1000°С). Это особенно важно для сварных конструкций. Вредное влияние серы снижается при повышенном содержании марганца. Содержание серы и фосфора в стали ограничивается и должно составлять не более 0,03-0,05% в зависимости от типа (марки) стали.
Вредное влияние на механические свойства стали оказывает насыщение ее газами, которые могут попасть из атмосферы в металл, находящийся в расплавленном состоянии. Кислород действует подобно сере, но в более сильной степени, и повышает хрупкость стали. Несвязанный азот также снижает качество стали. Водород хотя и удерживается в незначительном количестве (0,0007%), но, концентрируясь около включений в межкристаллических областях и располагаясь преимущественно по границам зерен, вызывает в микрообъемах высокие напряжения, что приводит к снижению сопротивления стали хрупкому разрушению, снижению временного сопротивления и ухудшению пластических свойств. Поэтому расплавленную сталь (например, при сварке) необходимо защищать от воздействия атмосферы.
В зависимости от вида поставки стали подразделяются 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 сколько-нибудь существенного повышения прочности не происходит. Термическая обработка (закалка в воде и высокотемпературный отпуск) позволяет получить стали высокой прочности, хорошо сопротивляющиеся хрупкому разрушению. Затраты по термической обработке стали можно существенно снизить, если проводить закалку непосредственно с прокатного нагрева.
Сталь, применяемая в строительных металлических конструкциях, производится в основном двумя способами - в мартеновских печах и конвертерах с поддувкой кислородом сверху. Свойства мартеновских и кислородно-конвертерных сталей практически одинаковы, однако кислородно-конвертерный способ производства значительно дешевле и постепенно вытесняет мартеновский. Для наиболее ответственных деталей, где требуется особо высокое качество металла, используются также стали, получаемые путем электрошлакового переплава (ЭШП). С развитием электрометаллургии возможно более широкое использование в строительстве сталей, получаемых в электропечах. Электросталь отличается низким содержанием вредных примесей и высоким качеством.
По степени раскисления стали могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными.
Нераскисленные стали кипят при разливке в изложницы вследствие выделения газов; такая сталь носит название кипящей и оказывается более загрязненной 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 вре-
менному 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. При соединении с кислородом раскислители образуют в мелкодисперсной фазе силикаты и алюминаты, которые увеличивают число очагов кристаллизации и способствуют образованию мелкозернистой структуры стали, что ведет к повышению ее качества и механических свойств. 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. Спокойные стали применяются при изготовлении ответственных конструкций, подвергающихся динамическим воздействиям.
Однако спокойные стали примерно на 12% дороже кипящих, что заставляет ограничивать их применение и переходить, когда это выгодно по технико-экономическим соображениям, на изготовление конструкций из полуспокойной стали.
Полуспокойная сталь по качеству является промежуточной между кипящей и спокойной. Она раскисляется меньшим количеством кремния - 0,05-0,15% (редко алюминием). От головной части слитка отрезается меньшая часть, равная примерно 8% массы слитка. По стоимости полуспокойные стали также занимают промежуточное положение. Низколегированные стали поставляются в основном спокойной (редко полуспокойной) модификации.
1.2.2. Нормирование сталей. Основным стандартом, регламентирующим характеристики сталей для строительных металлических конструкций, является ГОСТ 27772-88. Согласно ГОСТу фасонный прокат изготавляют из сталей С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, для листового и универсального проката и гнутых профилей используются также стали С390, С390К, С440, С590, С590К. Стали С345, С375, С390 и С440 могут поставляться с повышенным содержанием меди (для повышения коррозионной стойкости), при этом к обозначению стали добавляется буква "Д".
Химический состав сталей и механические свойства представлены в табл. 1.2 и 1.3.
Прокат может поставляться как в горячекатаном, так и в термообрабо-танном состоянии. Выбор варианта химического состава и вида термообработки определяется заводом. Главное - обеспечение требуемых свойств. Так, листовой прокат стали С345 может изготавливаться из стали с химическим составом С245 с термическим улучшением. В этом случае к обозначению стали добавляется буква Т, например С345Т.
В зависимости от температуры эксплуатации конструкций и степени опасности хрупкого разрушения испытания на ударную вязкость для сталей С345 и С375 проводятся при разных температурах, поэтому они поставляются
Буква "С" означает "сталь строительная", цифра показывает значение предела текучести в МПа, буква "К" - вариант химического состава.
Таблица 1.2. Химический состав сталей
Сталь
Содержание элементов.
углерода, не более
марганца
кремния
серы, не более
фосфора, не более
хрома, не более
ванадия
других элементов
С235
0,22
<0,6
<0,05
0,05
0,04
С245, С275
0,22
<0,65
0,05-0,15
0,05
0.04
С255, С285
0,22 0,22 0,2
<0,65
0,8-1,1
0,8-1,1
0,15-0,3 0,05-0,15 0,15-0,3
0,05
0,04
С345, С375
0,15
1,3-1,7
«0,8
0,04
0,035
С390
0,18
1,20-1,6
«0,6
0,04
0,035
0,07-0,12
Азот
0,015-
0,025
С440
1,3-1,7
«0,6
0,04
0,035
0,08-0,14 Азот
0,015- 0,025
С590
0,15
1,3-1,7
0,4-0,7
0,035
0,035
0,07-0,15
Молиб-
0,15-
0,25
Таблица 1.3. Механические характеристики сталей по ГОСТ 27772-88
Сталь
Механические характеристики
Ударная
вязкость КСи Дж/см2
Марка-аналог
gy, кН/см
кН/см
20°С
40°С
то°с
после механического старения
по другим стандартам
С235
22,5-23,5
25-26
ВстЗкп2
С245
23,5-24,5
24-25
ВстЗпсб
С255
23,5-25,5
37-38
24-26
ВстЗсп;5, ВстЗГпс5
С275
26,5-27,5
37-39
23-24
ВстЗпс6-2
С285
26,5-285
38-40
23-24
ВстЗсп5-2, ВстЗГпс5-2
С345(Т)
30,5-34,5
46-49
-
09Г2С, 14Г2,
12Г2С,
ВстТпс
С345
33,5-37,5
48-51
20-21
10Г2С1,
15ХСНД,
ЮХСНД
С390
-
14Г2АФ,
10Г2С1Т.О,
ЮХСНД
С440
41-44
57-59
16Г2АФ
С590
68,5
12Г2СМФ
четырех категорий, а к обозначению стали добавляют номер категории, например С345-1; С345-2.
Нормируемые характеристики для каждой категории приведены в табл. 1.4.
Прокат поставляется партиями. Партия состоит из проката одного размера, одной плавки-ковша и одного режима термообработки. При проверке качества металла от партии отбираются случайным образом по две пробы.
