе деформации происходит рекристаллизация; на второй стадии (<950⁰С) сталь упрочняется вследствие измельчения структуры и повышения плотности дислокаций; на третьей стадии происходит выделение дисперсных избыточных фаз, обусловленное легированием стали карбидо- и нитридообразцющими элементами. Применение контролируемой прокатки эффективно для сталей с карбонитридным упрочнением. Карбонитриды тормозят процессы возврата и рекристаллизации после прокатки, что обеспечивает получение мелкого зерна, хорошо развитой субзеренной структуры и дисперсионного упрочнения.

Арматурные стали в виде стержней, гладких и периодических профилей применяется для армирования железобетонных конструкций. Арматурные стали поставляют горячекатаными, термомеханически и термически упрочненными. Они делятся на I – VII классы. Стали классов А-I (ВСт3сп, ВСт3пс, ВСт3кп,Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп), A-II (ВСт3сп, 18Г2С, 10ГТ) и A-III (35ГС, 25Г2С, БСт5сп, БСт5пс) используют для ненапряженных конструкций, более высокопрочные стали классов АIV (80С, 20Х2ГЦ, 25Г2С, 20ХГС2), AV (23Х2Г2Т, 20ГС), AVI (20ГС, 20ГС2, 20ХГС2) и AVII (20ГС2, 20ХГС2, 23Х2Г2Т) – для армирования предварительно напряженного железобетона. По мере увеличения класса прочности возрастает степень легирования сталей.

34