5.4 Углеродистые и легированные стали

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

Углеродистой называют нелегированную сталь, содержащую 0,04...2 % углерода. Кроме того, в состав стали входят постоянные примеси – кремний и марганец и 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 подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные и специальные.

Сталь углеродистую обыкновенного качества (ГОСТ 380) изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп. Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава, буква «Г» - марганец при его массовой доле в стали 0,80% и более, буквы «кп», «пс» и «сп»  степень раскисления стали. С увеличением номера возрастает прочность стали и уменьшается ее пластичность. Такая сталь предназначена для изготовления горячекатаного (сортового, фасонного, тонко- и толстолистового, широкополосного) и холоднокатаного (тонколистового) проката и других видов изделий.

Легированные стали (от греческого «лега»  сложное) кроме железа, углерода и нормальных примесей содержат легирующие элементы, например хром, никель, молибден, ванадий, 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 образует 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 назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

В строительстве наиболее часто применяют легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543). В зависимости от химического состава и свойств конструкционная сталь делится на категории: качественная, высококачественная – А и особовысококачественная – Ш (сталь электрошлакового переплава). В обозначении марок легированной стали 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, М – молибден, Н – никель, Т – титан, Х– хром. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах. Если содержание легирующего элемента не превышает 1,5 %, то цифру не ставят. Буквы «А» или «Ш» в конце наименования марки указывают соответственно на высококачественную или особовысококачественную сталь.