92. Стали, применяемые в строительстве.

Строительные стали, применяемые для изготовления стальных конструкций, разделяются на  малоуглеродистые и легированные. Они должны обладать высокой прочностью, вязкостью и хорошей свариваемостью.

Углеродистые стали представляют собой сплавы железа и углерода. Постоянными примесями в них являются марганец, кремний, сера и фосфор.

Для получения более качественных и легированных сталей вводят специальные легирующие добавки (присадки) - хром, никель, марганец, ванадий и др.

Легированные стали более прочны и обладают высокими механическими свойствами.

В строительстве в основном применяют мягкую малоуглеродистую сталь марки Ст. 3 с содержанием углерода до 0,22%. Эта сталь прочна, хорошо сваривается и не закаливается, достаточно пластична и однородна.

Механические свойства стали зависят в основном от количества углерода и легирующих добавок, содержащихся в стали, так как чистое железо (феррит) обладает низкими механическими свойствами.

Прочность стали возрастает с увеличением процента содержания углерода. Однако увеличение процента содержания углерода снижает пластичность стали, увеличивает хрупкость и ухудшает свариваемость. Содержание углерода в строительных сталях не превышает 0,22%.

Существенно увеличивает прочность стали без заметного снижения пластичности марганец, который является полезной примесью и всегда присутствует в сталях в количестве от 0,4 до 0,05%.

Кремний также повышает прочность стали, но ухудшает свариваемость и стойкость против коррозии, поэтому содержание кремния в стали ограничивается 0,3%.

Наконец, очень полезной, но более дорогой добавкой является медь, которая повышает прочность стали в меньшей мере, чем марганец и кремний, но значительно улучшает стойкость стали против атмосферной коррозии.

Наряду с указанными полезными добавками сталь содержит и вредные примеси: фосфор, серу, азот и кислород.

Фосфор делает сталь хладноломкой (хрупкой при пониженных температурах), а сера - красноломкой (трещиноватой при температурах 800-1000°). Во время ковки такая сталь дает трещины, а при значительном содержании серы даже разрушается.

Повышенное содержание фосфора недопустимо для сталей, подверженных действию динамических нагрузок, и в конструкциях, работающих в условиях низких температур. Поэтому процент содержания фосфора и серы в строительных сталях ограничивается 0,05%.

Весьма вредными примесями являются кислород и азот, которые попадают в сталь из воздуха при ее выплавке. Азот делает сталь хрупкой и хладноломкой. Кислород действует, как сера, но в более сильной степени.

Конвертерную кипящую сталь вследствие большого содержания кислорода, азота и других вредных примесей применяют только для неответственных клепаных конструкций.

В некоторых случаях для изготовления неответственных конструкций применяют также сталь марки Ст. 0.

Сталь обыкновенного качества маркируют буквами Ст. и номером от 0 до 7. Чем выше марка стали, тем больше содержание углерода в ней, тем она более прочна и менее пластична.

По условиям поставки, в соответствии с ГОСТ 380-50, стали делятся на две группы: группа А - сталь, поставляемая по механическим свойствам; группа Б - сталь, поставляемая по химическому составу.

Сталь, поставляемая по химическому составу, помимо номера, имеет букву Б или М. Буква указывает на способ производства: Б - бессемеровский, М - мартеновский. Например, БСт. 5 означает бессемеровскую сталь номер 5.

Углеродистая сталь обыкновенного качества, применяемая для изготовления строительных конструкций, должна вырабатываться мартеновским способом.

Для ответственных сварных конструкций, воспринимающих динамическую нагрузку, применяют спокойную мартеновскую сталь, поставляемую по группе А, с дополнительными гарантиями по группе Б в части предельного содержания углерода, фосфора и серы.

Для тяжелых конструкций мартеновских цехов, в мостостроении и других областях наряду со сталью Ст. 3 и другими марками применяютлегированные стали повышенного качества, имеющие более высокие механические характеристики, получаемые за счет введения дополнительных присадок - марганца, кремния, хрома, никеля и меди. Они также относятся к сталям малоуглеродистым с содержанием углерода до 0,18%. По ГОСТ 5058-57 эти стали называются сталями НЛ (низколегированные). В строительстве преимущественно применяют низколегированные стали марок НЛ1 и НЛ2.

В настоящее время получают распространение новые марки низколегированных сталей - 14Г2 и 15ХСНД.

Сталь 15ХСНД будет применяться в строительных конструкциях вместо стали НЛ2, которой она соответствует по своим механическим  качествам.

Низколегированная марганцовистая сталь 14Г2 также обладает высокими механическими свойствами, низким пределом хладноломкости (ниже - 40°), выносливостью при переменных нагрузках, хорошо обрабатывается и сваривается (на тех же режимах, что и сталь НЛ2). Эти свойства должны обеспечить ей в ближайшем будущем широкое применение в строительных конструкциях..

Марку низколегированной стали, так же как и углеродистой, обозначают буквами и цифрами. Буквы показывают, какие низколегированные элементы введены в сталь и обозначают: Г - марганец, С - кремний, X - хром, Н - никель, М - молибден, Д - медь.

Цифры, стоящие перед буквами, указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, а цифры, следующие за буквами, - на среднее содержание соответствующего легирующего элемента. В тех случаях, когда среднее содержание легирующих элементов менее 2%, после буквы, обозначающей этот элемент, цифра не ставится.

Наряду с большой прочностью низколегированные стали обладают высокой ударной вязкостью при пониженных температурах и хорошей коррозийной стойкостью. Хотя стоимость низколегированной стали примерно на 25% выше стоимости стали Ст. 3, применение ее позволяет снизить вес конструкций на 35- 40%, что является экономически целесообразным. Углеродистые и низколегированные стали выплавляют в мартеновских печах.

Инструментальные стали применяют для изготовления режущего, измерительного и ударного инструмента.

Инструментальная углеродистая сталь делится на качественную и высококачественную. Качественная инструментальная сталь обозначается буквой У и цифрой, указывающей количество содержащегося углерода в десятых долях процента, например У7, У8 и так далее до У13. Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше вредных примесей (фосфора, серы), чем качественная; при ее маркировке добавляется буква А, например У8А.

Стали У7 и У8, а также У7А и У8А применяют для изготовления инструмента, подвергающегося ударам (зубил, обжимок, матриц, клейм, ударных молотков, кувалд, пневматических инструментов и др.)- Из стали У9 и У9А изготовляют кернеры и дыропробивные штемпели; из стали У10 и У10А - токарные и строгальные резцы, ножовочные полотна и др. Выбор марки стали и ее термическая обработка определяются назначением и режимом эксплуатации инструмента.

Существует также легированная инструментальная сталь и быстрорежущая сталь. Характерным свойством последней является красностойкость, т. е. способность стали не терять своих режущих качеств при температуре до 600°. Это позволяет применять для инструментов из быстрорежущей стали повышенные (и 3 - 4 раза) скорости резания металла. Основными легирующими добавками быстрорежущей стали являются вольфрам и хром. В настоящее время отечественной промышленностью выпускается быстрорежущая сталь марок Р18 и Р9 (цифра указывает среднее содержание вольфрама в процентах). Из этих сталей изготовляют резцы, сверла, фрезы и другой режущий инструмент.

С целью экономии быстрорежущей стали большинство режущих инструментов делают составным или сборным. В сборном и составном инструменте хвостовую часть или корпус изготовляют из обычной инструментальной, а режущую часть - из быстрорежущей стали.