3 Структура и общая характеристика строительных сталей

Сталь – это конструкционный материал, сплав же­леза с углеродом в первую очередь, и с легирующими добавками и вредными примесями (S, P, O₂), которые по­падают в металл из руды или в процессе выплавки. Ос­нову стали составляет феррит (имеет малую прочность и очень пластичен). Его прочность повышается с добавле­нием углерода. Содержание углерода в стали до 2,14 %, при большем содержании углерода его сплав с железом называется чугуном.

Строительные стали смеют феррито-перлитную зернистую структуру, причем чем мельче зерна, тем вы­ше качество стали.

Стали делятся на углеродистые и легированные, которые, в свою очередь, делятся в зависимости от со-держания соответствующих элементов. В строительстве, как правило, применяют экономичные пластичные и сва­риваемые малоуглеродистые (содержание C до 0,22 %) и низколегированные стали (содержание легирующих до­бавок до 5 %).

В твердом состоянии сталь является поликристал­личесим телом. Характерны ГЦК и ОЦК, которые резко анизотропны, но так как они расположены в материале случайным образом, их свойства в совоукпности уравно­вешиваются и сталь становится квазиизотропным мате­риалом.

------------- Малоуглеродистые стали -------------

C до 0,22 %. Плавку сталей для строительства рег­ламентирует [ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций]. С (стр. сталь) + σ_y (C235..285). Стали характеризуются высокой пластичностью, свари­ваемостью без ограичений, относительно низкой себес­тоимостью. Минус – кипящая сталь хуже сопротивляет­ся хрупкому разрушению и динамическим воздействиям; иногда недостаточна прочность.

------------- Низколегированные стали -------------

Содержание легирующих добавок до 5 %.

Легирование – добавление в процессе плавки стали некоторых химических элементов с целью улучшения ее качества.

Легирование наряду с варьированием параметрами проката и термической обработкой является способом повышения качества стали (не только прочности).

------------- Характеристика? -------------

Структура стали зависит от условий кристаллиза­ции, химического состава, режима термообработки и прокатки, поэтому варьируя этими условиями можно по­лучать сталь с заданными прочностными и другими свойствами. Сталь производят в мартеновских печах и конверторах с поддувкой кислородом сверху. Для наи­более ответственных деталей используются стали, полу­чаемые путем электрошлакового переплава. Электрос­таль отличается низким содержанием вредных примесей и высоким качеством.

Качество стали определяют механические свойст­ва: сопротивление статическим воздействиям (временное сопротивлен. и предел текучести при растяжен.); сопрот. динамич. возд-ям и хрупкому разруш. (ударной вяз­костью при различ. температурах); показателями плас­тичности (относительным удлиннением); сопрот. рас­слоению (изгибом в холодном состоянии).

5 Классификация строительных сталей

По прочностным свойствам стали условно делят на три группы прочности:

- обычной (С235...С285) (_y < 290 МПа);

- повышенной (С345...С390) (290 <= _y < 400 МПа);

- высокой (С440...С590) (_y >= 400 МПа).

Повышение прочности стали достигается легирова­нием и термической обработкой.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали обыкновенного качества сос­тоят из железа и углерода с некоторой добавкой кремния (алюминия) или марганца. !Углерод повышая прочность снижает пластичность и ухудшает свариваемость, поэ­тому для МК применяют малоуглеродистые стали с со­держанием C <= 0,22 %!.

Легированные стали помимо железа и углерода со­держат спец. легир. добавки, улучшаеющие качество. !Поскольку большинство лег-их добавок ухудшают сва-риваемость стали и удорожают ее, в строительстве в ос-новном применяют низколегированные стали с суммар-ным содержанием добавок не более 5 %!.

Основные легирующие добавки для строительных сталей:

С – кремний (раскисляет; измельч. зерно;  прочн.,  корр. стойеостьть; ухудш. свариваемость);

Ю – алюминий (раскисляет; измельч. зерно);

Г – марганец ( прочность, но и хрупкость);

Н – никель ( прочн. и корр. ст-ть, но дорого);

А – азот (спос-т получ. мелкозерн. стр-ры и улучш. мех. св-в);

Ф – ваннадий ( прочность);

Х – хром ( прочность);

Вредные примеси: Фосфор ( хрупкость стали осо­бенно при пониженных температурах); Сера (делает сталь красноломкой – склонной к образ. трещин при тем­пературе 800-1000 С). Кислород ( хрупкость стали); Водород ( сопротивлению стали хрупкому разрушению, ухудшает пластические св-ва). Поэтому расплавленную сталь (напр. при сварке) необходимо защищать от воз-действия атмосферы. Вредные примеси попадают в ме­талл из руды и в процессе выплавки. От них избавляются специальными методами.

В зависимости от вида поставки стали подразде­ляют на горячекатаные и термообработанные (нормализованные или термически улучшенные). При нормализации измельчается структура стали, повы-шается ее однородность, увеличивается вязкость, но су-щественного увеличения прочности не происходит. Тер-мическое улучшение (закалка в воде и высокотемперат. отпуск) позволяет получить стали высокой прочности.

По степени раскисления стали могут быть кипя­щими (Сталь после остывания имеет пористую струк­туру из-за того, что не все газы могут из нее выйти. От­резают дефектные 5 % слитка), полуспокойными (Вводят 0,05 - 0,15 % кремния; срезают 8 %) и спокойными (наиб. распространены; лучше свариваются и сопротивляются хрупкому разрушению; отрезают 15 % массы слитка; на 12 % дороже кипящих).

------------- Обозначения марок стали -------------

Металлургические [ГОСТ 380‑2005]: ВСт3кп2 (В –гарантирован химический состав и определенный набор мех. свойств (А – только мех. св-ва, Б – только хим. состав); ст3 – малоуглеродистая сталь с содерж. углерода 0,2‑0,25 %; кп – кипящая сталь; 2 – набор мех. свойств которые проверяются металлургическим предприятием); 14Г2 (14 – 0,14% углерода, Г2 – 2 % марганца).

Строительные [ГОСТ 27772-88]: С235К (С – сталь строительная; 235 – примерный предел текучести, МПа; К – вариант химического состава).