Низколегированные строительные стали

К низколегированным строительным сталям относятся низкоуглеродистые свариваемые стали, содержащие недорогие и недефицитные легирующие элементы (обычно до 2,5 %) и обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким разрушениям по сравнению с углеродистыми сталями. Применение низколегированных сталей в строительстве вместо углеродистых позволяет уменьшить массу строительных конструкций, получить значительную экономию металла (до 50–80 %), повысить надежность конструкций, и также решить целый ряд других задач.

Как правило, прокат из низколегированных сталей используется потребителем в состоянии поставки, а при изготовлении металлоконструкций он подвергается лишь резке, гибке и сварке.

В качестве легирующих элементов используют марганец (до 1,8 %), кремний (до 1,2 %), хром (до 0,9 %), никель (до 0,8 %), медь (до 0,5 %), ванадий (0,05–0,15 %), ниобий (0,02–0,06 %), азот (до 0,025 %) и др. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его (твердорастворное упрочнение). Наиболее существенно влияют кремний и марганец. Для измельчения зерна вводят сильные карбидо– и нитридообразующие элементы (ванадий, ниобий, титан). Это обеспечивает не только зернограничное, но и дисперсионное упрочнение за счет дисперсных частиц карбидов (VC,NbC,TiC), нитридов (VN,NbN,TiN), карбонитридов (V(C,N),Nb(C,N),Ti(C,N)). Для получения нитридов и карбонитридов в сталь вводится азот. Примером сталей с карбонитридным упрочнением могут служить стали 14Г2АФБ, 16Г2АФ, 15ГФ и др.

Такие элементы, как марганец, хром, кремний, никель, бор, повышают устойчивость переохлажденного аустенита и обеспечивают получение дисперсной феррито-карбидной смеси.

Никель – дорогой и дефицитный легирующий элемент, его вводят в состав сталей для особо ответственных конструкций с целью повышения ударной вязкости и снижения порога хладноломкости. Для повышения коррозионной стойкости во влажной атмосфере сталь легируют медью (до 0,5 %) и фосфором (0,07–0,12 %). В качестве примера можно привести стали 10ХСНД и 10ХСДП.

Для повышения обрабатываемости резанием в жидкую сталь вводят кальций или церий.

Низколегированные строительные стали подразделяются на стали повышенной прочности и высокопрочные.

Стали повышенной прочности

Как правило, строительные стали повышенной прочности (σ_Т≤ 400 МПа) поставляют в горячекатаном состоянии с феррито-перлитной структурой. Основными легирующими элементами в этих сталях являются марганец, кремний, хром, ванадий, ниобий, титан, медь, фосфор, иногда азот (в сочетании с ванадием и алюминием).

Упрочнение рассматриваемых сталей при легировании в основном достигается вследствие твердорастворного упрочнения феррита растворенными в нем легирующими элементами. Для сталей с содержанием углерода 0,16 – 0,20 % некоторое упрочнение вносит перлитная составляющая структуры и здесь играет роль упрочнение вследствие повышения устойчивости переохлажденного аустенита при легировании и получения более дисперсных продуктов распада аустенита на феррито-карбидную смесь. Однако повышение содержания углерода приводит к снижению ударной вязкости и повышению порога хладноломкости. В сталях с ванадием и ниобием наблюдается дисперсионное упрочнение вследствие образования дисперсных карбидов и (или) карбонитридов ванадия и ниобия. При этом измельчается зерно (зернограничное упрочнение). Примерами сталей повышенной прочности являются 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 17ГС, 15ГФ, 10ХНДП, 15ХСНД и др. Стали повышенной прочности поставляют в горячекатаном или нормализованном состоянии. Нормализация приводит к большей стабильности механических свойств, повышению пластичности, ударной вязкости и хладостойкости по сравнению с горячекатаным состоянием. Реже применяют улучшение (закалка с высоким отпуском). После улучшения получается дисперсная сорбитная структура. Стали повышенной прочности имеют предел текучести в 1,3–1,6 раз больше, чем углеродистая сталь ВСт3сп, что обеспечивает снижение массы металлоконструкций на 15–30 %.

В отожженном состоянии стали принадлежат к доэвтектоидному классу; в нормализованном – к перлитному.