В процессе выплавки стали в ее состав неизбежно попадают вредные примеси, которые, в отличие от легирующих добавок, оказывают исключительно негативное влияние на свойства и качество стали. По этой причине содержание этих элементов строго контролируется.
Так, в ГОСТ 27772-2021 для стали С390 установлены следующие ограничения по содержанию вредных примесей: сера — не более 0,01%, фосфор — не более 0,017%
S \leq 0,01 \%
P \leq 0,017 \%
Однако в СП 16.13330.2017 для стали того же класса прочности приведены еще более строгие требования: суммарное содержание серы и фосфора не должно превышать 0,020%:
S + P \leq 0,020 \%
Возникает закономерный вопрос: каким нормативом руководствоваться и что учитывать на практике? Разберёмся в статье.
Влияние серы и фосфора на свойства стали
Сера и фосфор относятся к числу наиболее вредных примесей, оказывающих существенное влияние на металлургическое качество стали. Превышение их содержания может привести к ухудшению следующих характеристик: ударная вязкость, устойчивость к высоким и низким температурам, пластичность и свариваемость. Далее рассмотрим, как каждый из этих элементов влияет на структуру и свойства стали.
Влияние серы на сталь
При кристаллизации наличие серы в металле является причиной образования сульфидов железа (FeS) на границах зерен. Температура плавления этих включений составляет 988℃, что значительно ниже температуры плавления самого железа (1539℃). В процессе горячей деформации такие низкоплавкие соединения вызывают оплавление границ зерен, что приводит к снижению качества стали: образованию рванин, трещин и повышенной хрупкости — данное явление называют красноломкостью. В результате повышенное содержание серы в стали негативно влияет на такие свойства, как свариваемость, пластичность и ударная вязкость. [1]
Влияние фосфора на сталь
Фосфор в стали, как правило, присутствует в виде фосфида железа (Fe2P). Эта фаза способствует увеличению твердости, прочности и упругости стали, но в то же время приводит к отрицательному явлению — значительному снижению ее ударной вязкости по причине высокой склонности структуры к образованию трещин при ударных нагрузках даже в условиях комнатной температуры. Например, увеличение содержания фосфора на каждые 0,01% приводит к повышению порога хладноломкости примерно на 25 °C. Кроме того, фосфор обладает низкой диффузионной подвижностью в железе, поэтому при кристаллизации фосфорсодержащих сталей могут возникать локальные скопления фосфора, что негативно сказывается на свойствах готовой продукции. [1]
Требования к химическому составу стали по ГОСТ 27772-2021 и СП 16.13330.2017
Как уже упоминалось, химический состав стали для фасонного, листового и сортового проката, применяемого в строительстве, определяется по ГОСТ 27772-2021. Следует отметить, что таблицы ГОСТ 27772-2021 и СП 16.13330.2017 согласованы между собой, но в примечаниях таблицы В.2 (СП 16.13330.2017) указаны более жесткие требования — по суммарному допустимому содержанию серы и фосфора.
Сравнение требований по содержанию серы и фосфора стали С390 в нормативных документах РФ
| ГОСТ 27772-2021, табл. 1 и 2 | СП 16.13330.2017, таблицы В.2 | |||
|---|---|---|---|---|
| Сера, S | Фосфор, P | Сера, S | Фосфор, P | |
| Хим. состав С390 по массовой доле элементов, % | не более 0,010% | не более 0,017% | — | — |
| Предельное отклонение по массовой доле элементов, % | +0,005% | +0,005% | — | — |
| Суммарное содержание элементов по массовой доле ∑(S+P), % | Не более 0,037% |
Не более 0,020% указано, для стали класса прочности С390 (Ryn ≥ 390 H/мм2) |
||
При сравнении нормативов логично возникает вопрос: а можно ли использовать прокат для строительных конструкций из стали С390 по ГОСТ 27772-2021, если в СП 16.13330.2017 требования к химическому составу строже?
Можно — и это не нарушение, а нормальная практика. ГОСТ 27772-2021 регламентирует лишь диапазон содержания элементов в химическом составе стали. Точные доли элементов определяют металлургические комбинаты.
Химический состав стали по Сертификату качества ЕВРАЗ НТМК
Химический состав стали С390 на конкретную партию проката приводится в Сертификате качества на продукцию. Ниже приведены примеры таких сертификатов для двутавров из стали С390.
Пример 1
Рисунок 1 — Сертификат качества пример 1
Как видно из Сертификата качества, содержание серы и фосфора значительно ниже, чем указанные максимальные значения в ГОСТ 27772-2021:
- сера — 0,0029% < 0,010%;
- фосфор — 0,010% < 0,017%.
Соответственно суммарная доля этих элементов ниже, чем ограничение в СП 16.13330.2017:
∑ (S+P) = 0,0029 + 0,010 = 0,0129% < 0,02%.
Пример 2
Рисунок 2 — Сертификат качества пример 2
Содержание серы и фосфора:
- сера — 0,0048% < 0,010%;
- фосфор — 0,012% < 0,017%.
Суммарная доля серы и фосфора элементов ниже, чем ограничение в СП 16.13330.2017:
∑ (S+P) = 0,0048 + 0,012 = 0,0168% < 0,02%.
Пример 3
Рисунок 3 — Сертификат качества пример 3
Содержание серы и фосфора:
- сера — 0,0035% < 0,010%;
- фосфор — 0,013% < 0,017%.
Суммарная доля серы и фосфора элементов ниже, чем ограничение в СП 16.13330.2017:
∑ (S+P) = 0,0035 + 0,015 = 0,0165% < 0,02%.
Подведём итоги
Можно сделать вывод, что при заказе фасонного проката EVRAZ для строительных конструкций требования СП 16.13330.2017 и ГОСТ 27772-2021 по химическому составу стали будут гарантированно выполнены.
Текущая редакция СП 16.13330 не содержит чётких указаний по выбору марок стали.
Чтобы однозначно определить класс прочности, химический состав по ГОСТ на строительные стали и требования к ударной вязкости (KCV), рекомендуем для каждого типа проката описать эти характеристики. Пример такого описания можно найти в статье: Марки стали или классы стали — что правильно?
Источники
- Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. Материаловедение: Учебник для втузов — 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. -384с.
