Маркировка углеродистых и легированных сталей.

Для строительных металлических конструкций используются, в основном, стали и алюминиевые сплавы.

Наиболее важными для работы являются механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к упругому разрушению, ползучесть, твердость, а также свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и технологичность..

Прочность металла при статическом нагружении, а также его упругие и пластические свойства определяются испытанием стандартных образцов на растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением Ơ и относительным удлинением ε.

По прочностным свойствам стали условно делятся на три группы: обычной (Ơ _у = 290МПа), повышенной (Ơ _у = 290-400 МПа) и высокой прочности (Ơ _у > > 400 МПа).

Повышение прочности стали, достигается легированием и термической обработкой.

По химическому составу стали, подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали состоят из железа и углерода с добавкой кремния (или алюминия) и марганца.

В новом СНиП II – 23 – 81 по показателям предела текучести (R_уп) и временному сопротивлению R_ип, толщине и виду проката установлены марки сталей в соответствии с ГОСТ и ТУ.

Механические свойства стали и её свариваемость зависят от химического состава, термической обработки и технологии прокатки.

Основу стали составляет феррит и перлит. Феррит имеет малую прочность, высокую пластичность. В строительстве в чистом виде не применяют. Прочность повышают добавками углерода (малоуглеродистая сталь), легированием марганцем, ванадием, хромом, кремнием и др. легирующими элементами, а также термоупрочнением – стали высокой прочности.

В зависимости от вида поставки стали подразделяются на горячекатаные и термообработанные (закалка в воде и высокотемпературный отпуск).

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

Спокойные стали используют при изготовлении ответственных конструкций, подвергающихся динамическим воздействиям. Полуспокойная сталь – промежуточная между кипящей и спокойной.

Легированные стали помимо железа и углерода имеют специальные добавки, улучшающие качество стали. Однако, добавки ухудшают свариваемость стали и удорожают ее, поэтому в строительстве используют низколегированные стали с содержанием добавки не более 5%.

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

Элементы влияющие на качество стали:

Кремний

В малоуглеродистые стали добавляют до 0, 3%, а в низколегированные стали до 1%.Кремний, так же как и углерод, увеличивает прочность стали, но ухудшает её свариваемость. Кремний раскисляет сталь, т.е. связывает избыточный кислород и повышает ее прочность, снижает пластичность, ухудшает свариваемость и коррозионную стойкость.

Алюминий

Входит в сталь в виде твёрдого раствора феррита, а так же в виде различных карбидов и нитридов. Хорошо раскисляет сталь, повышает ударную вязкость и нейтрализует вредное влияние фосфора.

Марганец

Снижает вредное влияние серы. В малоуглеродистых сталях содержится до 0, 6%, а в легированных до 1, 5%. При содержании более 1, 5% сталь становится хрупкой.

Медь

Несколько повышает прочность стали и увеличивает её стойкость против коррозии. Избыточное содержание меди (более 0, 7%) способствует старению стали.

Повышение механических свойств низколегированной стали осуществляется присадкой металлов, вступающих в соединение с углеродом и образующих карбиды, а так же способных растворяться в феррите и замещать атомы железа. Такими легирующими элементами является марганец, хром, вольфрам, ванадий, молибден, титан.

Хром и никель повышают прочность стали, без снижения пластичности и ее коррозионную стойкость

Ванадий и молибден увеличивают прочность почти без снижения пластичности, предотвращают разупрочнение термообработанной стали при сварке.

Прочность низколегированных сталей так же повышается с введением никеля,. меди, кремния и алюминия, которые входят в сталь в виде твёрдых растворов (феррита).

Вредные примеси:

Фосфор

Образует раствор с ферритом и повышает хрупкость стали, особенно при низких температурах (хладноломкость стали).

Сера

Делает сталь красноломкой вследствие образования легкоплавкого сернистого железа. При этом образуются трещины в стали при температурах 800¸ 1000°С.

Таким образом содержание серы и фосфора в стали ограничено. Например в углеродистой стали серы должно быть не более 0, 05%, фосфора до 0, 04%.

Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение газами, которые могут попасть из атмосферы в металл находящийся в расплавленном состоянии (кислород, азот, водород). Газы повышают хрупкость стали. При сварке необходима защита от воздействия атмосферы. Изменение свойств стали, может произойти так же в результате термической обработки.

Углерод (У) повышая прочность стали, снижает ее пластичность и ухудшает свариваемость, поэтому применяются только низкоуглеродистые стали (У < 0, 22%).

Маркировка стали:

Ст 3 сп – строительные стали (спокойные)

Ст 3 кп – (кипящие), более дешёвые стали, качество ниже чем у спокойных и применяются только во второстепенных конструкциях (не применяются для конструкций работающих на динамическую нагрузку, то есть подкрановые балки).

Пример маркировки легированных сталей

10 ХСНД

- 10 –0, 1% углерода; Х» 1% хрома; С» 1% кремния; Н» 1% никеля; Д» 1% меди.

09 Г 2 С

- 09 – 0.09% углерода; Г 2» 2% марганца; С» 1% кремния.