18.5.6 Металлы, стали и сплавы, применяемые в строительстве:

18.5.6.1 Углеродистые и легированные стали

По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и ле­гированные.

Углеродистые стали являются сплавами железа с углеродом с нормаль­ными примесями марганца, кремния, серы и фосфора.

Легированные стали представляют собой сплавы железа с углеродом с нормальными примесями и легирующими элементами никеля, хрома и др.

По области применения стали подразделяются на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали подразделяются на качественные и обыкновен­ного качества.

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества подраз­деляется на три группы А, Б и В. К стали группы А предъявляются требова­ния по механическим свойствам, группы Б – по химическому составу и группы В – по механическим свойствам и химическому составу.

В свою очередь, сталь каждой группы делят на категории: группа А - на три; группа Б – на две; группа В – на шесть.

Сталь группы А применяют для изделий, при изготовлении которых не выполняется горячая обработка - сварка, ковка и др. Она сохраняет меха­нические свойства, регламентируемые стандартами. Сталь группы Б применяется для изделий, подвергаемых горячей обработке. При этом свойства ее изменяются. Сталь группы В применяется для изделий, подвергаемых сварке. В зоне сварки свойства металла изменяются.

Механические свойства стали группы А приведены в таблице (18.2)

Таблица 18.2 – Механические свойства стали углеродистой общего назначения

группы А

Марка стали	Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σт, Н/мм2	Относительное удлинение σs, %	Изгиб на 180° (а – толщина образца, d – диаметр оправки) для толщин, мм
				до 20	свыше 20
СтО	Не менее 300	–	20–23	d = 2a	Диа- метр оправки увели­чивает­ся на толщи­ну об- разца
Ст 1кп Ст 1пс, Ст 1сп	300–390 310–410	–	32–35 31–34	d = 0,5a
Ст 2кп Ст 2пс, Ст 2сп	320–410 330–430	185–215 95–225	30–33 29–32	d = a
Ст Зкп Ст Зпс, Ст Зсп Ст 3Гпс Ст 3Гсп	360–460 370–480 370–490 390–570	195–235 205–245 205–245 245	24–27 23–26 23–26 24	d = a
Ст 4кп Ст 4пс, Ст 4сп	400–510 410–530	225–255 235–265	22–25 21–24	d = 2a
Ст 5пс, Ст 5сп Ст 5Гпс	490–630 450–590	255–285 255–285	17 – 20 17–20	d = 3a
Ст 6пс, Ст 6сп	Не менее 500	295–315	12–15	–

Сталь углеродистая качественная конструкционная поставляется с га­рантией химического состава и механических свойств. Она содержит серы не более 0,04 % и фосфора не более 0,035 % и отличается несколько более высокими механическими свойствами, чем сталь обыкновенного качества. Она выпускается следующих марок: 05кп, 08кп, 08пс, 08,10кп, 10пс, 10, 11кп, 15кп, 15пс, 15, 18кп, 20кп, 20пс, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60. Две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента. Применяют эту сталь для деталей машин, сварных конструкций.

Инструментальная нелегированная сталь содержит углерода более 0,65 %. Подразделяется на качественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У12А, У13А и высококачественную марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А, У13А. Она имеет высокую твердость, износостойкость, достаточную проч­ность и пластичность, применяется для режущих, штамповых, мерильных инстру­ментов и технологической оснастки.

Для повышения качества стали в ее состав вводят один или несколько легирующих элементов: хром, марганец, кремний, никель, молибден, вана­дий, алюминий, титан, бор. Хромистая сталь имеет высокую прочность, хорошо сваривается; марганцовистая – повышенную прочность, пластич­ность, свариваемость; хромомарганцевая – повышенную прокаливаемость и прочность; хромокремнистая сталь применяется для деталей, испытываю­щих в процессе эксплуатации знакопеременные нагрузки; хромоникелевая имеет высокую прочность, вязкость, прокаливаемость; хромоалюминиевая -повышенную твердость, износостойкость, выносливость.

Маркировка легированной стали осуществляется по буквенно-цифровой сис­теме. Легирующие элементы обозначаются следующими буквами: С – кремний, Г – марганец, X – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Р – бор, Т–титан, Ю – алюминий, Ф – ванадий, Ц – цирконий, Б – ниобий, А – азот, Д – медь, К – кобальт. Первыми двумя цифрами обозначается содержание углерода в сотых долях процента для конструкционных сталей и первой одной цифрой – в десятых долях процента – для инструментальных сталей. Содержание леги­рующего элемента боле 1 % после буквы ставится в процентах в целых единицах. Например, сталь 12ХН3А расшифровывается так: легированная сталь с содержа­нием углерода 0,12 %, хрома X – 1 %, никеля Н – 3 %. Буква А в конце указывает на ограничение серы и фосфора до 0,03 %.

В строительстве применяют преимущественно низколегированные стали с содержанием легирующих элементов не более 2,5 %.

Химический состав и механические свойства некоторых легированных сталей приведены в таблице 18.3.

Таблица 18.3 – Механические свойства легированных сталей после термической

обработки

Марка стали	от, МПа	ов, МПа	85, %	V,%	kcv, Дж/см2
20Г	275	451	24	50	–
40Г, 40ГР	353	588	17	45	58,8
20Х	784	981	10	45	58,8
18ХГ	736	883	10	40	–

В строительстве сталь применяют для изготовления конструкций, устройства кровель, подмостей, ограждения, для армирования железобетона.

Стальные конструкции испытывают разнообразные нагрузки. Колонны работают на сжатие, балки – на растяжение, рельсы воспринимают ударные воздействия.

Строительные конструкции работают в атмосферных условиях при обычных и пониженных температурах. Для их изготовления применяют хорошо свариваемые стали, не снижающие ударную вязкость вблизи свари­ваемого шва, имеющие высокую пластичность, хорошо обрабатывающиеся резанием.