Применение углеродистой конструкционной стали
| Класс стали по качеству | Марка | Применение |
| обычного качества | Ст0 | арматура, обшивка |
| Ст1 | тавры, двутавры, швеллеры | |
| Ст3Гсп | строительный прокат | |
| Ст5сп | втулки, гайки, болты | |
| Ст6пс | строительные ломы | |
| ВСт4кп | фасонный, листовой, сортовой прокат для прочных конструкций | |
| качественная | Сталь10 | трубы для котлов, штамповки |
| Сталь15 | детали высокой пластичности, кулачки, болты, гайки | |
| Сталь18кп | сварные конструкции | |
| Сталь 20пс | оси, вилки, пальцы, штуцера, патрубки | |
| Сталь50 | зубчатые колеса, муфты сцепления | |
| Сталь60 | шпиндели, шайбы, пружинные кольца |
Углеродистые инструментальные стали отличаются высокой прочностью и ударной вязкостью. Они обязательно подлежат многоступенчатой термообработке.
Содержание углерода в стали: 0,7 – 1,3%. Для качественной – до 0,03%, фосфора – до 0,035%. А для инструментальной высококачественной: серы – до 0,02%, фосфора – до 0,03%.
Марочное обозначение (ГОСТ 1435-74):
- У – углеродистая инструментальная;
- 7 -13 – содержание углерода в ней 0,7-1,3%, соответственно;
- Г – наличие в составе марганца;
- А – высококачественная.
Исключениями из основных принципов маркирования углеродистых инструментальных сталей – материал для деталей часовых механизмов А75, АСУ10Е, АУ10Е.
Качественная высококачественная сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Качественная высококачественная сталь
Качественные и высококачественные стали отличаются от обыкновенных сталей более низким содержанием вредных примесей ( серы, фосфора, кислорода), более узкими пределами по содержанию углерода, а легированные стали содержат, кроме того, легирующие элементы, например хром, никель, вольфрам, присутствие которых в определенных сочетаниях улучшает структуру и повышает физико-химические свойства.
Современная качественная и высококачественная сталь содержит небольшое количество элементов, образующих неметаллические включения ( Ог, N2, P. S), поэтому последних в таких сталях образуется немного.
Качественную и высококачественную сталь получают в роторных конверторах продувкой кислородом обычных чугунов или чугунов с высоким содержанием фосфора. Роторный конвертор представляет собой цилиндрический агрегат длиной 14 — 15 м, вращающийся вокруг горизонтальной оси со скоростью 0 1 — 0 5 об / мин. Благодаря перемешиванию металла при вращении достигается удаление фосфора и получение высококачественного металла.
Для инструментальных качественных и высококачественных сталей применяют одинаковые режимы горячей механической, термической и химико-термической обработки, так как они почти не отличаются по содержанию остальных элементов.
В качественных и высококачественных сталях гарантируемыми характеристиками являются одновременно как химический состав, так и механические свойства, но, кроме того, к ним предъявляются дополнительные требования, обеспечивающие важнейшие качественные характеристики стали, не обязательные для стали обыкновенного и повышенного качества.
При выплавке качественных и высококачественных сталей в некоторых случаях различные периоды плавки стали осуществляются в двух сталеплавильных агрегатах различного типа. Например, окисление примесей чугуна производят в кислом конверторе, затем сталь выпускают в ковш, перевозят и заливают в мартеновскую печь, в которой производят рафинирование, доводку и раскисление стали.
Для большинства марок машиностроительной конструкционной качественной и высококачественной стали принято обозначение из сочетания цифр и букв.
Для большинства марок конструкционной качественной и высококачественной стали ГОСТ принято обозначение из сочетания цифр и букв. Цифры, помещенные с левой стороны букв, означают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы означают налет-чие соответствующего элемента в стали, а именно: Г — марганец, С — кремний, X — хром, Н — никель, М — молибден, В — вольфрам, Ф — ванадий, Ю — алюминий, Т — титан и К — кобальт.
При этом развертывание производства качественных и высококачественных сталей имеет особое значение в связи с громадным ростом автотракторной промышленности и других отраслей машиностроения.
В кислых мартеновских печах выплавляют только качественные и высококачественные стали. Высокое качество кислой стали обусловливается низким содержанием газов и неметаллических включений.
Конструкционная сталь относится к группе качественной и высококачественной стали. Она насчитывает наибольшее число, марок и является одной из наиболее многочисленных групп стали, которые принято подразделять на несколько типов: углеро-дитую качественную, легированную качественную, легированную высококачественную, шарикоподшипниковую, автоматную, рес-сорно-пружинную ( качественную и высококачественную) стали.
Трубы высокого давления необходимо изготовлять из качественной и высококачественной стали, выплавляемой в мартеновских или электрических печах, с обязательным осуществлением плавочного контроля.
Из многих изготовляемых сталей для аппаратуры высокого давления применяют качественную и высококачественную сталь, выплавляемую в электрических или мартеновских печах. Предпочтение следует отдавать спокойной стали, так как газовые включения кипящей стали отражаются на ее механических свойствах, в особенности на пределе ползучести.
Контролю химического состава подвергается любая сталь; контролю по микроструктуре-только некоторые качественные и высококачественные стали, исходная структура которых может оказать значительное влияние на качество термической обработки. Это стали, предназначенные для холодной штамповки, инструментальные стали, шарикоподшипниковая сталь и некоторые другие.
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Отличительные характеристики и основные категории
К углеродистым сталям, основу которых составляют железо и углерод, относят сплавы, содержащие минимум дополнительных примесей. Количественное содержание углерода является основанием для следующей классификации сталей:
- низкоуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2%);
- среднеуглеродистые (0,2–0,6%);
- высокоуглеродистые (до 2%).
Нормы содержания химических элементов в углеродистой стали
К наиболее значимым достоинствам углеродистых сталей различных марок можно отнести:
- высокую пластичность;
- хорошую обрабатываемость (вне зависимости от температуры нагрева металла);
- отличную свариваемость;
- сохранение высокой прочности даже при значительном нагреве (до 400°);
- хорошую переносимость динамических нагрузок.
Есть у углеродистых сталей и недостатки, среди которых стоит выделить:
- снижение пластичности сплава при увеличении в его составе содержания углерода;
- ухудшение режущей способности и снижение твердости при нагреве до температур, превышающих 200°;
- высокую склонность к образованию и развитию коррозионных процессов, что налагает дополнительные требования к изделиям из такой стали, на которые должно быть нанесено защитное покрытие;
- слабые электротехнические характеристики;
- склонность к тепловому расширению.
Отдельного внимания заслуживает классификация углеродистых сплавов по структуре. Основное влияние на превращения в них оказывает количественное содержание углерода. Так, стали, относящиеся к категории доэвтектоидных, имеют структуру, основу которой составляют зерна феррита и перлита. Содержание углерода в таких сплавах не превышает 0,8%. С увеличением количества углерода уменьшается количество феррита, а объем перлита, соответственно, увеличивается. Стали, в составе которых содержится 0,8% углерода, по данной классификации относят к эвтектоидным, основу их структуры преимущественно составляет перлит. При дальнейшем увеличении количества углерода начинает формироваться вторичный цементит. Стали с такой структурой относятся к заэвтектоидной группе.
Микроструктура сталей формируется в процессе кристаллизации и зависит от содержания в сплаве углерода
Увеличение в составе стали количества углерода до 1% приводит к тому, что такие свойства металла, как прочность и твердость, значительно улучшаются, а предел текучести и пластичность, напротив, ухудшаются. Если количество углерода в стали будет превышать 1%, это может привести к тому, что в ее структуре будет формироваться грубая сетка из вторичного мартенсита, что самым негативным образом сказывается на прочности материала. Именно поэтому в сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество углерода, как правило, не превышает 1,3%.
На свойства углеродистых сталей серьезное влияние оказывают и примеси, содержащиеся в их составе. Элементами, которые положительно воздействуют на характеристики сплава (улучшают раскисление металла), являются кремний и марганец, а фосфор и сера – это примеси, ухудшающие его свойства. Фосфор при повышенном содержании в составе углеродистой стали приводит к тому, что изделия из нее покрываются трещинами и даже ломаются при воздействии низких температур. Такое явление носит название хладноломкости. Что характерно, стали с повышенным содержанием фосфора, если они находятся в нагретом состоянии, хорошо поддаются сварке и обработке при помощи ковки, штамповки и др.
Содержание химических элементов в углеродистой стали различных марок
В изделиях из тех углеродистых сталей, в составе которых в значительном количестве содержится сера, может возникать такое явление, как красноломкость. Суть этого феномена заключается в том, что металл при воздействии высокой температуры начинает плохо поддаваться обработке. Структура углеродистых сталей, в составе которых содержится значительное количество серы, представляет собой зерна с легкоплавкими образованиями на границах. Такие образования при повышении температуры начинают плавиться, что приводит к нарушению связи между зернами и, как следствие, к образованию многочисленных трещин в структуре металла. Между тем параметры сернистых углеродистых сплавов можно улучшить, если выполнить их микролегирование при помощи циркония, титана и бора.
Классификация углеродистых сталей по степени раскисления
Спокойные
Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.
Кипящие
Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.
Полуспокойные
Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.
Особенности и основная классификация материала
Наличие углерода в стали обеспечивает ее надежность и прочность, а также снижает уровень вязкости и пластичности. Основная масса материала содержит до 99,5% железа. Сталь меняет свои характеристики благодаря термической обработке, в ходе которой достигается нужная твердость поверхности металла.
Основная классификация углеродистой стали базируется на количестве углерода. Выделяют три вида материала:
- низкоуглеродистые (содержат около 0,2% углерода);
- среднеуглеродистые (0,2–0,6%);
- высокоуглеродистые (до 2%).
Чем больше в материале содержится углерода, тем более прочный и менее пластичный он будет, также понижается вязкость стали и повышается хрупкость. Сплавы, которые содержат более 2,4% углерода, уже относятся к чугунам.
Достоинства углеродистой стали:
- высокая пластичность;
- отличная свариваемость;
- хорошая податливость обработке вне зависимости от температуры нагрева металла;
- сохранение высоких прочностных характеристик даже при большом нагреве (до 400 градусов);
- устойчивость к динамическим нагрузкам.
Недостатки углеродистой стали:
- при увеличении содержания углерода сталь снижает свою пластичность;
- имеет склонность к расширению под воздействием тепла;
- имеет слабые электротехнические характеристики;
- при нагреве до температуры, превышающей 200 градусов, ухудшает свою режущую способность и снижает твердость;
- податлива к появлению ржавчины, что налагает серьезные требования к стальным изделиям, например, необходимость в нанесении защитного покрытия.
Углеродистая сталь также классифицируется по структуре на три группы:
- доэвтектоидные (в основе их структуры – зерна феррита и перлита, содержание углерода не выходит за показатель 0,8%);
- эвтектоидные (в основе структуры – перлит, содержание углерода – 0,8%);
- заэвтектоидные (содержат вторичный цементит и более 0,8% углерода).
Структура стали определяет ее качественное состояние.
На параметры стали серьезно влияют примеси, которые в ней содержатся. Положительное влияние на металл оказывают кремний и марганец (они повышают податливость раскислению), а негативное – фосфор и сера (они ухудшают его свойства).
Повышенное содержание фосфора становится причиной того, что стальные изделия трескаются и деформируются при воздействии на них холодного воздуха, это называется хладноломкостью. При повышении температуры сталь с фосфором хорошо поддается обработке (сварке, ковке, штамповке).
Стальные изделия с высокой концентрацией серы плохо поддаются обработке под воздействием высоких температур. Это явление называют красноломкостью. Материал по структуре представляет собой сернистые зерна с легкоплавкими границами. Повышение температуры нарушает между ними связи, что приводит к появлению трещин. Параметры углеродистой стали с высоким содержанием серы можно улучшить, если легировать ее при помощи других химических элементов.
Сталь углеродистая обыкновенного качества
Подробности Категория: Справочные таблицы
ГОСТ 380-94 распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления горячекатаного проката: сортового, фасонного, толсто-, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также слитков, блюмов, слябов, сутунки, катаных и литых заготовок, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.
Марки стали
. Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст6пс, Стбсп.
Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», ”пс», «сп” — степень раскисления («кп” — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).
ГОСТ 380-94 соответствует международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82 в части требований к химическому составу стали.
Сопоставление марок стали типа «Ст» и типа «Fe» по ИСО 630-80 и ИСО 1052-82 приведено в табл. 1.1. Сопоставление марок стали типа «Ст» (ГОСТ 380-94) и «Fe» (ИСО 630-80 и ИСО 1052-82)
| Марки стали типов | |
| «Ст» | «Fe» |
| Ст0 | Fe 310-0 |
| Ст1кп | — |
| Ст1пс | — |
| Ст1сп | — |
| Ст2кп | — |
| Ст2пс | — |
| Ст2сп | — |
| Ст3кп | Fe 360-A |
| Ст3пс | Fe 360-B |
| Ст3Гпс | Fe 360-B |
| Ст3сп | Fe 360-C |
| Ст3Гсп | Fe 360-C |
| Fe 360-D | |
| Ст4кп | Fe 430-A |
| Ст4пс | Fe 430-B |
| Ст4сп | Fe 430-C |
| — | Fe 430-D |
| Ст5пс | Fe 510-B, Fe 490 |
| Ст5Гпс | Fe 510-B, Fe 490 |
| Ст5сп | Fe 510-C, Fe 490 |
| Ст6пс | Fe 590 |
| Ст6сп | Fe 590 |
| — | Fe 690 |
Марки зарубежных аналогов углеродистой стали обыкновенного качества, определенные по совпадению значений или интервалов содержания основных элементов (С, Si, Mn, Р и S), приведены в табл. 2, а определенные из сопоставления временного сопротивления разрыву σв и предела текучести σт (при этом разброс значений σв и σт в пределах ±50 МПа) — в табл. 3.2. Марки зарубежных углеродистых сталей обыкновенного качества, близких по химическому составу отечественным сталям
| Россия ГОСТ | США (ASTM) | Германия (DIN) | Япония (JIS) |
| Ст2сп | — | RSt34-2 | — |
| Ст3Гпс, Ст5Гпс | A572/42 | St52-3И | SM41B |
| Ст3Гпс | A131/B, A573/58 | — | SM41B |
3. Марки зарубежных углеродистых сталей обыкновенного качества, соответсвующих отечественным по механическим свойствам
| Россия ГОСТ | США (ASTM) | Германия (DIN) | Япония (JIS) |
| Ст2кп | — | Ust34-2 | SS34 |
| Ст2пс | |||
| Ст3сп | A283/C | RSt37-2 | — |
| Ст3кп | A283/C | USt37-2 | — |
| Ст3пс | |||
| Ст3Гпс | A572/42 | — | SM41B |
| Ст3Гсп | A131/B | — | SM41B |
| Ст4сп | A283/D | RSt42-2 | SS41 |
| Ст4сп | A131/A | St44-2 | SM41A |
| Ст5сп | — | St50-2 | SS50 |
| Ст6сп | — | St60-2 | — |
Химические составы сталей углеродистых обыкновенного качества по ГОСТ 380-94, стандартам ИСО и национальным зарубежным стандартам приведены в табл. 4—6. 4. Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-94
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | ||
| С | Mn | Si | |
| Ст0 | ≤0,23 | — | — |
| Ст1кп | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | ≤0,05 |
| Ст1пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст1сп | 0,15-0,30 | ||
| Ст2кп | 0,09-0,15 | ≤0,05 | |
| Ст2пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст2сп | 0,15-0,30 | ||
| Ст3кп | 0,14-0,22 | 0,30-0,60 | ≤0,05 |
| Ст3пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст3сп | 0,40-0,65 | 0,15-0,30 | |
| Ст3Гпс | ≤0,15 | ||
| Ст3Гсп | 0,14-0,20 | 0,80-1,10 | 0,15-0,30 |
| Ст4кп | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | ≤0,05 |
| Ст4пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст4сп | 0,15-0,30 | ||
| Ст5пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст5сп | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | 0,15-0,30 |
| Ст5Гпс | 0,22-0,30 | 0,80-1,20 | ≤0,15 |
| Ст6пс | 0,05-0,15 | ||
| Ст6сп | 0,38-0,49 | 0,50-0,80 | 0,15-0,30 |
5. Химический состав стали марок «Fe» по международным стандартам ИСО 630-80 и ИСО 1052-82
| Марка стали | Категория качества | Толщина проката, мм | Массовая доля элементов, %, не более | Степень раскисления | |||||
| С | Mn | Si | P | S | N | ||||
| Fe310 | — | — | 1,6 | 0,55 | — | — | — | — | |
| Fe360 | A | — | 0,20 | 1,6 | 0,55 | 0,060 | 0,050 | — | — |
| B | До 16 | 0,18 | 0,050 | 0,050 | 0,009 | — | |||
| Св. 16 | 0,20 | 0,050 | 0,050 | 0,009 | — | ||||
| C | — | 0,17 | 0,045 | 0,045 | 0,009 | E | |||
| — | 0,17 | 0,040 | 0,040 | — | CF | ||||
| Fe430 | A | — | 0,24 | 1,6 | 0,55 | 0,060 | 0,050 | — | — |
| B | До 40 | 0,21 | 0,050 | 0,050 | 0,009 | E | |||
| Св. 40 | 0,22 | 0,050 | 0,050 | 0,009 | E | ||||
| C | — | 0,20 | 0,045 | 0,045 | 0,009 | E | |||
| — | 0,20 | 0,040 | 0,040 | — | CF | ||||
| Fe510 | B | — | 0,22 | 1,6 | 0,55 | 0,050 | 0,050 | — | E |
| C | До 16 | 0,20 | 0,045 | 0,045 | — | E | |||
| Св. 16 | 0,22 | 0,045 | 0,045 | — | E | ||||
| До 35 | 0,20 | 0,040 | 0,040 | — | CF | ||||
| Св. 35 | 0,22 | 0,040 | 0,040 | — | CF | ||||
| Fe490 | — | — | — | — | — | 0,050 | 0,050 | — | — |
| Fe590 | — | — | — | — | — | 0,050 | 0,050 | — | — |
| Fe690 | — | — | — | — | — | 0,050 | 0,050 | — | — |
| Примечания: 1. Знак «-» означает, что показатель не нормируется; 2. Е — спокойная сталь: 3. CF — мелкозернистая спокойная сталь. Рекомендуемая массовая доля общего алюминия не менее 0,02 %. |
6. Химический состав зарубежных аналогов углеродистых сталей по национальным стандартам
| Страна, стандарт | Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||
| C | Si | Mn | P | S | Прочие | ||
| Германия | |||||||
| DIN 17100 | RSt34-2 | 0,15 | 0,03-0,30 | 0,20-0,30 | 0,05 | 0,05 | 0,007N |
| St52-3И | 0,22 | 0,35 | 1,60 | 0,04 | 0,04 | 0,009N | |
| США | |||||||
| ASTM A572 | Grade 42 | 0,21 | 0,40 | 0,05-1,35 | 0,04 | 0,05 | — |
| ASTM A131 | Grade B | 0,21 | 0,35 | 0,8-1,1 | 0,04 | 0,04 | — |
| ASTM A573 | Grade 58 | 0,23 | 0,10-0,35 | 0,6-0,9 | 0,04 | 0,05 | — |
| Япония | |||||||
| JIS G3106 | SM41B | 0,22 | 0,35 | 0,6-1,2 | 0,04 | 0,04 | — |
Сведения из теории
Чугуны. Что такое чугун?
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей
Разновидности чугунов:
В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах, различают:
- белые;
- серые;
- ковкие;
- высокопрочные чугуны.
Белый чугун
Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит.Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.
Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.
Серый чугун
В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы..
Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С» — серый, «Ч»- чугун и цифрами, которые обозначают временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.
Высокопрочный чугун
Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, так как структурв углерода в нем -шаровидный графит. Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.
Обозначение марки включает буквы «В» — высокопрочный, «Ч» — чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.
Ковкий чугун
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке.
Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие чугуны маркируют «К» — ковкий, «Ч» — чугун и цифрами.
Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа: вторые — относительное удлинение при разрыве в %.
