2.10. Углеродистые стали.

Углеродистые стали относятся к числу самых распространенных конструкционных материалов. Объем их производства достигает 80% от общей выплавки стали. Достоинствами сталей этого класса являются удовлетворительные механические свойства в сочетании с технологичностью обработки и низкой стоимостью. К главным недостаткам углеродистых сталей относятся высокая критическая скорость закалки, небольшая прокаливаемость (до 15мм), невысокая стойкость к отпуску.

Выпускают углеродистые стали трех групп: обыкновенного качества; качественную (общего назначения); специального назначения (котельную, мостовую, судостроительную и др.) (табл. 2.3.).

Стали обыкновенного качества. Углеродистые стали обыкновенного качества предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Они широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

К недостаткам углеродистых сталей обыкновенного качества можно отнести то, что они часто не обеспечивают требуемых свойств по хладностойкости при эксплуатации сварных металлоконструкций в условиях Сибири и Крайнего Севера, где проявляются более суровые климатические условия. Существенным недостатком строительных углеродистых сталей является их малая прочность, что приводит к большому расходу металла и увеличению массы металлоконструкций.

Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380-94 обозначаются следующим образом: Ст3сп, Ст5кп, Ст7 и др. Здесь Ст – буквы, указывающие на принадлежность стали к группе сталей обыкновенного качества, следующая за ними цифра от 0 до 6 указывает на содержание углерода, в конце наименования стали привидятся буквы, определяющие степень ее раскисления (кп – кипяшая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. В обозначение сталей с повышенным содержанием марганца после цифры добавляется также буква Г. Например, Ст3Гсп (табл. 2.3.).

Таблица 2.3.

Содержание углерода в сталях обыкновенного качества.

Обозначение стали	Содержание углерода, %	Обозначение стали	Содержание углерода, %
Ст0	<0,23	Ст4	0,18-0,27
Ст1	0,06-0,12	Ст5	0,28-0,37
Ст2	0,09-0,15	Ст6	0,38-0,49
Ст3	0,14-0,22

Перед маркой указывают группу стали, причем группа A в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют в конце номер соответствующей категории, первую категорию обычно не указывают.

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, номер марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, номер марки 5, первой категории, с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

БСт0 - углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и ВСт0 по степени раскисления не разделяют).

Пачки, концы или торцы прутков стали всех марок независимо от группы и степени раскисления маркируют несмываемой краской следующих цветов: сталь Ст0 - красной и зеленой, Ст1 - белой и черной, Ст2 - желтой, Ст3 - красной, Ст4 - черной, Ст5 - зеленой, Ст6 - синей.

Качественные стали. Качественные стали поставляются по ГОСТ 1050 - 88. Содержание серы и фосфора в них допускается в пределах 0,03 - 0,04% каждого из элементов. В машиностроении эти стали используются для изготовления деталей чаще всего неответственного назначения и являются достаточно дешевым материалом. Они имеют более низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений, чем стали обыкновенного качества. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

К углеродистым сталям относят также стали с повышенным содержанием марганца (0,7 – 1 %) марок 15Г, 20Г, 25Г, 70Г, имеющих повышенную прокаливаемость.

Качественные стали маркируют следующим образом:

1) в начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации:

а) в сотых долях процента для большинства сталей:

сталь с содержанием углерода 0,07 – 0,14 % обозначается 10, сталь с содержанием углерода 0,42 – 0,50 % - 45, а сталь с углеродом 0,57 – 0,65 % - 60;

60 - сталь углеродистая качественная, спокойная, содержит в среднем 0,60 % углерода;

05кп - сталь углеродистая качественная, кипящая, содержит 0,05 % углерода;

б) в десятых долях процента для инструментальных сталей, которые дополнительно снабжаются буквой "У":

У7 - углеродистая инструментальная качественная сталь, содержащая 0,7 % C, спокойная (все инструментальные стали хорошо раскислены);

У12 - углеродистая инструментальная качественная сталь, спокойная, содержит 1,2 % C;

• легирующие элементы, входящие в состав стали, обозначают русскими буквами:

А - азот K - кобальт T - титан

Б - ниобий М - молибден Ф - ванадий

В - вольфрам Н - никель Х - хром

Г - марганец П - фосфор Ц - цирконий

Д - медь P - бор Ю - алюминий

Е - селен C - кремний Ч - редкоземельные металлы

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, находится цифра, то цифра указывает содержание легирующего элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит 0,8-1,5 % легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в сталях обычно до 0,2-0,3 %), а также бора (в стали с буквой P его должно быть не менее 0,0010 %) и некоторых других элементов.

14Г2 - низколегированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 0,14 % углерода и до 2,0 % марганца.

03Х16Н15М3Б - высоколегированная качественная сталь, спокойная, содержит 0,03 % C, 16,0 % Сr, 15,0 % Ni, до 3,0 % Мо, до 1,0 % Nb.

Строительные стали. Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буква К в конце наименования указывает на сталь повышенной коррозионной стойкостью, буква Т – на термоупрочненный прокат, а буква Д – на повышенное содержание меди, например, С255, С345Т, С390К, С440Д.

Высококачественные и особовысококачественные стали маркируют так же, как и качественные, но в конце марки высококачественной стали ставят букву "А" (буква "А" в середине марочного обозначения указывает на наличие азота, специально введенного в сталь), а после марки особовысококачественной - через тире букву "Ш".

У8А - углеродистая инструментальная высококачественная сталь, содержащая 0,8 % углерода;

30ХГС-Ш - особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30 % углерода и от 0,8 до 1,5 % хрома, марганца и кремния каждого.

Инструментальные стали, предназначены для изготовления малоответственного режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Они являются наиболее дешевыми. Недостатком инструментальных углеродистых сталей является потеря прочности при нагреве выше 200 ºС. Инструмент, изготовленный из этих сталей, применяют для обработки сравнительно мягких материалов и при небольших скоростях резания или деформирования.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента, например, А11, А20 и т.д. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания АС, например, АС14 (Свинец легируют с целью получения у стали хорошей обрабатываемости резанием, и ее широко применяют для изготовления деталей двигателей).

Стали А11, А12, А20 используются для крепежных деталей и изделий сложной формы, не испытывающих больших нагрузок, но к ним предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоты поверхности.