14.2. Классификация и маркировка углеродистых сплавов

Углеродистые стали принято классифицировать по составу, назначению, структуре, раскисленности и качеству.

По составу углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делятся на три группы: низкоуглеродистые – содержание углерода до 0,3%; среднеуглеродистые – 0,3 – 0,6% углерода; высокоуглеродистые – больше 0,6% углерода.

По назначению углеродистые стали классифицируют на конструкционные и инструментальные.

По структуре в равновесном состоянии стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

По степени раскисленности углеродистые стали могут быть спокойными, полуспокойными или кипящими, т.е. полностью и не полностью раскисленные. Согласно ГОСТ 380–94 спокойные, полуспокойные и кипящие стали обозначают в конце марки буквами, соответственно сп, пс, кп. Главное различие этих сталей заключается в пластичности, распознаются они содержанием кремния. В спокойных сталях Si содержится свыше 0,15%, в полуспокойных – 0,05 – 0,15%, в кипящих – меньше 0,05%.

Спокойные стали раскисляют в процессе плавки не только марганцем, но и кремнием, как более сильным раскислителем. Эти стали содержат пониженное количество кислорода и различных окислов, поэтому имеют повышенный предел текучести. Кипящие стали не раскисляют кремнием. Они содержат его только в качестве примеси. Частичное удаление растворенного кислорода происходит при взаимодействии его с углеродом в процессе кипения стали. Кипящие стали имеют по сравнению со спокойными более низкий предел текучести при одинаковом пределе прочности и, в связи с этим, легче подвергаются холодной деформации. Однако эти стали более склонны к хрупкому разрушению, особенно при низких температурах, поэтому их используют при меньших динамических нагрузках. Полуспокойные стали по указанным свойствам занимают промежуточное положение. Они превосходят по пределу текучести кипящие стали и имеют более низкие температуры хрупкости. Их используют, в частности, для холодного выдавливания болтов и других деталей.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества (ГОСТ 380–94), качественные (ГОСТ 1050–88) и высококачественные (ГОСТ 1435–90). В основе классификации по качеству в основном лежит содержание в стали вредных примесей – серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества выплавляют только углеродистыми, они имеют повышенное содержание серы до 0,06%, фосфора до 0,07%. Стали обыкновенного качества уступают по механическим свойствам сталям других классов. Основным элементом, определяющим механические свойства сталей обыкновенного качества, является углерод. С повышением его концентрации возрастают прочностные свойства (временное сопротивление разрыву и предел текучести), но снижается пластичность и ударная вязкость (, , KCU).

Углеродистая сталь обыкновенного качества дешевая и во многих случаях удовлетворяет требованиям по механическим свойствам. Ее выплавка составляет около 80% всего производства углеродистых сталей. Из углеродистых сталей обыкновенного качества изготавливают прокат: балки, прутки, швеллеры, уголки; их применяют в строительных конструкциях: балки, фермы и для изготовления малонагруженных деталей: втулки, болты, гайки.

Стали обыкновенного качества марок Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 (цифра – номер марки) применяют в тех случаях, когда сталь надо подвергать сварке, горячей деформации. Для определения режима обработки необходимо знать химический состав стали.

Для всех сталей, кроме Ст0, справедлива следующая формула при определении среднего количества углерода:

С (%) ≈ 0,07  номер марки. (14.1)

Например, в стали Ст3 содержание углерода C ≈ 0,07  3 = 0,21 % (фактически по ГОСТ 380–94 С = 0,14 – 0,22 %). Механические свойства горячекатаных сталей регламентирует ГОСТ 535–88.

Из сталей обыкновенного качества Ст1, Ст2, Ст3 выпускаются листы, прутки, трубы, уголки, швеллера, двутавры, конструкции из которых изготавливаются методами сварки (рис. 14.4).

Стали металлургические заводы поставляют в виде прутков, листов, которые предназначены для изготовления высоконагруженных деталей (шпилек, болтов, гаек, осей, валов, деталей машин и приборов).

В качественных сталях максимальное содержание вредных примесей составляет не более 0,035% S и 0,035% P. Качественные стали, по сравнению со сталями обыкновенного качества, обладают более высокой пластичностью и вязкостью. Марки сталей обозначают цифрами и буквами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента и степень раскисленности, соответственно.

Рис. 14.4. Некоторые виды профилей, получаемых прокаткой

Низкоуглеродистые качественные стали 05кп, 08, 08кп, 10, 10кп – обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Эти стали применяют для малонагруженных деталей (шайб, змеевиков, для холодной штамповки изделий). Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода.

Качественные стали 15, 20, 25 – применяют без термической обработки. Они поступают в виде проката, поковок, труб, листов, ленты и проволоки и используются для деталей, работающих на излом и не испытывающих высоких нагрузок. Эти стали обладают хорошей свариваемостью и штампуемостью в холодном состоянии.

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50 по сравнению с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. В отожженном состоянии они достаточно хорошо обрабатываются резанием; относятся к числу улучшаемых сталей.

Стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 обладают более высокой прочностью, износостойкостью и упругими свойствами и применяются после закалки и отпуска для деталей, работающих в условиях трения, при наличии высоких статистических и вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготавливают пружины, рессоры, прокатные валки и т.д. Стали предназначаются для горячей обработки давлением, механической обработки, холодного волочения и имеют плохую свариваемость.

В высококачественных сталях (У7А, У8А, …, У13А) стремятся получить минимально возможное содержание серы S < 0,025% и фосфора P < 0,025%.

Поскольку стоимость стали при этом существенно увеличивается, конструкционные углеродистые стали редко выплавляют высококачественными. Для обозначения высокого качества стали в конце обозначения ее марки ставят букву А. Легированные стали выплавляют только качественными, а чаще высококачественными.

Особо высококачественными выплавляют только легированные стали и сплавы. Они содержат не более 0,015% серы и 0,025% фосфора. К ним предъявляют повышенные требования и по содержанию других примесей.

Стали обыкновенного качества выплавляют только углеродистыми, качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными, особо высококачественные – только легированными, а также присадочную проволоку для сварки, например таких марок, Св – 08АА, Св – 10АА (АА – признак особо-высококачественной стали).