Конструкционные стали

 

Конструкционные стали представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. Они классифицируются:

• по химическому составу (углеродистые и легированные);

• по обработке (цементуемые, улучшаемые);

• по назначению (пружинные, шарикоподшипниковые и т.д.)

• по применению (машиностроительные и строительные)

• по качеству (обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные)

• по степени раскисления (спокойные, полуспокойные, кипящие)

• по структуре (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные )

По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства.

Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей — серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных приме сей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07% Р, качественные — не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные — не более 0,025% S и 0,025% Р. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5% С), качественные и высококачественные — углеродистыми и легированными.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление — процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное содержание кислорода, который при затвердевании частично взаимодействует с углеродом и удаляется в виде СО. Выделение пузырьков СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали достаточно дешевые, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si < 0,07%), но с повышенным количеством газовых примесей. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

Легированные стали производят спокойными, углеродистые — спокойными, полуспокойными и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали делятся на: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; 2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.

Углеродистые стали

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ ОБЫКНОВЕННОГО КАЧЕСТВА

ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества

В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание вредных примесей и загрязненность неметаллическими включениями, так как их выплавляют по нормам массовой технологии.

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, трубы и т. п.) Для этих сталей марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94.

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных − «пс», в кипящих − «кп». Например, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 − Ст6, кипящими − Ст1 − Ст4.

Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С ≤ 0,23 %), серы (S ≤ 0,06 %) и фосфора (Р ≤ 0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Мn, Si, S, Р, а также АS (табл. 1).

Для всех сталей, кроме Ст 0, справедлива следующая формула:

С (%) ~ 0,07 номер марки.

Так, в стали Ст3 содержание С ~ 0,07·3 ~ 0,21 % (фактически 0,14 − 0,22 %).

Прокат из углеродистых сталей обыкновенного качества предназначен для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Этим технологическим требованиям в наибольшей степени отвечают низкоуглеродистые стали, из которых изготавливают сварные фермы, рамы и другие строительные металлоконструкции. На выбор стали большое влияние оказывают также технологические свойства, прежде всего свариваемость и способность к холодной обработке давлением.

Стали, поставляемые по техническим условиям, имеют также и специальное назначение: котло-, мосто- и судостроение. Стали Ст4 и особенно Ст3 широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении.

УГЛЕРОДИСТЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ СТАЛИ

К этим сталям предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %) и неметаллических включений. Качественные углеродистые стали выплавляют в электропечах, кислородных конвертерах и мартеновских печах по ГОСТ 1050-88. Качественные стали поставляют по химическому составу и по механическим свойствам (табл. 3).

Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15,…60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. При обозначении кипящей или полуспокойной в конце маркиуказывается степень раскисления: кп, пс. В случае спокойной сталистепень раскисления не указывается.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые до 0,25 % С (малопрочные и высокопластичные стали и цементуемые), среднеуглеродистые свыше 0,25 до 0,5 % С (улучшаемые) и высокоуглеродистые конструкционные стали до 0,65 % С.

ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали.

Низкоуглеродистые стали 05 кп, 08, 10, 10 пс обладают малой прочностью высокой пластичностью. Применяются без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей – шайб, прокладок и т.п.

Среднеуглеродистые стали 35, 40, 45 применяются после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки.

В нормализованном состоянии по сравнению с низкоотпущенным обладают большей прочностью, но меньшей пластичностью. После термического улучшения наблюдается наилучшее сочетание механических свойств. После поверхностной закалки обладают высокой поверхностной твердостью и сопротивлением износу.

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70,75 используются как рессорно-пружинные после среднего отпуска. В нормализованном состоянии – для прокатных валков, шпинделей станков.

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