Марки сталей качественных углеродистых сталей

Обновлено: 01.05.2024

Центральное место во всем промышленном материаловедении занимает сталь. С ее помощью успешно решают большинство технических задач. К услугам инженера — огромный диапазон вариантов: начиная от самой простой строительной арматуры и заканчивая хромоникелевой нержавейкой, способной работать в условиях открытого космоса.

Наибольшего внимания заслуживает углеродистая сталь и ее марки. Они лишены значимых легирующих добавок и потому представляют собой исключительно композицию железа и углерода в чистом виде. Познакомиться с углеродистыми сталями поближе — значит понять основополагающие принципы, как ведут себя все сплавы из категории «черных» и от чего зависят их рабочие характеристики.

Классификация и марки

Лишь у некоторых уникальных промышленных материалов есть полноценные имена — в честь их изобретателей или каких-то особенных свойств. Остальные довольствуются условным обозначением — т.н. маркой, внутри которой зашифрована ключевая информация. Марку можно сравнить с разновидностью, чей состав и структура жестко определены и неизменны.

Условно все углеродистые стали делят на несколько категорий, используя два определяющих параметра: химсостав материала или его функциональное применение. Причем марки, соседствующие в одной группе по первому делению, с большой долей вероятности станут коллегами и при оценке рабочих свойств.

Металлургический ковш с жидкой сталью

По химическому составу

Ключевым параметром, на который обращают внимание при знакомстве с любой маркой стали, становится процент содержания углерода. Различают три вида:

05кп, 08кп, 10, 15, 20, Ст0, Ст1, Ст2

25, 35, 45, 55, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6

58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, У9, У12, У13

Низкоуглеродистые стали предназначены преимущественно для изготовления сварных изделий — за счет малой доли углерода они очень податливы к любым процессам сварки, не склонны к образованию флокенов и трещин, легко поддаются механическому резанию и изгибу. В целом, они вязкие и с низкой прочностью.

Термическое упрочнение (закалка, улучшение) не дают ощутимого эффекта по росту прочности или твердости. Зато собственное низкое содержание углерода позволяет применить к материалу особый вид химико-термической обработки — цементацию. Поверхностные слои насыщаются углеродом из внешнего источника, после чего реакция на закалку становится уже совершенно иной. Твердость поверхности зашкаливает, а сердцевина по-прежнему остается мягкой и может работать как гаситель напряжений.

Среднеуглеродистые стали — наиболее ходовые и популярные благодаря своей «серединности» и универсальности. Они лишены недостатков остальных граничных групп и обладают собственными достоинствами.

В частности, такие марки стабильно и уверенно реагируют на закалку, набирая нужную прочность и твердость без дополнительных ухищрений. Но сварку следует вести с осторожностью — увеличенная доза углерода может приводить к развитию трещин при кристаллизации шва.

Их используют для производства деталей машин и механизмов, которые постоянно испытывают рабочие нагрузки. Это разнообразные шестерни, рычаги, колеса, шкивы ременных передач, валы и оси. Углеродистые стали всегда дешевле любых легированных, поэтому марки со средним содержанием углерода предпочтительны, если конечное изделие не испытывает негативного воздействия коррозии, нагрева или охлаждения. Тяжелая работа в обычных условиях — это пример применения таких сплавов.

Высокоуглеродистые стали вообще не рекомендуется варить: они очень склонны к образованию трещин, флокенов и остаточных напряжений в зоне шва. За счет высокой доли углерода на закалку реагируют лучше всех остальных. Результатом становится очень высокая твердость и прочность, вплоть до возникновения пружинящих свойств.

Такие марки закладывают для изготовления специальных деталей машин, пружин различной конфигурации (плоские, витые, тарельчатые), режущего и слесарного инструмента.

По области применения

С учетом химического состава, «круг обязанностей» каждой марки уже предопределен, как и сфера, где ее можно использовать максимально эффективно. Поэтому все углеродистые стали разделили на три категории по области применения:

Категория Группа Примеры марок
Конструкционные Общего назначения Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст5
Качественные 05кп, 08кп, 10, 15, 20, 35, 45, 50, 55, 60
Повышенной обрабатываемости А11, А20, А30, А35
Инструментальные - У8, У10, У11, У12А
Специальные Рессорно-пружинные 65, 70, 75, 80, 85
Для строительных конструкций С235, С285, С590К
Подшипниковые ШХ4
Для крановых рельс К63

Конструкционные углеродистые стали предназначены для изготовления деталей машин и металлоконструкций. Их активно используют во всех сферах промышленности — начиная от металлообработки и заканчивая возведением атомных электростанций.

Среди них выделяют три основных группы:

  • общего назначения — марки со стандартной степенью очистки от постоянных примесей. Нужно преимущественно для сварных строительных конструкций, корпусных деталей и ненагруженных элементов;
  • качественные — повышенной степени очистки и с улучшенными механическими свойствами. Применяются для производства деталей машин и крепежа;
  • повышенной обрабатываемости — с максимально стабильной структурой и постоянством физико-механических свойств по всему объему. Такой материал идет в работу на автоматические линии.

Сварка конструкции из углеродистого проката

Инструментальные углеродистые стали могут похвастать куда большим содержанием углерода, чем все остальные «родственники» — от 0,66 до 1,35%. Такие сплавы используют для производства:

  • режущего инструмента — для работ по дереву, пластику, мягким цветным сплавам и незакаленной стали;
  • мерительного инструмента;
  • слесарного инструмента;
  • оснастки для холодной штамповки;
  • вспомогательной станочной оснастки.

Главное преимущество инструментальных марок — очень сильная реакция на закалку, увеличенная износостойкость, твердость и прочность.

Углеродистая сталь для строительных конструкций идет на массовый выпуск фасонного проката: швеллера, тавровой и двутавровой балки, уголков. В сплавах этого типа заложено мало углерода и ощутимое количество примесей кремния и марганца (до 0,5..0,8%), чтобы обеспечить необходимую вязкость, устойчивость и хорошее восприятие сварочных процессов.

Очень интересна марка ШХ4, случайно попавшая в группу подшипниковых как единственная нелегированная сталь. Ее используют для производства колец железнодорожных подшипников. Содержание углерода там изрядное — в пределах 0,95 до 1,05% — и присутствует щепотка хрома — 0,35..0,5%.

Марку К63 (или просто 63) применяют исключительно для горячей прокатки специального сортамента — рельс крановых путей. Этот сплав обеспечивает необходимый баланс между прочностью, износостойкостью и стрессоустойчивостью. Материал постоянно работает с высокими нагрузками и фрикционным износом от катания колес.

Свойства углеродистых сталей

При рассмотрении той или иной марки, инженера интересует химический состав не сам по себе, а как прямое указание на возможные физико-механические свойства. А те, в свою очередь, отражают диапазон функций, которые характерны для материала.

И с оглядкой на такую взаимосвязь можно сделать утверждение, что каждая марка углеродистой стали по-своему уникальна, потому что обладает собственным, неповторимым набором характеристик.

Прочностные характеристики

Первым параметром, на который ориентируются при проектировании любой конструкции, становится умение материала сопротивляться действующим нагрузкам. Это комплексная характеристика, в которую войдут:

  • предел прочности — размер силовой нагрузки, при которой металл разрушается;
  • предел текучести — размер силовой нагрузки, при которой металл начинает деформироваться;
  • ударная вязкость — способность сопротивляться внезапным силовым воздействиям;
  • относительное удлинение при разрыве — насколько металл будет удлиняться перед тем, как окончательно «порваться» под действием радикальной силовой нагрузки, превышающей предел прочности;
  • твердость — способность сопротивляться внедрению иного твердого тела.

Все эти показатели тесно связаны между собой. И по их оценке можно легко предсказать, как материал поведет себя в работе.

Связь между отдельными механическими характеристиками сплава не всегда прямая. Например, предел прочности всегда в 1,7..2,2 раза больше предела текучести. Зато, чем выше предел прочности сплава — тем зачастую меньшую величину относительного удлинения при разрыве он покажет.

Механические характеристики углеродистых сталей растут вместе с содержанием углерода. Этот элемент — главный признак всех возможностей сплава.

Ниже в таблице приведены ориентировочные показатели разных категорий сталей в «сыром» состоянии.

Стали углеродистые. Марки, свойства и их применение

Сталь является наиболее распространенным материалом в машиностроении. Создание новых более совершенных машин стимулирует создание марок сталей со свойствами, отвечающими современным требованиям в машиностроении. При этом ранее созданные марки сталей, с учетом новых технологий их производства, продолжают быть востребованы конструкторами при создании новых и совершенствовании действующих машин. Принято выделять следующие группы сталей:

  • углеродистые стали, которые в общем объеме составляют примерно 80%,
  • легированные стали конструкционные и инструментальные,
  • стали с особыми свойствами специального назначения и др.

1. Стали углеродистые обыкновенного качества

Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката — горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 — валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.

Стали углеродистые

В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы:

  • А — поставляемые по механическим свойствам,
  • Б — поставляемые по химическому составу,
  • В — поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории:

  • группа А — 1, 2 и 3-я;
  • группа Б — 1, 2,-я;
  • группа В — 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.

Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σв и предел текучести σт и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 1 и 2).

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение

заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи.

от которых требуется высокая твердость поверхности и

невысокая прочность сердцевины, крюки кранов,

Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 2.

Таблица 2. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества

2. Стали углеродистые качественные конструкционные

Являются основным металлом для изготовления деталей машин (валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, шпонок, муфт, фланцев, фрикционных дисков, винтов, гайек, упоров, тяг, цилиндров гидроприводов, эксцентриков, звездочек цепных передач и др.), которые при взаимодействии в работающей машине воспринимают и передают различные по величине нагрузки. Эти металлы хорошо обрабатываются давлением и резанием, льются и свариваются, подвергаются термической, термомеханической и химико-термической обработке.

Различные специальные виды обработки обеспечивают вязкость, упругость и твердость сталей, позволяют делать из них детали, вязкие в сердцевине и твердые снаружи, что резко увеличивает их износостойкость и надежность. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки.

Таблица 3. Основные свойства стали углеродистой качественной конструкционной

Качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами (ГОСТ 1050-88), чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и неметаллических включений. По видам обработки их делят на горячекатаную, кованую, калиброванную и серебрянку (со специальной отделкой поверхности).

Обозначение марки стали составляют из слова «Сталь» и двузначной цифры, которая указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, Сталь 25 содержит 0,25% углерода (допустимое количество углерода — 0,220,30 %), Сталь 60-0,60 % (допустимое количество -0,57-0,65%). Степень раскисления в марках спокойных сталей не отражается, а в марках полуспокойных и кипящих сталей, как и сталей обыкновенного качества, обозначается буквами «пс» и «кп» соответственно. В качественных конструкционных сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040% и фосфора — не более 0,035%.

Основные свойства углеродистой качественной конструкционной стали приведены в табл. 3, основное назначение — в табл. 4. Цвета маркировки приведены в табл. 5.

Таблица 4. Стали углеродистые качественные конструкционные, их основное назначение

Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной

3. Стали углеродистые инструментальные

Из инструментальных углеродистых сталей получают горячекатаную, кованую и калиброванную сталь, сталь серебрянку, сталь для сердечников, а также слитки, листы, ленту, проволоку и другую продукцию. Из этих сталей изготовляют режущий инструмент для обработки металлов, дерева и пластмасс, измерительный инструмент, штампы для холодного деформирования.

Теплостойкость инструментальных углеродистых сталей не превышает 200°С, при нагревании выше этой температуры они теряют свою твердость, а следовательно режущие свойства и износостойкость.

Инструментальные углеродистые стали условно можно разделить на две группы (ГОСТ 1435-99):

  • качественные стали У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13;
  • высококачественные марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А.

В качественных инструментальных углеродистых сталях допускается содержание 0,03% серы и 0,035% фосфора, в высококачественных — 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, полученные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:

  • 1-я — качественные стали всех марок, предназначенные для изготовления продукции всех видов (кроме патенти- рованной проволоки и ленты);
  • 2-я — высококачественные стали всех марок, предназначенные для тех же целей, что и стали первой группы;
  • 3-я — стали марок У10А и У12А для изготовления сердечников;
  • 4-я — стали всех марок для производства патентированной проволоки и ленты;
  • 5-я — стали марок У7÷У13 для изготовления горяче- и холоднокатаных листов и лент, в том числе термически обработанных толщиной до 2,5 мм (кроме патентированной ленты), а также стали этих марок для производства горячекатаной и кованой сортовой стали и холоднотянутой шлифованной стали (серебрянки).

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (63÷64 HRC3), значительно превышающей твердость обрабатываемого материала, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять свойства при высоких температурах).

Измерительный инструмент, изготовленный из такой стали, должен быть прочным (ав = 590÷640 МПа), длительное время сохранять заданные размеры и форму. Рабочие детали штампов и накатных роликов для холодного деформирования (вытяжки, гибки, высадки, пробивки отверстий, накатки, раскатки), сделанные из этой стали, должны иметь высокую твердость, обладать износостойкостью при достаточной вязкости. Все это достигается путем закалки с отпуском, а для измерительного инструмента и за счет искусственного старения. В табл. 6 приведены свойства углеродистой инструментальной стали, в табл. 7 — примерное назначение инструментальной углеродистой стали.

Таблица 6. Свойства стали углеродистой инструментальной (ГОСТ 1435 — 74)

Таблица 7. Примерное назначение стали углеродистой инструментальной

Как правило, изготовлению инструмента предшествует отжиг на зернистый цементит, который способствует лучшей обрабатываемости резанием и уменьшает коробление деталей при закалке.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Углеродистая сталь обыкновенного качества на протяжении длительного времени и в большом количестве используется для изготовления конструкций. Массовое использование позволило производителям выпускать углеродистые стали обыкновенного качества в массовом порядке. Большие объемы позволили снизить себестоимость материала. Количественный объем и химический состав примесей регламентируется ГОСТом 380-2005.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Общие сведения

Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения – это широко используемый материал в отраслях машиностроения, строительства и народного хозяйства. Из нее изготавливаются изделия:

  • Методом горячего и холодного прокатывания:
    1. сортовой прокат;
    2. фасонный прокат;
    3. листовая продукция:
      • тонколистовая;
      • толстолистовая;
      • широкополосная;
      • ленты;
      • Методом обжима на прокатных станах:
        1. блюм;
        2. сляб;
        3. сутунка и прочие;
      • Методом ковки;
      • Методом объемной штамповки;
      • Методом отливки:
        • слитки;

        Выпуск углеродистых сплавов общего назначения производится, соответствуя трем группам: А, Б, В.

        1. Сплавы группы А. Продукция данной группы соответствует принятым механическим качествам. Марки сталей: от Ст0 до Ст6. Для данной группы характерен нерегламентированный химический состав сплава
        2. Сплавы группы Б. Продукция соответствует заданному составу химических элементов. Марки сталей: от БСт0 до БСт6. Для данной группы сплавов механические характеристики второстепенны, но количество химических элементов известно с точностью до трех знаков после запятой.
        3. Группа В. Продукция соответствует заданным механическим качествам и составу химических элементов. Данная группа сплавов обладает характеристиками присущими первым двум группам.

        Стали конструкционные обыкновенного качества производятся шести категорий. Категорийность которых зависит от способа и степени раскисления. Раскисление, как процесс, способствующий выведению из расплава кислорода, влияет на механические свойства металла. Различают три способа разливки металла: сплав кипящий – «кп», сплав полуспокойный – «пс», сплав спокойный – «сп».

        Распределение сплавов от заданных свойств представлено в таблице.

        ГруппаСоответствие заданным свойствам поставляемой продукцииНаименования и маркировкаКатегории
        АМеханические свойстваСт0;
        Ст1кп, пс, сп;
        Ст2кп, пс, сп;
        Ст3кп, пс, сп;
        Ст4кп, пс, сп;
        Ст5кп, пс, сп;
        Ст6кп, пс, сп;        		1-2-3
        БХимический составБСт0;
        БСт1кп, пс, сп;
        БСт2кп, пс, сп;
        БСт3кп, пс, сп;
        БСт4кп, пс, сп;
        БСт5кп, пс, сп;
        БСт6кп, пс, сп;        		1-2
        ВМеханотехнологические свойства + химический составВСт1кп, пс, сп;
        ВСт2кп, пс, сп;
        ВСт3кп, пс, сп;
        ВСт4кп, пс, сп;
        ВСт5кп, пс, сп;
        ВСт6кп, пс, сп;        		1-2-3-4-5-6

        Общие характеристики

        Физические свойства. Общие показатели, которыми обладают углеродистые стали общего назначения.

        • Плотность:
          1. по СИ – 7800 кг/м3;
          2. по СГС – 7,8 г/см3;
        • по МКСС – 796 тем/м3;
        • Коэффициент Пуансона – 0,24-0,28;
        • Модуль:
          1. Юнга – 20500 кГ/мм2;
          2. сдвига – 8100 кГ/мм2
        • Допускаемые напряжения:
          1. на сжатие – 14 кГ/мм2;
          2. на растяжение – 14 кГ/мм2.

        Механические и эксплуатационные свойства представлены в таблице.

        Марка стали , %, % Е, ГПаG, ГПаНВKCU, кДж/м2
        Ст0>310—21—0,320077——
        Ст1310-400—31—0,3200771100—
        Ст2340-42020029—0,3200801160—
        Ст3370-49021023600,3200801310—
        Ст4420-51024021—0,3210801430—
        Ст5500-63026017500,3210811700—
        Ст6620>30012400,3210811970—

        Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.

        Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.

        Наименование сталиРазмер образца, s
        40…100До 20
        Ст020D=2s
        Вст2пс, сп29D=0
        ВСт3кп, пс, сп
        ВСт3Гпс        		22
        23
        23        		D=0.5s
        ВСт4кп, пс
        ВСт4Гпс        		22
        21        		D=2s
        ВСт5пс, сп
        ВСт5Гпс        		17D=3s

        Прокат листового формата, произведенный из сталей углеродистых обыкновенного качества производителями изготавливается в соответствии четырем группам прочности:

        • ОК – сплав обыкновенного качества;
        • Цифровой индекс – это группа прочности, которая информирует о нижнем значении показателя предела прочностного сопротивления по времени);
        • В – показатель характеристики (прочности).

        К каждой группе прочности относятся следующие марки сталей:

        • ОК300В – Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп;
        • ОК360В — Ст3кп, пс, сп;
        • ОК370В — Ст3пс, сп
        • ОК400В — Ст4кп, пс, сп; Ст5пс, сп.

        Горячекатаные листы из сталей обыкновенного качества на стадии производства подвергаются термической обработке. В процессе изготовления они подвергаются нормализации. Холоднокатаные листы также подвергаются термической обработке, а также дрессированию.

        На производстве с непрерывным прокатыванием допустимо изготовление продукции без термической обработки.

        Для листового металлического проката на поверхности недопустимо появление:

        • расслоений;
        • пузырей;
        • надрывов;
        • трещин;
        • вкраплений инородных предметов и прочего.

        Качество отделки поверхности листового проката соответствует четырем группам: I, II, III, IV.

        Детали и изделия, которые подвергаются термической обработке изготавливаются из сталей обыкновенного качества общего назначения групп Б и В с номерами 5, 6. они подвергаются закалке и далее высокотемпературному отпуску.

        Состав химических элементов

        Количественный состав примесей в углеродистых сплавах обыкновенного качества должно соответствовать строгим параметрам ГОСТ. Так общие показатели представлены в таблице.

        Марка сталиС (углерод), %Mn (марганец), %Si (кремний), %
        Ст0не превышает 23/100——
        Ст16/100 … 12/10035/100 … 50/100—
        Ст28,5/100 … 15/10035/100 … 50/100—
        Ст314/100 … 22/10035/100 … 60/10012/100 … 3/100
        Ст418/100 … 27/10040/100 … 70/10012/100 … 3/100
        Ст528/100 … 37/10050/100 … 80/10017/100 … 35/100
        Ст638/100 … 50/10050/100 … 80/10017/100 … 35/100

        Объем содержащегося углерода и его вкрапления наглядно показано на рисунке.

        Объем содержащегося углерода и его вкрапления

        Объем содержащегося углерода и его вкрапления

        Объем марганца зависит от степени и способа раскисления сплава и дополнительного его введения. Так марки от Ст3Гпс, сп до СтГ5пс, сп содержат марганца от 8 десятых долей процента до1 и 2-ух десятых долей процента.

        Углеродистая сталь обыкновенного качества содержит N (азот), F (фосфор), S (серу) и некоторые металлы. Объем содержащегося азота зависит от метода восстановления сплава. Например, в сплавах, выплавленных в печах мартеновским или конверторным способом содержание азота не превышает 1-ой сотой процента. А сплавы, выплавляемые в электрических печах, содержат азота не больше 12 тысячных долей процента.

        Объем содержания примесей в углеродистых сплавах обыкновенного назначения во многом зависит от способа производства. Кроме вышеперечисленных также применяются переплавы:

        • открытый дуговой;
        • электрошлаковый;
        • вакуумно-дуговой;
        • электроннолучевой;
        • вакуумно-индукционный и прочие.
        • не более 4 сотых процента фосфора (для всех типов сплавов кроме Ст0);
        • не более 5 сотых процента серы (исключение составляет Ст0 в ней серы от 6 сотых до 7 сотых процента);
        • не более 3 десятых процента содержания Ni (никеля), Cu (меди) и Cr (хрома) (для Ст0 данный параметр не нормирован). Если углеродистая сталь обыкновенного качества выплавляется с использованием технологии «скрап», то в таком сплаве содержание хрома с никелем может достигать 35 сотых процента, а меди не превышает 4 десятых долей процента.

        Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

        Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

        Любая продукция имеет погрешности и отклонения. Состав в углеродистых сплавах общего назначения имеет некоторые отклонения по количественному содержанию химических элементов представлены таблице.

        ЭлементКипящая, %Полуспокойная, %Спокойная, %
        Углерод±3/100min -2/100
        max +3/100        		min -2/100
        max +3/100
        Сера+5/1000+5/1000+5/1000
        Фосфор+5/1000+5/1000+5/1000
        КремнийНе допускаетсяmin -2/100
        max +3/100        		min -2/100
        max +3/100
        Азот+2/100+2/100+2/100
        Марганецmin -4/100
        max +5/100        		min -3/100
        max +5/100        		min -3/100
        max +5/100

        Области использования и применения

        Области и сферы применения деталей и изделий из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества общего назначения.

        1. Ст0. Ее используют для изготовления неответственных деталей, к которым относятся кожух, ограждения, перила, сплошная обшивка и прочие.
        2. Ст1. Детали, изготовленные из нее, обладают малой твердостью, но высокой вязкостью. Из Ст1 изготавливают болты фундаментные, анкерные; метизы для сборки обшивки.
        3. Ст2 применяется при изготовлении деталей и элементов неответственных конструкций, от которых требуется высокая пластичность, глубокая вытяжка при штамповке и пластической деформации.
        4. Ст3. Из нее производят несущие конструкции получаемые при помощи сварки и не используя ее. В автомобиле- и тракторостроении изготавливают рамы, кузова, колесные диски, детали для сельскохозяйственной техники. В строительстве пруток используется в качестве арматуры при производстве железобетонных изделий.
        5. Ст5. Термически улучшаемые детали: стержень, клин, палец, рычаг, различные метизы. Средненагруженные элементы грузоподъемных сооружений: крюк, ось, вал.
        6. Ст6. В станкостроении из данной стали изготавливают ударные элементы для молотов (баба), шпинделя метало- и деревообрабатывающих станков, соответственно после термического упрочнения.

        Из всех марок сталей производится фасонный прокат: двутавр, швеллер, уголок.

        Сварные конструкции рекомендуется возводить из сплавов группы Б.

        Типы обозначения и маркировки углеродистых сталей обыкновенного качества

        Для обозначения конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества общего назначения используется буквенное обозначение Ст. Затем за буквами следует цифровой индекс (0 или 1 или 2 или 3 или 4 или 5 или 6), которая условно отображает номер марки стали. За цифрой номера следует буквенное обозначение типа сплава (степени раскисления): кипящий сплав – кп, полуспокойный сплав – пс, спокойный сплав – сп.

        Перед буквенным обозначение сплава указывается, какие гарантированы качества для данного типа сплава. Сплавы группы А не указываются в маркировке. Повышенное содержание марганца обозначается буквой Г, которая располагается между обозначением и номером. В самом конце через дефис указывается категория.

        1. Ст3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки кипящая.
        2. Ст3Гсп3 – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки полуспокойная 3-ей категории.
        3. БСт3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе Б 3-ей марки кипящая.

        Фасонного проката на складах предприятий скапливается много. Для облегчения поиска металла требуемой марки пользуются цветовыми обозначениями, которые представлены в следующей таблице.

        Наименование сталиКак маркируется
        Ст0полоса зеленого цвета + полоса красного цвета
        Ст1полоса желтого цвета + полоса черного цвета
        Ст2полоса желтого цвета
        Ст3Гспполоса коричневого цвета + полоса синего цвета
        Ст3Гпсполоса коричневого цвета + полоса красного цвета
        Ст3полоса красного цвета
        Ст4полоса черного цвета
        Ст5Гпсполоса коричневого цвета + полоса зеленого цвета
        Ст5полоса зеленого цвета
        Ст6полоса синего цвета

        Для маркировки используется атмосферостойкая краска. Отгрузка заказчику производится согласно ГОСТ 7566-2001.

        Сталь конструкционная качественная углеродистая

        Углеродистые качественные стали не без основания называют универсальными. Их применение широко распространено не только в машиностроительной отрасли и связанных с ней сферах, но и в строительстве. Из углеродистых качественных сталей изготавливают отдельные элементы и цельные конструкции.
        Распространенность свою сталь качественная конструкционная углеродистая и сплавы на ее основе получила благодаря своим характеристикам, которые обеспечивают долгий срок эксплуатации и эффективность использования изделий из нее.
        Во время выплавки к качественным сталям предъявляются строгие требования к выбору сырья, способу разливки, технологии плавки.

        Сталь конструкционная качественная углеродистая

        Сталь конструкционная качественная углеродистая

        Классификация качественных углеродистых сталей

        Классифицировать углеродистые качественные стали конструкционные стали можно по следующим признакам:

        • По назначению:
          1. для использования в машиностроении;
          2. для использования в строительстве;
        • По количеству содержания примесей, снижающих качество:
          1. обыкновенного качества;
          2. качественные;
          3. высокого качества;
          4. особо высокого качества;
        • По составу:
          1. наличие углерода:
            • малоуглеродистые;
            • среднеуглеродистые;
            • высокоуглеродистые;
            • низколегированные;
            • среднелегированные;
            • По способу поставки:
              1. кованная;
              2. катанная;
              3. калиброванная;
            • По обработке:
              1. обыкновенные;
              2. котельные;
              3. автоматные;
            • По степени раскисления:
              1. кипящая (кп);
              2. полуспокойная (пс);
              3. спокойная (без обозначения).

              Наглядная классификации видов стали

              Наглядная классификации видов стали

              Раскисление оказывает влияние на однородность внутренней структур металла. Лучшей по однородности является спокойная (а, г), за ней следует полуспокойная (в, е) и менее качественная кипящая (б, д). Внутренняя структура хорошо показана на рисунке.

              Общая характеристика качественных углеродистых сталей

              Основными отличиями качественных сталей от сталей обыкновенного качества являются:

              • малое количество снижающих качество примесей: серы с фосфором;
              • узкий диапазон количества углерода;
              • увеличенное количество марганца или кремния.

              Сталь поставляется от производителя с гарантией заявленного состава химических элементов и присущих им механических свойств.

              Говоря о характеристиках качественных сталей следует выделить самые значимые:

              • высокая прочность;
              • пластичность;
              • вязкозть ударная.

              Изменение структуры стальных слитков в процессе твердения

              Изменение структуры стальных слитков в процессе твердения

              Но для улучшения эксплуатационных характеристик сотрудники институтов и лабораторий экспериментируют над химическим составом, способами повышения прочности и твердости поверхностей, методами термической обработки, способами плавки и разливки металла. Механические свойства углеродистых качественных сплавов зависят от химического состава.

              Свойства присущие углеродистым сплавам:

              • Низкоуглеродистым – низкая прочность при высокой пластичности. Используются при производстве и изготовлении деталей и узлов со сложной конструкцией и небольшими нагрузками.Свойства присущие углеродистым сплавам:
              • 15-20 – для неответственных деталей, которые не нуждаются в дополнительной термической обработке или подвергнутые нормализации.
              • Среднеуглеродистые – для изготовления деталей, для которых предъявляются требования высокой твердости, но с пониженной пластичностью. Изделия, для которых необходима термическоя обработка: закалка поверхностного слоя, улучшению, нормализации. Для облегчения обработки резанием среднеуглеродистые стали подвергаются отжигу.
              • Высокоуглеродистые, а также с дополнительно введенным марганцем – обладают высокими показателями упругости и стойкости к износу. Поэтому из нее изготавливают пружинные изделия.
              • Автоматные – используются для обработки на автоматизированных станках. Фосфор и сера в большем количестве способствуют образованию мелкой стружки, что положительно сказывается на обрабатываемости, стойкости инструмента, но страдает шероховатость обрабатываемых поверхностей.

              Применение качественной конструкционной углеродистой стали

              Область применения достаточно широка. Основными потребителями сплавов являются машиностроительная и строительная отрасли. Одним из достоинств считается хорошая свариваемость.

              Как следует из названия, «конструкционная» — значит использующаяся для строительных металлоконструкций. Другое название – арматурные стали.

              Рассматривая основные марки качественных сталей, использующиеся промышленными предприятиями можно разделить по назначению.

              1. Качественные низкоуглеродистые стали 05-10. Основное их назначение изготовление ответственных и качественных конструкций с помощью сварки (повышение количества углерода способствует понижению свариваемости). Небольшое количество углерода после сварочных работ не провоцирует образование трещин как горячем, так и в холодном состоянии.
              1. Качественные низкоуглеродистые стали 12-20. Основное их назначение изготовление элементов конструкций и деталей, которые не ответственные, малонагруженные, в последствии цементируемые. Обрабатываются резанием, холодной штамповкой, сложной вытяжкой. Требования к поверхности: износостойкость, высокая твердость при мягкой сердцевине. Изготавливаются машиностроительные элементы (вал, ось, болт, муфта, вилка, рычаг, фланцы и прочие), а также элементов котлового оборудования, работающего при высоком давлении и температурах от -40°С до 450°С (трубопровод, тройник, соединительный фланец и прочие).
              1. Качественные среднеуглеродистые стали 25-35. Детали, изготовленные из данного материала, работают при средних нагрузках и с невысокими напряжениями. После химико-термического воздействия обладают высокой прочностью поверхностного слоя, износостойкостью, но с незначительной прочностью сердцевины детали (гайка, винт, собачка, крюк, кулачок, звездочка и прочие).
              2. Качественные среднеуглеродистые стали 40-45. После термической обработки изделия из данного материала хорошо переносят средние нагрузки (вал, шестерня, шатун и прочие). Для получения заготовок используется метод горячей объемной штамповки. Подвергаются всем способам термической обработки. У всех среднеуглеродистых сталей после закалки и следующего за ним высокого отпуска внутренней структурой становится отпускной сорбит. В связи с чем повышается вязкость с пластичностью, а это низкая чувствительность у концентраторов напряженности. При увеличении диаметра изделия снижается его прокаливаемость.
              1. Качественные среднеуглеродистые стали 50-55. Детали из этих сталей являются высоконагруженными элементами механизмов и агрегатов (муфта, шестерня, кольцо пружинное и прочие).
              2. Качественные высокоуглеродистые стали 60-80 (Г). Изготавливаются детали, подвергающиеся постоянным напряжениям сжатия, которые эксплуатируются в условиях трения (эксцентрик, рессора, пружина и прочие), а также работающие при больших нагрузках динамических и статических (торсион, крестовина).
              1. Качественные котельные стали 12К-22К. Применение нашли при изготовлении деталей, работа котрых сопряжена с повышенными температурами и высоким давлением. Для улучшения свариваемости в состав вводится титан, а раскисление производится за счет алюминия. Из нее изготавливают сосуды и котлы, работающие с турбинами, камерами сгорания на суднах и паровых агрегатах.
              1. Сталь автоматная. Широко применяется при промышленном производстве крепежных изделий для автомобилей и узлов, работающих при статических нагрузках (болт, гайка, шпилька).

              Особенности маркировки

              Для обозначения используется буквенно-цифровой индекс. Цифры говорят о процентном содержании углерода (0,00%). Буквы (кп, пс или сп) говорят о степени раскисления, о повышенном количестве марганца (Г), алюминия (Ю), ванадия (Ф) и о способе обработки. Буква А, стоящая перед цифрами обозначает сплав автоматный, буква К после цифр – сплав котловой, ПВ – изготовлена горячим прокатыванием, ОсВ – металл для производства железнодорожных осей вагонов. Для обозначения качественных сталей в отличие от обыкновенного качества перед маркировкой пишется «Сталь».

              1. Сталь 10. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления спокойная.
              2. Сталь 10 кп. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления кипящая.
              3. Сталь 20Г. Содержание углерода порядка 0,2%, марганца до 1%.
              4. Сталь 30Г2. Содержание углерода порядка 0,3%, марганца до 2%.
              5. Сталь А20. Автоматная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.
              6. Сталь 20К. Котельная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.

              Зарубежные производители аналогичной продукции производят маркировку по собственным стандартам.

              Читайте также: