Углеродистые стали

УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Углеродистой называют сталь, содержащую от 0,01 до 2% углерода и с примесями марганца (0,3 – 0,9%), кремния (0,15 – 0,35%), серы (до 0,06%) и фосфора (до 0,07%). Главной составляющей, определяющей свойства стали, является углерод.

Существенно влияет на качество стали содержание в ней газов — кислорода, азота, водорода.

Влияние примесей на свойства стали:

Углерод (С) - увеличение содержания углерода до 1,2% твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пластичность и со­противление удару понижаются, а обрабатываемость и свариваемость ухудшаются.

Марганца (Мп) в обыкновенной углеродистой стали содержится до 1%. Его вводят при раскислении жидкой стали ферромарганцем. Он повышает прочность стали.

Кремний (Si) вводят в сталь как активный раскислитель, восстанавливающий железо из окислов и способст­вующий получению плотного слитка. В мартеновской стали содержится 0,12—0,35% кремния, а в бессемеров­ской— 0,1—0,35%. Пониженное содержание кремния указывает на недостаточную раскисленность стали.

Сера (S) находится в стали главным образом в виде сульфида железа FеS и является вредной примесью. Она сообщает стали хрупкость при высоких темпера­турах (например, при ковке) — свойство, которое назы­вается красноломкостью. Сера увеличивает исти­раемость стали, понижает сопротивление усталости и уменьшает коррозионную стойкость. В углеродистой стали допускается не более 0,06—0,07% S.

Фосфор (Р) также является вредной примесью. Он образует с железом соединение FеР, которое раство­ряется в железе. Кристаллы этого химического соедине­ния очень хрупки. Обычно они располагаются по грани­цам зерен, резко ослабляя связь между ними, вследст­вие чего сталь приобретает очень высокую хрупкость в холодном состоянии. Фосфор сообщает стали хладно­ломкость.

В зависимости от содержания углерода углеродистую сталь подразделяют на:

• низкоуглеродистую - до 0,25% С;

• среднеуглеродистую - 0,25 — 0,6% С;

• высокоуглеродистую - более 0,6% С.

По применению углеродистая сталь разделяется на:

• конструкционную;

• инструментальную;

• сталь специаль­ного назначения.

По способу выплавки, от которого зависит качество металла, разделяется на:

• сталь обыкновенного качества;

• качественную;

• высококачественную.

Конструкцион­ной углеродистой называется сталь, содержащая угле­рода до 0,65—0,7%. В некоторых случаях ее выплав­ляют с содержанием углерода 0,85%. Конструкционная сталь идет для изготовления деталей машин и металли­ческих конструкций. Она должна обладать достаточной прочностью, хорошо сопротивляться удару и в то же время хорошо обрабатываться.

По качественным признакам конструкционная углеродистая сталь делит­ся на:

• сталь обыкновенного качества;

• сталь качест­венную.

Сталь обыкновенного качества идет для изготовления строитель­ных конструкций, крепежных деталей, листового и про­фильного проката, заклепок, труб, арматуры, проволоки и др. Сталь обыкновенного качества изготовляют в мартеновских печах, кон­верторах с продувкой кислородом и в бессемеровских конверторах. По степени раскисления сталь изготов­ляется кипящая, полуспокойная и спокойная. В связи с этим в обозначениях марок стали добавляют индексы: для кипящей стали — «кп», полуспокойной — «пс», спо­койной ─ «сп».

В зависимости от назначения сталь делится на 3 группы:

• группа А — сталь, поставляемая по механическим свойствам;

• группа Б — сталь, поставляемая по химическому со­ставу;

• группа В — сталь, поставляемая по механическим свойствам с дополнительными требованиями по хими­ческому составу.

Сталь группы А изготовляют следующих марок: Ст.0, Ст.1, Ст.2, Ст.З, Ст.4, Ст.5, Ст.6 и Ст. 7. Сталь марок Ст.1, Ст.2, Ст.З и Ст.4 всех групп изго­товляется кипящая, полуспокойная и спокойная, марок Ст.5, Ст.6, Ст.7 — полуспокойная и спокойная. К обо­значению этих групп добавляются соответствующие ин­дексы.

Сталь группы Б изготовляют следующих марок: мартеновская — МСт.0, МСт.1, МСт.2, МСт.З, МСт.4, МСт.5, МСт6 и МСт7;

• конверторная — КСт.0, КСт.1, КСт2, КСтЗ, КСт.4, КСт.5, КСт6 и КСт.7;

• бессемеровская — БСт.0, БСтЗ, БСт4, БСт5 и БСтб.

Сталь группы В изготовляют следующих марок:

• мартеновская — ВМСт.2, ВМСтЗ, ВМСт.4 и ВМСт.5;

• конверторная — ВКСт.2, ВКСт.З, ВКСт.4 и ВКСт.5.

Маркировка: Ст.0, Ст.1_ _ _ _ _Ст.7. Ст.─ сталь ,чем больше цифра при буквах Ст., тем тверже и прочнее сталь (показывает предел прочности и относительное удлинение).

Применение обыкновенных углеродистой стали:

• Ст.1, МСт.1, КСт.1 — заклепки, листовая сталь, ко­тельная сталь;

• Ст.З, МСт.З, БСт.З, КСт.З — винты, болты, заклепки, шпильки;

• Ст.4, МСт.4, БСт.4, КСт.4 — зубчатые колеса, фланцы;

• Ст.5, МСт.5, БСт.5, КСт.5 — валы, оси, растяжки клинья, пальцы;

• Ст.6, МСт.6, Кст.6 — рельсы, бандажи, шпинделя, ку­лачки;

• Ст.7_. МСт.7, КСт.7 — рессоры, пружины.

Качественная конструкционная углеродистая сталь отличается по свойствам от обыкновенной стали боль­шей прочностью, пластичностью и сопротивлением удар­ным нагрузкам.

В зависимости от химического состава сталь делится на две группы:

• группа I — с нормальным содержанием марганца;

• группа II —с повышенным содержанием марганца.

Маркировка: двузначные числа показывают сред­нее содержание углерода в сотых долях процента (впереди букв нет), а буква Г обозначает повышенное содержание марганца. Марки кипящей стали имеют индекс «кп».

Значит, в стали 15 углерода содержится в среднем 0,15% (от 0,1 до 0,2%), серы — 0,04% и фосфора — 0,04%. Кроме того, в качественной стали содержится хрома до 0,25% и никеля — до 0,25%.

Качественную сталь применяют для деталей, требую­щих более высоких пластичности и сопротивления удару; для деталей, работающих при повышенных дав­лениях; для зубчатых колес, труб, винтов, болтов; для деталей, подлежащих цементации; для сварных из­делий.

Применение качественных углеродистых сталей.

Стали марок О5кп и 08кп характеризуются очень высокой пластичностью в холодном состоянии и потому при­меняются для глубокой вытяжки при холодной штам­повке.

Стали марок 10, 15 и 20 имеют высокую пластич­ность, хорошо свариваются, куются, штампуются, однако прочность их недостаточно высока. Из этих сталей изго­товляют мелкие детали простой формы: оси, валики, шпильки, гайки, втулки, трубы. Стали этих марок под­вергают цементации (науглероживанию).

Стали марок 25, 30 и 35 после соответствующей тер­мической обработки идут для деталей, испытывающих не очень большие нагрузки: валиков, шайб, штифтов, осей, соединительных муфт, цилиндров, прессов, болтов, гаек и др.

Стали марок 40, 45 и 50 — среднеуглеродистые. Они идут для изготовления деталей, требующих высокой прочности или высокой поверхностной твердости, а так­же для деталей средненагруженных и не подвергаю­щихся в работе истиранию. Из них делают гайки, ша­туны, тяги, рычаги. Эти стали подвергают закалке. Сва­риваемость их невысока. Особенно широкое применение из этих марок имеет сталь 45. Она идет на изготовление коленчатых валов, поршневых пальцев, шатунов, вту­лок, деталей металлорежущих станков и т. д.

Высокоуглеродистые стали марок 55, 60, 65 и 70 ха­рактеризуются высокой прочностью и твердостью и идут на изготовление валков прокатных станов, штоков, для проволоки тросов.

Сталь с повышенным содержанием марганца обла­дает более высокой прокаливаемостью и износоустойчи­востью. Ее назначение примерно такое же, как и стали с нормальным содержанием марганца.