Твердость сталей обыкновенного качества

Обновлено: 07.01.2025

С металлургической точки зрения любая сталь представляет собой химическое соединение углерода и железа с (не считая стандартных примесей типа серы и фосфора). Обыкновенные стали (или, точнее, стали обыкновенного качества) принято различать по структуре и механическим свойствам.

Общие характеристики

Эксплуатационные показатели производимой продукции часто устанавливают различия между чаще всего встречающимися областями применения и частотой вероятных отказов. Значения этих характеристик следует непременно учитывать при определении оптимальной марки продукта, соответствующей условиям своего будущего применения.

Общими характеристиками сталей обыкновенного качества считаются твёрдость, сопротивление вязкому разрушению, предел временного сопротивления, предел пластичности (или текучести), относительное удлинение или уменьшение размеров поперечного сечения проката, способность к свариваемости. Значительно реже принимаются во внимание прочность по динамическим или ударным нагрузкам, стойкость против коррозионных факторов, а также длительная прочность/ ползучесть – параметры, определяющие специфические показатели данных материалов.

Твёрдость представляет собой меру устойчивости материала от вредных воздействий противостоять трению и износа. Твёрдость оценивается по шкалам Роквелла (HRc), Бринелля (HB или HRB), или Виккерса (HV). Для сталей обыкновенного качества термическая обработка применяется редко, поэтому данный показатель обычно учитывается в ограниченном количестве применений.

Прочностью называют способность материала воспринимать внешние энергетические воздействия без образования внутренних и/или внешних трещин с потерей сплошности изделия. С другой стороны, прочность на растяжение представляет собой предел временного сопротивления материала при снятии внешних усилий. Прочность на растяжение измеряется в МПа. Необходимо дифференцировать прочность и твёрдость, поскольку материал, который может формоизменяться без видимых поверхностных повреждений, может обладать высокой поверхностной твёрдостью, но одновременно и хрупкостью при внезапном приложении усилия.

Предел текучести - это величина усилия, при превышении которого в материале начинают происходить необратимые пластические деформации, чаще всего, деформации сдвига или изгиба. Эти усилия относят к единице поперечного сечения профиля. Оба прочностных показателя измеряются в МПа.

Относительное удлинение - это предельная линейная деформация, на которую материал можно растянуть или сжать до начала трещинообразования. Обычно определяется в процентах или относительных единицах от длины или площади поперечного сечения образца, соответствует моменту начала образования трещины или разрушения изделия.

Таким образом, свойства, которыми обладают стали обыкновенного качества, определяются, с одной стороны, химическим составом металла (т.е. элементами, которые присутствуют в исходной плавке) и дальнейшим возможным режимом его термической обработки.

Состав обыкновенных сталей

Химический состав и свойства рассматриваемого вида продукции отечественного производства регламентируются ГОСТ 380-94. Стандарт ограничивает процентное содержание углерода ( оно не может превышать 0,6 %), а также рекомендуемые области применения.

Классификация ведётся по следующим признакам:

по химическому составу;

по принятой технологии раскисления;

по рекомендуемым сферам применения.

Химический состав обыкновенных сталей варьируется в следующих пределах:

Углерод, % - 0,06…0,49;
Железо, % - 0,25…1,20;
Кремний, % - 0,05…0,30;
Хром, никель, медь (суммарно, %), не более – 0,30…0,40. Для сталей, выплавляемых из металлолома, допускается незначительное превышение данного показателя.

Кроме обязательных составляющих, обыкновенные стали содержат нежелательные примеси – мышьяк, серу и фосфор. Их процентное содержание ограничивается: для мышьяка – 0,08%, для серы 0,5…0,06%, для фосфора 0,04…0,07 %.

В зависимости от технологии раскисления в составе сталей обыкновенного качества присутствуют алюминий, титан, а также некоторые железные сплавы-раскислители, например, ферросилиций. Количество таких компонентов в плавке не может быть выше 0,05 %.

В продукции, которая производятся по техническим требованиям ГОСТ 380-94, допускается наличие связанного азота – в пределах 0,01…0,013%. Остальные технические требования согласовываются с потребителем проката.

Сферы применения

Несмотря на низкую себестоимость процессов выплавки данных материалов, они настолько универсальны, что не требуют особых затрат в применении. Более того, достаточно длительное время углеродистые стали обыкновенного качества являются одним из самых популярных материалов для различных повседневных работ и применений - от сельского хозяйства до тяжёлого машиностроения.

Строительство зданий и сооружений со стальным каркасом. Стали обыкновенного качечства часто выбирают за их хорошую прочность, сейсмостойкость, свариваемость, невосприимчивость к гниению и повреждению насекомыми или грибками.

Детали машин. В зависимости от внешних нагрузок могут быть выбраны оптимальные сочетания железа и углерода, чем определяются требуемые показатели прочности, пластичности и твердости. Благодаря низкому содержанию углерода материалы такого вида можно обрабатывать давлением - прессовать, формовать, а также сваривать и обрабатывать на металлорежущих станках без разрушения.

В бытовых применениях ножи, которые изготовлены из низкоуглеродистой нелегированной стали, могут хорошо сохранять кромку и дольше оставаться острее. Такие продукты достаточно стойки от воздействия высоких температур, по существу, являются неплохим антипригарным материалом.

Гальванизированные гладкие трубы из углеродистой стали чрезвычайно популярны для использования в качестве опор, стоек и свай, поскольку обладают высокой пластичностью. Трубы из таких материалов легко свариваются и имеют достаточную гибкость, чтобы избежать трещин или поломок под давлением.

После механической обработки и сварки данные стали хорошо смотрятся в составе металлических ворот или ограждений. Антикоррозионная стойкость возрастает после окраски таких конструкций, либо нанесения поверхностных покрытий методами цинкования, воронения и пр.

Особенности маркировки

ГОСТ 380-94 предусматривает следующие особенности маркировки:

Цифрами от 0 до 6, которыми устанавливается порядковый номер марки по её химическому составу;
Буквосокращением «Ст.», указываемым в начале условного обозначения и подтверждающим соответствие стали обыкновенного качества нормам ГОСТ 380-94;
При повышенном содержании какого-то химического элемента буква, ему соответствующая, указывается после условного обозначения марки. Обычно встречаются буквы Г (марганец) и Ю (алюминий);
Сочетанием условных обозначений, которые указывают на способ раскисления. Так, буквы «кп» указывают на кипящую (нераскислённую), буквы «пс» - на полуспокойную, а буквы «сп» - на спокойную (полностью раскислённую) сталь. Марка обыкновенной стали предусматривает обязательно указывать в конце обозначения реализованную степень раскисления.

Особой маркировке подлежат стали обыкновенного качества, которые производятся по стандартам ISO 630-80 и ISO 1052-82. В обозначении таких материалов присутствует химический символ железа (Fe) и условное цифровое обозначение - от 310 до 690. Для продукции данной группы оговариваются более жёсткие требования, которые касаются наличия вредных металлургических примесей. Также предусматриваются дополнительные ограничения по размеру зерна в микроструктуре.

Стали углеродистые. Марки, свойства и их применение

Сталь является наиболее распространенным материалом в машиностроении. Создание новых более совершенных машин стимулирует создание марок сталей со свойствами, отвечающими современным требованиям в машиностроении. При этом ранее созданные марки сталей, с учетом новых технологий их производства, продолжают быть востребованы конструкторами при создании новых и совершенствовании действующих машин. Принято выделять следующие группы сталей:

углеродистые стали, которые в общем объеме составляют примерно 80%,
легированные стали конструкционные и инструментальные,
стали с особыми свойствами специального назначения и др.

1. Стали углеродистые обыкновенного качества

Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката — горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 — валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.

В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы:

А — поставляемые по механическим свойствам,
Б — поставляемые по химическому составу,
В — поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории:

группа А — 1, 2 и 3-я;
группа Б — 1, 2,-я;
группа В — 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.

Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σ_в и предел текучести σ_т и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 1 и 2).

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение

заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи.

от которых требуется высокая твердость поверхности и

невысокая прочность сердцевины, крюки кранов,

Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 2.

Таблица 2. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества

2. Стали углеродистые качественные конструкционные

Являются основным металлом для изготовления деталей машин (валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, шпонок, муфт, фланцев, фрикционных дисков, винтов, гайек, упоров, тяг, цилиндров гидроприводов, эксцентриков, звездочек цепных передач и др.), которые при взаимодействии в работающей машине воспринимают и передают различные по величине нагрузки. Эти металлы хорошо обрабатываются давлением и резанием, льются и свариваются, подвергаются термической, термомеханической и химико-термической обработке.

Различные специальные виды обработки обеспечивают вязкость, упругость и твердость сталей, позволяют делать из них детали, вязкие в сердцевине и твердые снаружи, что резко увеличивает их износостойкость и надежность. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки.

Таблица 3. Основные свойства стали углеродистой качественной конструкционной

Качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами (ГОСТ 1050-88), чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и неметаллических включений. По видам обработки их делят на горячекатаную, кованую, калиброванную и серебрянку (со специальной отделкой поверхности).

Обозначение марки стали составляют из слова «Сталь» и двузначной цифры, которая указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, Сталь 25 содержит 0,25% углерода (допустимое количество углерода — 0,220,30 %), Сталь 60-0,60 % (допустимое количество -0,57-0,65%). Степень раскисления в марках спокойных сталей не отражается, а в марках полуспокойных и кипящих сталей, как и сталей обыкновенного качества, обозначается буквами «пс» и «кп» соответственно. В качественных конструкционных сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040% и фосфора — не более 0,035%.

Основные свойства углеродистой качественной конструкционной стали приведены в табл. 3, основное назначение — в табл. 4. Цвета маркировки приведены в табл. 5.

Таблица 4. Стали углеродистые качественные конструкционные, их основное назначение

Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной

3. Стали углеродистые инструментальные

Из инструментальных углеродистых сталей получают горячекатаную, кованую и калиброванную сталь, сталь серебрянку, сталь для сердечников, а также слитки, листы, ленту, проволоку и другую продукцию. Из этих сталей изготовляют режущий инструмент для обработки металлов, дерева и пластмасс, измерительный инструмент, штампы для холодного деформирования.

Теплостойкость инструментальных углеродистых сталей не превышает 200°С, при нагревании выше этой температуры они теряют свою твердость, а следовательно режущие свойства и износостойкость.

Инструментальные углеродистые стали условно можно разделить на две группы (ГОСТ 1435-99):

качественные стали У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13;
высококачественные марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А.

В качественных инструментальных углеродистых сталях допускается содержание 0,03% серы и 0,035% фосфора, в высококачественных — 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, полученные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:

1-я — качественные стали всех марок, предназначенные для изготовления продукции всех видов (кроме патенти- рованной проволоки и ленты);
2-я — высококачественные стали всех марок, предназначенные для тех же целей, что и стали первой группы;
3-я — стали марок У10А и У12А для изготовления сердечников;
4-я — стали всех марок для производства патентированной проволоки и ленты;
5-я — стали марок У7÷У13 для изготовления горяче- и холоднокатаных листов и лент, в том числе термически обработанных толщиной до 2,5 мм (кроме патентированной ленты), а также стали этих марок для производства горячекатаной и кованой сортовой стали и холоднотянутой шлифованной стали (серебрянки).

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (63÷64 HRC₃), значительно превышающей твердость обрабатываемого материала, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять свойства при высоких температурах).

Измерительный инструмент, изготовленный из такой стали, должен быть прочным (а_в = 590÷640 МПа), длительное время сохранять заданные размеры и форму. Рабочие детали штампов и накатных роликов для холодного деформирования (вытяжки, гибки, высадки, пробивки отверстий, накатки, раскатки), сделанные из этой стали, должны иметь высокую твердость, обладать износостойкостью при достаточной вязкости. Все это достигается путем закалки с отпуском, а для измерительного инструмента и за счет искусственного старения. В табл. 6 приведены свойства углеродистой инструментальной стали, в табл. 7 — примерное назначение инструментальной углеродистой стали.

Таблица 6. Свойства стали углеродистой инструментальной (ГОСТ 1435 — 74)

Таблица 7. Примерное назначение стали углеродистой инструментальной

Как правило, изготовлению инструмента предшествует отжиг на зернистый цементит, который способствует лучшей обрабатываемости резанием и уменьшает коробление деталей при закалке.

Сталь конструкционная качественная углеродистая

Углеродистые качественные стали не без основания называют универсальными. Их применение широко распространено не только в машиностроительной отрасли и связанных с ней сферах, но и в строительстве. Из углеродистых качественных сталей изготавливают отдельные элементы и цельные конструкции.
Распространенность свою сталь качественная конструкционная углеродистая и сплавы на ее основе получила благодаря своим характеристикам, которые обеспечивают долгий срок эксплуатации и эффективность использования изделий из нее.
Во время выплавки к качественным сталям предъявляются строгие требования к выбору сырья, способу разливки, технологии плавки.

Сталь конструкционная качественная углеродистая

Классификация качественных углеродистых сталей

Классифицировать углеродистые качественные стали конструкционные стали можно по следующим признакам:

По назначению:
1. для использования в машиностроении;
2. для использования в строительстве;
По количеству содержания примесей, снижающих качество:
1. обыкновенного качества;
2. качественные;
3. высокого качества;
4. особо высокого качества;

По составу:

наличие углерода:

малоуглеродистые;
среднеуглеродистые;
высокоуглеродистые;

низколегированные;
среднелегированные;

По способу поставки:
1. кованная;
2. катанная;
3. калиброванная;

По обработке:
1. обыкновенные;
2. котельные;
3. автоматные;

По степени раскисления:
1. кипящая (кп);
2. полуспокойная (пс);
3. спокойная (без обозначения).

Наглядная классификации видов стали

Раскисление оказывает влияние на однородность внутренней структур металла. Лучшей по однородности является спокойная (а, г), за ней следует полуспокойная (в, е) и менее качественная кипящая (б, д). Внутренняя структура хорошо показана на рисунке.

Общая характеристика качественных углеродистых сталей

Основными отличиями качественных сталей от сталей обыкновенного качества являются:

малое количество снижающих качество примесей: серы с фосфором;
узкий диапазон количества углерода;
увеличенное количество марганца или кремния.

Сталь поставляется от производителя с гарантией заявленного состава химических элементов и присущих им механических свойств.

Говоря о характеристиках качественных сталей следует выделить самые значимые:

высокая прочность;
пластичность;
вязкозть ударная.

Изменение структуры стальных слитков в процессе твердения

Но для улучшения эксплуатационных характеристик сотрудники институтов и лабораторий экспериментируют над химическим составом, способами повышения прочности и твердости поверхностей, методами термической обработки, способами плавки и разливки металла. Механические свойства углеродистых качественных сплавов зависят от химического состава.

Свойства присущие углеродистым сплавам:

Низкоуглеродистым – низкая прочность при высокой пластичности. Используются при производстве и изготовлении деталей и узлов со сложной конструкцией и небольшими нагрузками.Свойства присущие углеродистым сплавам:
15-20 – для неответственных деталей, которые не нуждаются в дополнительной термической обработке или подвергнутые нормализации.
Среднеуглеродистые – для изготовления деталей, для которых предъявляются требования высокой твердости, но с пониженной пластичностью. Изделия, для которых необходима термическоя обработка: закалка поверхностного слоя, улучшению, нормализации. Для облегчения обработки резанием среднеуглеродистые стали подвергаются отжигу.
Высокоуглеродистые, а также с дополнительно введенным марганцем – обладают высокими показателями упругости и стойкости к износу. Поэтому из нее изготавливают пружинные изделия.
Автоматные – используются для обработки на автоматизированных станках. Фосфор и сера в большем количестве способствуют образованию мелкой стружки, что положительно сказывается на обрабатываемости, стойкости инструмента, но страдает шероховатость обрабатываемых поверхностей.

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Область применения достаточно широка. Основными потребителями сплавов являются машиностроительная и строительная отрасли. Одним из достоинств считается хорошая свариваемость.

Как следует из названия, «конструкционная» — значит использующаяся для строительных металлоконструкций. Другое название – арматурные стали.

Рассматривая основные марки качественных сталей, использующиеся промышленными предприятиями можно разделить по назначению.

Качественные низкоуглеродистые стали 05-10. Основное их назначение изготовление ответственных и качественных конструкций с помощью сварки (повышение количества углерода способствует понижению свариваемости). Небольшое количество углерода после сварочных работ не провоцирует образование трещин как горячем, так и в холодном состоянии.

Качественные низкоуглеродистые стали 12-20. Основное их назначение изготовление элементов конструкций и деталей, которые не ответственные, малонагруженные, в последствии цементируемые. Обрабатываются резанием, холодной штамповкой, сложной вытяжкой. Требования к поверхности: износостойкость, высокая твердость при мягкой сердцевине. Изготавливаются машиностроительные элементы (вал, ось, болт, муфта, вилка, рычаг, фланцы и прочие), а также элементов котлового оборудования, работающего при высоком давлении и температурах от -40°С до 450°С (трубопровод, тройник, соединительный фланец и прочие).

Качественные среднеуглеродистые стали 25-35. Детали, изготовленные из данного материала, работают при средних нагрузках и с невысокими напряжениями. После химико-термического воздействия обладают высокой прочностью поверхностного слоя, износостойкостью, но с незначительной прочностью сердцевины детали (гайка, винт, собачка, крюк, кулачок, звездочка и прочие).
Качественные среднеуглеродистые стали 40-45. После термической обработки изделия из данного материала хорошо переносят средние нагрузки (вал, шестерня, шатун и прочие). Для получения заготовок используется метод горячей объемной штамповки. Подвергаются всем способам термической обработки. У всех среднеуглеродистых сталей после закалки и следующего за ним высокого отпуска внутренней структурой становится отпускной сорбит. В связи с чем повышается вязкость с пластичностью, а это низкая чувствительность у концентраторов напряженности. При увеличении диаметра изделия снижается его прокаливаемость.

Качественные среднеуглеродистые стали 50-55. Детали из этих сталей являются высоконагруженными элементами механизмов и агрегатов (муфта, шестерня, кольцо пружинное и прочие).
Качественные высокоуглеродистые стали 60-80 (Г). Изготавливаются детали, подвергающиеся постоянным напряжениям сжатия, которые эксплуатируются в условиях трения (эксцентрик, рессора, пружина и прочие), а также работающие при больших нагрузках динамических и статических (торсион, крестовина).

Качественные котельные стали 12К-22К. Применение нашли при изготовлении деталей, работа котрых сопряжена с повышенными температурами и высоким давлением. Для улучшения свариваемости в состав вводится титан, а раскисление производится за счет алюминия. Из нее изготавливают сосуды и котлы, работающие с турбинами, камерами сгорания на суднах и паровых агрегатах.

Сталь автоматная. Широко применяется при промышленном производстве крепежных изделий для автомобилей и узлов, работающих при статических нагрузках (болт, гайка, шпилька).

Для обозначения используется буквенно-цифровой индекс. Цифры говорят о процентном содержании углерода (0,00%). Буквы (кп, пс или сп) говорят о степени раскисления, о повышенном количестве марганца (Г), алюминия (Ю), ванадия (Ф) и о способе обработки. Буква А, стоящая перед цифрами обозначает сплав автоматный, буква К после цифр – сплав котловой, ПВ – изготовлена горячим прокатыванием, ОсВ – металл для производства железнодорожных осей вагонов. Для обозначения качественных сталей в отличие от обыкновенного качества перед маркировкой пишется «Сталь».

Сталь 10. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления спокойная.
Сталь 10 кп. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления кипящая.
Сталь 20Г. Содержание углерода порядка 0,2%, марганца до 1%.
Сталь 30Г2. Содержание углерода порядка 0,3%, марганца до 2%.
Сталь А20. Автоматная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.
Сталь 20К. Котельная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.

Зарубежные производители аналогичной продукции производят маркировку по собственным стандартам.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Углеродистая сталь обыкновенного качества на протяжении длительного времени и в большом количестве используется для изготовления конструкций. Массовое использование позволило производителям выпускать углеродистые стали обыкновенного качества в массовом порядке. Большие объемы позволили снизить себестоимость материала. Количественный объем и химический состав примесей регламентируется ГОСТом 380-2005.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Общие сведения

Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения – это широко используемый материал в отраслях машиностроения, строительства и народного хозяйства. Из нее изготавливаются изделия:

Методом горячего и холодного прокатывания:

сортовой прокат;
фасонный прокат;

листовая продукция:

тонколистовая;
толстолистовая;
широкополосная;
ленты;

Методом обжима на прокатных станах:
1. блюм;
2. сляб;
3. сутунка и прочие;

Методом ковки;
Методом объемной штамповки;

Методом отливки:

слитки;

Выпуск углеродистых сплавов общего назначения производится, соответствуя трем группам: А, Б, В.

Сплавы группы А. Продукция данной группы соответствует принятым механическим качествам. Марки сталей: от Ст0 до Ст6. Для данной группы характерен нерегламентированный химический состав сплава
Сплавы группы Б. Продукция соответствует заданному составу химических элементов. Марки сталей: от БСт0 до БСт6. Для данной группы сплавов механические характеристики второстепенны, но количество химических элементов известно с точностью до трех знаков после запятой.
Группа В. Продукция соответствует заданным механическим качествам и составу химических элементов. Данная группа сплавов обладает характеристиками присущими первым двум группам.

Стали конструкционные обыкновенного качества производятся шести категорий. Категорийность которых зависит от способа и степени раскисления. Раскисление, как процесс, способствующий выведению из расплава кислорода, влияет на механические свойства металла. Различают три способа разливки металла: сплав кипящий – «кп», сплав полуспокойный – «пс», сплав спокойный – «сп».

Распределение сплавов от заданных свойств представлено в таблице.

Группа	Соответствие заданным свойствам поставляемой продукции	Наименования и маркировка	Категории
А	Механические свойства	Ст0; Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп; Ст3кп, пс, сп; Ст4кп, пс, сп; Ст5кп, пс, сп; Ст6кп, пс, сп;	1-2-3
Б	Химический состав	БСт0; БСт1кп, пс, сп; БСт2кп, пс, сп; БСт3кп, пс, сп; БСт4кп, пс, сп; БСт5кп, пс, сп; БСт6кп, пс, сп;	1-2
В	Механотехнологические свойства + химический состав	ВСт1кп, пс, сп; ВСт2кп, пс, сп; ВСт3кп, пс, сп; ВСт4кп, пс, сп; ВСт5кп, пс, сп; ВСт6кп, пс, сп;	1-2-3-4-5-6

Физические свойства. Общие показатели, которыми обладают углеродистые стали общего назначения.

Плотность:
1. по СИ – 7800 кг/м3;
2. по СГС – 7,8 г/см3;

по МКСС – 796 тем/м3;

Коэффициент Пуансона – 0,24-0,28;
Модуль:
1. Юнга – 20500 кГ/мм2;
2. сдвига – 8100 кГ/мм2

Допускаемые напряжения:

на сжатие – 14 кГ/мм2;
на растяжение – 14 кГ/мм2.

Механические и эксплуатационные свойства представлены в таблице.

Марка стали	, %	, %	Е, ГПа	G, ГПа	НВ	KCU, кДж/м2
Ст0	>310	—	21	—	0,3	200	77	—	—
Ст1	310-400	—	31	—	0,3	200	77	1100	—
Ст2	340-420	200	29	—	0,3	200	80	1160	—
Ст3	370-490	210	23	60	0,3	200	80	1310	—
Ст4	420-510	240	21	—	0,3	210	80	1430	—
Ст5	500-630	260	17	50	0,3	210	81	1700	—
Ст6	620>	300	12	40	0,3	210	81	1970	—

Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.

Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.

Наименование стали	Размер образца, s
40…100	До 20
Ст0	20	D=2s
Вст2пс, сп	29	D=0
ВСт3кп, пс, сп ВСт3Гпс	22 23 23	D=0.5s
ВСт4кп, пс ВСт4Гпс	22 21	D=2s
ВСт5пс, сп ВСт5Гпс	17	D=3s

Прокат листового формата, произведенный из сталей углеродистых обыкновенного качества производителями изготавливается в соответствии четырем группам прочности:

ОК – сплав обыкновенного качества;
Цифровой индекс – это группа прочности, которая информирует о нижнем значении показателя предела прочностного сопротивления по времени);
В – показатель характеристики (прочности).

К каждой группе прочности относятся следующие марки сталей:

ОК300В – Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп;
ОК360В — Ст3кп, пс, сп;
ОК370В — Ст3пс, сп
ОК400В — Ст4кп, пс, сп; Ст5пс, сп.

Горячекатаные листы из сталей обыкновенного качества на стадии производства подвергаются термической обработке. В процессе изготовления они подвергаются нормализации. Холоднокатаные листы также подвергаются термической обработке, а также дрессированию.

На производстве с непрерывным прокатыванием допустимо изготовление продукции без термической обработки.

Для листового металлического проката на поверхности недопустимо появление:

расслоений;
пузырей;
надрывов;
трещин;
вкраплений инородных предметов и прочего.

Качество отделки поверхности листового проката соответствует четырем группам: I, II, III, IV.

Детали и изделия, которые подвергаются термической обработке изготавливаются из сталей обыкновенного качества общего назначения групп Б и В с номерами 5, 6. они подвергаются закалке и далее высокотемпературному отпуску.

Состав химических элементов

Количественный состав примесей в углеродистых сплавах обыкновенного качества должно соответствовать строгим параметрам ГОСТ. Так общие показатели представлены в таблице.

Марка стали	С (углерод), %	Mn (марганец), %	Si (кремний), %
Ст0	не превышает 23/100	—	—
Ст1	6/100 … 12/100	35/100 … 50/100	—
Ст2	8,5/100 … 15/100	35/100 … 50/100	—
Ст3	14/100 … 22/100	35/100 … 60/100	12/100 … 3/100
Ст4	18/100 … 27/100	40/100 … 70/100	12/100 … 3/100
Ст5	28/100 … 37/100	50/100 … 80/100	17/100 … 35/100
Ст6	38/100 … 50/100	50/100 … 80/100	17/100 … 35/100

Объем содержащегося углерода и его вкрапления наглядно показано на рисунке.

Объем содержащегося углерода и его вкрапления

Объем марганца зависит от степени и способа раскисления сплава и дополнительного его введения. Так марки от Ст3Гпс, сп до СтГ5пс, сп содержат марганца от 8 десятых долей процента до1 и 2-ух десятых долей процента.

Углеродистая сталь обыкновенного качества содержит N (азот), F (фосфор), S (серу) и некоторые металлы. Объем содержащегося азота зависит от метода восстановления сплава. Например, в сплавах, выплавленных в печах мартеновским или конверторным способом содержание азота не превышает 1-ой сотой процента. А сплавы, выплавляемые в электрических печах, содержат азота не больше 12 тысячных долей процента.

Объем содержания примесей в углеродистых сплавах обыкновенного назначения во многом зависит от способа производства. Кроме вышеперечисленных также применяются переплавы:

открытый дуговой;
электрошлаковый;
вакуумно-дуговой;
электроннолучевой;
вакуумно-индукционный и прочие.

не более 4 сотых процента фосфора (для всех типов сплавов кроме Ст0);
не более 5 сотых процента серы (исключение составляет Ст0 в ней серы от 6 сотых до 7 сотых процента);
не более 3 десятых процента содержания Ni (никеля), Cu (меди) и Cr (хрома) (для Ст0 данный параметр не нормирован). Если углеродистая сталь обыкновенного качества выплавляется с использованием технологии «скрап», то в таком сплаве содержание хрома с никелем может достигать 35 сотых процента, а меди не превышает 4 десятых долей процента.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Любая продукция имеет погрешности и отклонения. Состав в углеродистых сплавах общего назначения имеет некоторые отклонения по количественному содержанию химических элементов представлены таблице.

Элемент	Кипящая, %	Полуспокойная, %	Спокойная, %
Углерод	±3/100	min -2/100 max +3/100	min -2/100 max +3/100
Сера	+5/1000	+5/1000	+5/1000
Фосфор	+5/1000	+5/1000	+5/1000
Кремний	Не допускается	min -2/100 max +3/100	min -2/100 max +3/100
Азот	+2/100	+2/100	+2/100
Марганец	min -4/100 max +5/100	min -3/100 max +5/100	min -3/100 max +5/100

Области использования и применения

Области и сферы применения деталей и изделий из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества общего назначения.

Ст0. Ее используют для изготовления неответственных деталей, к которым относятся кожух, ограждения, перила, сплошная обшивка и прочие.
Ст1. Детали, изготовленные из нее, обладают малой твердостью, но высокой вязкостью. Из Ст1 изготавливают болты фундаментные, анкерные; метизы для сборки обшивки.
Ст2 применяется при изготовлении деталей и элементов неответственных конструкций, от которых требуется высокая пластичность, глубокая вытяжка при штамповке и пластической деформации.
Ст3. Из нее производят несущие конструкции получаемые при помощи сварки и не используя ее. В автомобиле- и тракторостроении изготавливают рамы, кузова, колесные диски, детали для сельскохозяйственной техники. В строительстве пруток используется в качестве арматуры при производстве железобетонных изделий.
Ст5. Термически улучшаемые детали: стержень, клин, палец, рычаг, различные метизы. Средненагруженные элементы грузоподъемных сооружений: крюк, ось, вал.
Ст6. В станкостроении из данной стали изготавливают ударные элементы для молотов (баба), шпинделя метало- и деревообрабатывающих станков, соответственно после термического упрочнения.

Из всех марок сталей производится фасонный прокат: двутавр, швеллер, уголок.

Сварные конструкции рекомендуется возводить из сплавов группы Б.

Типы обозначения и маркировки углеродистых сталей обыкновенного качества

Для обозначения конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества общего назначения используется буквенное обозначение Ст. Затем за буквами следует цифровой индекс (0 или 1 или 2 или 3 или 4 или 5 или 6), которая условно отображает номер марки стали. За цифрой номера следует буквенное обозначение типа сплава (степени раскисления): кипящий сплав – кп, полуспокойный сплав – пс, спокойный сплав – сп.

Перед буквенным обозначение сплава указывается, какие гарантированы качества для данного типа сплава. Сплавы группы А не указываются в маркировке. Повышенное содержание марганца обозначается буквой Г, которая располагается между обозначением и номером. В самом конце через дефис указывается категория.

Ст3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки кипящая.
Ст3Гсп3 – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки полуспокойная 3-ей категории.
БСт3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе Б 3-ей марки кипящая.

Фасонного проката на складах предприятий скапливается много. Для облегчения поиска металла требуемой марки пользуются цветовыми обозначениями, которые представлены в следующей таблице.

Наименование стали	Как маркируется
Ст0	полоса зеленого цвета + полоса красного цвета
Ст1	полоса желтого цвета + полоса черного цвета
Ст2	полоса желтого цвета
Ст3Гсп	полоса коричневого цвета + полоса синего цвета
Ст3Гпс	полоса коричневого цвета + полоса красного цвета
Ст3	полоса красного цвета
Ст4	полоса черного цвета
Ст5Гпс	полоса коричневого цвета + полоса зеленого цвета
Ст5	полоса зеленого цвета
Ст6	полоса синего цвета

Для маркировки используется атмосферостойкая краска. Отгрузка заказчику производится согласно ГОСТ 7566-2001.

Механические свойства стали

Несомненно, наиболее важными свойствами стали, которые способствуют ее обширному применению, являются механические. Они подразумевают сочетание очень высокой прочности со способностью значительно изменять форму до окончательного разрушения, например, из-за пластического прогиба.

Были разработаны различные методы для определения данных параметров. Существует множество разновидностей стальных сплавов. Об их механических свойствах и пойдет речь в нашей статье.

Прочность

Прочность данного материала – это то свойство, которое определяет его способность выдерживать значительную внешнюю нагрузку без разрушения. Количественно этот показатель характеризуется пределом текучести и пределом прочности.

Предел прочности – максимальное механическое напряжение, выше которого стальной сплав разрушается.
Предел текучести – этот параметр определяет уровень механического напряжения, при превышении которого материал продолжает растягиваться в условиях нулевой нагрузки.

При небольших деформациях стержень ведет себя упруго – он «возвращается» к своей исходной длине, если приложенные напряжения снимаются. Когда последние превышают предел текучести, заготовка начинает пластически деформироваться. Это означает, что она больше не возвращается к своей исходной длине, но получает необратимое удлинение.

При растяжении стержня до разрыва определяется максимальное напряжение, что представляет собой предел прочности на разрыв или предел прочности материала.

Пластичность

Благодаря этому свойству металл меняет свою форму под воздействием внешней нагрузки и сохраняет её впоследствии. Этот показатель количественно оценивается удлинением при растяжении и углом изгиба. Если металл разрушается при простом испытании на изгиб только после большого пластического прогиба, он считается пластичным. Если таковой отсутствует или незначителен, сталь считается хрупкой.

Хорошая пластичность сплава выражается в испытании на растяжение большим удлинением образца и/или его сжатием. Удлинение определяется как процент увеличения длины металла после разрушения до его первоначальной длины. Точно так же сужение в процентах определяет уменьшение площади образца по сравнению с его исходным объемом.

Вязкость

Важным механическим свойством металла является его вязкость. Данная характеристика обозначает способность материала противостоять динамическим нагрузкам. Количественно это свойство оценивается по работе, необходимой для разрушения образца, отнесенной к его площади поперечного сечения. Обычно термин «вязкость» используется для определения уровня способности металла нехрупко разрушаться.

Характер разрушения (хрупкое или пластичное) удобно рассмотреть на примере ферритных стальных сплавов. Все металлы с объемно-центрированной кубической атомной решеткой, как и ферритные стали, имеют один общий недостаток: хрупкий характер разрушения при низких температурах, а при довольно высоких – пластичный характер.

Температура перехода от одного состояния к другому называется температурой вязко-хрупкого перехода.

Другие свойства

Твердость

Сталь обладает и таким механическим свойством, как твердость. Она позволяет металлу противостоять попаданию в него твердых частиц. Его твердость измеряют при помощи индентора – это более твердый материал, который внедряют в сталь до появления отпечатка. Идеальный индентор – алмазный конус, но также применяются металлические шарики. Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на исследуемый образец – вдавливание индентора. Однако это не приводит к разрушению материала.

На твердость металла влияет зависимость от температуры закалки и содержания углерода. Наиболее распространенными методами замера твердости являются:

метод Виккерса;
метод Бринелля;
метод Роквелла.

Усталость

Усталость стали – это свойство, описывающее постепенное накопление повреждений под действием циклических нагрузок, которое приводит к образованию трещин. Усталостное разрушение имеет ряд отличительных черт. Возникает внезапно, без заметных внешних признаков пластической деформации. При усталостном переломе обычно выделяют две характерные зоны. Первая, имеющая гладкую поверхность, создается за счет появления и постепенного развития усталостной трещины, вторая – это зона окончательного разрушения остальной части сечения изделия.

После возникновения царапины или потертости напряжение в точке концентрации превысит предел текучести. Это приведет к трещинам и другим дефектам, из-за которых металл может разрушиться. Предотвратить разрушение в связи с усталостью металла невозможно, но продлить срок его службы можно, осуществляя регулярный осмотр и профилактику.

Маркировка и свойства разных марок стали

Стальные сплавы классифицируются по нескольким параметрам:

химический состав (углеродистые, легированные);
качество (обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особо высококачественные);
способ проката (конверторные, мартеновские, электростали, особых методов выплавки);
структура в отожженном состоянии (перлитные, аустенитные, ферритные, карбидные);
назначение (конструкционные, инструментальные, специального назначения, строительные).

В России по маркировке стали можно приблизительно определить состав и другие ее характеристики, так как для обозначения применяются буквы названий элементов, которые добавляют в сплав, а цифры отображают количественное содержание. Также буквы используются для обозначения уровня раскисления. Для примера, кипящие стали имеют маркировку «КП», полуспокойные – «ПС», а спокойные – «СП».

Тем сплавам, которым присущи обыкновенные свойства, присваивается индекс Ст, вслед за которым указывается условный номер марки (от 0 до 6). Затем обозначается уровень раскисления. Легированные сплавы маркируют при помощи следующих буквенных обозначений легирующих веществ: Н – никель, Ю – алюминий, Х – хром, Т – титан, М – молибден, В – вольфрам. Для быстрорежущих инструментальных сплавов указывается индекс «P» и процентное содержание вольфрама, например P16.

Стали повышенной и высокой прочности (низко- и среднелегированные) поставляются в соответствии с ГОСТами и особыми техническими условиями.

Обозначение легированных сталей в определенной степени отражает их химический состав. Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, следующие буквы – легирующие добавки. Число после буквы показывает содержание добавки в процентах, округленное до целых значений. Если количество легирующих компонентов составляет 0,3-1%, то цифру не ставят. Содержание добавки менее 0,3% не наблюдается.

Читайте также: