9.1. Углеродистые стали
По химическому составу стали делятся на две группы: углеродистые и легированные. Углеродистая сталь состоит, в основном, из двух химических элементов (железа и углерода), а легированная — из железа, углерода и специально введенных в сплав легирующих добавок. Механические свойства сталей во многом зависят от содержания углерода (рис. 9.1).
Сталь называется углеродистой (нелегированной), если в ней кроме углерода нет других легирующих элементов. Естественно, в сталях есть примеси химических элементов (сера, фосфор, марганец, кремний и т. д.), которые попали в нее из исходных веществ при производстве стали, т. е. из железной руды, угля, металлолома и чугуна.
По содержанию углерода стали делятся на:
- низкоуглеродистые, содержание углерода у них менее 0,3 %;
- среднеуглеродистые с содержанием углерода 0,3…0,5%;
- высокоуглеродистые, содержащие углерода более 0,5 %.
В Рис.
9.1. Влияние содержания углерода на
механические характеристики сталей:
твердость НВ и прочность в,
ударную вязкость н
и относительное удлинение 
Стали с содержанием углерода меньше 0,8 % называются доэвтектоидными, с 0,8 % — эвтектоидными и свыше 0,8 % — заэвтектоидными. У сталей с содержанием углерода 0,8…2,1 % сплав представляет собой механическую смесь перлита и цементита, количество последнего увеличивается с ростом содержания углерода. При содержании углерода 0,8 % (точка S — эвтектоидная точка) сплав железа и цементита носит название перлита. Он имеет слоистое строение зерна; в мягкой основной массе феррита параллельно друг другу располагаются мельчайшие твердые пластинки цементита.
Применение
сталей 
в зависимости от содержания углерода
видно из рис.9.2. Цифры в марках сталей
05, 08, …80 означают содержание углерода
в сотых долях %, а буквенные обозначения
кп, пс, сп – степень раскисления стали
(кипящая, полуспокойная и спокойная).
При малом содержании углерода (от 0,05 до 0,3 %) сталь хорошо прокатывается в листы, гнется, штампуется и вытягивается в холодном состоянии, хорошо сваривается и режется кислородом, но практически не закаляется, имеет относительно низкую твердость и износостойкость. Это строительные стали, из них прокаткой изготовляют трубы, листы, сталь угловую, швеллеры, двутавры и другой сортовой* прокат, используемый для изготовления строительных конструкций.
Стали с содержанием углерода 0,3…0,8 % являются машиностроительными. Из среднеуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,3…0,5 % делают валы и оси, а из высокоуглеродистых сталей (0,5…0,8 % углерода) — шестерни, рельсы и др.
С Рис.
9.3. Классификация углеродистых сталей
по качеству
По способу производства стали могут быть мартеновскими, бессемеровскими, электросталями и др. По степени раскисления при производстве стали делятся на:
— кипящие (кп) стали (большое содержание кислорода в окислах
*- Слова «сортовой прокат» не связаны с сортом (качеством) стали, а с сортаментом, т.е. с разнообразием видов проката (швеллер, двутавр и др.)
железа и менее 0,005 % Si), имеющие более низкий порог хладноломкости, поэтому эти стали (Ст1кп, БСт1кп, Ст2кп, Ст3кп, Ст4кп) не следует применять для конструкций, работающих при низких температурах;
— спокойные (сп) стали (Ст1сп, Ст2сп,…), которые более надежны при низких температурах;
— полуспокойные (пс) стали (Ст1пс, Ст2пс,…).
Углеродистые стали по качеству делятся на три группы (рис. 9.3):
- высококачественные;
- качественные;
- обыкновенного качества.
Высококачественные стали содержат наименьшее количество вредных примесей (S < 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А — высококачественная, высокоуглеродистая, инструментальная сталь, содержащая 0,8 % углерода.
Качественные углеродистые стали могут быть с обычным содержанием марганца (05кп, 08кп,… 25,… 85) и с повышенным (15Г, 20Г,20Г2,… 85Г). Цифра в начале марки качественных сталей означает содержание углерода в сотых долях %, индекс Г указывает на наличие марганца, а цифра в конце марки – его содержание в %.
Стали обыкновенного качества делятся на три группы: А, Б и В. Эти три группы связаны с видом нормированных показателей качества:
А - нормируются механические показатели;
Б - нормируется химический состав;
В - нормируются механические показатели и химический состав.
Группа А — это стали Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 (приложение 4). У этих сталей нормируются механические свойства (в, т, , изгиб). Цифра в марке стали означает ее условный номер и изменяется от 0 до 6; чем больше эта цифра, тем больше значение в и т. С увеличением цифры в марке стали от 0 до 6 несколько возрастает содержание углерода в стали. Индексы Б и В указываются только в марках сталей группы Б и В, а индекс А у сталей группы А опускается.
Имеются разновидности сталей группы А по раскислению (кп - кипящие, сп- спокойные, пс- полуспокойные) и по содержанию марганца: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп.
У сталей группы Б нормируется химический состав по углероду (от 0,23 до 0,49 %), кремнию (0,05…0,35 %) и марганцу (0,25…1,2 %): БСт0, БСт1,… БСт6 (приложение 5). Повторяются те же разновидности сталей, как и у группы А по раскислению и по содержанию марганца: БСт0, БСт1кп, БСт1пс,… БСт6.
У сталей группы В нормируется химический состав и механические свойства: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5 (в отличие от сталей групп А и Б в группе В нет сталей Ст0 и Ст6).
В конце марки указываются ее категория (от 1 до 6, причем цифра 1 для стали категории 1 не указывается).