В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Конструкционная сталь — материал особой прочности и пластичности, что обеспечивает высокую сопротивляемость к разрушению изготовленных из нее конструкций. Представляет собой сплав, определенные характеристики которого позволяют использовать многопрофильный материал для изготовления промышленных механизмов и строительных конструкций.

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Что такое конструкционная сталь

К механизмам и конструкциям, используемым на предприятиях обрабатывающей промышленности и строительстве, предъявляются высокие требования по качеству и стойкости.

По этой причине металл для их производства должен обладать особыми технологическими свойствами для обеспечения безаварийной эксплуатации в различных условиях окружающей среды.

Этим требованиям соответствует группа конструкционных сталей, представители которой наделены заданными параметрами химических, физических и механических свойств.

Состав конструкционных сплавов содержит набор полезных добавок – железо, марганец, медь, кремний и другие элементы, но основным параметром, определяющим все свойства стального проката, является углерод.

Увеличение содержания углерода в сплаве повышает прочность металла и порог его хладноломкости, что позволяет стальным конструкциям выдерживать суровые климатические условия, а также высокие промышленные нагрузки.

На начальном этапе классификации семейство конструкционных сплавов разграничивают на две крупные категории:

  • сталь углеродистая качественная;
  • легированная качественная.

На качество углеродистых сталей влияет содержание в них вредных добавок:

  • фосфор (P) наделяет металлопрокат способностью к растрескиванию и поломкам по ходу механической обработки (холодной);
  • сера (S) способствует трещинообразованию под действием высокого давления во время горячей обработки (спектр красного каления).

Применение деталей из углеродистого металла с высоким содержанием фосфора и серы оправдано при необходимости повышения степени обрабатываемости изделия методом резания (автоматные виды сталей).

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Маркировка

С учетом вредных примесей, маркировка конструкционных сплавов выделяется некоторыми особенностями:

  • конгломераты обыкновенного качества, содержащие до 0,05 % вредных добавок, маркируют обозначением «Ст»;
  • качественный металл, содержащий максимум 0,035% серно-фосфорных примесей, имеет маркировку «Сталь»;
  • высококачественное металлическое сырье, содержащее до 0,025 % примесей, снабжают завершающей буквой «А»;
  • особовысококачественные с 0,015 % фосфора и серы маркируют конечной буквой «Ш».

Исходя из сферы применения металлопроката, он бывает строительным (в основном низкоуглеродистый тип) и машиностроительным (средняя и низкоуглеродистая категория).

Среднеуглеродистую конструкционную сталь (0,25-0,55 % серы) используют в машиностроении благодаря хорошему сочетанию механических свойств после термической обработки.

Металл с низким содержанием углерода применяют для строительных работ по причине хорошей степени свариваемости, низкой склонности к старению.

Углеродистая конструкционная сталь

Качество металлопроката этого типа может быть обыкновенным и высоким. Материал обыкновенного качества более дешевый за счет меньшей очистки от вредных компонентов, отличается большим количеством неметаллических примесей.

Градация по качественному показателю

Конструкционная сталь обыкновенного качества, согласно ГОСТу 380—94, подлежит классификации по трем характерным группам:

  1. А – сплавы этой группы не требуют дальнейшей термической обработки, что способствует сохранению заводских свойств исходного металла. Маркировка стандартная – буквы «Ст» плюс цифры, обозначающие степень прочности и пластичности – Ст1, Ст3 и т.п.
  2. Б – гарантированный химический состав материала этой группы поддается раскислению. Маркировка содержит букву «Б» с указанием степени раскисления в конце – БСТ3сп (спокойная), БСт1кп (кипящая). Числом обозначают процент углерода.
  3. В – группа сталей повышенного качества с гарантированным химическим составом выдерживает механическую обработку. Маркируется буквами ВСт1, ВСт3 и т.д. Для производства изделий из металла этой группы потребуется дополнительная обработка, преимущественно сваркой.

Металлопрокат обыкновенного качественного состава применяют для изготовления деталей, требующих сварки, необходимых для работы в условиях небольших нагрузок. Конструкционную сталь этого типа в основном используют в автомобильной промышленности, а также в строительном деле для конструкций массового предназначения.

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Металл обыкновенного типа соответствующих марок используют для производства гвоздей, проволоки, заклепок. Из конструкционного материала выпускают оси и валы, работающие под слабой нагрузкой, различные виды крепежных деталей, используют для получения фасонного проката.

Качественный тип углеродистых сплавов должен соответствовать ГОСТу 1050—88, получение сплавов требует строгого соответствия параметрам состава, плавки, а также разливки.

Требования к характеристикам химического состава предусматривают обязательное содержание вредных добавок – по 0,04 % серы и фосфора.

Маркировка улучшенных конструкционных материалов расположена в диапазоне чисел 08-85 (Сталь08, Сталь15, Сталь80 и т.д.).

Ограничения

Содержание углерода, обозначаемое цифровым индексом, накладывает определенные ограничения на качество, область применения стальных изделий.

Наименование Свойства изделий, сферы применения
Низкоуглеродистые Малонагружаемые детали из этого материала отличаются небольшой прочностью при высокой пластичности и уровне свариваемости. Изделия пригодны для штамповки холодным способом, исключив термическую обработку. Из металлического сплава производят сложные детали для автомобилей, ответственные сварные конструкции
Среднеуглеродистые Среднеуглеродистой конструкционная сталь становится после улучшения методом закалки и горячего отпуска (до 650°С). Эти показатели повышают прочность стальных деталей, но понижают пластичность, что допускает обработку резанием. Улучшенный закалкой материал высокой прочности применяют в машиностроении
Высокоуглеродистые Для высокоуглеродистых материалов характерен высокий процент марганца. Из такого вида металла производят изделия, которым требуется повышенная упругость, износостойкость (рессоры, пружины). После отжига материал хорошо поддается обработке резанием
Качественные Конструкционный материал этой категории содержит увеличенную долю примесей – серно-фосфорных, свинцовых добавок. Качественный металл применяют для выпуска деталей, подвергающихся повышенной обработке, не вредящей металлорежущему инструменту. Это класс автоматных сталей, обогащенных серой, фосфором, свинцом, предназначенных для работы на станках-автоматах

Для повышения износостойкости металлоизделий применяют графитизацию, наклеп, наплавку. Подобные методы улучшения параметров конструкционной стали позволяют добиться повышения твердости материала, устойчивости его к износу.

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Область применения

Конкретную область применения углеродистого металлопроката определяют его характеристики.

Конструкционные сплавы Свойства сталей, области применения
Машиностроительный Применяют для производства автомобилей благодаря высоким механическим свойствам, распространяющимся на весь материал. Детали машин отличаются надежностью, хорошо сопротивляются большим нагрузкам, ударному воздействию, сохраняя повышенную прочность
Строительный Из углеродистых сплавов изготавливают мостовые конструкции , фермы, оборудование нефте- и газопроводов. Основное требование к сталям конструкционным этого типа – хороший показатель свариваемости при небольшом объеме легирующих компонентов. Повышению прочности способствует легирование кремнием, а также марганцем
Арматурный Арматурой из стального материала армируют железобетонные конструкции, что способствует повышению их прочности при воздействии нагрузок. Этот тип металла представлен прутками (гладкими, профилированными) и проволокой. В зависимости от требований прочности к конструкциям (предварительно напряженные либо ненапряженные) стальную арматуру упрочняют термической обработкой
Пружинный Свойства упругости используют для изготовления пружинной стали. Основное требование к металлу конструкционного типа – повышенная текучесть, которая достигается методом закалки с отпуском в температурном режиме до 400°С. Такой уровень температуры обеспечивает наивысшее значение предела упругости. Конструкционные стали для особо нагружаемых пружин усиливают добавкой ванадия и хрома
Шарикоподшипниковый К изделиям предъявляется требование особой твердости из-за высоких локальных нагрузок. По этой причине для получения металлопроката выбирают высокоуглеродистую сталь. Легкость закалки при низких температурах и применении масла обеспечивают легированием хромом, для улучшения прокаливания вводят кремниево-марганцевые элементы
Цементуемый Этот вид содержит 0,1-0,25 % углерода, что позволяет использовать их для производства изделий, подвергающихся цементированию. Детали цементуемого и цианируемого класса (болты, шестерни, гайки и т.д.) имеют небольшие размеры при повышенной прочности благодаря введению полезных добавок

Котельная разновидность углеродистых сплавов производится в виде котельных листов двух типов – толстолистовой материал толщиной свыше 4 мм и тонколистовая основа меньше 4 мм толщиной.

Из котельного типа стали изготавливают паровые котлы (водогрейные), а также сосуды (паропроводы, коллекторы, трубы), способные выдерживать повышенные температуры (до 450oС) при высоком давлении пара.

Качественный металлопрокат обладает хорошей свариваемостью, маркируются буквой «К» на конце (12К, 16К, 22К и т.д.).

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Особенности легированных сплавов

Наряду с углеродистыми качественными сталями, для конструкций в строительстве, а также для деталей машиностроения и приборостроения применяют легированную сталь. Легирование металла (обогащение основного состава полезными добавками) наделяет готовые изделия рядом специальных свойств, улучшает технологические, прочностные, физико-химические качества.

Добавки в виде марганца, никеля, хрома вводят по одному элементу или группой. В зависимости от процентного содержания дополнительных компонентов выделяют три группы сталей:

  • до 2,5-5 % примесей – материал низколегированный;
  • до 10 % добавок – металл среднелегированный;
  • свыше 10 % примесей – высоколегированный прокат.

Легированная конструкционная сталь применяется для самых ответственных узлов механизмов, подвергаемых особо тяжелым нагрузкам. Для обеспечения высокой конструктивной прочности такие детали обязательно проходят окончательную термическую обработку для гарантии повышенной прочности.

Маркировка легирующих сталей конструкционного типа имеет сложную структуру:

  • начинается с двух цифр, обозначающий процентный состав углерода;
  • русской буквой прописывают конкретный элемент легирования;
  • следующая за буквой цифра указывает процентное содержание этой присадки;
  • завершающая буква «А» сообщает, что сталь высококачественная.

Преимущества добавок

Основная задача легирующих компонентов – повысить прокаливаемость сплава, около 90 % которого приходится на феррит, представляющий собой конгломерат углерода с легирующими элементами в твердом виде. После добавления легирующих включений к ферритовой основе происходит их растворение, способствующее уплотнению феррита. Процесс легирования позволяет существенно улучшить качество итогового сплава:

  • повысить прочность, не подвергая изделия термической обработке;
  • усилить твердость, ударную вязкость, уровень прокаливаемости;
  • обогатить особыми свойствами (жаропрочность, стойкость к коррозии).

Разные виды добавок улучшают определенные показатели конструкционной стали. Введение никеля способствует повышению ударной вязкости, а в содружестве с хромом обеспечивает способность к глубокому прокаливанию. Подобное сочетание примесей гарантирует равномерное улучшение свойств конгломерата по всей площади сечения.

Читайте также:  Как правильно установить светодиодную ленту на потолок

В чем преимущество углеродистых качественных конструкционных сталей

Недостатки

К недостаткам хромоникелевого улучшения можно отнести вероятность хрупкости после отпускного процесса. Недостаток устраняют путем введения молибдена (0,2-0,4 %).

Область применения легированного материала этого вида – крупные цементируемые изделия (валы, шестерни, шатуны) улучшенной прочности, износостойкости, пластичности.

Для существенного усиления этих свойств молибден заменяют присадкой вольфрама, которая устраняет также отпускную хрупкость.

Наиболее распространенный дефект конструкционных сплавов – появление флокенов. Это трещины (белые пятна) внутри стальной детали, которые можно заметить на изломах. Флокены снижают усиление механических свойств, превращая сталь в непригодный для использования материал.

Появление тонких нитеобразных дефектов (волосовины) связано со скоплением неметаллических примесей, представляющих собой продукты раскисления. Их направленность отражает текучесть металла под действием давления во время горячей обработки. Преимущественный состав волосовин – силикатные включения.

Изделия из легированных сплавов малоуглеродистого вида часто страдают от межкристаллических трещин. Причина образующихся дефектов связана усадкой, их расположение обычно совпадает с осью слитка.

На поверхность трещины не выходят в отличие от волосовин, с целью их устранения поверхность заготовки подвергают зачистке.

Для защиты от появления дефектов, ухудшающих качество металла, разработан ряд специальных мероприятий.

Используемая литература и источники:

  • Стали и сплавы. Марочник. Справ. изд./ В. Г. Сорокин и др. Науч. С77. В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев — М.: «Интермет Инжиниринг», 2001
  • Статья в Википедии
  • Лахтин Ю. М. Основы металловедения. — М.: Металлургия, 1988.
  • Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley

Источник: https://martensit.ru/stal/konstrukcionnaya-stal/

Углеродистые конструкционные стали: классификация, свойства, применение

Углеродистые конструкционные стали можно с полным основанием назвать универсальным материалом, который успешно используется не только для производства деталей различных механизмов и машин, но и для изготовления элементов строительных конструкций. Возможность такого широкого использования этого материала обеспечивается целым набором качественных характеристик, которыми он обладает.

Конструкционная сталь марки 14 Г2АФ (квадрат) предназначена для изготовления ответственных изделий

Что собой представляет конструкционная сталь

К данной категории относятся углеродистые стали, которые должны обладать целым набором технологических характеристик, определяющих эффективную и длительную эксплуатацию изделий из них.

Это возможно благодаря тому, что специалисты тщательно подбирают химический состав сплавов, постоянно совершенствуют методы упрочнения их поверхностного слоя, используют различные технологии термообработки, а также металлургические методы, позволяющие значительно повысить качество готового металла.

По назначению конструкционные стали делятся на два типа:

  • сплавы для производства продукции в машиностроительной сфере;
  • строительные конструкционные стали, которые также называют арматурными (они отличаются в том числе хорошей свариваемостью).

Углеродистые стали, которые называют конструкционными, могут быть общего или специального назначения. В их химическом составе, кроме полезных добавок, содержатся и вредные примеси, наиболее значимыми из которых являются сера и фосфор. Повышенное содержание данных элементов в составе стали делает изделия из нее очень хрупкими, а также значительно ухудшает их свариваемость.

Химический состав углеродистых конструкционных сталей

Именно из-за серьезного влияния таких вредных примесей, как сера и фосфор, на характеристики конструкционных углеродистых сталей в зависимости от количественного содержания данных элементов такие сплавы подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.

В конструкционных углеродистых сталях данных категорий сера и фосфор содержатся в следующих количествах:

  • в сплавах обыкновенного качества (их можно отличить по маркировке «Ст») – не более 0,05%;
  • качественных (обозначаются как «Сталь») – не более 0,035%;
  • высококачественных (маркируются буквой «А») – не более 0,025%;
  • отличающихся особо высоким качеством (маркировка – буква «Ш») – не более 0,015%.

Качественные углеродистые конструкционные стали и области их использования

Углеродистые стали, относящиеся к конструкционным, классифицируются и по другим признакам, о которых будет сказано ниже.

Конструкционные стали в машиностроительной отрасли

Особенности химического состава позволяют выделить в конструкционных сталях, используемых для производства машиностроительной продукции, две большие группы:

  • мало- и среднеуглеродистые;
  • низко- и среднелегированные.

Состав и свойства углеродистых машиностроительных сталей

Углеродистые стали, используемые для производства различной продукции в машиностроительной отрасли, должны соответствовать целому ряду качественных и механических характеристик, к самым значимым из которых относятся:

  • ударная вязкость;
  • пластичность;
  • прочность.

Структура большей части конструкционных углеродистых сталей, используемых для производства машиностроительной продукции, относится к доэвтектоидному перлитному типу. Наиболее популярными марками таких сталей являются 30Х2ГСН2ВМ, 30ХГСН2А, 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА и др. Чтобы увеличить вязкость углеродистых сплавов данного типа, в их состав вводят молибден и никель.

Сталь марки 25Х2ГНТА используется для изготовления болтов, балок и сосудов

На различные типы машиностроительные конструкционные стали подразделяют еще и в зависимости от того, подвергнуты ли упрочнению изделия, которые из них изготовлены. Так, различают изделия:

  • не подвергавшиеся упрочнению;
  • у которых упрочнению подвергнут только поверхностный слой;
  • у которых упрочнению подвергнут весь объем металла.

Отдельные марки машиностроительных конструкционных сплавов (08кп, 15кп, Ст3 и др.), из которых изготавливается преимущественно листовой металл, не подвергаются никакой термической обработке.

Поскольку такой листовой металл используется для производства различных изделий методом деформирования в холодном состоянии, к его пластичности предъявляются повышенные требования. Такую пластичность обеспечивает минимальное количество кремния и углерода.

Кроме способности хорошо деформироваться в холодном состоянии, стали данных марок характеризуются и отличной свариваемостью.

Химический состав штамповых сталей

Конструкционные стальные сплавы, относящиеся к категории качественных, в обязательном порядке подвергаются термической обработке:

  • закалке поверхностного слоя, после которой может быть проведен отпуск металла;
  • закалке, выполняемой по стандартной технологии, после которой в обязательном порядке проводится процедура отпуска (сочетание данных типов термообработки металла дает хорошую свариваемость изделий из него);
  • нормализации металла.

Марки и характеристики машиностроительных конструкционных сплавов

Машиностроительные стали специального назначения могут иметь никелевую или железоникелевую основу. Кроме того, их подразделяют на следующие категории:

  • используемые для производства изделий методом литья;
  • так называемые автоматные;
  • отличающиеся повышенной износостойкостью;
  • с повышенной коррозионной устойчивостью;
  • шарикоподшипниковые;
  • пружинные;
  • отличающиеся повышенной жаростойкостью;
  • криогенные, не теряющие своих качественных характеристик при воздействии низких температур;
  • жаропрочные.

Жаростойкие стальные сплавы, в химическом составе которых содержится незначительное количество кремния, могут успешно эксплуатироваться при температурах, достигающих 5500 Цельсия.

Такие углеродистые стали, кроме своей жаростойкости, отличаются целым рядом значимых характеристик: они успешно эксплуатируются в окислительных и науглероживающих средах, не подвергаются газовой коррозии.

Есть у них и серьезный недостаток, проявляющийся в том, что под воздействием значительных нагрузок они начинают проявлять ползучесть.

К наиболее популярным маркам таких сталей относятся 12Х17, 15Х28, 15Х6СМ, 20Х20Н14С2 и др. Они используются преимущественно для производства:

  • емкостей, в которых выполняется цементация стальных деталей;
  • деталей двигателей поршневого типа;
  • трубных изделий различного назначения.

Свойства жаропрочных сталей

К группе криогенных сплавов, которые отличаются высокой вязкостью и пластичностью, могут относиться как низкоуглеродистые, так и высоколегированные стали.

Что характерно, ползучесть таких сталей повышается не только при понижении температуры их эксплуатации, но и при выполнении термической обработки, которая заключается в нормализации и последующем отпуске.

Маркировка конструкционных сплавов данного типа регламентируется требованиями соответствующего ГОСТа (5632).

Конструкционные углеродистые стали, относящиеся к категории жаропрочных, обладают повышенной ползучестью. Их отличает и такое качество, как высокая сопротивляемость химической коррозии.

Эти углеродистые стали оптимально подходят для производства труб, деталей газовых и паровых турбин, работающих при температурах в интервале 400–6500 Цельсия.

Наиболее востребованными марками являются 15ХМ, 15Х5М, 12Х18Н9Т, ХН70Ю и др.

Цельнокованый ротор турбины, произведенный из стали 25Х1М1ФА

Конструкционные углеродистые стали, относящиеся к категории коррозионностойких, отличаются тем, что в их составе содержится более 12,5% хрома.

Именно данный элемент дает возможность успешно использовать их для производства изделий, которые испытывают воздействие агрессивных сред (трубы различного назначения, карбюраторные валы, лопатки паровых турбин и др.). Такие стали могут быть нескольких типов:

  • с мартенситной структурой (30Х13, 12Х13, 20Х17Н2, 95Х18);
  • с мартенситно-стареющей (09Х15Н8Ю, 10Х17Н13М3Т);
  • с аустенитной и ферритной (12Х18Н10Т, 15Х28 и др.).

Чтобы изделия из конструкционных углеродистых сталей всех указанных выше типов хорошо сваривались, их необходимо подвергнуть отпуску. Примечательно, что, несмотря на значительные различия в своих качественных характеристиках, жаропрочные, жаростойкие и криогенные стали принадлежат к коррозионностойким сплавам.

Особенности других типов конструкционных сталей

Конструкционные сплавы, относящиеся к категории износостойких, содержащие в своем составе значительное количество легирующих добавок, могут быть низко- и высокоуглеродистыми.

Из таких сталей, отлично противостоящих не только механическому изнашиванию, но и кавитационной коррозии, производят элементы дробильного оборудования, траки, лопасти насосного оборудования и др.

Наиболее популярными марками этих сплавов являются ОХ14АГ12, ОХ14АГ12М, 12Х18Н9Т, Г13.

Углеродистые стали, которые относятся к категории автоматных (А40Г, АЦ40Г2, АЦ45Х и др.), включают различные элементы: 0,6–1,5% марганца, 0,05–0,16% фосфора, 0,05–0,3% серы. Углерода в таких сплавах содержится до 0,45%.

Значительно улучшить их качественные характеристики позволяет добавление таких элементов, как селен, свинец и кальций.

Читайте также:  Как просверлить бетон шуруповертом

Из этих конструкционных углеродистых сталей, не отличающихся высокой прочностью, изготавливают детали для автопрома: болты, шпильки, шайбы и др.

Сферы применения некоторых пружинистых сталей

Пружинистые стали (50ХФА, 55С2, 60С2ХФА, 65ГЮ, 70С2ХА и др.) в полном соответствии со своим названием отличаются хорошей вязкостью и пластичностью, также их характеризуют высокая прочность и упругость.

Сюда относятся как низколегированные, так и среднеуглеродистые сплавы, в которых содержится 0,6–0,8% углерода. При их сваривании могут образовываться трещины.

Такие стали используются для производства пружин и рессор различного назначения.

К категории улучшаемых относят конструкционные стали, внутреннюю структуру которых составляет мартенсит в форме мелких игл. В плотной структуре таких углеродистых сплавов отсутствуют неметаллические включения, а также карбидная ликвация и сетка.

Главными достоинствами этих низколегированных и высокоуглеродистых сталей (содержание углерода – до 1,05%) являются повышенная твердость и износостойкость.

Отличительной особенностью маркировки таких сплавов является то, что она всегда начинается с литеры «Ш» (ШХ4, ШХ15Ш, ШХ15СГ и др.).

Сталь марки ШХ15 применяется для производства изделий. от которых требуется износостойкость, высокая твердость и контактная прочность

Конструкционные стали в строительстве

Конструкционные углеродистые стали, используемые в строительстве, отличаются небольшим объемом легирующих элементов (хрома, марганца и кремния), а также содержанием углерода в пределах 0,1–0,2%. Такие стали, кроме хорошей свариваемости, наделены следующими характеристиками, которые особенно полезны при изготовлении строительных конструкций:

  • хорошей ковкостью и жидкотекучестью;
  • высокой твердостью и ударной вязкостью;
  • оптимальными параметрами относительного удлинения и прочности.

При сооружении мостовых переходов и путепроводов используются стали 10ХСНД, 15ХСНДА, 16Д ГОСТ 6713-91 и другие

Изготовление изделий, используемых в строительной сфере, не из углеродистых, а из низколегированных сталей позволяет значительно сэкономить на используемом сырье (до 30%). Легирование таких сталей не только улучшает их закаливаемость, но и повышает предел их текучести.

Наиболее популярными марками рассматриваемых сталей, которые поставляются в виде сортового проката, листов, полос и прутков, являются:

  • 14Г2;
  • 15ХСНД;
  • 10Г2С1;
  • 18Г2;
  • 18Г2С;
  • 25Г2С;
  • 35ГС.

Стали для строительных конструкций

Как уже отмечалось выше, стали данной категории легко поддаются сварке, а также другим методам обработки, что позволяет без особых трудозатрат создавать из них строительные конструкции любого размера и конфигурации.

Источник: http://met-all.org/stal/uglerodistye-konstruktsionnye-stali-kachestvennye.html

Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения

К этой группе относят стали, содержащие до 0,5% углерода, при производстве которых не предъявляют высоких требований. Эти стали поставляются по ГОСТ 380-94.

Стали маркируются порядковым номером от 0 до 6 после букв «Ст», обозначающих слово «сталь». Для обозначения степени раскисления после номера марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная.

Стали согласно этому ГОСТу поставляются по химическому составу, который должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 — Состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества, % (ГОСТ 380-94)

Марка стали Углерод Марганец Кремний Сера Фосфор
Ст0 £ 0,23 £ 0,06 £ 0,07
Ст1кп 0,06-0,12 0,25-0,50 £ 0,05 £ 0,05 £ 0,04
Ст1пс 0,06-0,12 0,25-0,50 0,05-0,15 » 0,05 » 0,04
Ст1сп 0,06-0,12 0,25-0,50 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст2кп 0,09-0,15 0,25-0,50 £ 0,05 » 0,05 » 0,04
Ст2пс 0,09-0,15 0,25-0,50 0,05 — 0,15 » 0,05 » 0,04
Ст2сп 0,09-0,15 0,25-0,50 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст3кп 0,14-0,22 0,30-0,60 £ 0,05 » 0,05 » 0,04
Ст3пс 0,14-0,22 0,40-0,65 0,05-0,15 » 0,05 » 0,04
Ст3сп 0,14-0,22 0,40-0,65 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст3Гпс 0,14-0,22 0,80-1,10 £ 0,15 » 0,05 » 0,04
Ст3Гсп 0,14-0,20 0,80-1,10 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст4кп 0,18-0,27 0,40-0,70 £ 0,05 » 0,05 » 0,04
Ст4пс 0,18-0,27 0,40-0,70 0,05-0,15 » 0,05 » 0,04
Ст4сп 0,18-0,27 0,40-0,70 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст5пс 0,28 — 0,37 0,50-0,80 0,05-0,15 » 0,05 » 0,04
Ст5сп 0,28 — 0,37 0,50-0,80 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Ст5Гпс 0,22-0,30 0,80-1,20 £ 0,15 » 0,05 » 0,04
Ст6пс 0,38-0,49 0,50-0,80 0,05-0,15 » 0,05 » 0,04
Ст6сп 0,38-0,49 0,50-0,80 0,15-0,30 » 0,05 » 0,04
Массовая доля хрома, никеля, меди должна быть не более 0,30%, а мышьяка не более 0,08%.

Гарантируются: содержание углерода, которое растет с увеличением номера стали от 0,06 до 0,49%, содержание марганца колеблется от 0,25% до 0,8%. Имеются 3 марки с повышенным содержанием марганца (0,8-1,2%), в маркировку этих сталей входит буква Г, обозначающая повышенное его содержание: Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния колеблется в зависимости от степени раскисления: для кипящих сталей не более 0,05%, для полуспокойных 0,05% – 0,15%, для спокойных сталей 0,15-0,30%. Ограничивается содержание вредных примесей серы и фосфора, а также случайных примесей, вносимых в сталь из шихты, – хрома, никеля, меди, мышьяка.

Конструкционные стали обыкновенного качества выплавляются в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Эти стали дешевые и используются для металлоемких строительных конструкций в виде горячекатанного сортового фасонного и листового проката: балок, прутков, швеллеров, уголков, листов, труб и т.д.

, а также для малоответственных деталей машин: осей, валов, шестерен, втулок, болтов, гаек и т.д.

Качественные конструкционные углеродистые стали

Для деталей машин

Качественные конструкционные углеродистые стали поставляются по химическому составу и механическим свойствам в соответствии ГОСТ 1050-88 (табл. 2, 3). К этим сталям по сравнению со сталями обыкновенного качества предъявляют более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04%, фосфора не более 0,035%).

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 08, 10,15,20,25,30,35, 40, 45, 50, 55, 60. При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскиления: кп или пс.

В случае спокойной стали степень раскисления не указывается.

Таблица 2 — Состав углеродистых конструкционных качественных сталей, % (ГОСТ 1050-88)

Марка стали Массовая доля элементов, %
Углерода Кремния Марганца Хрома, не более
05кп £ 0,06 £ 0,03 £ 0,40 0,10
08кп 0,05-0,12 £ 0,03 0,25-0,50 0,10
08пс 0,05-0,11 0,05-0,17 0,35-0,65 0,10
0,05-0,12 0,17-0,37 0,35-0,65 0,10
10кп 0,07-0,14 £ 0,07 0,25-0,50 0,15
10пс 0,07-0,14 0,05-0,17 0,35-0,65 0,15
0,07-0,14 0,17-0,37 0,35-0,65 0,15
11кп 0,05-0,12 £ 0,06 0,30-0,50 0,15
15кп 0,12-0,19 £ 0,07 0,25-0,50 0,25
15пс 0,12-0,19 0,05-0,17 0,35-0,65 0,25
0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25
18кп 0,12-0,20 £ 0,06 0,30-0,50 0,15
20кп 0,17-0,24 £0,07 0,25-0,50 0,25
20пс 0,17-0,24 0,05-0,17 0,35-0,65 0,25
0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25
0,22-0,30 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,27-0,35 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,32-0,40 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,37-0,45 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,42-0,50 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,47-0,55 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
0,52-0,60 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
58 (55пп)* 0,55-0,63 0,10-0,30 £ 0,20 0,15
0,57-0,65 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25

* пп – обозначает пониженную прокаливаемость стали марки 58

Таблица 3 — Механические свойства углеродистых конструкционных качественных сталей

Марка стали Механические свойства, не менее
Предел текучести sт, Н/мм2 (кГс/мм2) Временное сопротивление разрыву sв, Н/мм2 (кГс/мм2) Относительное удлинение d5, % Относительное сужение Y, %
196 (20) 320 (333)
205 (21) 330 (34)
225 (23) 370 (38)
245 (25) 410 (42)
275 (28) 450 (46)
295 (30) 490 (50)
315 (32) 530 (54)
335 (34) 570 (58)
355 (36) 600 (61)
375 (38) 630 (64)
380 (39) 650 (66)
58 (55пп) 315 (32) 600 (61)
400 (41) 680 (69)

Низкоуглеродистые стали марок 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп обладают высокой пластичностью и невысокой прочностью.

Эти стали без термообработки применяются для малонагруженных деталей (прокладки, шайбы, змеевики, штампованные детали, капоты тракторов, кузова автомобилей, элементы сварных конструкций и т.д.).

Низкоуглеродистые стали с повышенным количеством углерода (15, 20, 20кп, 25) применяются после цементации и закалки с отпуском для деталей, работающих на износ: оси, втулки, шестерни, шпиндели, вилки и т.д.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 применяются в основном после закалки и высокого отпуска для изготовления, валов, осей, зубчатых колес, шестерен, штоков, бандажей и т.д.

Высокоуглеродистые стали, содержащие углерода более 0,6% поставляются по ГОСТ 14959-79 «Сталь конструкционные рессорно-пружинная». Эти стали марок 65, 70, 75, 80, 85 используются для изготовления пружин, рессор, амортизаторов, прокатных валков, бандажей вагонов и т.д. (таблица 4).

Таблица 4 — Состав и свойства конструкционных углеродистых рессорно-пружинных сталей (ГОСТ 14959-79)

Марка стали Состав сталей, % Механические свойства, не менее
С Мn Si Cr s0,2, МПа sв, МПа d, % Y, %
0,62-0,70 0,50-0,80 0,17-0,37 £ 0,25
0,67-0,75 0,50-0,80 0,17-0,37 » 0,25
0,72-0,80 0,50-0,80 0,17-0,37 » 0,25
0,77-0,85 0,50-0,80 0,17-0,37 » 0,25
0,82-0,90 0,50-0,80 0,17-0,37 » 0,25

Механические свойства сталей 75, 80и85 весьма высоки, так как определяются после закалки и среднего отпуска.

Источник: https://megaobuchalka.ru/5/41413.html

Углеродистые качественные стали

Из углеродистых качественных сталей производят сортовой и кдтиброванный со специальной отделкой поверхности прокат в основном для изготовления деталей машин. Прокат изготавливают из сталей следующих марок: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55 пп) и 60; диаметром или толщиной до 250 мм.

Читайте также:  Как проверить реле регулятор генератора мультиметром

Химический состав качественных сталей (табл. 5.3) по сравнению со сталями обыкновенного качества отличается меньшим содержанием вредных примесей серы и фосфора, а также примесей хрома, никеля, меди.

Таблица 5.3. Химический состав углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-88), % (мае.)

Марка стали С Б) Мп Сг, не более
08 0,05-0,12 0,17-0,37 0,35-0,65 0,10
10 0,07-0,14 0,17-0,37 0,35-0,65 0,15
15 0,12-0,19 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25
20 0,17-0,24 0,17-0,37 0,35-0,65 0,25
25 0,22-0,30 0.17-0,37 0,50-0,80 0,25
30 0,27-0,35 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
35 0,32-0,40 0.17-0,37 0,50-0,80 0,25
40 0,37-0,45 0.17-0,37 0,50-0,80 0,25
45 0,42-0,50 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
50 0,47-0,55 0.17-0,37 0,50-0,80 0,25
55 0,52-0,60 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25
58 (55 пп) 0,55-0,63 0,10-0,30 0,15
60 0,57-0,65 0,17-0,37 0,50-0,80 0,25

Механические свойства проката в нормализованном состоянии приведены в табл. 5.4; после закалки и отпуска — в табл. 5.5.

Таблица 5.4. Механические свойства листового и сортового проката из углеродистых качественных сталей

в нормализованном состоянии, не менее

Марка стати Температура, °С ав, МПа, при d, мм от, МПа, при d, мм O, %, при d, мм кси, МДж/м2
закалки отпуска до 16 свыше 16 до 40 до 16 свыше 16 до 40 до 16 свыше 16 до 40
25 870 600 550 500 375 315 19 21 0.44
30 860 600 600 550 400 355 18 20 0,38
35 850 600 630 600 430 380 17 19 0,31
40 840 600 650 630 460 400 16 18 0,25
45 840 600 700 650 490 430 14 16 0,19
50 830 600 750 700 520 460 13 15
55 820 600 800 750 550 490 12 14
60 820 600 850 800 580 520 11 13

Таблица 5.5. Механические свойства сортового проката из углеродистых качественных сталей в закаленном

и отпущенном состоянии, не менее

Марка стати Температура нормализации, °С (т= 30 мин) а О os Ф
МПа %
08 920 196 320 33 60
10 900 205 330 31 55
15 900 225 370 27 55
20 890 245 410 25 55
25 880 275 450 23 50
30 880 295 490 21 50
35 870 315 530 20 45
40 860 335 570 19 45
45 850 355 600 16 40
50 850 375 630 14 40
55 850 380 650 13 35
58 (55 пп) 850 315 600 12 28
60 840 400 680 12 35

Сталь углеродистая качественная конструкционная выплавляется в основных конверторах с продувкой кислородом сверху, в мартеновских и электрических печах с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки, чем сталь обыкновенного качества. Поставляется с гарантией химического состава и механических свойств.

Качественная сталь отличается несколько более высокими механическими свойствами, чем сталь обыкновенного качества, гак как содержит меньше серы (не более 0,040%), фосфора (не более 0,035%) и неметаллических включений.

Сталь в зависимости от способа обработки поставляют в виде проката сортового, калиброванного и со специальной отделкой поверхности.

Сортовой прокат поставляю! как без термической обработки (в горячекатаном состоянии), так и термически обработанным — отожженным, высокоотпущенпым или нормализованным.

  • Прокат калиброванный и со специальной отделкой поверхности изготавливают нагарто- ванным или термически обработанным (отожженным, высокоотпушепным, нормализованным, нормализованным и отпущенным, закаленным и отпущенным).
  • Прокат из углеродистой качественной конструкционной стали может поставляться с обеспечением свариваемости, с ультразвуковым контролем внутренних дефектов, с лимитированным обезуглероживанием, а также с характеристиками, устанавливаемыми по согласованию потребителя с изготовителем.
  • Нормируемая твердость (в соответствии с категорией требований ТВ2) горячекатаного проката, поковок, проката калиброванного и со специальной отделкой поверхности диаметром или толщиной свыше 5 мм из углеродистой качественной конструкционной стали и рекомендуемые режимы нагрева под термическую обработку определяются ГОСТом.
  • ГОСТ 1050-88 определяет три категории проката из углеродистой качественной конструкционной стали по требованиям к испытанию механических свойств — М1, М2 и М3.

Механические свойства проката в нормализованном состоянии в соответствии с категорией требований М1 должны соответствовать значениям.

Испытание механических свойств на растяжение проводят на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметра или стороны квадрата).

Ударную вязкость определяют по требованию потребителя на термически обработанных образцах для сталей марок 25, 30, 35,40, 45, 50.

Углеродистые стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений.

Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, …

, 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10% С, сталь 45—0,45% С и т.д.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп». Кипящими производят стали 08кп, Юкп, 15кп, 18кп, 20кп; полуспо- койными — 08пс, Юпс, 15пс, 20пс. В отличие от спокойных кипящие стали практически не содержат кремния (не более 0,03%); в полуспокойных его количество ограничено 0,05— 0,17%.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25 до 0,80%. Содержание азота для сталей, перерабатываемых в тонкий лист, ограничено 0,006%; для остальных сталей — 0,008%.

Механические свойства зависят от толщины проката: при толщине проката более 80 мм показатели прочности и пластичности несколько ниже. ГОСТ 1050-88 гарантирует механические свойства углеродистых качественных сталей после закалки и отпуска, нагарговки или термической обработки, устраняющей нагартовку — отжига или высокого отпуска.

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

Низкоуглеродистые стал и по назначению подразделяют на две подгруппы.

  • 1. Малопрочные и высокопластичные стали 08, 10. Из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки различных изделий. Без термической обработки в горячекатаном состоянии эти стали используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.
  • 2. Цементуемые — стали 15, 20. 25. Предназначены они для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском. Сердцевина из-за низкой прокаливаемое™ упрочняется слабо. Эти стали применяют также горячекатаными и после нормализации. Они пластичны, хорошо штампуются и свариваются; используются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры и т.п.), а также деталей котлотурбостроения (трубы перегревателей, змеевики), работающих под давлением при температуре от —40 до +425 °С.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые. Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки.

В улучшенном состоянии — после закалки и высокого отпуска на структуру сорбита — достигаются высокая ударная вязкость, пластичность (рис. 5.4, а) и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжений.

При увеличении сечения деталей из-за несквозной прокаливаемое™ механические свойства таких сталей снижаются (рис. 5.4, б).

Рис. 5.4. Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска (я) и диаметра заготовок после

отпуска при температуре 580 'С (б)

После улучшения стали применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.).

При этом возможный размер деталей зависит от условий их работы и требований к прокаливаемое™. Для деталей, работающих на «растяжение — сжатие» (например, шатуны), необходима однородность свойств металла по всему сечению и, как следствие, сквозная прокаливаемое™.

Размер поперечного сечения таких нагруженных деталей ограничивается 12 мм. Для деталей (валы, оси и т.п.

), испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны па поверхности, толщина упрочненного при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер поперечного сечения таких деталей — 30 мм.

Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40, 45, 50. Их применяют после нормализации и поверхностной индукционной закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высокую твердость поверхности (40—58 HRC) и сопротивление износу (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен и т.п.).

Индукционной закалкой с нагревом ТВЧ упрочняют также поверхность длинных валов, ходовых винтов станков и других деталей, для которых важно ограничить деформации при термической обработке.

Источник: https://ozlib.com/863302/tehnika/uglerodistye_kachestvennye_stali

Ссылка на основную публикацию