В основу классификации по структурному признаку положено наличие известной взаимосвязи между химическим составом стали и ее структурой после горячей прокатки или нормализации, хорошо описываемой термокинетическими и изотермическими диаграммами распада переохлажденного аустенита. Различают стали четырех классов: феррито-перлитного, феррито-бейнитного, бейнитного и мартенситного. Каждому классу стали соответствует вполне определенный уровень основных свойств изготовленного из нее проката после горячей прокатки, нормализации или термического улучшения.
Однако наиболее распространенной классификацией сталей для строительных конструкций в отечественных и зарубежных стандартах является классификация по уровню основных механических свойств в готовом прокате, главным образом по пределу текучести и ударной вязкости при отрицательных климатических температурах, характеризующих, как было показано выше, сопротивление металла хрупкому разрушению.
В ГОСТ 27772 стандартизовано по прочности 10 классов стали:
- стали обычной прочности — С235, С245, С255, С275, С285;
- стали повышенной прочности — С345, С375, С440, С590;
- стали высокой прочности — С390, где С — сталь строительная; цифры — предел текучести проката, Н/мм2.
Наряду с пределом текучести для проката из стали каждого класса нормируют и другие механические свойства. Одновременно с основными механическими свойствами ГОСТ 27772 регламентирует также химический состав стали для проката каждого класса прочности.
Необходимо отметить, что регламентация указанным стандартом химического состава становится его серьезным недостатком по следующей причине. В последние годы разработаны и внедряются на металлургических заводах различные схемы упрочнения проката в потоке станов, которые обеспечивают значительно более высокие показатели прочности и хладостойкости. Так, например, прокат из стали С255 (СтЗсп) после ДТУ полностью соответствует или даже превышает уровень требований к прокату из стали С345 (09Г2С). Однако поставка такого проката по ГОСТ 27772 требует дополнительных, иногда достаточно длительных согласований с Заказчиком.
Прокат из сталей повышенной прочности по ГОСТ 19281 классифицируется аналогично ГОСТ 27772. Для проката каждого класса прочности нормируются механические свойства при растяжении и ударная вязкость при отрицательных климатических температурах (хладостойкость).
В ГОСТ 19181 в отличие от ГОСТ 27772 даны только общие рекомендации по базовому химическому составу и маркам низколегированных сталей, обеспечивающих изготовление проката требуемых класса прочности и категории хладостойкости, которые приводятся в качестве справочного материала.
По таким принципам разработаны и современные зарубежные стандарты на стальной прокат для металлических конструкций: DIN 17100 и DIN 17102, ISO 630, EU 10025, ASTM A633/A633V, JIS 6S128 и др.
Несколько иная классификация принята для сталей, применяющихся в магистральных трубопроводах высокого давления, которая в основном определяется спецификой их эксплуатации.
Современные системы магистральных трубопроводов являются сложными дорогостоящими строительными сооружениями, которые должны обеспечивать надежную и бесперебойную эксплуатацию при транспортировке энергоносителей. Отказ любого из последовательно соединенных звеньев этой системы (труба, фитинги, арматура, детали труб и др.) приводит к остановке транспорта газа и нефтепродуктов. На каждую тысячу километров трубопровода диам. 1420 мм, помимо 1-2 тыс. км заводских сварных швов, приходится 150 км монтажных швов, а площадь поверхности труб, покрываемых изоляцией, превышает 4 км2.
В настоящее время протяженность магистральных трубопроводов большого диаметра, по которым транспортируется газ, нефть и нефтепродукты, составляет около 220 тыс. км, а их металлоемкость превышает 75 млн тонн. При этом более 50 % трубопроводов изготовлены из труб диам. 1020, 1220 и 1420 мм.
Кроме высоких показателей прочности и пластичности, металл труб, сварные швы и околошовная зона должны иметь повышенные характеристики вязкости, которые определяют при отрицательных температурах на образцах с различной остротой надреза, а также на крупномасштабных полнотолщинных образцах ДВТТ с гарантией доли вязкой составляющей в изломе при температуре —20° С.
Такие стали должны иметь низкое содержание серы и относительно невысокое содержание перлита в структуре (10-15 %), которое определяется содержанием углерода в стали. Требования к трубам регламентированы Строительными нормами и требованиями СНиП 2.05.06 (Россия). Требования к трубам и сталям, из которых они свариваются, производимым зарубежными фирмами, основываются, как правило, на стандарте Американского нефтяного института (API) и поставляются по спецификациям: SLX — прямошовные трубы и SLS — спиральношовные трубы.
В зависимости от условий эксплуатации трубопроводов их изготавливают из низколегированной стали с обычным содержанием перлита (до 0,22% С), малоперлитной (до 0,12% С) и бесперлитной (до 0,05% С).
В последнее время в России и за рубежом уделяют повышенное внимание разработкам нового класса сталей для труб с специфическими условиями эксплуатации — стойких к сульфатному и водородному растрескиванию. Эти разработки выполнены в связи с необходимостью транспортировки продуктов с повышенным содержанием агрессивных компонентов (H2S, СО2 и др.).
Для этих целей за рубежом организовано производство высокопрочных сталей (Х80, Х100) с сверхнизким содержанием углерода (<0,05 % С) с бейнитной структурой, так называемые СНУБ стали. К сталям этого типа предъявляются весьма жесткие требования по содержанию примесей: не более 0,006 (0,002)% S; 0,010% Р; 0,003% O2, 0,00015% Н; 0,004% N. Требования к трубам устанавливают в зависимости от их диаметра, рабочего давления, климатических условий эксплуатации, агрессивности окружающей среды и транспортируемого продукта.
За рубежом основной расчетной характеристикой трубопровода является предел текучести. Соответственно в обозначении стали содержится предел текучести в фунтах/дюйм2. Пределы текучести определяют при остаточных деформациях 0,2; 0,5 и 1 %. Номинальная толщина стенки труб является интегральной величиной, рассчитанной исходя из рабочего давления и допусков на коррозию.
В заключение подчеркнем, что эксплуатационная надежность строительных конструкций и сооружений — это прежде всего удовлетворение высоких требований, предъявляемых к качеству металла и конструктивно-технологическим решениям при проектировании и изготовлении металлических конструкций. Качество металла в основном определяется его химическим составом, технологией производства, структурой и механическими свойствам
Очевидно, что постоянно повышающиеся требования потребителей к качеству проката массового назначения явились стимулом для совершенствования существующих и создания новых металлургических процессов на всех переделах, начиная от получения высококачественного чугуна с низким содержанием вредных примесей и кончая особо тщательным контролем готового проката современными физическими методами. Противоречивость, а часто и взаимоисключаемость предъявляемых к сталям требований (например, .одновременное повышение прочности, пластичности, вязкости и свариваемости) вынуждают металловедов пересматривать основополагающие принципы разработки высокопрочных свариваемых экономнолегированных сталей массового назначения, а технологов создавать новые металлургические процессы, позволяющие реализовать новые разработки.
