Углеродистые конструкционные стали

Высокоуглеродистая сталь

Конструкционными называют стати, применяемые для изготовления деталей машин и механизмов, конструкций и сооружений. Эти стали могут быть как углеродистыми, так и легированными. Содержание углерода в сталях этой группы не превышает 0,8%.

Конструкционная сталь должна обладать хорошими технологическими свойствами: легко обрабатываться давлением (прокатка, ковка, штамповка) и резанием, хорошо свариваться, максимально прокаливаться, иметь малую склонность к деформации и трещинообразованию при закалке и др.

Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные стала.

 Углеродистые стали обыкновенного качества

Углеродистые стали обыкновенного качества дешевле, чем качественные. В процессе выплавки они меньше очищаются от вредных примесей (Р, S, О, N). Углеродистые стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них развита ликвация, они нередко содержат большое количество неметаллических включений. Из них изготовляют детали менее ответственного назначения; горячекатаный сортовой прокат: прутки, швеллеры, уголки, а также листы, трубы и поковки, работающие при относительно невысоких напряжениях. Их широко применяют для строительных, сварных, клепаных и болтовых конструкций и для малоответственных деталей машин.

Высокоуглеродистая сталь

В зависимости от свойств стали обыкновенного качества подразделяют на три группы (ГОСТ 380—94).

Группа А — стали поставляют по механическим свойствам без уточнения их химического состава в виде листов и различных профилей без последующей обработки давлением, сваркой или термической обработки, поскольку их химический состав, определяющий режим обработки, не регламентируется и может сильно колебаться.

Маркировка. Углеродистые стали группы А обозначаются буквами «Ст» и цифрами: 1, 2, 3,…, 6, например: Ст1, Ст2 и т. д. Чем больше это число, тем выше прочность и ниже пластичность.

Группа Б стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом.

Маркировка. В обозначении стали группы Б впереди ставится буква «Б», а в конце указывается степень раскисления: кп — кипящая сталь; сп — спокойная сталь; пс — полуспокойная сталь, например: БСт1кп, БСт2кп, БСтЗ, БСт4, БСт5, БСт6. Чем выше число, тем больше в стали углерода. Например, сталь марки БСтЗсп содержит 0,14-0,22 % С; марки БСт4кп — 0,18-0,27 % С; БСт6сп — 0,38—0,49 % С. В спокойной стали содержится 0,12—0,3 % кремния, в полуспокойной — 0,05—0,17 %, в кипящей — меньше 0,07 %.

Группа В — стали повышенного качества. Их поставляют с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Маркировка. В обозначение сталей группы В ставится буква «В», например: ВСт1, ВСт2 и т. д. Состав стали соответствует аналогичной стали группы Б, а механические свойства — стали группы А (Ст1—Ст6).

Стали групп Б и В применяют в тех случаях, когда при производстве изделий используется сварка, горячая деформация или изделие необходимо упрочнять термической обработкой.

Углеродистые конструкционный стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовляемых с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках. Например, стали СтО—Ст4 используются при производстве малонагруженных деталей кузовов автомобилей, крепежных деталей, гнутого профиля; Ст5, Ст6 — для средненагруженных осей, малоответственных болтов и гаек, клиньев, планок и т. д.

Качественные углеродистые стали

Качественные углеродистые стали в соответствии с ГОСТ 1050—88 выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу: содержание серы должно быть меньше 0,04 %, фосфора — меньше 0,035—0,04 %, а также меньше неметаллических включений. Кроме того, регламентированы макро- и микроструктуры.

Маркировка. В обозначение качественных углеродистых сталей входят цифры 08, 10, 15, 20 и т. д. до 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, перед цифрами пишется слово «Сталь». Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие — с индексом: соответственно «пс» и «кп».

Низкоуглеродистые стали (05кп, 08, 07кп, 10, 10кп) обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Без термической обработки их применяют для малонагруженных деталей. Тонколистовую холоднокатаную низкоуглеродистую сталь используют для холодной штамповки изделий. Эти стали можно использовать в автомобилестроении для изготовления деталей сложной формы.

Стали 15; 20; 25 применяют без термической обработки или в нормализованном виде. Они поступают в виде проката, поковок, труб, листов, ленты и проволоки и предназначаются для менее ответственных деталей.

Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответственных сварных конструкций. С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Чем больше в стали углерода, тем выше склонность ее к образованию при сварке горячих и холодных трещин.

Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для различных деталей во всех отраслях машиностроения. Эти стали в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми сталями имеют более высокую прочность при более низкой пластичности. Стали в отожженном состоянии достаточно хорошо обрабатываются резанием. Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита.

Высокоуглеродистые стали (60, 65, 70, 75, 80 и 85) и стали с повышенным содержание марганца (60Г, 65Г, 70Г) в основном используют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Качественную конструкционную сталь, предназначенную для повышенной обрабатываемости резаньем на станках-автоматах (автоматная сталь), маркируют буквой «А» (А20, А40). Повышенная обрабатываемость резанием достигается увеличением содержания в стали серы, фосфора и свинца. Такая сталь снижает износ металлорежущего инструмента и позволяет использовать автоматическое оборудование.

В автомобилестроении конструкционные качественные углеродистые стали идут на изготовление деталей кузова, двигателей и нормалей.

Стали марок 08 и 10 применяют для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей.

Стали марок 15—25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Они применяются для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, валы рулевых механизмов, тяги, шкивы, крепеж и пр.).

Стали марок 30—55 идут на изготовление методом горячей штамповки различных деталей широкого применения: валов, зубчатых колес, полуосей и т. д. Эти стали можно обрабатывать всеми видами термической обработки, значительно повышая эксплуатационные и прочностные свойства деталей.

Стали марок 60—85 обладают высокой прочностью и упругостью в результате закалки и отпуска. Из них изготовляют детали, работающие при больших статических и динамических нагрузках: крестовины карданных шарниров, диски сцепления, гибкие валы. Эти стали, а также стали марок 60Г и 70Г используют для изготовления пружин, рессорных листов и торсионов.

Автоматная сталь применяется для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на автоматных станках.