Марки и классы сталей

Многие молодые специалисты сталкиваются с трудностями при назначении параметров сталей для строительных конструкций (где-то указана марка, где-то — класс, а в разных документах встречаются разные обозначения).

СП 16.13330 даёт достаточно понятные правила для назначения параметров стали (прочностные характеристики, ударная вязкость). Однако сталь, как продукт, производится и аттестуется по различным нормативным документам (ГОСТ или ТУ), и подход к нормированию может отличаться.

К сожалению, не всегда можно напрямую соотнести требования к нормированию сталей по различным документам.

Есть и хорошая новость — разные подходы в стандартах имеют схожий научно-инженерный смысл.

В этой статье мы разберёмся:

• Что такое марка и класс стали?
• Какие нормативные документы, предъявляющие требования к строительным сталям существуют?
• Как перейти от требований сталей по СП к требованиям по ГОСТ?
• Можно ли заменять марки и классы стали друг другом?

Марки и классы сталей

Для начала вспомним, что такое марка и класс стали.

Марка стали — нормативное буквенно-цифровое обозначение стали, в котором зашифрованы её химический состав и, в некоторых случаях, особенности технологических процессов на производстве.
Например: 09Г2С, 10ХСНД, Ст3пс и т. д.

Класс стали — нормативное буквенно-цифровое обозначение стали, в котором зашифрованы её предел текучести (МПа) и, в некоторых случаях, назначение.
Например: С345, С390, С345К и т. д.

Как формируются марки сталей

Марки сталей, применяемые в строительстве, как правило, формируются по одному из двух принципов:

1. Первый подход представлен в ГОСТ 380:

   • Марка начинается с группы стали (А, Б, В);

   • Затем указывается номер стали по ГОСТ (Ст1…Ст6);

   • Далее — способ раскисления стали (сп, пс, кп).

   Рисунок 1 — Формирование марки стали по первому принципу

   В качестве примера рассмотрим обозначения нескольких марок сталей:

   • Ст0 — сталь углеродистая с содержанием углерода не более 0,23%;
   • Ст3сп — сталь углеродистая спокойная с содержанием углерода 0,14-0,22%, марганца 0,40-0,65%, кремния 0,15-0,30%;
   • Ст3Гпс — сталь углеродистая полуспокойная с содержанием углерода 0,14-0,22 %, марганца 0,80-1,10%, кремния 0,15-0,30%;
   • Ст5сп — сталь углеродистая спокойная с содержанием углерода 0,28-0,37%, марганца 0,50-0,80%, кремния 0,15-0,30%.

2. Второй подход используется в других нормативных документах (например, ГОСТ 6713 и ГОСТ 19281):

   • Марка начинается с числа, которое отражает содержание углерода в сотых долях процента;

   Рисунок 2 — Классификация углеродистых сталей по содержанию углерода

   
   

   • Для углеродистых сталей марка начинается с буквы У. В этом случае число показывает содержание углерода в десятых долях процента;

   • Последующие буквы и числа обозначают содержание легирующих элементов.

   Соответствие химических элементов буквенным индексам

   Элемент	Cr	Ni	Mo	Ti	Zr	W	Co	N	Cu	Mn	Al	B	Nb	V	Si	Редкозем. элементы (РЗЭ)
   Обозначение	Х	Н	М	Т	Ц	В	К	А	Д	Г	Ю	Р	Б	Ф	С	Ч

   
   

   Для примера покажем расшифровки некоторых марок сталей:

   • У7 — инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,7%;
   • У13 — инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 1,3%;
   • У7А — инструментальная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,7%, высококачественная;
   • 09Г2С — легированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,09%, марганца — до 2%, кремния — не более 1,5%;
   • 20Х13 — легированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,2%, хрома — 0,13%;
   • 7ХФ — легированная инструментальная сталь с содержанием углерода 0,7%, хрома и ванадия — до 1,5%;
   • 10ХСНД — легированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,1%, хрома, кремния, никеля, меди — не более 1,5% каждого элемента.

   Рисунок 3 — Формирование марки стали по второму принципу

Как формируются классы сталей

Классы сталей образуются более простым способом. Классы начинаются с буквы «С», далее следует число, обозначающее номинальный предел текучести стали (в МПа). После предела текучести может стоять буквенная маркировка, обозначающая особые свойства стали.

Такие подходы приняты в национальных стандартах. В технических условиях производителей допускается смешанный подход, например, С345Д — сталь с нормативным пределом текучести 345 МПа, легированная медью.

Рисунок 4 — Принцип обозначения классов сталей

Переход от требований к сталям по СП к требованиям по ГОСТ

Общий принцип назначения сталей при подготовке ПД и РД заключается в следующем: СП 16.13330 вводит требования к параметрам сталей, которые необходимы для обеспечения механической безопасности. Неважно, каким ГОСТом вы выполните эти требования. Главное — применить такую сталь, которая по своим параметрам будет соответствовать требованиям свода правил.

Многие проектировщики сталкиваются с вопросом: как обозначать сталь в проектной и рабочей документации? Ведь можно указать класс С255 по ГОСТ 27772, а при закупках выяснится, что в наличии есть только Ст3пс по ГОСТ 535. Свойства сталей идентичны, однако в документации возникает противоречие.

Одно из возможных решений мы разобрали в рубрике «Вопросы и ответы».

Ещё один способ избежать подобных трудностей — указать в документации сразу несколько марок и классов сталей через запятую.

Можно использовать и другие способы, заранее согласовав их с заказчиком.

Марки и классы сталей в разных НТД

Обозначение стали зависит от нормативного документа, по которому она аттестована. И тут начинаются трудности с тем, что разные НТД вводят разные подходы к обозначениям. Даже правила наименования марок сталей могут отличаться в зависимости от выбранного ГОСТа.

Всего в российских нормативных документах можно условно выделить четыре группы ГОСТов, нормирующих параметры сталей, применяемых в строительстве. Одни из них оперируют марками, другие — классами, а некоторые — используют оба подхода одновременно.

1-я группа — ГОСТы для мостостроительных сталей (ГОСТ 6713, ГОСТ Р 55374), которые вводят классификацию сталей по маркам. При этом, кроме марки назначается класс прочности, который показывает номинальный предел текучести. Одна марка стали может иметь разные классы прочности.

2-я группа — ГОСТы для строительных сталей (ГОСТ 380, ГОСТ 535). В этих документах стали обозначаются марками. При этом, ГОСТ 380 вводит требования к химическому составу, а ГОСТ 535 — к физико-механическим характеристикам тех же марок сталей.

3-я группа — ГОСТ 19281 для строительных сталей. Подход аналогичен 1-й группе. Разница лишь в том, что назначение сталей — строительное.

4-я группа — ГОСТы для строительных сталей (ГОСТ 27772, ГОСТ 35087), в которых применяются только классы. К классам сталей вводятся требования по физико-механическим характеристикам и, одновременно, к химическому составу.

Сопоставление нормативных документов, регулирующих строительные стали

Поскольку единого универсального подхода к наименованиям сталей пока не существует, в технических документах кроме указания марки (класса) необходимо ссылаться на нормативный документ, по которому она аттестована (ГОСТ или ТУ).
Например: С255 по ГОСТ 27772.

Может ли одна сталь по своим параметрам соответствовать сразу нескольким нормативным документам? Да, может. Производимая сталь часто по своим свойствам с запасом перекрывает требования сразу нескольких НТД. В этом случае в сертификате о качестве указывают несколько НТД и соответствующие им марки (классы) сталей. В этом заключается принцип универсальной аттестации.

Например, стали С255 по ГОСТ 27772 и Ст3пс по ГОСТ 535 очень близки по своим номинальным свойствам. Поэтому в сертификатах на одну партию металлопроката можно встретить оба обозначения.

Можно ли заменять марки и классы сталей друг другом?

Короткий ответ — да, но есть некоторые тонкости. Рассмотрим их подробнее.

Если вы воспользовались способом обозначения сталей, который мы предлагали ранее — можно применять любую сталь, соответствующую заданным параметрам.

Однако возможна ситуация, когда в проекте была заложена конкретная марка (класс) стали, а завод или строительно-монтажная организация просит согласовать её замену. В этом случае необходимо либо выполнять перерасчет конструкций, либо сравнивать физико-механические характеристики сталей.

Некоторые возможные замены сталей приведены в разъяснениях ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.

Важно отметить, что при замене одной марки (класса) стали на другую необходимо обеспечить выполнение требований к ударной вязкости проката. При этом, требования СП 16.13330 можно выполнить разными категориями сталей.

Для того чтобы выполнить замену марки (класса) стали необходимо сравнить их физико-механические характеристики, либо выполнить перерасчет конструкций.

Замена одной стали другой допускается при условии подбора марки (класса) с эквивалентными параметрами.

Рисунок 5 — Некоторые возможные замены сталей (с равным сопротивлением)

Также допускается производить замену сталей в сторону повышения сопротивления проката, если НТД на проектирование не вводят ограничений по верхнему значению предела текучести.

Рисунок 6 — Некоторые возможные замены сталей (в сторону повышения сопротивления)

Часто обсуждается вопрос, можно ли считать сталь 09Г2С класса прочности 345 по ГОСТ 19281 и С345 по ГОСТ 27772 взаимозаменяемыми.

ГОСТ 19281, в отличие от ГОСТ 27772, не устанавливает требований к статистическому контролю качества и не предусматривает снижения предела текучести с увеличением толщины проката.

Поэтому для этих сталей следует применять разные коэффициенты надежности по материалу по табл. 3 СП 16.13330. Перечисленные различия приводят к тому, что расчетные сопротивления проката отличаются на всем диапазоне толщин. Следовательно, классы прочности по ГОСТ 19281 и ГОСТ 27772 не могут считаться полностью равными друг другу.

Получается, что номинальные характеристики 09Г2С-345 и С345 близки — производимый прокат часто с некоторым запасом перекрывает номинальные параметры по обоим ГОСТам. Но формально, по нормативам, это разные стали.

Соотношение сопротивлений сталей С345 и 09Г2С-345

ЕВРАЗ решает данную проблему просто — наш прокат проходит двойную аттестацию на соответствие обоим НТД, поскольку его показатели с запасом отвечают требованиям обоих ГОСТов.

Выводы:

• Марка стали отражает её химический состав, в некоторых случаях — особенности производства;
• Класс стали отражает её нормативный предел текучести, в некоторых случаях — особенности свойств или химического состава;
• На территории Российской Федерации действуют сразу несколько стандартов, которые могут оперировать как классами, так и марками стали;
• Некоторые марки и классы эквивалентны друг другу, а некоторые — близки по свойствам, но не являются полностью взаимозаменяемыми;
• Требования к прокату, назначаемые согласно положениям СП 16.13330 можно обеспечить в соответствии с разными ГОСТ или ТУ.