Вопрос №15 .Стали для строительных конструкций. Маркировка сталей.

Классификация сталей:

П о прочностным свойствам стали условно делят на три группы: обычной прочности (σ_у < 29 кН/см²); повышенной прочности (29 кН/см² ≤σ_у < 40 кН/см²); высокой прочности (σ_у ≥ 40кН/см²). 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 (или алюминия) и марганца. Прочие добавки (медь, хром и т.д.) специально не вводятся и могут попасть в сталь из руды. Углерод, повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому для строительных металлических конструкций применяют только низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,22%.

В состав легированных сталей помимо железа и углерода входят специальные добавки, улучшающие их качество. Поскольку большинство добавок в той или иной степени ухудшают свариваемость стали, а также удорожают ее, в строительстве в основном применяют низколегированные стали с суммарным содержанием легирующих добавок не более 5%.

Основными легирующими добавками являются кремний (С), марганец (Г), медь (Ц), хром (X), никель (Н); ванадий (Ф), молибден (М), алюминий (Ю), азот (А).

В зависимости от вида поставки стали подразделяют на горячекатаные и термообработанные (нормализованные или термически улучшенные). В горячекатаном состоянии сталь далеко не всегда обладает оптимальным комплексом свойств. При нормализации измельчается структура стали, повышается ее однородность, увеличивается вязкость, однако существенного повышения прочности не происходит. Термическое улучшение (закалка в воде и высокотемпературный отпуск) позволяют получить стали высокой прочности, хорошо сопротивляющиеся хрупкому разрушению. Существенное снижение затрат по термической отработке стали можно получить, если проводить закалку непосредственно с прокатного нагрева.

По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными.

Нераскисленные стали кипят при разливке вследствие выделения газов: такая сталь носит название кипящей и оказывается более засоренной газами и менее однородной.

Механические свойства несколько изменяются по длине слитка ввиду неравномерного распределения химических элементов. Особенно это относится к головной части, которая получается наиболее рыхлой (вследствие усадки и наибольшего насыщения газами), и в ней происходит наибольшая ликвация вредных примесей и углерода. Поэтому от слитка отрезают дефектную часть, составляющую примерно 5% массы слитка. Кипящие стали, имея достаточно хорошие показатели по пределу текучести и временному сопротивлению, хуже сопротивляются хрупкому разрушению и старению.

Чтобы повысить качество низкоуглеродистой стали, ее раскисляют добавками кремния от 0,12 до 0,3% или алюминия до 0,1%. Кремний (или алюминий), соединяясь с растворенным кислородом, уменьшает его вредное влияние. Раскисленные стали не кипят при разливке в изложницы, поэтому их называют спокойными. От головной части слитка спокойной стали отрезают часть, составляющую примерно 15%. Спокойная сталь более однородна, лучше сваривается, лучше сопротивляется динамическим воздействиям и хрупкому разрушению. Ее применяют при изготовлении ответственных конст-рукций, подвергающихся статическим и динамическим воздействиям.

О днако спокойные стали примерно на 12% дороже кипящих, что наставляет ограничивать их применение и переходить, когда это выгодно по технико-экономическим соображениям, на изготовление конструкций из полуспокойной стали.

Полуспокойная сталь по качеству является промежуточной м/у кипящей и спокойной. Ее раскисляют меньшим количеством кремния - 0,05...0,15% (редко алюминием). От головной части слитки отрезают меньшую часть, равную примерно 8% массы слитка. По стоимости полуспокойные стали также занимают промежуточное положение. Низколегированные стали поставляют в основном спокойной (редко полуспокойной) модификации.

Принципиальных различий между свойствами стали, имеющими одинаковый химический состав, но поставляемым по разным стандартам, нет. Разница в способах контроля и обозначениях. Так, по ГОСТ 380-88* в обозначении марки стали указываются группа поставки, способ раскисления и категория.

При поставке по группе А завод гарантирует механические свойства, по группе Б - химический состав, по группе В - механические свойства и химический состав.

Степень раскисления обозначается буквами: кп - кипящая; сп -спокойная; пс - полуспокойная.

Для низкоуглеродистых сталей в зависимости от вида испытаний на ударную вязкость установлено 6 категорий: категории 1,2 - испытания на ударную вязкость не проводят, 3 - проводят при t= +20⁰С, 4 - при -20⁰С, 5 - при -20⁰С и после механического старения, 6 - после механического старения.

Все эти факторы указывают в марке стали. Так, например, ВСт3пс6 - это сталь 3, полуспокойная, с гарантией в пределах величин, установленных стандартом для этой стали, механических характеристик, химического состава и ударной вязкости после механического старения. В строительстве в основном используют стали марок ВСтЗкп2, ВСтЗпс6 и ВСтЗсп3, а также сталь с повышенным содержанием марганца ВСт3Гпс5.

С тали, поставляемые по разным стандартам, взаимозаменяемы. Так, сталь С235 соответствует стали ВСтЗкп2, сталь С245 — ВСтЗпс6, сталь С255 — ВСт3сп3. Рекомендации по такой замене приведены в нормах проектирования.