5

Классификация, маркировка и применение углеродистых сталей

Цель работы: 1) изучить классификацию углеродистых сталей по химическому составу, способу производства (качеству), назначению; 2) приобрести навыки в вопросе применения сталей различного назначения в промышленности.

Задание: 1. Выполнить индивидуальный вариант задания; 2. Ответить на вопросы теста.

Основные сведения

Сталь – железоуглеродистый сплав. Если помимо углерода (до 2%) и постоянных примесей (S, P, Si, Mn) в стали никаких специальных элементов не содержится, она называется углеродистой.

На долю углеродистой стали приходится 80% от общего объема выплавляемой стали. Это объясняется тем, что такая сталь дешева и сочетает удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением.

Классификация углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируются по химическому составу, способу производства (качеству), степени раскисления, структуре и назначению.

3.1 Классификация по химическому составу

По химическому составу (содержание углерода) стали подразделяются на низкоуглеродистые (менее 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3 – 0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С).

3.2 Классификация по способу раскисления

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируются на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляются марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделений. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенной количество кислорода, который при затвердевании удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, чем и вызвано ее название “кипящая”. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si0,07%), но с повышенным количеством газообразных примесей.

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими. В полуспокойных сталях содержится до 0,17 % Si, в спокойных - до 0,5 % Si. Содержание марганца во всех сталях - до 0,8%.

3.3 Классификация по качеству

Качество стали определяется нормой вредных примесей - серы и фосфора. Сера вызывает красноломкость стали - хрупкость при горячей обработке давлением.

Фосфор вызывает хладноломкость - снижение вязкости по мере понижения температуры.

Современные методы выплавки стали не обеспечивают полного удаления серы и фосфора. Количество этих элементов зависит от того, в каком плавильном агрегате сталь получена (конвертере, мартеновской печи, электропечи). Поэтому качество стали определяется способом производства. Наивысшее качество имеет сталь, выплавленная в электропечах, т.е. она содержит небольшое количество серы и фосфора.

Углеродистые стали выпускаются обыкновенного качества, качественные и высококачественные.

Стали обыкновенного качества

Выплавляются в конвертерах и мартеновских печах. Это наиболее дешевые и широко применяемые стали. В них допускается повышенное содержание вредных примесей (до 0,055% S и до 0,045% Р), а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями, так как они выплавляются по нормам массовой технологии.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) поставляют в виде проката (балки, прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.д.) и применяют в машиностроении и других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры – это условный номер марки, то есть на содержание углерода в стали цифры не указывают. Чем больше число, тем больше содержание углерода, тем выше прочность и ниже пластичность. Стали могут поставляться с учетом степени раскисления, наприме: Ст4кп, Ст4пс, Ст4пс, Ст4сп.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп: А, Б, В.

Стали ст0 - ст6 группы А используют в горячекатаном состоянии для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют исходную структуру и механические свойства, гарантированные стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом (по C, Si, Mn, P). Механические свойства не гарантируются. Принадлежность стали к группе Б указывается буквой Б, стоящей в начале марки (Бст0 - Бст6).

Стали этой группы предназначены для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковки, сварки и термической обработки). В этом случае сведения о химическом составе нужны для определения режимов горячей обработки.

Стали группы В поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Их широко применяют для производства сварных конструкций. В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так как они сохраняются неизменными в участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости нужны сведения о химическом составе.

Стали этой группы выпускают марок Вст1 - Вст5. В таблице 3.1 приведен химический состав сталей обыкновенного качества.

Таблица 3.1 - Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-94

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Mn	Si
Ст1кп Ст1пс Ст1сп	0,06 – 0,12	0,25 – 0,50	Не более 0,05
			0,05 – 0,15
			0,15 – 0,30
Ст2кп Ст2пс Ст2сп	0,09 – 0,15		Не более 0,05
			0,05 – 0,15
			0,15 – 0,30
Ст3кп Ст3пс Ст3сп Ст3Гпс	0,14 – 0,22	0,30 – 0,60	Не более 0,05
		0,40 – 0,65	0,05 – 0,15
			0,15 – 0,30
		0,80 – 1,10	Не более 0,15
Ст3Гпс	0,14 – 0,20		0,15 – 0,30
Ст4кп Ст4пс Ст4сп	0,18 – 0,27	0,40 – 0,70	Не более 0,05
			0,05 – 0,15
			0,15 – 0,30
Ст5пс Ст5сп	0,28 – 0,30	0,50 – 0,80	0,05 – 0,15
			0,15 – 0,30
Ст5Гпс	0,22 – 0,30	0,80 – 1,20	Не более 0,15
Ст6пс	0,38 – 0,49	0,50 – 0,80	0,05 – 0,15
Ст6сп			0,15 – 0,30

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) применяют для изготовления слабонагруженных деталей машин, когда на выбор стали большое влияние оказывают не столько механические, сколько технологические свойства, прежде всего, свариваемость и способность к холодной обработке давлением. Этим технологическим требованиям в наибольшей степени отвечают стали групп Б и В, номеров 1 - 4 и особенно Ст3 (всех трех групп), их широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении (валики, оси, рычаги, детали, изготавливаемые холодной штамповкой, а также цементуемые детали: шестерни, червяки, поршневые пальцы и т.д.).

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначены для рельсов, железнодорожных колес, валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин).

Качественные стали

Выплавляются также в конвертерах и мартеновских печах, однако норма вредных примесей снижена: S - не более 0,04%, P - не более 0,035%. Они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Качественные стали маркируются двузначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20...85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-74). Например, сталь 10 содержит 0,10% С, сталь 45 - 0,45% и т.п.

Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие - с индексами "пс" и "кп" соответственно. Кипящими производят стали 05кп - 20кп, полуспокойными - 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

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

Высококачественные стали

Выплавляются в электропечах. Содержание вредных примесей не превышает: S - не более 0,025%, P - не более 0,025%, механические свойства более стабильны.

Маркируются высококачественные стали так же, как и качественные, однако в конце марки ставится буква "А" . Например: 45А применяется для изделий ответственного назначения.