Главная | Статьи | Конструкционные углеродистые стали

Конструкционные углеродистые стали

Применяемые для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений называются конструкционные стали. Содержание углерода в этой группе сталей чаще не превышает 0,5-0,6%. Они могут быть углеродистые и легированные. Должна обладать высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Так же должна легко обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка и так далее) и резанием, хорошо свариваться, обладать высокой прокаливаемостью и малой склонностью к деформациям и трещинообразованию при закалке и так далее.

Их выплавляют мартеновским, бессемеровским и конвертерным (с продувкой кислородом сверху 2) способами.

Предусмотрено два типа углеродистых сталей: обыкновенного качества (ГОСТ 380-60) и качественные (ГОСТ 1050-60). В зависимости от условий раскисления в процессе плавки их подразделяют на спокойные, кипящие и полуспокойные.

Спокойные стали, полностью раскисляются в печи, а затем в ковше. Они содержат минимальное количество закиси железа, что обеспечивает "спокойное" застывание металла в изложнице, происходящее с уменьшением объема. В верхней части слитка образуется усадочная раковина и околоусадочная рыхлость, удаляемые отрезкой или отрубкой при прокатке.

Кипящие стали, недостаточно раскисленные, особенно ферросилицием, и содержащие поэтому повышенное количество FeO (при малом содержании кремния). При застывании в изложнице закись железа FeO реагирует с углеродом стали, образуя угарный газ (СО). Выделение этих пузырьков в металле создает впечатление, что он кипит. В слитке кипящей стали образуется большое количество газовых пузырей, вследствие чего усадочная раковина отсутствует. Пузырьки имеют чистые неокис-ленные стенки и завариваются при горючей прокатке. Кипящие стали являются более дешевыми, так как отходы при их производстве минимальны.

Кипящие стали по сравнению со спокойной сталью обладают большей склонностью к старению и хладноломкости и хуже свариваются. Но вместе с тем кипящие стали хорошо поддаются вытяжке в холодном состоянии. При маркировке указанные стали дополнительно обозначают «кп».

Полуспокойные представляют промежуточного типа.

Стали обыкновенного качества наиболее дешевые. В процессе плавки они меньше очищаются от вредных примесей и содержат больше серы (мартеновская до 0,055% и бессемеровская до 0,060%) и фосфора (мартеновская до 0,045% и бессемеровская до 0,080%), чем качественные. Кроме того, их отливают в крупные слитки, вследствие чего в данной стали значительно развита ликвация и она содержит большое количество неметаллических включений.

Ее применяют для менее ответственного назначения; из них изготовляют горячекатаный прокат: балки, прутки, швеллеры, уголки, а также листы, трубы и поковки, работающие при относительно невысоких напряжениях. Их широко применяют для строительных конструкций, арматуры и малоответственных деталей машин.

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств стали обыкновенного качества делятся на три группы.

В группу А входят обыкновенного качества, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава. Они обозначаются буквами «Ст.» (сталь) и цифрами «1, 2, 3...7», например, Ст.З.

Чем больше число, тем больше содержание углерода, а следовательно, выше прочность (сгв, стт) и ниже пластичность (б).

Их используют в состоянии поставки без последующей горячей обработки давлением или термической обработки.

Группа Б представляет собой конструкционные стали обыкновенного качества, поставляемые с гарантируемым химическим составом. Они обозначаются буквами: М-мартеновская, Б - бессемеровская и К - конвертерная, а далее следуют буквы «Ст» (сталь) и цифры. Чем больше цифра, тем выше содержание в стали углерода:

Сталь
С, %

Ст.1
0,06-0,12

Ст.З
0,14-0,22

Ст.4
0,18-0,27

Ст.5
0,28-0,37

Ст.6
0,38-0,49

Группа В представляет собой стали повышенного качества, которые выплавляют в мартеновских печах и поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

В обозначение марки данной группы входит буква В (ВМСт.1, ВМСт.2, ВМСт.З и так далее). Состав соответствует аналогичной марке МСт.1, МСт.2, МСт.З.

Стали групп Б и В применяют в случаях, когда ее следует подвергать горячей деформации или упрочнять термической обработкой (нормализация, закалка и отпуск). Для определения режима обработки необходимо знать химический состав.

Для сталей, предназначенных для сварных конструкций, важна малая чувствительность к термическому старению, а для подвергаемых холодной правке и гибке, - малая склонность к деформационному старению.

Поэтому сварные конструкции изготовляют главным образом из спокойных и полуспокойных групп В и Б.

Конструкционные стали повышенного качества (группа В) имеют главным образом специализированное назначение (мосто- и судостроение, сельскохозяйственное машиностроение и так далее) и нередко поступают по специальным техническим условиям.

Качественные углеродистые стали выплавляют в мартеновских печах, и в зависимости от степени раскисления они могут быть спокойными или кипящими. По сравнению со сталями обыкновенного качества их выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К этой группы предъявляют более высокие требования относительно состава (суженные пределы по содержанию углерода, меньшее содержание серы - до 0,04% и фосфора - до 0,04%), количества неметаллических (включений, макроструктуры и микроструктуры.

Они маркируются цифрами 08, 10...15, 45 и так далее, а так же указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Например, 0,08% С содержит сталь 08 (пределы 0,05-0,12%), 0,15% С содержит 15 (0,12-0,19%), 0,45% С содержит 45 (0,42-0,5%) и так далее.

Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Кремний, сильно повышая шредер текучести, снижает штампуемость, особенно способность принимать вытяжку. Поэтому для холодной штамповки, особенно для вытяжки, более широко применяют холоднокатаную листовую кипящую с пониженным содержанием углерода и кремния (не более 0,07%) марок 05кп, 08кп, Юкп, 15кп, 20кп. Их применяют и для цементируемых мелких изделий, работающих на износ при малых удельных нагрузках.