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.

Маркировка сталей

Как правило, в строительстве чаще всего используются углеродистые и легированные стали. Далее разберёмся в их маркировках.

1. Стали общего назначения (ГОСТ 380):

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

   • Затем указывается номер стали по ГОСТ (Ст0, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6);

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

   Рисунок 1 — Марки стали по ГОСТ 535

   Для примера:

   • Ст0 — сталь обыкновенного качества с содержанием углерода не более 0,23%;
   • Ст3сп — сталь обыкновенного качества, спокойная с содержанием углерода 0,14-0,22%, марганца 0,40-0,65%, кремния 0,15-0,30%;
   • Ст3Гпс — сталь обыкновенного качества, полуспокойная с содержанием углерода 0,14-0,22 %, легированная марганцем 0,80-1,10%, кремния 0,15-0,30%.

   Применение

   • Горячекатаный прокат (балки, прутки, швеллеры, уголки, листы, трубы, работающие при невысоких нагрузках и механических напряжениях).
   • Строительные сварные, клепаные и болтовые конструкции (балки ферм, конструкции подъемных кранов, корпуса сосудов и аппаратов и др.).
   • Малонапряжённые детали машин (оси, валы, шестерни, пальцы, втулки и т.д.).

2. Качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050):

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

   Рисунок 2 — Классификация углеродистых сталей по содержанию углерода

   
   

   Применение

   	Содержание углерода, %	Применение
   Низкоуглеродистые	0,05…0,25	Малонагруженные детали, сварные конструкции
   Среднеуглеродистые	0,30…0,55	Нагруженные детали машиностроения (валы, шпиндели, фрикционные диски, плунжеры и т.д.)
   Высокоуглеродистые	0,60…0,90	Детали, работающие в условиях трения, высоких вибрационных и циклических нагрузок (пружины и рессоры, валы и т.д.)

3. Инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435)

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

   Применение

   Инструмент различного назначения (фрезы, зенкеры, сверла, ручные ножовки, напильники, хирургический инструмент и т.д.).

   Для примера:

   • 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.

4. Легированные стали (ГОСТ 4543, ГОСТ 6713, ГОСТ Р 55374)

   Обозначения химических элементов в марках легированных сталей

   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

   
   
   Cуществуют исключения, когда легированная сталь обозначается иначе и данная таблица не применяется для расшифровки химического состава, но в стройке такие марки встречаются редко (например, быстрорежущая сталь Р18, электротехническая сталь Э4 и т. д.).

Классификация легированных сталей:

1. По степени легированности:
   • низколегированные ΣЛ.Э. < 2,5% (Пример: 12ХМ, 15Х1М1Ф);
   • среднелегированные 2,5% < ΣЛ.Э. < 10% (Пример: 12ХН4ВА, 20Х3МВФ);
   • высоколегированные 10% < ΣЛ.Э. < 50% (Пример: 20Х13, 14Х17Н2, 12Х18Н10Т).
2. По числу компонентов:
   • 3-х компонентные (содержат 1 Л.Э.). Пример: 40Х, 20Х13;
   • 4-х компонентные (содержат 2 Л.Э.). Пример: 30ХМ, 09Г2С;
   • 5-ти компонентные (содержат 3 Л.Э.). Пример: 25Х1М1Ф, 12Х18Н10Т;
   • многокомпонентные (4 или более Л.Э.). Пример: 20Х12Н2В2МФ, 18Х12ВМБФР.
3. По назначению:

   Рисунок 3 — Классификация легированных сталей по назначению

Примеры расшифровки марок легированных сталей

• 09Г2С — конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,09%, марганца — до 2% и кремния — не более 1,5%;
• 20Х13 — легированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,2%, хрома — 13%;
• 7ХФ — легированная инструментальная сталь с содержанием углерода 0,7%, хрома — не более 1,5%, ванадия — не более 1,5%;
• 10ХСНД — легированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,10%, а хрома, кремния, никеля, меди — каждого элемента не более 1,5%;
• Х12М — легированная инструментальная сталь с содержанием углерода около 1%, хрома — 12%, молибдена — не более 1,5%.

Рисунок 4 — Марки стали по ГОСТ 19281 и ГОСТ 6713

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 5 — 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 свойствам 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 свойствам 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 свойства 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 свойства, либо выполнить перерасчет конструкций.

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

Рисунок 6 — 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 7 — 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.