Сера и фосфор в сталях - почему это важно?
Руды железа, а также топливо и флюсы всегда содержат определенное количество фосфора и серы, которые остаются в чугуне, а затем переходят и в сталь. ГОСТ 27772-2021 регламентирует химический состав стали С390 для строительного проката и устанавливает ограничения по содержанию вредных примесей: сера (S≤0,01%) и фосфор (P≤0,017%). В том числе, предусмотрены предельные отклонения для каждого из этих элементов в районе +0,005%. Однако, в СП 16.13330.2017 для стали класса прочности С390 допустимое содержание серы и фосфора значительно ниже и составляет S+P≤0,020%. Каким нормативом руководствоваться и что с этим делать расскажем далее в статье.
Влияние на качество стали
Дело в том, что металлургическое качество стали напрямую зависит от содержания вредных примесей. К наиболее вредным примесям относят серу S и фосфор P. При кристаллизации металла из-за серы на границах зерен образуются сульфиды железа FeS с температурой плавления 988℃, что значительно ниже температуры плавления Fe - 1539 ℃. При горячей деформации границы зерен оплавляются, образуются рванины, трещины и сталь хрупко разрушается. Данное явление называют красноломкостью. Также, сера негативно влияет на свариваемость, пластичность и ударную вязкость. Фосфор в стали чаще всего находится в виде фосфида железа Fe2P. Эта фаза способствует увеличению твердости, прочности и упругости, но значительно снижает ударную вязкость из-за высокой склонности структуры к образованию трещин в результате ударной нагрузки даже при комнатной температуре. Например, каждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25°С. Более того, фосфор обладает низкой диффузионной подвижностью в железе, поэтому при кристаллизации стали можно встретить места локальных его скоплений, которые будут негативно влиять на свойства готовой продукции. (Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. Материаловедение: Учебник для втузов - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. -384с.)
Требования к химическому составу стали по ГОСТ 27772-2021 и СП 16.13330.2017
Как уже говорилось ранее, химический состав стали проката для строительных конструкций 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 содержанию серы и фосфора (таблица 1).
Таблица 1 – 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 возникает вопрос, можно ли использовать прокат для строительных конструкций из стали С390 по ГОСТ 27772-2021, если в СП 16.13330.2017 указаны более жёсткие требования к химическому составу?
Ответ - можно. 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. Примеры такого сертификата представлены ниже.
Пример 1
Рисунок 1 - Сертификата качества примера 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 - Сертификата качества примера 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 - Сертификата качества примера 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.
В нынешней редакции СП 16.13330 не устанавливает правил выбора марок стали.
Для того, чтобы однозначно определить класс прочности, химический состав по ГОСТ на строительные стали и требование по ударной вязкости KCV, рекомендуем описать эти характеристики для каждого вида проката. Пример такого описания можно найти в статье: Марки стали или классы стали - что правильно?.