Сколько углерода в конструкционных сталях

Обновлено: 12.05.2024

В данной статье мы осветим такие вопросы как: углеродистая сталь марки , классификация углеродистых сталей, состав углеродистой стали , углеродистая сталь свойства , применение углеродистых сталей , сравнение углеродистые и легированные стали , какая сталь углеродистая применяется для каких деталей, сварка углеродистых сталей, прокат из углеродистой стали гост, сталь 20 характеристики, сталь 35 характеристики, сталь 45 характеристики.

Углеродистая сталь имеет высокую технологичность и хорошие эксплуатационные свойства, при этом стоимость производства её ниже стоимости изготовления легированных сталей. Углеродистые стали подразделяются по принципу содержания серы и фосфора, по качеству и способу производства. Углеродистые стали виды . Эти стали делятся на качественные, стали обыкновенного качества и высококачественные стали. Легированные стали , то есть содержащие легирующие элементы, различают: качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Качественные углеродистые стали называют машиностроительными, т. к. их используют для изготовления деталей машин (конструкционные качественные углеродистые стали ) или инструментов ( углеродистые инструментальные стали качественные). Качественная конструкционная сталь выпускается с гарантированныем химическим составом, что обозначается маркой, и с определёнными механическими свойствами. Железа в конструкционных сталях около 97 — 99,5%. Качественные стали содержат 0,04% серы, а фосфора — 0,035%. В конструкционных сталях гораздо меньше примесей, чем в сталях обыкновенного качества.

В обозначении конструкционных сталей указывается содержание углерода в сотых долях процента, например сталь 10, сталь 20, сталь 35, где цифры — округлённое количество углерода до ближайшего числа, кратного пяти ( в стали 20 углерода содержится 0,18 — 0,22%). Также в маркировке указывается степень раскисления стали: у кипящих сталей - «кп», полуспокойных - «пс».

Углерод вводят в состав для уменьшения пластичности и увеличения прочности проката, уменьшения ударной вязкости и повышения предела хладоломкости. Кремний и марганец вводятся в состав как раскислители, они увеличивают поверхностные показатели горячекатаных листов и выводят вредные сернистые железные соединения. Азот, фосфор, серу, кислород и водород нельзя полностью убрать из сплава. Также в состав случайно могут попасть такие элементы, как никель, хром и медь.

Углеродистые качественные конструкционные стали катают по ГОСТ 1050-88. Данный ГОСТ распространяется на технические условия для горячекатаного и кованого сортового проката из выше указанной стали марок 08, 10, 15, 20, 25, 35, 40, 45, 50, 55, 58 и 60, диаметром до 250мм, а также калиброванного проката и со специальной отделкой поверхности. ГОСТ 1050 в части химсостава указывает и другие виды проката, поковки, штамповки из сталей марок 08 — 60, а также из марки стали 05кп (данная марка не допускается в настоящее время для изготовления техники), 08кп/пс, 10кп/пс, 11кп, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп/пс. Сортамент проката должен соответствовать требованиям:

ГОСТ 2590 — для горячекатаного круга,

ГОСТ 2591 — для квадрата,

ГОСТ 2879 — для шестигранника.

Сталь 20 является универсальной для производства деталей для термомеханической и термохимической обработки, идеальна для деталей с твёрдой поверхностью и мягкой серединой. Сталь марки 20 используют в строительстве, машиностроении. Из неё изготавливают малонагруженные детали: валики, копиры, крюки кранов, оси, шестерни, звёздочки, упоры, арматура, гайки, болты для неответственных целей, профнастил; трубный прокат для подачи газа, пара под высоким давлением, неагрессивных жидкостей; сварных прямоугольных и квадратных профилей; вкладыши подшипников. Углеродистая сталь марки 20 заменяется строительной углеродистой обыкновенного качества сталью- сталью 3.

Данная сталь не имеет ограничения по свариваемости, пластична. Марка стали 20 не склонна к отпускной хрупкости, перепадам температуры и к образованию флокенов. Производство стали 20 : изделия из стали 20 получают с помощью волочения, горячим и холодным прокатом, отливкой. После получения деталей методом отливок, их обрабатывают термохимически, получая при этом твёрдый износостойкий слой с защитой от коррозии и мягкую середину.

Термохимическая обработка включает в себя выдерживание металла в определённой среде при высокой температуре до полутора суток с применением элементов: цинка (цианирование), хрома (хромирование) или углерода (цементация). Углерод делает поверхность прочной, цинк защищает от коррозии. Хром придаёт прочность, коррозийную стойкость и зеркальность поверхности.

Термомеханический способ обработки придаёт изделию форму. Горячее деформирование используется для изделий с толщиной стенки более 5 мм, холодное — менее 5 мм. Холоднодеформированные стальные трубы нельзя нагревать и подвергать различным динамическим нагрузкам. Холоднокатаные трубы с прямым швом производят из листов, которые режут на полосы, а затем свариваю в длинную ленту. Эта лента подаётся на гибочные валки для придания формы трубы. После этого используют электродуговую сварку в среде газа или индукционную сварку токами высокой частоты. Бесшовные трубы более прочные, у них нет сварных мест и напряжений, в основном они имеют достаточно большую толщину. Из-за сложного процесса изготовления, бесшовные трубы дороже электросварных. Бесшовные трубы могут быть холоднотянутыми и горячекатаными.

По стали 20 поставляется следующий прокат: сортовой; толстый и тонкий листовой; круги, поковки, полоса, проволока, труба сталь 20 .

Марка стали 35 используется для производства деталей, испытывающих небольшие напряжения, невысокой прочности: рычаги, оси, тяги, диски, звёздочки, ободы, траверсы, рычаги, валы, шатуны, бандажи и другие детали. Эту сталь можно заменить на сталь 30, сталь 40, сталь 35Г. Сталь 35 обладает высокой прочностью и относительно низкой пластичностью, она не восприимчива к средним напряжениям, не склонна к отпускной хрупкости, к деформации и коррозии. Металлоизделия из стали 35 выдерживают температуру от минус 40 до плюс 450 град.С. Эта сталь ограниченно сваривается, при увеличении углерода в стали, шов закаливается, соединения становятся более хрупкими, могут появиться трещины. Сварка таких изделий применяется: ручная дуговая, аргоно-дуговая под флюсом и газовой защитой и электрошлаковая сварка. Для улучшения качества сварки используют подогрев.

По марки стали 35 поставляется сортовой прокат, фасонный, листовой, лента, полоса, проволока, трубы, калиброванный круг, поковка.

Сталь 45 применяется для деталей, от которых требуется повышенная прочность и которые подвергаются трению, ударам, имеют высокую поверхностную точность. Это валы-шестерни, оси, коленчатые валы, зубчатые рейки, муфты, бандажи, цилиндры, кулачки.

Заменяется сталью 40Х, сталью 50, 50Г2.

Сталь 45 свойства . Плохо сваривается, сталь склонна к трещинам, трудно обрабатывается из-за своей жёсткости. Сварка используется ручная дуговая и контактно-точечная, требует обязательного нагрева. Сталь 45 не склонна к отпускной хрупкости. Марка стали 45 обладает износостойкостью и способна выдерживать резкие перепады температуры от - 40 град С, испытания от +200 до +600 град С. В составе такой стали нет никеля и хрома, поэтому она подвергается коррозии.

Поставляется по сталь 45 гост : сортовой прокат, фасонный (квадарат), толстый и тонкий лист, проволока, полоса, поковка и калиброванный круг сталь 45 , труба.

Купить углеродистую сталь Вы можете, связавшись с менеджерами компании «Металлоторг», цены можно уточнить у них же или на нашем сайте.

Виды и марки стали

Сталь - это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика - по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь - добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) - соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) - ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % - 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 - 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,

полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,

кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.

В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)

Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.

Конструкционная сталь — классификация по составу и применению

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).

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.

Стали повышенной обрабатываемости (автоматные)

К сталям с повышенной обрабатываемостью или автоматным сталям относят стали с высоким содержанием серы и фосфора, а также стали, специально легированные селеном (Se), теллуром (Те) или свинцом (Pb). Указанные элементы способствуют повышению скорости резания, уменьшают усилие резания и изнашиваемость инструмента, улучшают чистоту и размерную точность обработанной поверхности, облегчают отвод стружки из зоны резания и т. д. Эти стали используют в массовом производстве для изготовления деталей на станках-автоматах.

Стали с повышенным содержанием серы и фосфора обладают пониженными механическими свойствами и их используют для изготовления малонагруженных неответственных деталей (например, метизов).

По мере развития технологий лазерной резки были разработаны специальные конструкционные стали для лазерной резки. Их отличительной особенностью является более предсказуемое поведение листа после резки (пониженный уровень внутренних напряжений в металле).

В начале обозначения марки автоматной стали всегда стоит буква «А», например А12, А20, А35.

Стали углеродистые специального назначения

К этой группе относят стали (ГОСТ1414-75) с хорошей и повышенной обрабатываемостью резанием (автоматные стали). Они предназначены в основном для изготовления деталей массового производства. При обработке таких сталей на станках-автоматах образуется короткая и мелкая стружка, снижается расход режущего инструмента и уменьшается шероховатость обработанных поверхностей.

Таблица 3. Механические свойства качественной конструкционной стали

Автоматные стали

Автоматные стали с повышенным содержанием серы и фосфора имеют хорошую – обрабатываемость. Обрабатываемость резанием улучшают также введением в стали технологических добавок селена, свинца, теллура.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответственные детали, из сталей других марок – более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

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:

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.
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.
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.

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.

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.

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.).

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.

Марки автоматных сталей

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.

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.

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 и В – поставляемые по механическим свойствам и химическому составу. В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на 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 – полуспокой- ная, сп – спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 8 и 9).

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 8

Маркировка и применение различных марок стали

Марки стали отличаются составом металла и химическими компонентами. Именно ввод легирующих элементов даст итоговый продукт, а само производство и обработка будут указывать на отдельные свойства. Нужно учитывать, что отдельные компоненты делают характеристики хуже, поэтому на маркировке указывается их низкое содержание или вообще отсутствие.

Применяя расшифровку маркировки стали, производитель дает возможность потребителю узнать о содержании основных компонентов сплава, некоторые сведения о технологии изготовлении, технических характеристиках и возможностях применения.

Виды стали и маркировка

Для одних изделий нужна высокая износоустойчивость, для других стойкость к коррозии, а для третьих – магнитные свойства.

«С» — для строительства. С низким содержанием легирующих компонентов, отличающаяся хорошей свариваемостью.
Для пружин (пружинная). В данных сплавах присутствуют отличные показатели упругости, сопротивляемости к разрушительным процессам, прочность на усталость. Для изготовления рессор, пружин.
«Ш» для подшипников. Из названия понятно, что данные сплавы нужны для изготовления элементов подшипников для различных узлов, механизмов. Главные свойства – износоустойчивость, отменная прочность, и малая текучесть.
Сталь стойкая коррозии или нержавейка. Данный вид отличает высокое содержание легирующих компонентов, повышенная стойкость к агрессивным средам и веществам.
Жаропрочные марки стали – сплавы, которые могут применяться в изделиях, способных функционировать под нагрузкой при высоких температурах. Сфера применения – элементы различных двигателей.
«У» для инструментов или инструментальная сталь нашла свое применение в изготовлении инструментов для измерений в металлообработке и для деревообрабатывающей промышленности.
«Р» быстрорежущая сталь востребована для производства инструментов в металлообрабатывающем оборудовании.
Цементирующая – сплав, применяемый для узлов и механизмов, которые функционируют при значительных поверхностных нагрузках.

Для остальных сталей (пружинная, инструментальная) не имеют обозначений. Указывается только химсостав.

Кроме видов сталь классифицируется по химсоставу, качеству, способу плавки, структуре, назначению.

Химический состав

Основные добавки для легирования – металлы. Вариативность количественного состава и массовой доли дает возможность получать различные марки. Просто железо по своим техническим свойствам – низкое качество конечного продукта: низкая прочность и высокая коррозийность требуют добавления компонентов, которые будут улучшать качество. Однако на практике доказано, что, повышая одно свойство, понижаются другие. Так высоколегированная нержавейка имеет низкие показатели механической прочности, а высококачественные углеродистые стали с получением прочности, получают коррозийность.

Главные компоненты химического состава стали – углерод и железо, причем углерода должно быть не больше 2,14%, железа не меньше 50%. Количество углерода в составе определяет ее классификацию: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые.

Если процент содержания углерода достаточно высок, то сплав получается с высокой твердостью, но прочность снижается.

с низким содержанием легирующих компонентов (до 2,5%);
среднелегированные – до 10%;
высоколегированные – до 50%.

Это указывается в маркировке числом процентного содержания для каждого элемента. Если нет числа, то это означает, что добавок меньше 1,5 %. Показатели углерода не отображаются, так как он присутствует во всех композициях. Содержание углерода стоит в начале маркировки. Такая же маркировка указывает на назначение сплава. Здесь также буквы, которые расположены в определенном порядке: начало, середина, конец.

Структура стали

Фазы указывают на строение металла, его физические качества и от которых зависит класс стального сплава: литейный, инструментальный и др.

Что такое раскисление

В процессе плавки в сплаве остается в небольшом количестве кислород. Чтобы снизить его содержание и восстановить железо применяют метод раскисления (реакция). Суть процесса заключается в добавлении соединений в расплавленное состояние металла. В процессе реакции освобожденный кислород начинает реагировать на углерод, появляется углекислый газ.

Кипящая. В данной стали низкое качество, так как реакция короткая и выход готового продукта больше;
Спокойная. Обладает высоким качеством, но малый выход продукта, поэтому она дорогая.
Полуспокойная. Это средний вариант с оптимальными показателями качества и цены.

Разная степень раскисления маркируется буквенными обозначениями: «кп», «сп», «пс».

Как маркируются легирующие добавки

Состав стального сплава маркируется буквами кириллицей, и отвечают названиям химических элементов.

Химический элемент	Буква
кобальт	К
никель	Н
вольфрам	В
молибден	М
титан	Т
марганец	Г
хром	Х
медь	Д
селен	Е
ванадий	Ф
ниобий	Б
бор	Р
цирконий	Ц
азот	А
алюминий	Ю
кремний	С

В таблице видно, что есть азот и кремний, которые не являются металлами. Не указан углерод, но он присутствует в любом виде стального сплава, поэтому при маркировке просто указывается его процентное содержание.

О цветной маркировке

Обозначение в цвете применяется только в прокатной стали. Это позволяет избежать ошибок при транспортировке и хранении. Для этого применяют точки или полосы. Назначение стального сплава маркируется «своим» цветом, но группа и раскисление не учитываются.

Желтый цвет применяется для конструкционных сталей: общего назначения, автоматные, цементированные, улучшенные.

Красный круг или полоса говорит о том, что данный вид относится к высокопрочному стальному сплаву: легированная, инструментальная, быстрорежущая, закаленная.

Синий цвет обозначает прокат из нержавейки: с серой, аустенитная, мартенситная.

Обозначением зеленого цвета маркируется сталь универсального применения: высокопрочный чугун, общего назначения, автоматные, цементированные, азотированные, улучшенные углеродистые.

Марки стали и их назначение

Согласно маркировке конструкционная углеродистая сталь 08 кп и 10 применяется для изготовления штампованных деталей (холодная штамповка и высадка), прокладок, трубок, метизов, колпачков, а также для деталей, которые не нуждаются в высокой прочности: втулки, упоры, валики, копиры, фрикционы, колеса с зубцами.
- 15, 20 для деталей с низкой нагрузкой, тонкие элементы, которые работают на истирание, крюки, рычаги, траверсы, болты, вкладыши.
- 30, 35 – для деталей под низким напряжением: шпиндели, тяги, оси, звездочки, диски, рычаги.
- 40, 45 – для элементов повышенной прочности: коленвалы, распределительные валы, зубчатые венцы, колеса, плунжеры, фрикционы, оси.
- 50, 55 – используется для изготовления прокатных валков, штоков, зубчатых колес, эксцентрики, рессоры. Перед изготовлением деталей сталь подвергается закалке.
- 60 – для производства прочных и упругих деталей: диски сцепления, пружинные кольца, прокатные валы.
Тонколистная, низколегированная, универсальная сталь имеет маркировку: 09Г2, 09Г2С, 10 ХСНД, 15 ХСНД, 15 ГФ. Сферы применения: машиностроение, судостроение, химическое машиностроение, вагоностроение. Это сварные конструкции, паровые котлы, детали вагонов, сложные и фасонные профиля.
Конструкционная легированная сталь маркируется: 15 Х, 15 ХФ, 18 ХГТ, 20 Х, 20 ХГР, 20 ХНЗА, 35 ХМ, 38 ХА, 40 Х, 40 ХС и другие применяются для изделий, которые функционируют на повышенных скоростях, для деталей узлов и механизмов, работающих под высокими нагрузками.
Стали и сплавы, стойкие к коррозии в своей маркировке имеют буквы Х, Н, С, АГ, ТГР, МТ, АМ, ДИ, Ю, Т. Сфера применения химическое машиностроение, газопереработка, нефтехимическая промышленность, пищевое производство, легкая промышленность, машиностроение, судостроение, а также в других областях, где работа деталей и механизмов сопряжена с агрессивными рабочими средами.
Инструментальная нелегированная сталь разных марок, маркируется: У, А, Г, и применяется в деревообрабатывающей промышленности, изготовления ручных инструментов, для ножей, штампов для кузницы, игольной проволоки, сердечников, а также инструмента с низкой износостойкостью: хирургический инструмент, бритвы, для гравировки.
Пружинная сталь применяется для производства рессор, пружин, подвергающихся большим нагрузкам и ответственные элементы в рессорах.
Сталь для подшипников (подшипниковая) востребована для изготовления подшипников и их элементов для работы станков, железнодорожного транспорта, авиадвигателей, в точном приборостроении, на прокатных станах.

Российские стандарты маркировки

Согласно российским стандартам, на стали обозначается маркировка, в которой указывается металлический состав и принадлежность к виду (частично). Если содержание углерода не превышает один процент, то его наличие в маркировке не участвует. В маркировку входят обозначения добавок, чтобы придать сплаву легирующие свойства. Они обозначаются десятыми и сотыми частями процента. Если какого-либо компонента менее полутора процентов, то его наличие отмечают только буквой.

Но не только химический состав присутствует в маркировке. Здесь есть символы, которые указывают на характеристики стального сплава для применения и уровень качества. Так буква «А» говорит о высоком качестве продукта.

Примерные расшифровки

Чтобы было понятно, как расшифровываются разные виды сталей, приведем несколько примеров, которые дают знания о маркировке.

Семейство конструкционных сталей — основа машиностроения и строительства

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.

Что такое конструкционная сталь

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

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.

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 450 o С) при высоком давлении пара. Качественный металлопрокат обладает хорошей свариваемостью, маркируются буквой «К» на конце (12К, 16К, 22К и т.д.).

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.

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.

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

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.

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.

Читайте также: