Углеродистые стали классификация маркировка и применение

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 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σв и предел текучести σт 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

Марка стали Цвет маркировки Марка стали Цвет маркировки
Ст0 Красный и зеленый СтЗГпс Красный и синий
Ст1 Белый и черный Ст4 Черный
Ст1Гпс Белый и красный Ст4Гпс Черный и красный
Ст2 Желтый Ст5 Зеленый
Ст2Гпс Желтый и красный Ст6Гпс Зеленый и белый
Ст3 Красный Ст6 Синий

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

Марка стали Основное назначение
Сталь 08кп, 10 Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпачки. Цементируемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски)
Сталь 15, 20 Малонагруженные детали (валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни). Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
Сталь 30, 35 Детали, испытывающие небольшие напряжения (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычаги, диски, валы)
Сталь 40, 45 Детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валики и др.)
Сталь 50, 55 Зубчатые колеса, прокатные валики, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины и рессоры и др. Применяют после закалки с высоким отпуском и в нормализованном состоянии
Сталь 60 Детали с высокими прочностными и упругими свойствами (прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов). Применяют после закалки или после нормализации (крупные детали)

Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной

Группа Цвет краски
Сталь 08, 10, 15, 20 Белый
Сталь 25, 30, 35, 40 Белый и желтый
Сталь 45, 50, 55, 60 Белый и коричневый

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 (ав = 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

Марка стали Назаначение
У9 Деревообрабатывающий режущий инструмент (сверла, фрезы, ножи) и ножовочные полотна для обработки стали
У10, У11 и У12 Металлорежущий инструмент (фасонные резцы, сверла, метчики, плашки, развертки, фрезы, напильники и ходовые винты прецизионных станков)
У13 Бритвенные ножи, лезвийный хирургический инструмент и напильники
У7 и У8 Слесарные молотки, зубила, губки тисков, шаблоны, скобы
У8, У9 и У10 Детали микрометрического инструмента, гладкие и резьбовые калибры, цанги, фрикционные диски, пружины и др.

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

Стали углеродистые, нелегированные

  1. Главная
  2. Справочник
  3. Марки стали
  4. Стали углеродистые нелегированные
  • Сталь 80
  • Сталь S235J0+N
  • Сталь 15
  • Сталь 25
  • Сталь 30
  • Сталь P275NL1
  • Сталь P265GH
  • Сталь 40
  • Сталь 35
  • Сталь 10
  • Сталь 16К
  • Сталь S355K2+N
  • Сталь S355J2C (+N)
  • Сталь S235J0 (+AR)
  • Сталь S355K2 (+AR)
  • Сталь С235
  • Сталь С245
  • Сталь С255
  • Сталь 22К
  • Сталь 20К
  • Сталь 15кп
  • Сталь 15пс
  • Сталь 20пс
  • Сталь 20кп
  • Сталь 5сп
  • Сталь 5пс
  • Сталь S275JR
  • Сталь S355JR
  • Сталь DX51D
  • Сталь 08пс
  • Сталь S235JR
  • Сталь SAE 1006
  • Сталь 20
  • Сталь 08кп
  • Сталь 3пс
  • Сталь 3сп
  • Сталь 45
Читайте также  Ручная сварка труб в труднодоступных местах

В эту группу входит обширный перечень сталей. Они не содержат дорогостоящих и дефицитных легирующих компонентов и поэтому малозатратны в производстве. Благодаря ценовой доступности и универсальным физико-механическим свойствам углеродистые марки являются общедоступными и широко применяются для производства металлопроката и востребованы в строительстве, инжиниринге и сельском хозяйстве.

Определение

Углеродистая нелегированная сталь – сложный железоуглеродистый сплав, в котором доля углерода составляет от 0,06 до 0,62%. В ней отсутствуют специально введенные легирующие элементы, но присутствуют раскислители и технологические примеси. В целом количество других компонентов, кроме железа (Fe) и углерода (С), лежит в пределах 0,8…1,5%.

На углеродистые стали классификация предполагает разделение сразу на несколько групп. При этом категории охватывают различные марки сталей со схожими качествами и технологическими характеристиками, что упрощает выбор на практике и позволяет потребителю более грамотно ориентироваться в широком и разнообразном марочном ассортименте.

Классификация углеродистых сталей по количеству углерода

Как химический элемент, углерод существенно влияет на ключевые технологические характеристики сталей. И на основе его массовой доли их классифицируют на:

  • низкоуглеродистые. Содержат углерод в количестве менее 0,25%. Они хорошо свариваются, флокенонечувствительны и не склонны к отпускной хрупкости. Пластичны, но менее прочные и более мягкие. Для улучшения их механических свойств термическая обработка не используется;
  • среднеуглеродистые. Содержат углерод в пределах 0,3…0,6%. Отличаются невысокой прокаливаемостью и средними параметрами прочности, пластичности и свариваемости. Могут закаливаться с последующим отпуском;
  • высокоуглеродистые. В них концентрация углерода превышает 0,6%. Имеют высокую твердость, ударную вязкость и износостойкость. Отличаются низкой пластичностью и считаются трудносвариваемыми.

На углеродистые стали классификация и маркировка несложная, но все же простому потребителю достаточно сложно в ней ориентироваться. Главное запомнить, чем больше содержание углерода, тем выше номер марки стали.

Классификация по способу раскисления

Процесс раскисления стали является важным технологическим этапом, определяющим зерно и однородность металлической структуры. Он тесно связан с дегазацией расплавленного метала и основан на введении раскислителей – кремния, марганца и алюминия. Когда остывание в изложницах происходит спокойно и без активного выделения газов, напоминающего кипение, это минимизирует концентрацию газов и неметаллических включений в металле.

По степени раскисления углеродистые стали разделяются на три вида:

  • кипящие. Менее качественные и наиболее дешевые марки. Проявляют наибольшую склонность к старению, а также к трещинообразованию после сварки;
  • полуспокойные. Раскилены не до конца и поэтому по своим параметрам и качеству занимают среднее положение между кипящими и спокойными сталями;
  • спокойные. Являются наиболее раскисленными и качественными, так как отличаются мелкозернистой структурой и химической однородностью. Более дорогие, но по сравнению с кипящими и полуспокойными обладают лучшими технологическими характеристиками и более высокими механическими свойствами.

Классификация по качеству

Нелегированная сталь разделяется на марки обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Классификация выполняется на основе качественных характеристик металла, которые в основном формируются на стадии выплавки и определяются содержанием вредных технологических примесей фосфора (P) и серы (S).

  • Углеродистые стали обыкновенного качества. В их составе количество углерода не превышает 0,49%, а содержание постоянных технических примесей серы и фосфора лежит в пределах 0,04…0,06%. Они могут выплавляться в мартеновских, кислородно-конвертерных и электродуговых печах и имеют феррит-перлитную структуру. Поставляются согласно ДСТУ 2651/ГОСТ 380. Стандарт допускает химическую неоднородность металла и повышенное содержание марганца (Mn).
  • Качественные стали. Их отличает пониженное содержание серы и фосфора, количество которых строго контролируется и не должно превышать 0,035%. Обладают улучшенными механическими характеристиками и после термоупрочнения имеют структуру «феррит + перлит». Могут выплавляться в разных сталеплавильных агрегатах промышленного типа. Поставляются в соответствии с ДСТУ 7809 и ГОСТ 1050.
  • Высококачественные стали. Марки с точно регламентированным содержанием серы и фосфора и однородной мелкозернистой структурой. Массовая доля S и P в них не превышает 0,03%.

Классификация по назначению

Углеродистые конструкционные стали характеризуются довольно хорошими механическими свойствами, которые определяются путем проведения стандартных испытаний, и отличаются конструктивной прочностью. Они предназначены для штучного и массового изготовления сварных и сборных металлических конструкций и для производства различных деталей машин и агрегатов.

Среди конструкционных углеродистых сталей также принято различать следующие марки:

  • литейные. Используются для изготовления отливок;
  • котельные. Их целевое назначение – детали и конструктивные части котлов, арматуры и сосудов, работающих под давлением;
  • автоматные. Отличаются улучшенной обрабатываемостью, легко поддаются резанью и снижают износ инструментальной оснастки. Поэтому их широко используют для автоматизированного производства деталей на универсальных и специальных станках.

Инструментальная углеродистая сталь применение имеет более специфическое и характеризуется высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Такие марки содержат углерод в пределах 0,7…1,5% и могут использоваться для изготовления режущего и измерительного промышленного и лабораторного инструмента, штамповочной оснастки и пробойников.

Углеродистые стали обыкновенного качества на основе гарантируемых характеристик и с учетом характера применения классифицируются на следующие категории: стали группы А (Ст0…Ст6) поставляются по механическим свойствам, стали группы Б (БСт0…БСт6) – по химическому составу, стали группы В (ВСт1…ВСт5) – по механическим характеристикам и химсоставу.

Состав и характеристики

Исходя из определения что такое углеродистая сталь понятно, что основными элементами в ее составе являются железо (Fe) и углерод (C). Кроме основных технологических характеристик они обуславливают ее склонность к коррозии и ржавлению – основной недостаток. Но на механические свойства нелегированных марок влияют и другие компоненты, входящие в состав. Конечно, их действие проявляется не столь значительно, как в легированных сталях, тем не менее они также в определенной степени влияют на качество и свойства сталей.

Таблица 1 – Перечень основных компонентов углеродистых сталей

Химический элемент

Свойства

Основной элемент. В углеродистых сталях его массовая доля превышает 98%.

Определяет ключевые технологические характеристики. Его количество и допустимые отклонения от нормы строго контролируются стандартами для разных классов сталей. Углерод (С) делает стали удобными в механической и кузнечной обработке. При этом прослеживается прямая зависимость между его массовой долей и физико-механическими свойствами сплавов. Чем больше содержание углерода, тем ниже пластичность и хуже свариваемость металла. Но параметры прочности и твердости у высокоуглеродистых марок выше.

Основной раскислитель. Количество кремния влияет на качество и твердость металла. В спокойной стали его содержание составляет 0,12…0,30%, в полуспокойной – 0,05…0,17%, в кипящей – до 0,05%.

Аустенизатор и раскислитель. Увеличивает прочность металла и предел текучести, но снижает ударную вязкость.

Увеличивает содержание неметаллических включений и повышает красноломкость. Ухудшает механические и технологические свойства.

Снижает хладостойкость и способствует ржавлению. Ухудшает ударную вязкость.

Карбидобразующий элемент. Улучшает параметры твердости и стойкости к атмосферной коррозии.

Повышает вязкость. Положительно влияет на свариваемость, прочность и стойкость к ржавлению.

Повышает прочность феррита и увеличивает стойкость к коррозии.

Технологическая примесь. Минимизирует параметры ударной вязкости.

Вредный газ. Выступает аустенизатором и снижает усталостную прочность.

Учитывая обширный марочный ассортимент, каждая нелегированная сталь химический состав должна иметь в четко оговоренных соотношениях основных элементов. Поэтому специалисты оперируют сразу несколькими стандартами:

  • ДСТУ 2651/ГОСТ 380. По ним изготавливаются и поставляются марки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества;
  • ДСТУ 7809 и ГОСТ 1050. Определяют химический состав и характеристики качественных нелегированных сталей;
  • ДСТУ 5952/ГОСТ 1435. Регламентируют технические условия (ТУ) поставок инструментальных углеродистых сталей качественных и высококачественных.
  • ГОСТ 977. Описывает ТУ производства и поставок литейных сталей.

Обозначение и маркировка

В мировой практике используется несколько систем маркировки сталей. В Украине и в странах СНГ принята общая буквенно-цифровая система маркировки.

ДСТУ 2651/ГОСТ 380 оговаривают, что для марок обыкновенного качества в обязательном порядке прописывается сокращение «Ст» и указывается число, отражающее условный номер марки стали с учетом ее химического состава и механических характеристик.

Таблица 2 – Углеродистые стали обыкновенного качества

Классификация и маркировка углеродистых сталей

Общая характеристика и способы получения сталей и чугунов

Стали и чугуны являются железоуглеродистыми сплавами сложного состава. Помимо железа и углерода в них всегда присутствуют такие примеси, как Mn, Si, S, P и газы (O, N, H). Эти примеси называют постоянными. Кроме постоянных примесей в сталях и чугунах могут также в небольшом количестве содержаться и любые другие – случайные примеси.

Стали отличаются от чугунов более низким содержанием углерода и всех постоянных примесей. В сталях углерода содержится менее 2,14% по массе, а в чугунах – больше 2,14%. Примерный химический состав низкоуглеродистых сталей и передельных чугунов приведён в следующей таблице:

С, % Si, % Mn, % P, % S, %
Сталь 0,14 – 0,22 0,2 — 0,3 0,4 – 0,65 0,05 0,055
Чугун 4 – 4,4 0,76 – 1,26 до 1,75 0,15 – 0,3 0,03 – 0,07

Кристаллизация сталей, согласно диаграмме «железо-цементит», завершается образованием аустенита, а чугунов – механической смеси аустенита и цементита, т.е. ледебурита. По этой причине стали, в отличие от чугунов, являются более пластичными материалами и лучше обрабатываются давлением при нагреве. Однако чугуны имеют более высокие литейные характеристики.

Чугуны получают в доменных печах из железных руд, содержащих железо в виде некоторых химических соединений, обычно в виде окислов. Доменный процесс состоит в восстановлении этих окислов твёрдым углеродом топлива (кокса) и печными газами (в основном СО). Продуктом доменного производства является восстановленное из окислов железо, обогащённое углеродом и постоянными примесями, то есть чугун.

Читайте также  Как выбрать аккумуляторный шуруповерт?

Стали получают в сталеплавильных печах из чугунов. Сущностью процесса передела чугуна в сталь является снижение содержания в сплаве углерода и всех постоянных примесей путём их избирательного окисления и перевода в шлак или газы. В процессе выплавки стали окисляются не только примеси, но и основной компонент сплава – железо. При этом расплав оказывается насыщенным окислами железа FeO, которые могут существенно ухудшить свойства готовой стали. Для уменьшения содержания кислорода в сталях на заключительном этапе их выплавки проводят операцию раскисления. В жидкий расплав вводят Mn, Si и Al, которые более активны к кислороду, чем Fe. В результате окислы железа восстанавливаются, а кислород поступает в шлак. Схема реакций раскисления следующая:

Mn ® MnO шлак

FeO + Si ® Fe + SiO2

По степени раскисления стали подразделяются на кипящие, спокойные и полуспокойные. Спокойные стали полностью раскислены Mn, Si и Al. Кипящие стали раскислены не полностью (только Mn), и процесс их раскисления продолжается в ковше. При этом кислород, содержащийся в сталях, взаимодействует с углеродом и образуются пузырьки газа СО, которые при бурном выделении создают эффект кипения. Схема этой реакции следующая:

Полуспокойные стали занимают промежуточное положение.

Влияние углерода и постоянных примесей на структуру

И свойства сталей

Наиболее сильное влияние на структуру и свойства сталей оказывает углерод. Чем больше в сталях углерода, тем больше в их структуре твёрдого и хрупкого цементита и меньше мягкого и пластичного феррита. По этой причине с увеличением содержания углерода возрастает твёрдость сталей, но снижается их пластичность и вязкость. Прочность сталей при повышении содержания углерода до 0,8 – 1 % возрастает, а затем начинает снижаться. Таким образом, наилучшими прочностными характеристиками обладает сталь по составу близкая к эвтектоидной, в структуре которой преобладает перлит. С повышением содержания углерода повышается порог хладноломкости сталей, то есть та температура, при охлаждении до которой, вязкое разрушение сменяется хрупким. (Для ориентира, у стали, содержащей 0,4 % углерода, порог хладноломкости составляет 0° С). С повышением содержания углерода снижается способность сталей к свариванию и к пластичной деформации, особенно при нагреве. Склонность к обработке резанием оптимальная у среднеуглеродистых сталей. При повышенном содержании углерода сталь является слишком твердой и хрупкой, что ведёт к быстрому износу режущего инструмента. При низком содержании углерода сталь, напротив, является слишком мягкой, вязкой и липнет к резцу. Это приводит к шероховатой поверхности резания.

Кремний специально вводят в сталь на заключительном этапе её выплавки с целью раскисления. Si препятствует растворению в стали кислорода в виде соединения FeO, ухудшающего свойства сплава. Обычно Si растворяется в феррите и повышает его прочность. Таким образом, Si в сталях является полезной примесью.

Фосфор попадает в сталь в основном из руды. Он, как и Si, растворяется в феррите, но приводит к снижению его пластических свойств и увеличению хрупкости. Р может скапливаться в сталях и в чистом виде, в виде так называемых сегрегаций, что также способствует увеличению хрупкости стали, особенно при низких температурах. С увеличением содержания Р повышается порог хладноломкости стали. Таким образом Р в сталях является вредной примесью, полностью избавиться от которой не просто.

Сера также является вредной примесью. Она попадает в сталь из руды и золы топлива. В сталях S не растворяется, а образует соединение FeS, которое совместно с железом формирует легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988° С, располагающуюся по границам зерен. При повышении температуры сталей до температуры горячего деформирования эта эвтектика размягчается (или проплавляется), что приводит к ломкости сталей. Такое явление называют красноломкостью. Таким образом, S ведёт к красноломкости сталей.

Марганец, как и Si, специально вводят в сталь на этапе раскисления. Он не только оказывает полезное раскисляющее действие, но и препятствует вредному влиянию на сталь серы. Mn более активно взаимодействуя с серой образует соединение MnS, которое совместно с железом формирует эвтектику с температурой плавления 1600°С, которая уже не проплавляется при температурах горячего деформирования. Это и препятствует красноломкости стали. Таким образом, Mn является полезной примесью.

Газы: O, N, H попадают в сталь из атмосферы на этапе её выплавки. Эти газы либо растворяются в феррите, либо образуют химические соединения (нитриды, оксиды и т.п.), либо скапливаются в порах в чистом виде. Растворяясь в феррите, они повышают его хрупкость, снижают вязкость. Нитриды, оксиды и тому подобные соединения загрязняют сталь и снижают её прочностные характеристики. Также вредное влияние на сталь оказывают газы, скопившиеся в чистом виде, особенно водород. Водород, скапливаясь в порах под большим давлением, может приводить к внутренним надрывам стали.

Классификация и маркировка углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируют по структуре, по качеству, по способу производства, по степени раскисления и по назначению.

По структуре стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. Доэвтектоидные стали содержат менее 0,8 % углерода и имеют структуру, состоящую из зёрен феррита и перлита. Эвтектоидные стали содержат 0,8 % углерода. Их структурой является перлит, т.е. механическая смесь феррита с цементитом. У заэвтектоидных сталей, содержащих более 0,8 % углерода, в структуре кроме перлита присутствует вторичный цементит, который располагается в виде сетки по границам зёрен перлита.

По качеству стали подразделяют на стали обычного качества и качественные. Качество стали определяется содержанием вредных примесей. Чем меньше в стали вредных примесей, тем выше её качество.

По способу производства стали подразделяют на мартеновские, кислородно-конверторные и электростали. Всё зависит от того агрегата, в котором выплавлялась сталь. По степени раскисления стали делят на кипящие, спокойные и полуспокойные.

По назначению стали подразделяют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали — это обрабатываемые стали, используемые для изготовления деталей машин или конструкций. Обычно в качестве конструкционных сталей используют доэвтектоидные и эвтектоидные стали. Инструментальные углеродистые стали используют для изготовления ударного, измерительного или режущего инструмента. Обычно в качестве инструментальных сталей используют стали с содержанием углерода от 0,7 до 1,3 % , структура которых улучшена специальной термической обработкой.

Углеродистые стали обычного качества имеют 3 группы поставки: А, Б и В. Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами. Эти стали используют в состоянии поставки без дополнительной обработки давлением или сварки. Стали группы Б поставляются с гарантированным химическим составом, свойства при этом не гарантируются. Такие стали подвергают термообработке или обработке давлением, в результате которых структура и свойства сталей изменяются. Гарантированный химический состав необходим этим сталям для выбора оптимального режима термообработки. Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Эти стали используют, главным образом, для изготовления сварных конструкций, в которых часть материала подвергается термообработке, а часть — нет. По этой причине и требуются гарантии на механические свойства и химический состав данных сталей.

Все стали обычного качества маркируют буквами Ст, после которых стоит цифра от 0 до 6. Для сталей группы Б и В вначале марки ставят соответствующую букву. У сталей группы А букву не ставят. В конце марки указывают степень раскисления стали: «кп» – кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.

Например: Ст3кп — сталь группы А, с номером 3, кипящая.

БСт4пс — сталь группы Б, с номером 4, полуспокойная

Чем выше номер стали группы А, тем лучше её прочностные характеристики. У сталей группы Б с возрастанием номера повышается содержание углерода. У сталей группы В свойства такие же как у сталей группы А, а химический состав такой же как у сталей группы Б соответствующего номера. (Информацию о химическом составе сталей обычного качества и их свойствах можно получить в справочнике).

Маркировка качественных углеродистых сталей зависит от их назначения.

Конструкционные углеродистые стали маркируют цифрами: 0,8; 10; 15; 20 и т.д. до 85. Цифра означает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если сталь содержит повышенное количество Mn (0,8 £ Mn £ 1,2 %), то в конце марки стали ставится буква Г. Степень раскисления стали обозначают буквами «кп» и «пс» в конце марки. Для спокойных сталей степень раскисления не указывают.

Сталь 40 — качественная углеродистая конструкционная сталь, содержащая 0,4 % углерода, спокойная.

Сталь 60Гпс — качественная углеродистая конструкционная сталь, содержащая 0,6% углерода, с повышенным содержанием Mn, полуспокойная

Инструментальные углеродистые стали маркируют буквой У, после которой ставится цифра, означающая среднее содержание углерода в десятых долях процента.

У7 — инструментальная углеродистая сталь, содержащая 0,7 % углерода.

У13 — инструментальная углеродистая сталь, содержащая 1,3 % углерода.

Свойства и состав углеродистой стали, применение и расшифровка маркировки

Область применения углеродистой стали широка – она используется для создания инструментов, из нее изготавливаются несущие конструкции и элементы для машиностроения. В настоящее время это один из самых востребованных видов стали, так как она обладает уникальными свойствами. Ее эксплуатационные и технические свойства определяются компонентами и их соотношением в составе.

Состав

Для плавки стали используется углерод и дополнительные элементы. В зависимости от будущего назначения к материалу предъявляются определенные требования: твердость, пластичность, текучесть и т.д. Корректировку этих параметров можно осуществлять с помощью изменения % содержания углерода.

Читайте также  Как анодировать алюминий дома?

Его соотношение к общему объему является одним из основных условий разделения стали на виды.

Их отличительные качества и особенности описаны в нормативных документах:

    Обыкновенного качества – ГОСТ 380-85. Конструкционная – ГОСТ 380-88. Инструментальная – ГОСТ 1435-54 и ГОСТ 5952-51.

Содержание углерода определяет показатель твердости. Чем его больше – тем прочее будет изделие. Однако нужно учитывать, что одновременно с этим возрастает хрупкость.

В зависимости от этого показателя сталь разделяют на несколько видов:

    Низкоуглеродистая – до 0,25%. Отличается хорошей пластичностью, относительно легко поддается деформации, как в холодном состоянии (годна для холодной ковки), так и под воздействием высоких температур. Среднеуглеродистые – от 0,3% до 0,6%. Обладает достаточной прочностью, но также имеет хорошие показатели пластичности и текучести, что важно для обработки. Область применения – элементы конструкций, эксплуатация которых подразумевает нормальные условия. Высокоуглеродистые – от 0,6% до 1,4%. Из нее изготавливают высокопрочный инструмент, приборы для измерения.

Каждый из этих видов стали имеет определенную область применения.

Обыкновенного качества

Это самый востребованный вид стали в настоящее время. Она производится в виде проката – листов, прутьев, швеллеров и балок. Благодаря своим свойствам может использоваться в качестве опорных конструкций, элементов машиностроения.

Для того чтобы узнать свойства определенного вида углеродистой стали обыкновенного качества. нужно знать принцип ее маркирования.

Обозначение всегда должно соответствовать ГОСТу. В названии указывается вид металла – СТ . Затем идет цифровой номер, определяющий содержание перлита и углерода. Чем больше номер – тем прочнее изделие. Нумерация может варьироваться от 0 до 6 . Затем в названии указывается способ раскисления — СП – спокойная; ПС – полуспокойная; КП – кипящая .

Помимо этого углеродистая сталь имеет разделение на три подвида.

    А – ее химический состав не регламентируется. Главным показателем являются механические свойства. Она не проходит предварительную стадию обработки давлением. Не предназначена для сварки. Б – ее химический состав должен соответствовать нормативной документации. Изделия из этого материала могут подвергаться обработке – штамповке, ковке и т.д. Но при этом возможно изменение механических свойств. Некоторые сорта можно подвергать термическому воздействию. И – наиболее качественный вид материала. Для этих марок характерны механические свойства группы «А» и гарантированный химический состав группы «Б». Конструкции могут свариваться между собой.

В маркировке группа «А» не указывается. Если же сорт материала соответствует группам «Б» или «В» — эти буквы указывают в начале маркировки. При использовании в составе марганца с повышенным содержанием в названии марки используют букву «Г». Пример: БСт3Гпс – сталь группы «Б», с содержанием углерода, соответствующего обозначению «6», с добавлением марганца в полуспокойном состоянии.

Качественная

При изготовлении этих сортов стали предъявляются повышенные требования, как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Помимо этого регламентируется содержание вредных компонентов.

    Сера – не более 0,04%. Фосфор – не более 0,035%.

Данные сорта обозначаются буквой «У». Следующие за ней цифры указывают % содержание углерода (в сотых долях процента). Такие марки стали используются для изготовления инструмента, ответственных элементов в машиностроении, а также при производстве точных измерительных приборов.

    У7 – применяется для производства зубил, штампов, кузнечного инструмента, молотов. У8 и У8Г (с содержанием марганца) – пробойники, ножи по металлу, инструмент, предназначенный для обработки камня. У9 – инструмент для деревообработки, кернеры, штемпеля. У10 и У11 – метчики, развертки, плашки, полотна для ножовок. У12 и У13 – резцы для обработки твердого металла, сверла.

На что еще нужно обращать внимание при выборе углеродистой стали? Важно помнить, что чем лучше показатель твердости, тем более хрупким будет изделие. Так, для инструментальных сортов качественной стали характерна хорошая механическая прочность, низкая текучесть и пластичность.

Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

«Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей»

1. Сталь различных способов производства

В зависимости от способа производства стали отличаются по содержанию примесей, чем и обусловлено различие в их свойствах.

Сталь подразделяют на бессемеровскую, мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь.

Самый прогрессивный способ получения стали – конвертерный (продолжительность плавки – 30-60 мин.).

Длительность мартеновской плавки до 11 часов.

Сталь получают из чугуна, содержащего большое количество Mn, P, S, C, Si.

При производстве стали примеси удаляют, окисляя их и переводя в шлак, снижают содержание углерода.

Большое количество окислов FеО в стали ухудшают ее качество. Для снижения количества окислов (т.е. содержания кислорода) сталь раскисляют, путем добавления ферромарганца – FeMn, ферросилиция – FeSi, а также Al, Ti.

Эти раскислители имеют сродство к кислороду больше, чем железо.

В зависимости от раскисления стали делят на:

спокойную сталь – раскисляют FeMn, FeSi, Al или Ti. Обозначают сп.

кипящую сталь – раскислена только FеMn. Обозначают кп.

полуспокойную сталь – раскислена FеMn и Al, т.е. характеризуется промежуточным раскислением. Обозначают пс.

Стали отличаются по химическому составу в зависимости от раскисления:

пс – 0,05 – 0,10% Si,

По качеству:

Похожие рефераты:

Требования к конструкционным материалам. Экономические требования к материалу определяются. Марки углеродистой стали обыкновенного качества. Углеродистые качественные стали. Цветные металлы и сплавы. Виды термической и химико-термической обработки стали.

Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.

Конструкционные стали с повышенным содержанием углерода. Качество и работоспособность пружины. Маркировка и основные характеристики пружинных сталей. Основные механические свойства рессорно-пружинной стали после специальной термической обработки.

Чугун — сплав железа с углеродом, дешевый машиностроительный материал. Основные физические и химические свойства серого чугуна. Применение в машиностроении для отливок деталей. Влияние на свойства чугуна примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.

Зоны слитка, их различная структура и описание. Разлив стали в изложницы. Виды металлургических агрегатов: мартеновские печи, кислородные конвертора, электропечи. Типы стальных слитков, их химическая неоднородность, влияние степени раскисленности стали.

Что такое сталь. Классификация конструкционных сталей по химическому составу и качеству. Примеры маркировки стали. Схемы и способы разливки стали, их достоинства и недостатки. Основные способы обработки металлов давлением, особенности их применения.

Определение вида продукции, предложенной для рассмотрения (прокат, отливка, поковка и т.д.), ее геометрические параметры. Необходимо изучить сортамент прокатной продукции и определить к какому виду продукции относится предложенное для изучения изделие.

Температурные интервалы, виды термической обработки и обработки давлением, температуры плавления и заливки сплава в литейные формы. Критическая температура изменения строения в свойствах металла. Производство чугуна, материалы плавки в доменной печи.

Назначение и особенности эксплуатации инструментальных сталей и сплавов, меры по обеспечению их износостойкости. Требования к сталям для измерительного инструмента. Свойства углеродистых и штамповых сталей для деформирования в различных состояниях.

Характеристика и отличия, особенности применения различных видов сталей: рессорсно-пружинных, шарикоподшипниковых, автоматных, хромоникелевых, хромистых. Определение возможностей их взаимозаменяемости. Винтовые механизмы и резьбы. Червячные передачи.

Расшифровка марки стали. Характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек. Выбор и обоснование последовательности операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим термообработки деталей.

Общие сведения о металлах и сплавах. Технология изготовления чугуна и стали. Строение и основные свойства железоуглеродистых сплавов. Углеродистые и легированные стали. Стальной прокат, арматура и изделия. Коррозия металлов и способы защиты от нее.

Сравнительная характеристика физико-химических, механических и специфических свойств продуктов черной металлургии — чугуна и стали. Виды чугуна, их классификация по структуре и маркировка. Производство стали из чугуна, ее виды, структура и свойства.

Углеродистые стали как основная продукция чёрной металлургии, характеристика их состава и компоненты. Влияние концентрации углерода, кремния и марганца, серы и фосфора в сплаве на свойства стали. Роль азота, кислорода и водорода, примесей в сплаве.

Общая характеристика легированных сталей и их специфические свойства: износостойкость, жаропрочность, прокаливаемость в крупных сечениях, кислотостойкость. Распределение легирующих элементов в сталях, зависимость механических свойств от их содержания.

Исследование структурных составляющих легированных конструкционных сталей, которые классифицируются по назначению, составу, а также количеству легирующих элементов. Характеристика, область применения и отличительные черты хромистых и быстрорежущих сталей.

Характерные группы сплавов сталей при кристаллизации, их основные свойства, температуры плавления и кристаллизации. Твердофазные превращения в сталях. Построение кривой охлаждения и изменения микроструктуры при кристаллизации малоуглеродистой стали.

Классификация металлов: технические, редкие. Физико-химические свойства: магнитные, редкоземельные, благородные и др. Свойства конструкционных материалов. Строение и свойства сталей, сплавов. Классификация конструкционных сталей. Углеродистые стали.

Изучение видов, особенностей производства, характеристик стали (углеродистая, легированная) и чугуна (белый, серый, ковкий, высокопрочный, половинчатый), определение влияния на их свойства разных химических элементов. Описание устройства доменной печи.

Ознакомление с методикой разработки технологического процесса термической обработки деталей: автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. Расшифровка марки заданной стали, описание ее микростуктуры, механических свойств до термической обработки.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: