Способ получения стали и ее состав

Строительная малоуглеродистая сталь получается в результате того, что чугун варят в мартеновских печах или конвертерах (бессемеровских или томасовских), куда его загружают в жидком виде или в виде чашек вместе с различным металлическим ломом (скрапом). Часть углерода, содержащегося в чугуне, выгорает, и получается сталь.

Обыкновенная углеродистая сталь в зависимости от содержания углерода делится на:

  • малоуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,07 — 0,22% (в основном идет на строительство);
  • среднеуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,25 — 0,5% (в основном употребляется в машиностроении);
  • высокоуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,6 — 1,2%, инструментальную.

Основная часть состава стали приходится на долю железа; кроме того, в стали всегда содержатся примеси других элементов: марганца, кремния, фосфора и серы, — в сумме обычно не превышающие 1%. Фосфор и сера являются вредными примесями, но их не удается полностью удалить в процессе плавки стали. Наличие фосфора в количестве более 0,05% делает сталь хрупкой при низких температурах (свойство хладноломкости). Наличие серы в количестве более 0,055% делает сталь красноломкой, т. е. способствует образованию трещин в горячем состоянии.

Конвертерные стали обычно содержат несколько больше вредных примесей, чем мартеновские. Кроме того, в них попадаются растворенные газы (азот, кислород и др.), также являющиеся вредными примесями. Так, например, содержание азота в количестве более 0,015% вызывает в сталях повышенную хрупкость. Поэтому конвертерные стали уступают мартеновским до своим строительным качествам.

Добавляя в сталь легирующие элементы: марганец, никель, хром и др., можно получить высокопрочную легированную сталь. В обычном строительстве такая сталь вследствие ее дороговизны применяется редко. Для строительства больших и ответственных сооружений применяют низколегированную сталь марок HЛ1 и НЛ2.

Основными строительными сталями являются малоуглеродистые стали, полученные мартеновским или конвертерным способом, кипящие или спокойные. Их отличительными свойствами являются незакаливаемость, большая пластичность и хорошая свариваемость.

Спокойные стали отличаются от кипящих тем, что остывание стали в изложницах происходит спокойно, без бурного выделения («кипения») газов, содержащихся в стали в больших количествах.

Это достигается введением раскислителей
— кремния, алюминия и др., которые связывают газы («успокаивают» сталь), образуя шлак.

При этом уменьшается возможность образования в стали газовых пузырей, около которых могут концентрироваться неметаллические включения, в том числе и различные сернистые соединения, вредно сказывающиеся при прокатке (расслой) и сварке, особенно в толстых листах.

Спокойные стали лучше кипящих, но требуют специальных добавок, а также дополнительной работы и времени в процессе их получения; поэтому их следует применять лишь для некоторых видов ответственных конструкций, в особенности сварных.

По каждой плавке стали металлургические заводы дают сведения о химическом составе, записывая их в специальном документе, называемом сертификатом. Пределы содержания в стали химических элементов установлены государственным стандартом на поставку углеродистой стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-50). В зависимости от количества содержащихся в них элементов различают следующие марки сталей.

Основной строительной сталью является сталь марки Ст. 3. Эта сталь вследствие относительно малого содержания углерода (как правило, меньше 0,20%) и кремния (меньше 0,35%) хорошо сваривается.

Сталь марки Ст. 0 специально не производится, а получается как результат отбраковки других марок сталей как по химическим, так и по механическим показателям, допускающим, однако, ее применение в неответственных конструкциях.

Химический состав строительных сталей (мартеновских)

Марка стали Содержание элементов в %
углерод марганец кремний сера фосфор
в кипящей стали в спокойной стали не более
Ст.0 До 0,23 0,06 0,07
Ст.2 0,09-0,15 0,35-0,5 Следы 0,055 0,05
Ст.З 0,14-0,22 0,35-0,6 Следы 0,12-0,35 0,055 0,05
Ст.4 0,18-0,27 0,4-0,7 Следы 0,12-0,35 0,055 0,05
Ст.5 0,28-0,37 0,5-0,8 Следы 0,17-0,35 0,055 0,05
НЛ2 0,12-0,21 0,5-0,8 Следы 0,3-0,5 0,045 0,04

Применение бессемеровской стали вследствие большого количества вредных примесей (серы до 0,065%, фосфора до 0,085%) нашими техническими условиями допускается только для элементов клепаных конструкций, не подверженных динамическому (ударному) воздействию и не предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур: — 30° и ниже.

В. В. Кураев, Металловедение для строителей, Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1952.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов