27. Углеродистая сталь общего назначения. Классификация углеродистых сталей по способу производства и условиям эксплуатации. Стали для листовой штамповки и автоматные.

Стали классифицируют по различным признакам: по химическому составу, качеству, способу раскисления, назначению, структуре.

По химическому составу стали подразделяются: на углеродистые и легированные. По качеству: на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Качество сталей зависит от металлургического процесса и определяется содержанием газов кислорода, азота, водорода и вредных примесей - серы и фосфора. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р, качественные - 0,035 S и 0,035 Р; высококачественные - не более 0,025 % S и Р; особовысококачественные - не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

По способу производства делятся на мартеновские. конверторные (бессемеровские) и электростали. По способу раскисления делятся на:

- спокойные, раскислены хорошо марганцем, кремнием и алюминием; в верхней части слитка образуется усадочная раковина, выход годного 85 -90 %;

- кипящие, раскислены не полностью, только марганцем; в процессе затвердевания FeO взаимодействует с углеродом стали и выделяется газ СО.

усадочной раковины не образуется, выход годного 95 - 100 %, кипящие стали дешевле спокойных, однако, по качеству им уступают из-за повышенной газонасыщенности;

- полуспокойные стали раскислены марганцем и алюминием и занимают промежуточное значение между спокойными и кипящими, выход годного стали составляет 90 - 95 %.

По назначению стали делятся на:

- конструкционные, предназначенные для изготовления деталей машин, строительных конструкций;

- инструментальные - применяют для изготовления различных инструментов: режущих, измерительных, для обработки металлов давлением, для плавки и кристаллизации сплавов;

- стали с особыми свойствами - имеют специфические физико-химические свойства (коррозионностойкие. жаропрочные, жаростойкие, магнитные и др.).Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам.

Углеродистые стали обыкновенного качества. Это наиболее дешевые стали, которые производят в большом количестве. Из них изготовляют горячей прокаткой балки, прутки, швеллеры, уголки, листы, трубы и т. п. В горячекатаном состоянии стали имеют феррито-перлитную структуру. Обычно их применяют без упрочняющей термической обработки.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп — А, Б и В (по ГОСТ 380—71).

Маркируют стали обыкновенного качества буквами Ст и условным номером от 0 до 6. Если сталь относится к группе А, то обозначение группы в марке не указывают: Ст0, Ст1, Ст2...Ст6. Если сталь относится к группе Б, то в начале марки ставят букву «Б»: БСт0, БСт1, БСт2...БСт6. Если сталь принадлежит к группе В, то в начале марки ставят букву «В»: ВCт1, ВСт2,...ВСт5.

Стали всех групп с номерами марок 1—4 производят кипящими, полуспокойными и спокойными, а с номерами 5 и 6 только полуспокойными и спокойными. Сталь марки Ст0 по степени раскисленности не разделяют. Кипящие стали маркируют в конце марки индексом «кп», полуспокойные «пс», спокойные «сп».

В зависимости от нормируемых показателей стали групп А, Б, В делят на категории 1, 2, 3...6. Категория (кроме категории 1) указывается цифрой в конце марки (например, СтЗпс2, ВСтЗспЗ и т. д.). Для сталей группы А нормируемыми показателями является механические свойства. С увеличением номера марки стали повышаются прочностные свойства и уменьшается пластичность стали, что объясняется увеличением в стали содержания углерода.

Стали группы А применяют в горячекатаном состоянии для конструкций и деталей, изготовление которых не связано с горячей деформацией и термической обработкой. Поэтому структура и механические свойства сохраняются в изделии такими, какими они гарантируются стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантируемым химическим составом. Механические свойства их не гарантируются. Поскольку известен химический состав, то стали группы Б можно подвергать горячей обработке давлением, а изготовленные из нее детали — термической обработке. Для установления режима горячей деформации и термической обработки необходимы данные о химическом составе стали.

Стали группы В поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. При этом механические свойства сталей группы В соответствуют свойствам, установленным для сталей группы А аналогичных марок, а по химическому составу — составу сталей группы Б тех же марок. Так, механические свойства стали ВСт2кп такие же, как у стали Ст2кп, а химический состав, как у стали БСт2кп. Стали этой группы выпускают марок ВСт1...ВСт5.

Стали группы В используют для сварных строительных конструкций. Свариваемость — одно из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, так как большинство строительных конструкций сварные. Свариваемость зависит в первую очередь от содержания в стали углерода. С увеличением содержания углерода свариваемость ухудшается. Поэтому хорошо свариваются стали с низким содержанием углерода (С < 0,22—0,25 %). Поскольку сварочному нагреву подвергается только ограниченная часть конструкции, то гарантированные в состоянии поставки механические свойства остаются неизменными на большей ее части, не подвергавшейся сварочному нагреву. Углеродистые стали обыкновенного качества всех трех групп применяют в сварных, клепаных, соединенных болтами металлических конструкциях и сооружениях, а также для изготовления слабонагруженных деталей машин.

Листовая сталь для штамповки. В машиностроении большое количество деталей изготавливают из листовой стали методом холодной штамповки, при этом происходит значительная и сложная пластическая деформация стали (глубокая вытяжки). Поэтому от листовой стали для холодной штамповки требуется высокая способность к вытяжке. Для холодной штамповки преимущественно применяют тонколистовую холоднокатаную качественную низкоуглеродистую сталь 08кп. В этой стали содержание углерода 0,05—0,12% и 0,03% Si, что положительно, так как углерод и кремний уменьшают способность стали к вытяжке. Тонколистовую сталь для холодной штамповки изготавливают в соответствии с ГОСТ 9045—80. Приемку листов ведут по механическим свойствам, микроструктуре и штампуемости. В состоянии поставки листы имеют низкую прочность s_т < 190 — 210 МПа, s_в<260— 360 МПа и высокую пластичность d = 42—50%. Большое влияние на штампуемость оказывает величина зерна стали.

При штамповке стали с крупным зерном получается шероховатая поверхность, так называемая «апельсиновая корка». Такая поверхность с трудом поддается полированию и защитным покрытиям. Лучше штампуется сталь с мелким зерном. Штампуемость снижается при наличии разнозернистости. Сталь с неоднородной разнозернистой структурой деформируется при штамповке неодинаково, в результате чего образуются разрывы. Штампуемость ухудшается также при выделении по границам зерен феррита третичного цементита в виде сетки или цепочки. Это приводит к возникновению при штамповке разрывов листа.

Способность листовой стали к холодной штамповке определяют технологической пробой на выдавливание (вытяжку). Стали 08Ю и 08Фкп применяют для особо сложной штамповки.

Стали 08кп, 08Ю, 08Фкп используют в машиностроении для холодной штамповки деталей сложного профиля, от которых не требуется высокой прочности (например, детали кузова автомобиля). Для штамповки более простых деталей могут быть использованы стали 10кп, 15кп, 20кп, а также полуспокойные и спокойные стали тех же марок.

Автоматные стали. Автоматные стали — это стали, обладающие высокой обрабатываемостью резанием. Они предназначены для массового изготовления деталей на металлорежущих станках-автоматах. Для улучшения обрабатываемости резанием в стали вводят повышенное по сравнению с обычными углеродистыми сталями количество серы и фосфора. При обработке резанием богатых серой и фосфором сталей образуется короткая и ломкая стружка, условия резания облегчаются, так как стружка легко отделяется, устраняется налипание обрабатываемого материала на инструмент. Поверхность обрабатываемой детали получается гладкой, что особенно важно для деталей с мелкой резьбой (болтов, гаек, винтов и пр.). Стойкость режущего инструмента при обработке автоматных сталей повышается, а скорость резания допускается больше, чем при обработке обычных углеродистых сталей. Автоматные стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для улучшения обрабатываемости резанием в автоматные стали в количестве 0,15—0,30 % вводят также свинец. Железо и свинец практически не сплавляются друг с другом. В жидкой стали свинец находится в виде мельчайших капелек, образуя «эмульсию».

После затвердевания мельчайшие частицы свинца равномерно распределяются в объеме стали и практически не влияют на механические свойства при комнатной температуре. При резании частицы свинца, расплавляясь, играют роль смазки и снижают трение и усилие резания. Недостаток свинцовосодержащих сталей в том, что свинец ухудшает горячую обработку давлением. Свинцовосодержащие стали маркируют так же, как и другие автоматные стали, только после буквы А ставят букву С (например, АС14, ЛС40).