9.1. Влияние углерода на свойства сталей.

С изменением содержания углерода изменяется структура стали. Если в стали содержание углерода меньше 0,8%, то ее структура состоит из феррита и перлита; сталь содержащая 0,8% С в меру своих природных особенностей, состоит из одного перлита; в стали содержащей больше 0,8 % С кроме перлита имеется вторичный цементит (рис. 13).

Рис. 13. Структура сталей с различным содержанием углерода

а – структура стали с 0,4% С, феррит + перлит

б – структура стали с 0,8% С, перлит

в – структура стали с 1,2% С, феррит + перлит +цементит(вторичный)

Рис. 14. Влияние углерода на механические свойства стали

Увеличение содержания углерода приводит к повышению прочности и понижению пластичности (рис. 14).

9.2. Влияние постоянных примесей на свойства стали. Постоянными примесями в сталях являются марганец, кремний, фосфор, сера, водород, азот, кислород. Обычно содержание этих элементов ограничивается следующими пределами, %: 0,8 Mn; 0,5Si; 0,05P; 0,05 S.

Марганец. Во время выплавки этот элемент вводят в сталь для удаления вредных примесей закиси железа – раскисления: FeO+Mn=MnO+Fe. А также для устранения вредных сернистых соединений. Марганец повышает прочность горячекатаных изделий.

Кремний. Также вводится специально и способствует раскислению стали 2FeO+Si=2Fe+SiO_2.

Фосфор. Руды железа, а так же топливо и флюсы, применяемые при выплавке металла, содержат фосфор. Его содержание в готовой стали изменяется в пределах 0,02…0,03%. Фосфор резко повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние, иначе вызывает хладноломкость стали и является вредной примесью.

Сера. Попадает в металл из руд и печных газов. Обычно содержание серы для высококачественной стали недолжно превышать 0,02…0,03%. Для стали обычного качества допускается более высокое содержание серы 0,03…0,04%. Сера делает сталь хрупкой при температурах от 800 ⁰С и выше т.е. в районе температур красного каления, иначе вызывает красноломкость стали. Является вредной примесью.

Газы. Водород, азот и кислород содержатся в сталях в небольших количествах до 0,008% и способствуют охрупчиванию металла.

9.3. Углеродистая сталь общего назначения

Горячекатаная сталь, поступающая от производителя в виде проката (прутки, балки, листы, трубы), наиболее применяемый материал для производства машин, станков, строительных металлоконструкций.

В соответствии с ГОСТ 380-71 предусматривается поставка сталей трех групп:

Группа А – с гарантируемыми механическими свойствами. Химический состав не гарантируется. Не предусматривается подвергать эту группу сталей горячей пластической деформации и сварке. Маркируется буквами Ст и номером 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6. Чем выше номер, тем выше прочность, но ниже пластичность. Свойства этих сталей приведены в таблице 1.

Таблица 2. Стали общего назначения группа А.

Марка стали	в, МПа	т, МПа, (не менее)	Б, %, (не менее)
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6	300 310-410 330-430 370-480 410-530 490-625 более 585	- - 205 225 245 265 294	22 32 31 25 23 19 14

Группа Б – с гарантируемым химическим составом. Данная группа сталей может подвергаться горячей обработке. Стали этой группы маркируются также как и стали группы А. Состав этих сталей приведен в таблице 2.

Таблица 3. Состав сталей общего назначения группы Б, %.

Марка стали	C	Mn
Ст0 Ст1 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6	Менее 0,23 0,06-0,12 0,09-0,15 0,14-0,22 0,18-0,27 0,28-0,37 0,38-0,49	- 0,25-0,50 0,25-0,50 0,30-0,65 0,40-0,70 0,50-0,80 0,50-0,80

Группа В – с гарантируемыми механическим свойствами и химическим составом (для сварных конструкций). Маркируется буквой В и цифрой. Сталь ВСт1 имеет механические свойства, как Ст1кп группы А (табл. 1) и химический состав, как Ст1 группы Б (табл. 2). Точно также определяются свойства и химический состав ВСт2, ВСт3 и т.д.

В зависимости от условий и степени раскисления различают стали:

спокойные "сп" (Cт1сп, Cт2сп, Cт3сп, Cт4сп, Cт5сп, Cт6сп );

полуспокойные «пс» (Cт1пс, Cт2пс, Cт3пс, Cт4пс, Cт5пс, Cт6пс);

кипящие «кп» (Cт1кп, Cт2кп, Cт3кп, Cт4кп).

Спокойные стали кристаллизуются спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляются только ферромарганцем и до затвердевания в них находится повышенное содержание FeO. При затвердевании после разливки FeO взаимодействует с углеродом стали, образуя СО, который выделяется в виде пузырьков, создавая впечатление, что металл кипит. Массовая доля серы должна быть не более 0,05%; фосфора - не более 0,04 %; азота - не более 0,008 %.