В сталях используемых для изготовления строительных конструкций

Обновлено: 06.05.2024

Строительная сталь – это разновидность сплава железа с углеродом, предназначенная для изготовления строительных конструкций, арматуры и литых изделий. Она обладает оптимальным составом для того, чтобы выдерживать значительные расчетные нагрузки. Использовать, например, инструментальную сталь для изготовления строительной балки нецелесообразно – даже при аналогичных размерах ее технические характеристики не будут удовлетворять расчётным нормативам.

Классификация

Согласно ГОСТ, стали делятся на 2 основных вида по составу:

Углеродистые

Количество химического элемента углерода определяет прочность стальной конструкции. Чем его больше, тем крепче металл. Углеродистые сплавы делятся на 3 группы:

Строительные низколегированные стали с содержанием углерода менее 0,25%;
Среднеуглеродистые содержат 0,25-0,60% углерода;
Высокоуглеродистые имеют в составе более 0,60% химического элемента.

Применяются металлы с разным количеством углерода в изготовлении строительных конструкций нормальной напряженности.

Легированные

Для повышения прочности в сплав железа вводят различные металлы в разных количествах. Этот процесс называется легирование. По количеству добавок различают 3 группы сплавов:

Низколегированная – до 2,5% дополнительных металлов;
Среднелегированная – около 2,5-10% добавок;
Высоколегированная – более 10% примесей.

Строительные стали с добавками (легированные) считаются наиболее качественными, чем углеродистые. Они применяются для изготовления ответственных конструкций в строительстве, в космической отраслях, в машиностроении и на железной дороге.

Выбор типа стали определяется ГОСТом и конструктивными расчётами.

Маркировка строительных сталей

Марка указывает на основные показатели материала. Углеродистая и легированная стали имеют разные обозначения, поэтому рассмотрим их по отдельности.

Расшифровка углеродистых сталей

Расшифровать марку сплава с углеродом просто:

«Ст» – это обозначение стали строительной;
Цифра указывает количество углерода в сплаве в десятых процента;
Буквы «кп», «пс», «сп» в конце обозначения указывают на кипящий тип раскисления (см. далее). Отсутствие дополнительных букв говорит о том, что сталь спокойная.

Соотношение марки стали и количества углерода представлено в таблице:

Содержание серы в углеродистых сплавах – не менее 0,045%, фосфора – не менее 0,055%.

Маркировка легированных сплавов

Поскольку в легированных сталях присутствуют различные химические элементы, необходимо идентифицировать их:

Пример марки строительных сталей с легирующими добавками: 16Г2АФ. Расшифровывается обозначение следующим образом:

16 – содержание углерода в сплаве. В нашем случае – 0,16%. Если в наименовании одна цифра, её следует принимать как сотую процента;
Г – наличие марганца 2%;
А – азот, около 1%;
Ф – ванадий, около 1%.

Наименований легированных строительных сталей множество.

Обозначение конструкционной стали

ГОСТ 27772-88* приводит обозначение металлов для изготовления фасонного проката, которые обозначаются буквой «С» (Сталь строительная) и цифрами. Чтобы понять, что скрывается за этими значениями, приведём соответствие легированных, углеродистых и принятых строительных сталей:

Основная классификация строительных сталей

Легированные и углеродистые – основная классификация сплавов. Дополнительно металл можно разделить на группы по отдельным ключевым признакам.

Строительные стали. Марки, свойства и виды строительных сталей

Строительные стали (СТС) применяются при создании различного вида конструкций, используемых в строительных сооружениях, магистральных трубопроводах, подъемных кранах, мостах, вагонах, резервуарах.

Учитывая условия эксплуатации, материалы должны выдерживать:

статические и динамические нагрузки при различных температурах,
сопротивляться образованию трещин,
сохранять структуру и механические свойства,
иметь высокие прочность,
свариваемость,
сопротивление вязкому разрушению.

Стандартные марки имеют следующие обозначения: впереди буква С (строительная сталь), затем три цифры – предел текучести материала, Н/мм 2 , далее могут быть буквы и цифры, означающие вариант химического состава, указание на специальную термообработку или повышенную коррозионную стойкость.

Наиболее действенным средством снижения металлоёмкости и стоимости конструкций является повышение прочности сталей. Размеры поперечных сечений многих элементов металлоконструкций, а следовательно, и их масса существенно зависят от предела текучести и временного сопротивления (предела прочности) материалов.

Поэтому в СНГ установлены 7 основных типов прочности, которым соответствуют пределы текучести: не менее 225, 285, 325, 390, 440, 590 и 735 Н/мм 2 . Стали первого типа условно принято называть сталями нормальной прочности, трёх следующих – повышенной прочности, а трёх остальных – высокой прочности.

СТС, свойства которых описаны далее, входят во все три раздела:

С235, С245, С255, С275 относятся к первому типу прочности;
С285, С345, С345Т, С345К, С375, С375Т, С390, С390Т, С390К –ко второму;
С440, С590, С590К – к третьему.

Рекомендуемый химический состав марок приведён в табл. 1.

Как следует из табл. 1, для СТС в качестве легирующих используются вещества, упрочняющие материал, такие как кремний, марганец, хром, медь, и в меньшей степени элементы, образующие специальные карбиды и нитриды. При этом пределы текучести и временное сопротивление большинства СТС находятся на среднем уровне, более высокое легирование сдерживается ухудшением свариваемости, снижением сопротивления хрупкому разрушению и, главное, удорожанием материалов.

Основные механические характеристики проката из СТС приведены в табл. 2 и 3.

СТС являются весьма распространенными материалами, производимыми в различных промышленных странах, при этом марки имеют зарубежные аналоги как по химическому составу, так и по свойствам, а основным критерием, характеризующим марку, является величина либо предела текучести (как в СНГ, США, Бельгии), либо предела прочности (как в Евронормах и большинстве европейских стран). Эти значения признаны определяющими расчетными и эксплуатационными показателями сталей при производстве строительных конструкций.

В табл. 4 дается перечень иностранных марок материалов, близких по химическому составу к отечественным СТС.

Для сталей с гарантированными механическими свойствами по толщине (с повышенной сопротивляемостью слоистому разрушению) в качестве критерия выбирается величина относительного сужения ψ. Чтобы обеспечить требуемые значения ψ (не менее 15– 30%), материалы подвергаются внепечному рафинированию и модифицированию (направленному воздействию на состав, форму и распределение неметаллических включений). В таких сталях содержание серы снижается до 0,005– 0,010%.

Хладостойкие стали для конструкций, эксплуатирующихся при низких температурах (в основном, для изотермических резервуаров, позволяющих хранить и транспортировать сжиженные газы), имеют повышенное содержание никеля 6 и 9% при углероде не более 0,1%. Оптимальные свойства материалов достигаются после термической обработки, включающей закалку или двойную нормализацию и отпуск. В этом случае обеспечиваются необходимые механические свойства: σ_в ≥ 630 Н/мм 2 , σ_0,2 ≥ 470 Н/мм 2 , δ ≥ 15–20%.

Конструкционная сталь

Конструкционная сталь пользуется сегодня огромным спросом. Она незаменима при изготовлении промышленных механизмов и возведении строительных конструкций, так как обладает высокой прочностью, пластичностью и сопротивляемостью к разрушению.

Используется данный материал и в других сферах человеческой деятельности. К примеру, из него производят детали для разного рода станков, горячекатаный рядовой прокат, пружины, рессоры, мелкие крепежные элементы и много чего еще. Однако при выборе конструкционной стали следует иметь в виду, что она бывает разных видов, у каждого из которых свои физические и химические характеристики.

Описание конструкционной стали

Конструкции и механизмы, применяемые в промышленности или строительстве, должны отвечать повышенным требованиям прочности. Для их изготовления применяется материал, обладающий особыми технологическими качествами. Использование металла с нужными свойствами – основа безопасной эксплуатации всей конструкции в разнообразных условиях. В соответствии с химическими, физическими и механическими характеристиками таким материалом может быть конструкционная сталь.

Ключевой особенностью такого металла является способность выдерживать постоянные и переменные нагрузки. Нередко от него ожидается также износостойкость или антикоррозийные свойства. Иногда выдвигаемым требованиям соответствует обычная углеродистая конструкционная сталь. Но в некоторых случаях ее качества необходимо дополнять или усиливать за счет легирования особыми химическими элементами.

Рекомендуем статьи по металлообработке

В структуру сталей этого типа входят такие полезные добавки, как железо, кремний, медь, марганец и другие вещества, однако главную роль в них играет углерод. Именно он наделяет конструкционный металл ключевыми свойствами и определяет степень его прочности. От концентрации этого элемента зависит устойчивость объекта к хладноломкости, его способность выдерживать производственные нагрузки и переносить различные погодные условия.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Конструкционная сталь делится на несколько классов в зависимости от уровня содержания в них вредных примесей – серы и фосфора. Чем он выше, тем ниже порог хладноломкости и красноломкости материала.

Существует классификация, где за основу берется концентрация в сплавах S и P:

менее 0,05 % – это конструкционные стали обыкновенного качества;
менее 0,035 % – качественные конструкционные стали;
менее 0,025 % – высококачественные стали;
менее 0,015% – особо высококачественные стали.

Классификации конструкционных сталей

Есть и другие способы классификации сталей такого типа. Если брать за основу российские марки, то можно выделить:

Нелегированные углеродистые стали, произведенные в соответствии с ГОСТом 1050.
Низколегированные конструкционные стали с добавлением углерода, изготовленные согласно ГОСТу 5058 – такой вид материала пользуется спросом в строительстве.
Среднелегированные стали, регламентируемые стандартом ГОСТа 4543.
Качественные рессорно-пружинные стали, требования к которым отражены в ГОСТе 14959.
Специальные конструкционные – к этой группе относятся высоколегированные стали с антикоррозийными свойствами и особыми характеристиками. Руководство по их производству, как правило, определяется ТУ фирм-изготовителей. Химический состав таких материалов нередко позволяет относить их, скорее, к сплавам на основе железа, нежели к сталям.

Ключевым признаком, позволяющим отнести сталь к типу конструкционной, является доля углерода в составе готового сплава. Но с ее определением не все так просто: если минимальный показатель концентрации данного вещества в изделии указан четко и составляет 0,05 %, то максимальный представляет собой «плавающую» величину и варьируется между 0,7 % и 0,85 %. Стоит отметить, что в отдельных случаях такая же доля углерода в металле свойственна и инструментальным сталям.

Примером тому может служить сталь марки 60С2. Разные инженеры-металловеды относят ее то к рессорно-пружинным, то к инструментальным материалам. Эта же двойственность характерна таким маркам, как У7А, ШХ9 или 75Г.

В связи с этим для того, чтобы более четко обозначить верхний предел концентрации углерода в конструкционной стали, важно также обратить внимание на следующие характеристики:

Диапазон текучести – максимальный показатель деформации сжатия, при котором объект не разрушается. Если он увеличен, то такой материал можно классифицировать как конструкционный, если нет – как инструментальный.
Диапазон концентрации некоторых примесей в стали, попадающих в нее в процессе выплавки.

Еще одна классификация видов конструкционной стали, применяемая на производстве, основана на различии сплавов по части химических, физических и механических свойств. В нее входят следующие группы:

углеродистые;
низколегированные;
легированные;
автоматные;
подшипниковые;
пружинные;
теплоустойчивые.

Выделенные группы отличаются не только по указанным свойствам конструкционного материала, но и по областям его использования.

Сферы применения конструкционной стали

Конструкционные стали, обогащенные углеродом, по праву можно считать универсальным материалом – их сфера применения распространяется от производства строительных конструкций и механизмов до деталей оборудования и машин. Такая многофункциональность этого вида сплава обусловлена комплексом его качественных характеристик.

Применение легированных конструкционных сталей имеет большое значение в области машиностроения, строительства, а также в производственных работах. Дело в том, что они обладают уникальными химическими, физическими и механическими свойствами. Эти характеристики материала определяются содержанием в сплаве того или иного вещества.

Свойства конструкционной стали низкой степени легирования позволяют использовать материал для производства локомотивов и вагонов для железнодорожного транспорта, трамваев или метрополитена, изготовления полевой и сельскохозяйственной техники, строительства инженерных конструкций и сооружений – словом, в условиях повышенной нестабильности нагрузок и температур.

Теплоустойчивая сталь способна выдерживать до +6 000 °С. Поэтому из нее изготавливают элементы приборов, работающие в течение длительного времени, а также детали, подвергающиеся постоянным нагрузкам и высокому термическому воздействию.

Из подшипниковой конструкционной стали выполняют элементы, подверженные точечным переменным нагрузкам – это места, где в одноименных механизмах шарики, ролики и беговые дорожки колец вступают в контакт.

Пружинная или пружинно-рессорная сталь применяется для изготовления пружин, рессор, сильфонов и т. д.

Из автоматной стали производят крупные партии мелких деталей и крепежей при помощи автоматических станков.

Достоинства и недостатки конструкционных сталей

Преимущества конструкционной стали раскрываются только после термической обработки изделий из данного сплава, поэтому их в обязательном порядке подвергают температурному воздействию. Главные плюсы такой процедуры:

После закалки и отпуска детали из конструкционной стали ее способности к сопротивлению пластическим деформациям обостряются и даже превосходят в этом углеродистые сплавы (при одинаковой концентрации углерода).
При одинаковых условиях конструкционный металл прокаливается сильнее, чем углеродистый. Поэтому внешние элементы большой толщины лучше выполнять именно из легированной конструкционной стали. Состав такого сплава должен позволять детали прокалиться насквозь.
При термической обработке стали такого типа можно использовать «мягкие» охладители – масла. Эта технология значительно снижает риск появления трещин или коробления при закалке.
После термообработки и процедуры легирования конструкционная сталь приобретает дополнительный запас вязкости, увеличивается порог ее хладноломкости. Так, оборудование с деталями из данного материала становится надежнее.

Недостатки конструкционной стали:

Значительная часть изделий из этого материала подвержена обратимой отпускной хрупкости.
После температурного воздействия конструкционный металл становится мягче, снижается его сопротивление усталости.
В результате ковки и прокатки элементы из конструкционной стали приобретают строчечную структуру. Кроме того, в местах деформирования их свойства становятся неоднородными. Такой материал впоследствии с трудом поддается резке.
В конструкционном материале, легированном никелем, могут образовываться флокены – светлые пятна в изломе. В поперечном разрезе они могут проявляться в виде трещинок разной направленности. Такое явление возникает за счет выхода водорода, растворенного в стали.

Выбор конструкционной стали по ее маркировке

Конструкционные металлы маркируются по сложной системе, включающей в себя множество обозначений. Рассмотрим ее подробнее.

Углеродистая сталь обыкновенного качества стандартно обозначается сочетанием букв «Ст» и цифры от 0 до 6 – они отражают номер марки. Затем идет описание степени раскисления: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс» и кипящих «кп».Причем в конструкционной стали марки 0 степень раскисления не указывается, зато отражается содержание в ней фосфора (не более 0,07 %), серы (не более 0,06 %) и углерода (не более 0,23 %). Марки от 1 до 6 могут быть полуспокойными, а от 1 до 4 –кипящими. Доля С, Мn, Si, S, P в них строго прописана.

Согласно ГОСТу 1050–88 маркировка углеродистых качественных сталей включает двузначное число, говорящее о концентрации в нем углерода (в сотых долях процента): 0, 8, 10, 20, …60. Из такого обозначения очевидно, что, например, сталь 20 содержит 0,20 % углерода.

Углеродистые конструкционные стали тоже бывают спокойные, полуспокойные и кипящие, но перед первыми индекс не ставится. Так, можно встретить обозначения полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс, и кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.

Литая макроструктура углеродистых сталей обозначается заглавной буквой «Л» (сталь 60 Л).

Определяет маркировку легированных конструкционных сталей ГОСТ 4532–71. Так, она должна содержать буквенно-цифровое обозначение, отражающее химический состав материала:

алюминий – Ю;
бор – Р;
ванадий – Ф;
вольфрам – В;
кобальт – К;
кремний – С;
марганец – Г;
медь – Д;
молибден – М;
никель – Н;
ниобий – Б;
титан – Т;
хром – Х.

Цифра, стоящая после буквы, обозначает приблизительную долю легирующих компонентов в сплаве. Если ее нет, значит, таких веществ в материале содержится не более 1 %.

Цифра, расположенная в самом начале маркировки, обозначает количество углерода в легированном материале (в сотых долях процента). Так, запись «30ХН3А» означает, что в данном сплаве содержится порядка 0,30 % С, около 1 % Сr и 3 % Ni. Заглавная «А» в конце записи отражает высокое качество стали. Особо высококачественные стали (которые получаются, например, путем электрошлакового переплава) маркируются буквой Ш – 30ХГС-Ш.

Некоторые группы конструкционных сталей содержат дополнительные обозначения в начале маркировки. Так, автоматные начинаются с буквы «А», строительные – с «С», подшипниковые – с «Ш» (ШХ15).

Автоматные стали характеризуются повышенной концентрацией кальция, селена, серы, теллура и фосфора. Согласно ГОСТу 1414–75 увеличенное содержание некоторых веществ должно обозначаться соответствующей буквой: кальций – «Ц», селен –«Е», сера – «А», свинец – «С». Двузначное число, стоящее перед буквами А, АС или АЦ говорит о концентрации углерода (в сотых долях процента). Например, автоматные стали с повышенным содержанием кальция – АЦ20, …, АЦ30ХН; селена – А35Е, А40ХЕ; серы – А11, А20,…, А40; свинца – АС14, АС40, …, АС45Г2.

Низколегированные конструкционные стали обозначают буквой «С» и числом, отражающим предел текучести (мегапаскаль), например, С235, С285,…, С590. В конце записи могут стоять заглавные «Д» – обозначающая усиление антикоррозийных свойств, «К» – отражающая специальный химический состав, или «Т» – говорящая об усилении прочности материала за счет термообработки.

Требования, которые выдвигает потребитель к свойствам конструкционной стали (химическим, физическим или механическим) выполняются за счет специфического состава сплава, подбора методик термического воздействия и способов упрочнения поверхности, а также качества металлургической обработки. Такой материал может быть представлен на рынке в формате проката, труб и пр.

Стоимость изделий из конструкционной стали в основном зависит от состава сплава и размеров детали.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Строительные стали

Строительные виды стали применяются не только для возведения зданий, но и для постройки различных сооружений и оборудования: ферм, газо- и нефтепроводов, котлов, мостов и т. д. Соответственно, набор требований к этой категории металлов будет отличаться, но можно выделить, пожалуй, главный – свариваемость.

Соответственно, добавление различных элементов в сталь будет сказываться как на свариваемости, так и на прочих характеристиках стали. В нашей статье мы расскажем, какой бывает строительная сталь, разберем ее свойства и поговорим о правилах маркировки и выбора.

Понятие и виды строительной стали

Сталью принято называть содержащий углерод сплав железа. Ее качество определяется совокупностью химического состава, однородностью структуры, физико-химическими свойствами и тем, насколько хорошо она поддается обработке. Все эти показатели формируются в процессе выплавки и термообработки металла.

Строительными называют конструкционные малоуглеродистые, низко- или нелегированные марки стали, используемые для изготовления деталей тех или иных конструкций. В ходе монтажа части сооружения скрепляют, сваривая их между собой, склепывая или применяя иной способ соединения.

Сталь для строительных конструкций может быть и легированной, то есть улучшенной путем введения в ее состав специальных компонентов, которые называются легирующими добавками. Легирование позволяет существенно повысить прочность, жаростойкость и другие важные характеристики металла.

Среди главных требований, которым должна отвечать строительная сталь – прочность, свариваемость, пластичность и другие показатели, регламентируемые соответствующими нормативами. Одной из важнейших характеристик таких сортов металла является их углеродистость. С увеличением процентного содержания углерода в сплаве растет его твердость и некоторые другие важные свойства, но одновременно повышается склонность к хрупкому разрушению и снижается свариваемость.

Классификация типов строительной стали производится по ряду различных параметров. Одной из важнейших здесь является прочность. Различают три ее вида:

обычная;
повышенная;
высокая.

Кроме того, строительную сталь принято разделять на группы по химическому составу:

Малоуглеродистые типы стали, которые широко применяются в строительстве, отличает повышенные пластичность и свариваемость.
Для низколегированных конструкционных сортов металла характерен высокий предел текучести, что позволяет добиваться снижения массы конструкций. Такие сплавы отличаются высокой стойкостью к коррозии и прекрасной свариваемостью. Строительные низколегированные типы стали содержат не более 2,5 % улучшающих добавок. Относительно малый вес и устойчивость к окислению позволяют широко применять такой металл в строительстве гидротехнических сооружений, где, помимо высоких механических нагрузок, на изделия постоянно воздействует влага.
К легированным принято относить виды строительной стали, в состав которых входит от 2,6 до 10 % легирующих добавок, существенно улучшающих эксплуатационные качества.

Химические и механические свойства строительной стали

Основные механические свойства:

нормативное сопротивление статическому воздействию, временное сопротивление и предел текучести (устанавливаются испытаниями на растяжение, сжатие и изгиб);
сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению (ударная вязкость при различной температуре);
пластичность (относительное удлинение при испытаниях нагрузками);
сопротивление расслоению (загиб в холодном состоянии, определяемый углом загиба).

Основные химические свойства:

Окисляемость. Это склонность сплава образовывать соединения с кислородом, которая возрастает при его нагреве. Для малоуглеродистых типов стали характерно образование ржавчины (слоя, состоящего из оксида железа) при контакте с влагой и воздухом.
Коррозионная стойкость – сопротивляемость стали окислению под воздействием факторов окружающей среды.
Жаростойкость. Так называют устойчивость металла к образованию окислов и окалины под воздействием высокой температуры.
Жаропрочность. Это способность сплава сохранять физические параметры при интенсивном нагреве.

Структура металла может содержать как феррит и цементит в виде простых зерен, так и комбинации из зерен феррита с длинными узкими пластинами цементита внутри. Такие сочетания зерен в структуре сплава принято называть перлитами. Легирующие компоненты в составе металла позволяют упрочить основу из ферритов и укрепить связь зерен между собой.

С уменьшением размера зерен растут механические показатели стали. По своей структуре виды стали с низким содержанием углерода похожи на низколегированные. Содержание углерода в строительной стали ниже 0,22 % недопустимо.

Все металлы, помимо основных элементов (железо и углерод), включают в свой состав как легирующие добавки, вводимые для улучшения их физико-химических качеств, так и примеси различных элементов, попадающие в сплав из-за тех или иных погрешностей технологического процесса. Принято условное разделение примесей на две категории – полезных и вредных.

Полезные элементы:

Углерод. Необходим для улучшения прочности, вязкости и закаливаемости металла. В концентрациях ниже 0,25 % он не сказывается на свариваемости стали, тогда как в больших количествах начинает ее ухудшать.
Кремний. В процентном содержании до 0,6 % повышает упругость металла, но в концентрации ниже 0,3 % отрицательно сказывается на свариваемости и ударной вязкости металла.
Марганец. В концентрации до 1,8 % улучшает закаливаемость стали, однако большее содержание этого элемента ведет к ухудшению свариваемости, так как возрастает риск появления горячих трещин.
Хром. В процентном содержании от 0,3 % до 35 % способствует повышению твердости и прочности металла, одновременно отрицательно сказываясь на его пластичности и ударной вязкости. Кроме того, этот элемент под действием высокой температуры может образовывать карбиды и ухудшать свариваемость.
Никель. Никак не сказываясь на свариваемости, повышает прочность и пластичность стали.
Молибден. Позволяет повысить термостойкость металла, способствует увеличению его твердости. Благодаря легированию строительной стали этим элементом улучшается несущая способность конструкций при эксплуатации под ударными нагрузками и воздействием экстремально высокой температуры. Отрицательно сказывается на свариваемости из-за склонности к окислению и выгоранию.
Ванадий. Позволяет добиться повышения вязкости, закаливаемости и пластичности стали, однако добавление этого вещества также ведет к ухудшению свариваемости.
Вольфрам. Увеличивая термостойкость и улучшая механические характеристики металла, негативно сказывается на свариваемости.
Титан. Позволяет повысить устойчивость металла к коррозии, но приводит к ухудшению свариваемости из-за образования горячих трещин.
Медь. Не сказываясь на свариваемости, улучшает показатели прочности и коррозионной стойкости металла.

Свойства строительной стали в значительной степени определяют вредные примеси и их концентрацию. К ним относится ряд химических элементов, которые могут существенно ухудшать эксплуатационные качества изделий:

Сера. Способствует увеличению красноломкости или хрупкости при нагреве, отрицательно сказывается на свариваемости.
Фосфор. Приводит к увеличению хладноломкости или хрупкости при нормальной температуре, плохо сказывается на свариваемости.
Азот. Вызывает ускоренное старение металла и повышение хрупкости.
Кислород и водород. Увеличивают хрупкость стали, ухудшая ее структуру.

Требования к выбору строительной стали для проведения работы

Выбор видов строительной стали, как правило, основывают на сравнительном анализе различных проектных вариантов конструкции. В современном строительстве для изготовления конструкционных элементов из прокатных профилей чаще всего используют марки 09Г2С и Ст3сп/пс5 (ГОСТ 27772-88).

Главным фактором при выборе марок строительной стали всегда является группа, к которой будут относиться элементы конструкции. Строительные правила описывают четыре таких категории:

элементы сварных конструкций, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях (крановые балки, конструкционные элементы бункерной или разгрузочной эстакады и т. п.);
части сварных конструкций, испытывающие статические нагрузки и растягивающие напряжения (фермы, ригели, балки перекрытий, сердечники лестничного полотна и опор ЛЭП);
участки сварных конструкций, испытывающие статические нагрузки и сжимающие напряжения (колонны, стойки, опорные плиты и т. д.);
элементы вспомогательных конструкций зданий и сооружений.

Важным фактором для правильного выбора марок стали также являются климатические условия, в которых будут эксплуатироваться будущие элементы конструкций. Следует определить, в каком диапазоне температуры предстоит работать изделиям. К примеру, для северных регионов важно учитывать увеличение хрупкости материала при низкой температуре. Расчетную температуру можно найти в соответствующих строительных нормах и правилах.

Также при выборе марок стали для строительных конструкций необходимо связывать его с расчетным сопротивлением металла, которое показывает, какие нагрузки выдерживают изделия. Этот показатель должен быть выше предполагаемого напряжения в будущих стальных конструкциях.

Диаграммы функционирования стальных деталей под растягивающими нагрузками описывают особенности трех типов работы металла:

упругой;
пластичной;
упруго-пластичной.

Как правило, простейшие расчеты предполагают работу стали на первом участке (упругом), когда показатели напряжения должны укладываться в рамки пределов текучести сплава. В этих случаях расчет нормативных и расчетных показателей строительной конструкции производится с учетом значения предела текучести.

Для этого применяют таблицу соответствующих строительных норм, учитывая при этом марку стали, вид проката и размеры изделий. Расчеты всегда производят, исходя из самой низкой температуры.

Классы прочности строительной стали регламентирует соответствующий ГОСТ с учетом временного сопротивления на разрыв и минимальной величины предела текучести.

Маркировка типов строительной стали

В ГОСТе от 1979 года для строительных марок стали специальная маркировка не предусматривалась. Согласно общим правилам, первые цифры обозначали процентное содержание углерода, дальше шли буквенные обозначения легирующих добавок, если они имелись. Нередко присутствующее в конце буквенное обозначение А указывало на наличие более жестких допусков по химическому составу или размерам проката.

Действующий сегодня ГОСТ 27772 от 2015 года предусматривает новый порядок маркировки типов строительной стали. Данный стандарт предполагает наличие:

буквы С (строительная) в начале марки;
числового обозначения предела текучести в МПа;
дополнительного буквенного обозначения, указывающего на степень коррозионной стойкости (К – обычная, П – повышенная).

Если существуют различные варианты производства, за показателями предела текучести может следовать через тире численное указание соответствующего варианта. Для примера: сталь С390К имеет предел прочности не менее 390 МПа и повышенную коррозионную стойкость.

Специальная справочная литература содержит сведения по соответствию конкретных марок стали условиям применения.

Строительные нормы и правила допускают применение для каждой группы конструкций нескольких вариантов строительной стали. Скажем, не рекомендуется использование элементов из кипящих типов стали при сооружении конструкции, подвергающейся в ходе эксплуатации серьезным динамическим нагрузкам, особенно при низкой температуре, так как присутствующие в структуре металла газовые пузырьки способствуют концентрации напряжения.

Марки сталей

Марки сталей классифицируются по различным параметрам: химическому составу, свойствам, качеству, сфере применения. Их расшифровку нужно знать работающим в сфере металлообработки специалистам, чтобы правильно выбрать материал для изготовления различных изделий. Знание марок сталей будет полезно и заказчикам для осуществления контроля качества.

Существуют специальные таблицы, по которым определяют марки стали. В нашем материале мы обозначим лишь основные понятия и метод классификации сталей. Такая информация поможет даже простому обывателю разобраться в этом сложном вопросе.

Для чего нужно знать расшифровку марок сталей

Каждому, чья работа связана с металлами, приходилось сталкиваться с понятием «марки стали». Расшифровка маркировки позволяет узнать химической состав, физические свойства сплава. Хотя на первый взгляд маркировка может показаться достаточно сложной, но в ней легко разобраться. Для этого нужно представлять себе принцип ее составления.

Для такого краткого описания сплава используют буквы и цифры, обозначающие химические элементы, их количество. А значит, для грамотной работы со сталями важно знать сами сокращения и как каждый элемент изменяет свойства готового сплава. Тогда удастся предельно точно определить, какими техническими характеристиками обладает определенная марка стали.

Получив заказ на изделие, проектировщики разрабатывают конструкцию, а также выбирают наиболее подходящие для конкретного случая марки сталей, опираясь на расшифровки их свойств. Создаваемое устройство должно функционировать в определенных условиях, поэтому оно рассматривается в процессе движения – так удается понять, какие части будут испытывать повышенные нагрузки.

Чтобы установить требования к прочности элементов, производят расчеты. На следующем этапе подбирают металл в соответствии с марками стали по ГОСТу, который сможет выдерживать многократное нагружение и трение. Чем большую нагрузку будет испытывать изделие, тем более ограничен конструктор в выборе материала. Далее изготавливается прототип устройства из выбранного металла, его испытывают в соответствии с используемыми в конкретной сфере методиками. На этом этапе может быть изменена марка стали. Отметим, что чаще всего для изготовления машин, устройств и сложных механизмов используется именно сталь.

Вне зависимости от конкретной сферы, работа с металлами предполагает понимание их марок, назначений и других характеристик, отображаемых в индексе. Благодаря цифрам и буквам, используемым в шифре, удается максимально быстро разобраться в особенностях металла, не требуя дополнительных уточнений. В этой статье изложен основополагающий принцип классификации, а также простой способ чтения маркировок сталей, наиболее распространенных в производстве.

Классификация марок сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, где доля последнего не превышает 2,14 %. Железо обеспечивает твердость металла, однако его чрезмерное содержание приводит к излишней хрупкости сплава.

При выделении марок сталей используют такие характеристики:

Это один из основных параметров, используемый при разделении сплавов на классы. По химическому составу стали делятся на марки легированной и углеродистой стали. При этом вторые могут быть малоуглеродистыми (с долей углерода не более 0,25 %), среднеуглеродистыми (0,25–0,6 %), высокоуглеродистыми, где больше 0,6 % углерода.

Добавляя в металл легирующие элементы, маркам стали сообщают определенные свойства. Различные комбинации видов и долей содержания добавок способны положительно отражаться на механических, магнитных, электрических свойствах сплавов, увеличивать их сопротивление ржавчине. Безусловно, изменять качество металлов можно методом термообработки, однако использование добавок наиболее эффективно.

По доле содержания в металле легирующих элементов стали делят на низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (с содержанием 2,5–10 %), высоколегированные сплавы с долей добавок свыше 10 %.

По данному признаку стали принято делить на инструментальные, конструкционные и прецизионные, то есть отличающиеся особыми физическими характеристиками. Первые идут на изготовление штамповых, мерительных, режущих инструментов, тогда как вторые используются при производстве продукции для сферы строительства и машиностроения. Последняя разновидность идет на изделия, от которых требуются особые качества, например, имеющие определенные магнитные, прочностные характеристики.

Речь идет о разделении сталей на нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные, пр. Марки нержавеющей стали делятся на две разные категории: коррозионностойкие и нержавеющие пищевые.

Определение качества марок сталей

В составе различных марок сплавов присутствуют посторонние примеси. Это преимущественно такие вещества, как фосфор, сера, кислород в несвязанном виде, азот. Все они негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках металла.

Как именно такие примеси сказываются на качестве сплава?

Фосфор придает металлу хладноломкость, снижает его пластичность.
Сера является причиной трещиноватости при высоких температурах нагрева.

В зависимости от содержания примесей устанавливается показатель качества металла:

обыкновенная сталь отличается существенным количеством примесей 0,06–0,07 % серы и фосфора;
качественный сплав имеет долю примесей не более 0,035 %;
высококачественная сталь большой степени очистки от нежелательных включений – 0,025 %;
особо высококачественная сталь содержит серы до 0,015 %, фосфора – 0,02 %.

Для марки стали обыкновенного качества существует несколько маркировок:

А – металл с самой высокой долей примесей;
Б – сбалансированный по содержанию;
В – с гарантированным составом.

В каждой группе может быть выделено еще три подгруппы в зависимости от различных физических параметров.

Избавиться от кислорода, содержащегося в металле, позволяет раскисление, то есть операция, осуществляемая в плавильной печи. Исходя из уровня извлечения кислорода из сталей, марке присваивают тип и указатель:

спокойные – «СП»;
полуспокойные – «ПС»;
кипящие марки – «КП».

Основные марки стали для изготовления конструкций

Существует множество видов стали, однако основная доля выплавляемого металла идет на производство конструкционной стали. Она бывает таких видов:

Строительная. Это низколегированный сплав с хорошей свариваемостью, который чаще всего используется для изготовления строительных конструкций.
Пружинная. Отличается высокими показателями упругости, усталостной прочности, сопротивления разрушению. Применяется для производства пружин, рессор.
Подшипниковая. Ее главными свойствами является высокая износостойкость, прочность, низкая текучесть. В соответствии со своим названием, данная разновидность используется при производстве узлов и элементов подшипников различного назначения.
Коррозионностойкая, также известная как нержавеющая. Это высоколегированная сталь, обладающая повышенной стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
Жаропрочная. Изделия из нее могут долгое время работать в нагруженном состоянии при повышенных температурах, поэтому данная марка используется при производстве деталей двигателей, в том числе газотурбинных.
Инструментальная. Является материалом для изготовления измерительных инструментов, а также устройств для обработки металлов и древесины.
Быстрорежущая. Используется при производстве металлообрабатывающего оборудования.
Цементируемая. Необходима в качестве материала деталей и узлов, функционирующих при серьезных динамических нагрузках в условиях поверхностного износа.

Чтобы точно определить, какая марка стали скрывается за расшифровкой, важно знать буквы в маркировках, обозначающие каждый из видов.

Расшифровка марок сталей

Расшифровка обозначений марки стали:

«Ст» – обыкновенная нелегированная сталь. Так, «Ст3» обозначает металл с содержанием углерода 0,3 %, «Ст3кп» – кипящая сталь, «Сст3сп» – спокойная, «Ст3пс» – полуспокойная, «Ст3св» – свариваемая. Если буквы отсутствуют, то перед вами спокойная сталь.
Группа «А» – сталь с гарантируемыми механическими свойствами (поставляемый металл не проходит термическую обработку). В данном случае могут встречаться такие маркировки: Ст0 – Ст6.
Группа «Б» – сплав гарантированного состава, который подвергается термической обработке непосредственно у потребителя. На таком металле может стоять обозначение «БСт3».
Группа «В» – сталь с гарантированными составом и механическими свойствами, используемая для изготовления сварных конструкций. Например, может маркироваться «ВСт3сп».
«Пп» – металл, характеризующийся пониженной прокаливаемостью. Используется в качестве материала деталей тонких сечений, требующих высокой поверхностной твердости и подвергаемых термической обработке с нагревом ТВЧ. Пример: «Ст58пп».
Качественная нелегированная сталь. Например, «Ст20», где содержится 0,2 % углерода, то есть обозначение ведется в сотых долях процента. По такому же принципу расшифровываются «Ст10», «Ст45», «Ст65».
«К» – качественная углеродистая сталь. Данное обозначение ставиться в конце маркировки, то есть «20К», «15К». Такой металл применяется для производства днищ, котлов, сосудов высокого давления.
«Л» – литейная конструкционная сталь, буква «Л» должна находиться в конце обозначения. Допустим, «110Г13Л» говорит о том, что данная марка содержит 1,1 % С, около 13 % Mn, является литейной. В соответствии с названием, для производства сплава используется метод литья.
Конструкционная низколегированная сталь. Маркировка «Ст09Г2С» говорит о доли углерода – 0,09 %, марганца – 2 %, кремния – не более 1–1,5 %, при таком показателе цифра не указывается.
«С» – строительная сталь. Когда обозначение «С» стоит в начале маркировки, после нее фиксируется минимальный предел текучести. Кроме того, при указании марки сталей используются дополнительные обозначения: «К» – повышенная коррозионная стойкость («С390К», «С375К»); «Т» – термоупрочненный прокат («С345Т», «С390Т»); «Д» – повышенное содержание меди («С345Д», «С375Д»).
«Е» – металл, имеющий особые магнитные свойства. Данное обозначение также располагается в начале маркировки. Так, из «ЕХ9К5» производят мощные постоянные магниты.
«У» – углеродистая инструментальная сталь. В качестве примера можно привести «У8ГА» с долей углерода 0,08 %, где «Г» обозначает повышенное содержание марганца, «А» – высокое качество материала.
«А» – высококачественная сталь, если данная буква расположена в конце маркировки. Например, «40А» обозначает, что эта марка содержит около 0,4 % углерода и относится к сталям высокого качества.
«Э» – электротехническая сталь, которую еще называют технически чистым железом. Речь идет о тонколистовой стали, которая применяется для изготовления шихтованных магнитопроводов электротехнического оборудования, а именно: для электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей.

Это такие маркировки, как «10880», «21880», пр. Первая цифра обозначает способ обработки листовой стали: «1» – кованые или горячекатаные марки; «2» – калиброванные марки. Вторая цифра, которая идет за обозначением марки горячекатаной стали, свидетельствует о наличии нормируемого коэффициента старения: «0» – без коэффициента; «1» – с коэффициентом. Третья цифра отображает группу по основной нормируемой характеристике. Две последние цифры используются для фиксации значений основной нормируемой характеристики.

«А» – автоматная сталь, буква также ставится в начале маркировки. Данный материал отличается низкой пластичностью, поэтому применяется во время производства неответственных деталей, шпилек, болтов, гаек массового производства. Это такие разновидности, как «АС20ХГНМ», «А12», «А20».
«АС» – автоматная, легированная свинцом. Например, «АС35Г2» содержит 0,35 % углерода, 2 % марганца и свинца не более 1 %.
«Р» – быстрорежущая инструментальная сталь, данное обозначение также ставится в начале маркировки. Так, в «Р6М5» доля вольфрама составляет 6 %, а молибдена – 5 %.
«Ш» – шарикоподшипниковая сталь. Отличается повышенной прочностью, износоустойчивостью, выносливостью. Допустим, марка «ШХ9» говорит о содержании хрома 0,9 % и углерода около 1 %.

Примеры расшифровки некоторых марок сталей

«12» говорит о доле углерода 0,12 %;
«Х18» – хрома 18 %;
«Н10» – никеля 10 %;
«Т» – титана до 1–1,5 %, из-за чего цифра отсутствует.

Марка стали «09Г2С» обозначает, что в составе металла:

«09» –0,09 % углерода;
«Г2» – марганца 2 %;
«C» – кремния в пределах 1–1,5 %, что позволяет не писать соответствующую цифру.

Для стали «20ЮЧ» и «20ЮЧА» характерно:

«20» – 0,2 % углерода;
«Ю» – алюминия 0,03–0,1 %;
«Ч» – наличие редкоземельных металлов, таких как цирконий, титан, кальций, церий, необходимых для глобуляризации сульфидных неметаллических включений;
«А» – свидетельствует о высоком качестве металла, так как находится в конце шифра, иными словами, в данной стали содержится не более 0,025 % серы и фосфора.

Назовем еще несколько марок сталей и также разберем их обозначения:

«30ХГСА» – в данном сплаве присутствует 0,3 % углерода, есть хром (Х), марганец (Г), кремний (С), но их доля не превышает 1,5 %. Знак «А» указывает на высокое качества сплава.
«У8ГА» – инструментальная высококачественная сталь с добавлением марганца и долей углерода 0,8 %.
«Р6М5Ф2К8» – быстрорежущая сталь, в составе которой есть 5 % молибдена, 2 % ванадия, 8 % кобальта. Также в ней присутствует хром, но данный элемент является обязательным для всех быстрорежущих сталей, где его примерно 4 %, поэтому его не указывают в маркировке. Вольфрам тоже всегда есть в составе таких сплавов, но его прописывают, так как доля не фиксирована. В нашем случае сплав содержит 6 % вольфрама.
«Ст3сп5» –конструкционная нелегированная сталь, полностью раскисленная, то есть спокойная, пятой категории. Все эти характеристики говорят о том, что металл подходит для создания несущих сварных конструкций.
«ХВГ» – в данном сплаве есть хром, вольфрам и марганец, но их доля не превышает 1 %. Также присутствуют дополнительные легирующие элементы – не более чем по 0,5 %.

Быстро разобраться с марками стали позволяют таблицы, однако этого специального инструмента может не быть под рукой в нужный момент. Благодаря описанным выше принципам определения марки даже непрофессионал сможет узнать по шифру базовые качества, например, определенной марки оцинкованной стали, ее назначение, и подобрать наиболее подходящий для работы сплав.

Такие сведения позволяют определить свойства металла, рассчитать расходы. Если производство не связано с использованием особых характеристик, вполне могут использоваться марки стали, не содержащие в себе дорогих компонентов. А ведь именно последние серьезно повышают цену сплава.

Очень редко можно столкнуться с нестандартными индексами, при расшифровке которых необходимо уточнение – в этом случае приходится прибегать к таблицам и справочникам. Выше мы разобрали встречающиеся чаще всего обозначения, которые дают всю необходимую информацию о свойствах стали.

Читайте также: