Строительные стали классифицируют по механическим свойствам, по маркам, по способам производства, по степени раскисления и другим признакам.
По способам производства стали бывают: мартеновские; конвертерные; электростали.
Краткие сведения об особенностях производства стали.
Железо - один из наиболее распространенных в природе элементов. В земной коре его содержится ~ 5%. Но в чистом виде оно не встречается, поскольку легко соединяется с кислородом, образуя оксиды. Наиболее известные железные руды, из которых получают железо - магнетит Fe3O4 (~ 70% железа), гематит Fe3O3 (30-50%), лимонит FeO и др.. Наряду с чистым железом в железной руде содержится углерод и другие металлы, а также вредные примеси - сера, фосфор, азот.
Первичный продукт, который получают из руды - чугун (сплав железа с углеродом). Чугун производят в доменных печах путем плавления при температуре t = 1600 ° С железной руды с добавлением кокса и известняка. В процессе сжигания кокса происходит восстановление железа, а известняк предназначен для более легкого отделения неметаллических примесей вместе с шлаком. Расплавленный чугун, как более тяжелая составляющая, собирается на дне печи и затем выпускается наружу в специальные изложницы. Полученный таким образом чугун ~ 4%-ным содержанием углерода является сырьем для производства стали.
Сталь - это сплав железа с углеродом, процентное содержание которого благодаря особой обработке уменьшается до количества, не превышает 1,2%. Основным сырьем для получения стали является белый чугун (существует белый и серый чугун, белый - более качественный, мелкозернистого), металлолом и стальной скрап.
Наиболее распространенный способ получения стали - в мартеновских печах. Он заключается в том, что в расплавленный чугун, который находится в специальной ванне, непрерывно сверху подается воздух с горячим газом, поддерживающий температуру t = 2000 ° С. Под действием такой температуры из расплавленной массы в течение 4-12 часов (в зависимости от требуемого качества стали) сгорает углерод, процентное содержание которого строго контролируется.
Конвертерный способ получения стали заключается в продувке через расплавленный чугун горячей смеси воздуха с кислородом под давлением (подается со дна ванны). В результате в расплавленном чугуне сгорает углерод и вредные примеси. В зависимости от состава внутренней огнеупорной обкладки конвертера способ называется бессемеровский или Томасовские. Для строительных конструкций используется только бессемеровский образом.
Наиболее качественная сталь получается в специальных электропечах (но одновременно и наиболее дорогая). Максимальная температура ~ 2200 ° С достигается с помощью электродуговой, возникающее между двумя угольными электродами. Преимущества способа в том, что в расплавленный металл не попадают вредные элементы из воздуха и газа, как это имеет место в первых двух способах.
До 1960 г. для строительных конструкций использовался мартеновскую сталь. С 1960 г. до 1971 г. в документах указывали способ выплавки стали. С 1971 г. в документах на поставку стали мартеновском и конвертерном стали не различают.
По степени раскисления стали разделяют на: кипящие (кп) спокойные (сп) полуспокойной (пс - "полуспокойные"). После того, как сталь выплавленная, ее разливают сначала в ковше, а затем в изложницы, где процесс кипения еще некоторое время продолжается. Это кипение сопровождается бурным выделением газов (кислорода), в результате чего сталь при охлаждении становится загазованной, неоднородной, с большим количеством пор и шлаковых включений. Такая сталь называется кипящей. Вследствие низкого качества применения кипящей стали в МК ограничивается. Если разлитой в ковше стали добавить так называемые раскислителей (кремний, алюминий), то эти элементы, соединяясь с растворенным в стали кислородом, уменьшают его вредное воздействие. Такой процесс называется раскисления стали. При раскисления сталь охлаждается спокойно, поэтому ее называют спокойной. Она имеет мелкозернистую и более однородную структуру, лучше сваривается, сопротивляется динамическим нагрузкам и хрупкому разрушению, но становится дороже примерно на 12%. Промежуточное положение по свойствам и стоимости между спокойной и кипящей сталью занимает полуспокойная сталь, в которую добавляют меньше раскислителей.
Малоуглеродная сталь выпускается спокойной, полуспокойной и кипящей; низколегированные - в основном спокойной (отдельные марки - полуспокойной).
Разнообразие сталей объясняет их различную прочность По прочности строительные стали разделяют на три группы:
1) обычной прочности с пределом текучести s в £ 285 МПа (малоуглеродистые стали) 2) повышенной прочности с s в = 265 ... 390 МПа, 3) высокой прочности с s в ³ 400 МПа (низколегированные стали).
Малоуглеродистые стали в зависимости от назначения подразделяют на три группы поставки:
группа А - производителем гарантируются только механические свойства;
группа Б - производителем гарантируется только химический состав;
группа В - производителем гарантируются механические свойства и химический состав стали.
Для несущих МК используют только сталь группы В. Для нерасчетных сварных элементов можно применять сталь группы Б, поскольку на способность стали к сварке влияет ее химический состав.
Низколегированные стали поставляют только по группе В.