Химический состав стали - главная ее характеристика. Химический состав стали определяет ее марку. При этом содержание химических элементов для данной марки стали задается не дискретно, а некоторым интервалом, в пределах которого изменение химического состава не должно сопровождаться выведением свойств за границы гарантируемых уровней. Ширина интервала связана с возможностью сталеплавильного производства соблюдать заданную композицию.

Стали, в которых отсутствуют специальные добавки легирующих элементов или имеется лишь небольшое их количество, обусловленное технологией выплавки, называются углеродистыми. По содержанию углерода различают стали низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,6 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,6 % С). Для сварных строительных металлоконструкции используют преимущественно стали с низким содержанием углерода. Они поставляются по ГОСТ 380-88*, ГОСТ 14637-89* и ГОСТ 27772-88*. В некоторых случаях используется углеродистая сталь по ГОСТ 1050-88*, главным образом, в виде труб.

Стали, в которые специально вводятся добавки легирующих элементов для обеспечения требуемых свойств, называются легированными. Они могут содержать один, два, три и более легирующих элемента. Так, различают марганцовистую, хромистую, кремнемарганцовистую, хромоникельмолибденовую и другие легированные стали.

Легированные стали с небольшим содержанием легирующих элементов, обычно в сумме не превышающим 2-3 % по массе, и с низким содержанием углерода, используемые в строительстве, машиностроении, судостроении для изготовления сварных металлоконструкций, выделены в особую группу, их называют низколе­гированными. Потребитель применяет эти стали, как правило, в состоянии поставки, т.е. без дополнительной термической обработки. Прокат низколегированных сталей для строительных металлоконструкций поставляется по ГОСТ 19281-89* (сортовой и фасонный), ГОСТ 19282-73* (листы и широкие полосы), ГОСТ 6713-91, ГОСТ 27772-88* и ряду технических условий.

Стали с общим содержанием легирующих элементов более 10 % по массе при содержании одного из элементов не менее 8 % называются высоколегированными. Они являются носителями особых свойств: коррозионной стойкости, жаростойкости, жаропрочности, хладостойкости при низких отрицательных (криогенных) температурах и др. Их используют в строительных металлоконструкциях только для специальных целей. Эти стали поставляются по ГОСТ 5632-72* и специальным техническим условиям.

Состояние поставки является важным показателем качества, так как обычно в строительных конструкциях металлопрокат используется в том виде, в котором он выпускается металлургическими заводами. В большинстве случаев металлопрокат поставляется непосредственно после обычной горячей прокатки. В этом состоянии он редко обладает оптимальным сочетанием свойств. Возможна также поставка стали в термически обработанном состоянии, причем различают два основных вида термической обработки проката: нормализацию и термическое улучшение.

Нормализация - нагрев, до 890-950 °С с последующим охлаждением на воздухе измельчает микроструктуру и делает ее более однородной, повышает вязкость и пластичность. Термическое улучшение включает закалку - резкое охлаждение проката в воде или водяным душем после нагрева до 890-950 °С и отпуск - нагрев и выдержка при 550-700 °С. Термическое улучшение существенно измельчает микроструктуру стали, повышает прочность и хладостойкость. Различают термическое улучшение с закалкой после специального нагрева (в камерной и методической печах) и с закалкой с использованием тепла прокатного нагрева.

В последнее время находит применение производство проката, при котором измельчение микроструктуры, повышение прочности и хладостойкости достигается непосредственно в процессе горячей деформации надлежащим выбором темпера-турно-деформационных режимов, уменьшением температуры конца прокатки и увеличением обжатий при этих пониженных температурах. Такой процесс носит название контролируемой прокатки [25].

Еще более благоприятный комплекс свойств прочности и хладостойкости удается получить с помощью технологии, в которой контролируемая прокатка сочетается с ускоренным охлаждением, близким к охлаждению при закалке при термическом улучшении. Этот технологический процесс называют термомеханической обработкой или высокотемпературной термомеханической обработкой.