8.8. Легированная сталь

Конструкционные легированные стали используют только для особо ответственных металлических конструкций и арматуры для предварительно напряженного бетона. Однако благодаря эффективности объем использования легированных сталей постоянно расширяется.

Легированной называют сталь, в состав которой для улучшения ее свойств специально вводят один или несколько легирующих элементов: марганец, кремний, хром, никель, титан, медь, цирконий, ванадий, вольфрам, молибден и др.

Свойства легированных сталей зависят от вида легирующих элементов и от их количества.

По назначению легированные стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами (жаростойкие, износостойкие, нержавеющие и т.д.).

В маркировке этих сталей приняты следующие буквенные обозначения легирующих элементов: Х – хром, Н – никель, А – азот, В – вольфрам, Е – селен, Г – марганец, Д – медь, Б – ниобий, Р – бор, П – фосфор, С – кремний, Ю – алюминий, М – молибден, К – кобальт, Ц – цирконий, Ф – ванадий. Эти буквы в сочетании с цифрами образуют марку стали.

Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, одна цифра – в десятых долях процента, нет цифры – то количество углерода >1%. Цифры, следующие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах (если за буквой отсутствует цифра, то содержание данного элемента около 1%). Буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Пример маркировки: 12Х2Н4А – это легированная сталь, высококачественная, с содержанием углерода 0,12%, хрома – 2%, никеля – 4%; Г13 – легированная сталь с содержанием углерода 1% и более, марганца – 13%.

В строительстве нашли применение легированные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД  для ответственных металлических конструкций (ферм, балок); марок 35ХС, 25Г2С, 25ХГ2СА, 30ХГСА и 35ХГСА  для арматуры предварительно напряженного бетона.

Прочность на растяжение таких сталей в 2...3 раза выше, чем обыкновенных углеродистых сталей СтЗ и Ст5. Так, у стали 30ХГСА предел прочности при растяжении не менее 1100 МПа, а у стали 35ХГСА  не менее 1600 МПа (у стали Ст5  500...600 МПа). Такие высокие прочностные показатели позволяют получать из легированных сталей более легкие конструкции при сохранении необходимой несущей способности. Это, в свою очередь, снижает расход металла и уменьшает массу здания.

8.9. Основные требования к конструкционным строительным сталям

Конструкционные стали, используемые в строительстве, по химическому составу относятся к низкоуглеродистым и низколегированным. Кроме комплекса высоких механических свойств (временное сопротивление, предел текучести, относительная деформация, ударная вязкость, твердость и др.), определяемых при стандартных испытаниях, они должны иметь высокую конструктивную прочность, т.е. соответствовать служебным свойствам конкретных изделий и конструкций.

К свойствам стали, определяющим надежность конструкций, относятся вязкость разрушения, ударная вязкость и температура порога хладноломкости, а долговечность – сопротивление коррозии и износу. Кроме того, конструкционные стали должны легко обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться, прокаливаться, иметь малую склонность к деформациям, короблению и трещинообразованию при закалке. Рациональные марки стали для строительных конструкций выбирают исходя из их вида, назначения, ответственности, режима и условий работы.

Все виды стальных строительных конструкций разделены на 4 группы.

К 1-й группе отнесены конструкции или их элементы, работающие в особо тяжелых условиях или подвергающиеся непосредственному воздействию динамических, вибрационных или подвижных нагрузок (подкрановые балки, эстакады, фасонки ферм и др.). Для этих конструкций применяют высокопрочные стали типа 18Г2АФпс, ВСт3сп5, О9Г2С и др.

Ко 2-й группе отнесены сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке (фермы, балки покрытий и перекрытий и др.), а также элементы 1-ой группы при отсутствии сварных соединений. Для них могут использоваться 10ХСНД, 12Г2СМФ, ВСт3сп5, ВСт3пс6 и др.

К 3-й группе отнесены сварные конструкции или их элементы, работающие при статической нагрузке (колонны, стойки, опорные плиты и другие сжатые и сжатоизгибаемые элементы), а также конструкции и элементы группы 2 при отсутствии сварных соединений. Для них применяют, наряду с вышеуказанными для 2-ой группы, также ВСт3кп2 и др.

В 4-ю группу включены вспомогательные конструкции зданий и сооружений (связи, лестницы, ограждения и др.), а также конструкции и элементы группы 3 при отсутствии сварных соединений. Для них рекомендуются стали ВСт3кп2, ВСт3кп6 и др.