Классификация сталей по химическому составу и механическим свойствам

Основные принципы классификации сталей

Хотя основная система маркировки сталей опирается на предел текучести, реальная классификация этих материалов значительно более многогранна и охватывает ряд дополнительных показателей. Разделение сталей происходит по множеству характеристик, однако наиболее существенным признаком, определяющим сферу применения, считаются их механические параметры. По данному критерию материалы подразделяются на три ключевые группы:

• Стали обычной прочности: К этой категории относятся малоуглеродистые стали.
• Стали повышенной прочности: Сюда входят низколегированные стали.
• Стали высокой прочности: Эту группу представляют легированные стали, часто подвергнутые термическому упрочнению.

В основе структуры стали лежит феррит — вещество, отличающееся низкой прочностью и значительной пластичностью. Такой материал не используется в строительстве в чистом виде из-за недостаточной прочности. Для усиления этих свойств в феррит добавляют углерод, что позволяет получать малоуглеродистые типы стали. Они, в зависимости от степени удаления кислорода во время производства (раскисления), подразделяются на спокойные, полуспокойные и кипящие разновидности.

Чтобы понять, как классифицируются стали по химическому составу, следует обратить внимание на типы легирующих добавок. Для производства низколегированных сталей к исходной массе примешивают компоненты, такие как марганец, кремний, хром, ванадий и другие элементы. Легированные высокопрочные стали получают не только за счет введения специальных присадок, но и посредством применения термической обработки, которая обеспечивает существенное усиление характеристик прочности и деформационной способности стали. Стоит отметить, что наличие в маркировке стали буквы «Т» свидетельствует о ее термическом упрочнении.

Выплавка строительной стали осуществляется двумя основными технологиями: либо с помощью мартеновских печей, либо при использовании кислородных конвертеров. Независимо от выбранного способа производства, итоговые свойства стали практически одинаковы.

Влияние химического состава на свойства стали

Рассматривая классификацию стали по химическому составу, следует учитывать не только присутствие легирующих элементов, но и наличие вредных примесей. Во время производства стали полностью устранить некоторые нежелательные компоненты невозможно, поэтому их допустимые концентрации строго регулируются нормативами. Превышение этих стандартов способно отрицательно сказаться на эксплуатационных характеристиках материала.

Основные вредные примеси:

• Свободный фосфор: Увеличивает хрупкость стали при низких температурах (хладноломкость) и снижает пластичность при высоких. Его содержание не должно превышать 0,04 %.
• Сера: Вызывает красноломкость - повышенную хрупкость при высоких температурах. Доля серы в составе ограничивается 0,05 %.
• Олово: Приводит к опасной хрупкости. Его наличие особенно негативно сказывается на качестве поверхности непрерывнолитых слитков.
• Сурьма: Отрицательно влияет на качество поверхности, скапливаясь на границах зерен металла и провоцируя так называемую отпускную хрупкость.
• Кислород: Подобно сере, увеличивает хрупкость материала.
• Углерод: Повышенное содержание углерода делает сталь более склонной к переходу в хладноломкое состояние.
• Газы (азот, водород): Снижают пластические свойства стали, ее сопротивление хрупкому разрушению и уменьшают показатель временного сопротивления.

Итак, по химическому составу стали делятся на несколько категорий, основываясь на количестве и типах как положительных, так и нежелательных примесей. Среди примесей различают постоянные (например, марганец и кремний, добавляемые для достижения нужных технологических параметров), случайные и вредные. Для сталей общего назначения содержание нежелательных компонентов обычно не превышает 0,03–0,04 %. Именно классификация сталей по химическому составу становится определяющим фактором при выборе стали для определённых условий эксплуатации.

С учетом того, что в строительной индустрии продолжает расти спрос на металлоконструкции, грамотная оценка характеристик и правильный подбор марки стали являются ключевыми для обеспечения надежности и долговечности построенных объектов.