3.3. Углеродистые конструкционные стали

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода), тем больше содержание углерода и перлита в ней и тем выше ее прочность и ниже пластичность. Стали углеродистые обыкновенного качества содержат до 0,07 % фосфора, 0,06 % серы, 0,06-0,49 % углерода и в равновесном состоянии имеют ферритно-перлитную структуру.

Ст4 - углерода 0,18-0,27 %, марганца 0,4-0,7 %.

Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание (0,8-1,1 %) марганца в стали: СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс.

Тире между цифрами указывает, что заказчик не предъявлял требований к степени раскисления стали.

Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений.

С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (_пр) и текучести (_0.2) и снижается пластичность (). Ст3сп имеет _пр=380490 МПа, _0.2=210250 МПа, = 2522 %.

Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.

С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержанием углерода применяют для элементов строительных конструкций, не подвергаемых сварке.

По условиям поставки стали обыкновенного качества классифицируются на три группы, буквенное обозначение которых (кроме а) указывают в начале марки:

• А - поставляемые по механическим свойствам (Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6) для изготовления изделий, не подвергающихся горячей обработке; (первую категорию обычно не указывают).

• Б - поставляемые по химическому составу (БСт0, БСт1, ..., БСт6) для изготовления изделий, подвергающихся горячей обработке;

• В - поставляемые по механическим свойствам и химическому составу (ВСт1, ВСт2, ..., ВСт5) для изготовления сварных конструкций.

Дополнительными индексами указываются степень раскисления и характер затвердевания стали (например, Ст3кп, Ст5пс, Ст6сп). В группе А при отсутствии обозначений сп, пс, кп подразумевается сталь спокойная.

Например:

• Ст1кп2 — углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

• ВСт5Г — углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

• БСт0 — углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяют).

Применение:

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества предназначены для изготовления:

• горячекатаного проката;

• холоднокатаного тонколистового проката;

• слитков, блюмов, слябов;

• труб;

• поковок и штамповок;

• метизов и др.

Ст1; Ст2 — проволока, гвозди, заклёпки.

Ст3; Ст4 — крепёжные детали, фасонный прокат.

Ст5; Ст6 — слабонагруженные валы, оси.

Качественные углеродистые стали ГОСТ 1050-88 выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. Содержание S<=0,04 %, P<=0,0350,04 %, а также меньшее содержание неметаллических включений.

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, ..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Так сталь с содержанием углерода 0,07-0,14 % обозначается 10, сталь с содержанием углерода 0,42-0,50 % — 45, а сталь с углеродом 0,57-0,65 % — 60. 

Эти стали характеризуются высокими пластичностью и свариваемостью. Они могут использоваться без упрочняющей термической обработки или после нее.

При этом для сталей с C < 0,2 %, не подвергнутых полному раскислению, в обозначение добавляются буквы кп (для кипящей стали) и пс (для полуспокойной), спокойные стали маркируют без индекса.

Например, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 и т.д.

Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

Низкоуглеродистые стали (С<0,25%) 05кп, 08кп, 07кп, 10, 10кп обладают высокой прочностью и высокой пластичностью. _в=330340 МПа, _0.2=230280 МПа, =3331 %.

Стали без термической обработки используют для малонагруженных деталей, ответственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.

Эти стали в основном производят в виде тонкого листа и используют после отжига или нормализации для холодной штамповки с глубокой вытяжкой. Они легко штампуются из-за малого содержания углерода и незначительного количества кремния, что и делает их очень мягкими. Их можно использовать в автомобилестроении для изготовления деталей сложной формы. Глубокая вытяжка из листа этих сталей применяется при изготовлении консервных банок, эмалированной посуды и других промышленных изделий.

Спокойные стали 08, 10 применяют в отожженном состоянии для конструкций невысокой прочности - емкости, трубы и т. д.

Стали 10, 15, 20 и 25 также относятся к низкоуглеродистым сталям, они пластичны, хорошо свариваются и штампуются. В нормализованном состоянии в основном их используют для крепежных деталей - болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали неответственного назначения.

Для увеличения поверхностной прочности этих сталей их цементуют (насыщают поверхность углеродом) и применяют для деталей небольшого размера, например слабонагруженных зубчатых колес, кулачков и т. д.

Буква Г в марке стали указывает на повышенное содержание марганца.

Например: 14Г, 18Г и т.д.

Среднеуглеродистые стали (0,3-0,5 % С) 30, 35, ..., 55 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца 30Г, 40Г и 50Г. Применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях промышленности. Эти стали по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (_в=500600 МПа, _0.2=300360 МПа,  =2116 %).

В связи с этим их следует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости.

Среднеуглеродистые стали применяют для изготовления небольших валов, шатунов, зубчатых колес и деталей, испытывающих циклические нагрузки. В крупногабаритных деталях больших сечений из-за плохой прокаливаемости механические свойства значительно снижаются.

Стали с высоким содержанием углерода (0,6-0,85 % С) 60, 65, ..., 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами.

Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки. Из сталей 65, 70, 75, 80, 85 изготавливают детали, работающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки (сталь 60), крановые колеса (сталь 75), диски сцепления и впускные клапаны компрессоров (сталь 85), а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959-79).

Так же изготавливают шпиндели, замковые шайбы и т.д.

Качественные стали с повышенными свойствами, используемые для производства котлов и сосудов высокого давления, обозначают по ГОСТ 5520-79 добавлением буквы К в конце наименования стали: 15К, 18К, 22К.

Достоинства углеродистых качественных сталей – дешевизна и технологичность. Но из-за малой прокаливаемости эти стали не обеспечивают требуемый комплекс механических свойств в деталях сечением более 20 мм.