Углеродистые конструкционные стали

Из этого материала вы узнаете:

• Описание углеродистой конструкционной стали
• Плюсы и минусы углеродистой конструкционной стали
• Разновидности углеродистой конструкционной стали в машиностроении
• Характеристики углеродистой конструкционной стали в строительстве
• Ограничения по использованию углеродистых конструкционных сталей

Углеродистые конструкционные стали являются весьма востребованными в строительстве и машиностроении, но также используются и в других областях промышленности. Универсальность обеспечивается характеристиками, которые позволяют подобрать необходимое сочетание качеств.

Впрочем, у этой особенности есть и обратная сторона – сложная классификация с обилием маркировок. В нашей статье мы расскажем, что собой представляет углеродистая конструкционная сталь, по каким признакам ее классифицируют и разберем ограничения в ее использовании.

Описание углеродистой конструкционной стали

Конструкции, механизмы, задействованные в промышленности и строительных работах, должны отличаться повышенной прочностью. Поэтому их производят из материала с особыми характеристиками, ведь от них зависит безопасная эксплуатация объекта при любых окружающих условиях. Углеродистая конструкционная сталь отвечает всем нормам по химическим, физическим и механическим показателям.

Данный металл выгодно отличается от других своей способностью справляться с постоянными и переменными нагрузками, является стойким к износу и образованию ржавчины. Чаще всего используют обычную углеродистую конструкционную сталь, но иногда прибегают к ее легированию при помощи определенных добавок, чтобы обеспечить материалу новые свойства.

Углеродистые конструкционные стали имеют в составе железо, кремний, медь, марганец, прочие вещества. Однако главной добавкой является углерод, поскольку от него зависят ключевые характеристики и степень прочности металла. Концентрация углерода определяет стойкость объекта к хладноломкости, способность справляться с производственными нагрузками, сменой погодных условий.

Среди конструкционных сталей принято выделять несколько классов в соответствии с долей вредных веществ – под последними понимают серу и фосфор. Чем больше этот показатель, тем ниже уровень хладноломкости и красноломкости металла.

Плюсы и минусы углеродистой конструкционной стали

Преимущества подобного металла становятся очевидны после того, как изделия проходят термическую обработку. Поэтому в процессе производства их подвергают воздействию температуры, чтобы проявить такие достоинства:

• Закалка и отпуск позволяют усилить сопротивление материала пластическим деформациям. В итоге данный показатель углеродистой конструкционной стали становится выше, чем у углеродистых сплавов при равном содержании углерода.
• В идентичных условиях конструкционная сталь прокаливается сильнее углеродистой. Из-за чего внешние элементы, имеющие значительную толщину, рекомендуется изготавливать из конструкционной стали с легирующими добавками. Благодаря составу, деталь прокаливается насквозь.
• Термическая обработка подобной стали может проходить с применением так называемых «мягких» охладителей, то есть масла. При помощи данного подхода серьезно сокращается вероятность растрескивания, коробления в процессе закалки.
• После термообработки и легирования у конструкционной стали возрастает вязкость, порог хладноломкости. Поэтому техника, в составе которой присутствуют детали из этого металла, считается более надежной.

Однако у углеродистой конструкционной стали есть и отрицательные свойства:

• Большинство изделий из нее подвержено обратимой отпускной хрупкости.
• Под действием температуры сталь теряет изначальную твердость и сопротивление усталости.
• Ковка, прокатка приводят к тому, что структура изделий меняется на строчечную. В зонах деформации они утрачивают однородность, из-за чего металл становится сложно резать.
• Углеродистым конструкционным сталям, легированным никелем, свойственно формирование флокенов, то есть светлых пятен в изломе. Они появляются при выходе водорода, растворенного в металле. В поперечном разрезе такие дефекты выглядят как трещины, расходящиеся в разных направлениях.

Разновидности углеродистой конструкционной стали в машиностроении

Данный тип сталей является наиболее распространенным и поставляется в виде проката в нормализованном состоянии. Он применяется в машиностроении, строительстве, пр.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества маркируют при помощи букв Ст и цифр в пределах от 0 до 6. Последние обозначают номер марки – чем больше число, тем выше доля углерода, прочность, при этом ниже пластичность.

Справа от номера марки пишут индекс: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь. Между индексом и номером марки нередко есть буква Г, свидетельствующая о повышенной концентрации марганца. Слева от букв Ст указываются группы стали. Стоит пояснить, что всего выделяют три группы: А, Б, В, которые устанавливаются в соответствии с назначением и гарантируемыми свойствами металла.

Стали обыкновенного качества делят на категории, исходя из требований к нормируемым показателям, то есть к химическому составу и механическим свойствам. При маркировке углеродистых конструкционных сталей категорию обозначают цифрой, которая располагается справа от индекса степени раскисления.

Допустим, Ст6ГпсЗ говорит о том, что перед нами сталь группы А, марки Ст6, с повышенной долей марганца, полуспокойная, третьей категории. Если при заказе металла указана определенная категория, но неизвестна степень раскисления, категорию пишут за номером марки через тире, например Ст4-3. Для стали первой категории цифру 1 не ставят, поэтому маркировка выглядит таким образом: Ст4пс.

У сталей группы А не регламентируется химический состав, зато гарантируются механические свойства. Такие металлы обычно становятся материалом деталей, при изготовлении которых не используется горячая обработка, то есть сварка, ковка и прочие методы.

Для стали группы Б производитель не гарантирует механические свойства, а ее ключевой характеристикой считается химический состав. Этот металл используют для изделий, проходящих термообработку и горячую обработку давлением, например, штамповку, ковку.

Сталь группы В поставляют в соответствии с механическими характеристиками, отвечающими нормам для группы А. Тогда как по химическому составу этот металл должен подходить под требования к углеродистым конструкционным сталям группы Б. Такой материал применяют в большинстве случаев для изготовления сварных конструкций.

Стали углеродистые качественные конструкционные, выпускаемые по ГОСТ 1050-74

Они отличаются от сталей обыкновенного качества меньшей долей серы, фосфора и прочих вредных примесей в составе. Также они имеют более узкие пределы содержания углерода в каждой марке и чаще всего более высокую концентрацию кремния и марганца.

Для маркировки качественных углеродистых конструкционных сталей используют двузначные числа, которые говорят о содержании углерода в сотых долях процента. Также нужно учитывать, что данный металл поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств.

Данная сталь бывает катаной, кованой, калиброванной, круглой с особой отделкой поверхности, которая известна как серебрянка.

Стали углеродистые специального назначения, выпускаемые по ГОСТ1414-75

Они имеют хорошую и повышенную обрабатываемость резанием, поэтому известны как автоматные стали. В первую очередь, такой металл применяется для изготовления деталей массового производства. При его обработке на станках-автоматах образуется короткая и мелкая стружка, обеспечивается меньший расход режущего инструмента, снижается уровень шероховатости обработанных поверхностей.

Автоматные углеродистые конструкционные стали со значительной долей серы и фосфора хорошо обрабатываются. Чтобы добиться высокой обрабатываемости резанием в металл вводят селен, свинец, теллур в качестве технических добавок.

Для маркировки данной группы сталей используют букву А и цифры, по которым можно определить среднее содержание углерода в сотых долях процента. Существуют такие марки автоматной стали: А12, А20, АЗО, А40Г.

Металл первой марки используют для производства неответственных деталей, тогда как из остальных делают элементы, призванные работать при повышенном напряжении и давлении. Данная сталь поступает в продажу в качестве прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Стоит оговориться, что такой металл не подходит для изготовления сварных конструкций.

Стали листовые, а именно котельные, ГОСТ 5520-79 и ТУ, предназначены для производства котлов и емкостей, работающих под давлением. Поэтому такие углеродистые конструкционные стали нашли применение в сфере изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин, прочих изделий. Их задача состоит в том, чтобы справляться с переменными давлениями и температурами в пределах +450 °С.

Немаловажным качеством котельной стали является хорошая свариваемость. Для этого в металл добавляют титан и дополнительно раскисляют его алюминием.

Существует несколько марок углеродистой котельной стали: 12К, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К, доля углерода в них находится на уровне 0,08–0,28 %. Металл поставляют в виде листов толщиной не более 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Характеристики углеродистой конструкционной стали в строительстве

Для строительных нужд используются углеродистые конструкционные стали с небольшой концентрацией легирующих элементов, то есть хрома, марганца и кремния. Доля углерода в них не выходит за пределы 0,1–0,2 %. Данный металл отличается хорошей свариваемостью и другими важными при изготовлении строительных конструкций свойствами. К ним относятся:

• хорошая ковкость и жидкотекучесть;
• высокая твердость и ударная вязкость;
• оптимальные параметры относительного удлинения и прочности.

За счет производства изделий для строительной сферы из низколегированных, а не углеродистых сталей удается на треть сократить издержки на сырье. Легирование позволяет улучшить закаливаемость металла и повысить его предел текучести.

Чаще всего среди углеродистых конструкционных сталей используются такие марки, поставляемые в виде сортового проката, листов, полос и прутков:

• 14Г2;
• 15ХСНД;
• 10Г2С1;
• 18Г2;
• 18Г2С;
• 25Г2С;
• 35ГС.

Перечисленные стали хорошо свариваются и поддаются прочим способам обработки, поэтому подходят для изготовления строительных конструкций любого размера и конфигурации без значительных трудозатрат.

Ограничения по использованию углеродистых конструкционных сталей

Доля углерода фиксируется при помощи цифры в маркировке – от этого показателя зависит качество и область применения изделий из стали.

Из данного металла производят малонагружаемые детали, ведь они имеют небольшую прочность, высокую пластичность и хорошо поддаются сварке. Также изделия подходят для штамповки холодным способом, однако их нельзя подвергать термическому воздействию. Сплав является материалом для сложных деталей автомобилей, ответственных сварных конструкций

Для получения такого металла углеродистую конструкционную сталь улучшают закалкой и горячим отпуском до температуры + 650 °C. В результате увеличивается уровень прочности деталей, при этом снижается пластичность, что позволяет резать металл. Данную сталь используют в сфере машиностроения

Эти материалы имеют значительное содержание марганца, поэтому из них делают элементы, обладающие повышенной упругостью и стойкостью к износу, например, рессоры, пружины. Благодаря отжигу материал поддается резанию

Металл имеет большую долю серно-фосфорных, свинцовых добавок и используется для изготовления деталей, подвергающихся значительной обработке без вреда для самого инструмента. Это автоматные стали с добавлением серы, фосфора, свинца, которые, в соответствии с названием, обрабатывают станками-автоматами

Если нужно добиться повышенной твердости, сопротивляемости износу элементов из углеродистой конструкционной стали, используют графитизацию, наклеп, наплавку.

Чтобы не ошибиться при выборе марки металла под конкретные задачи, важно понимать перечисленные выше свойства конструкционных сталей. Если вас не покидают сомнения, стоит посоветоваться со специалистами – они точно помогут подобрать подходящий материал.

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Описание конструкционной стали
• Классификацию конструкционных сталей
• Сферы применения конструкционной стали
• Достоинства и недостатки конструкционных сталей
• Как выбрать конструкционную сталь по ее маркировке

Конструкционная сталь пользуется сегодня огромным спросом. Она незаменима при изготовлении промышленных механизмов и возведении строительных конструкций, так как обладает высокой прочностью, пластичностью и сопротивляемостью к разрушению.

Используется данный материал и в других сферах человеческой деятельности. К примеру, из него производят детали для разного рода станков, горячекатаный рядовой прокат, пружины, рессоры, мелкие крепежные элементы и много чего еще. Однако при выборе конструкционной стали следует иметь в виду, что она бывает разных видов, у каждого из которых свои физические и химические характеристики.

Описание конструкционной стали

Конструкции и механизмы, применяемые в промышленности или строительстве, должны отвечать повышенным требованиям прочности. Для их изготовления применяется материал, обладающий особыми технологическими качествами. Использование металла с нужными свойствами – основа безопасной эксплуатации всей конструкции в разнообразных условиях. В соответствии с химическими, физическими и механическими характеристиками таким материалом может быть конструкционная сталь.

Ключевой особенностью такого металла является способность выдерживать постоянные и переменные нагрузки. Нередко от него ожидается также износостойкость или антикоррозийные свойства. Иногда выдвигаемым требованиям соответствует обычная углеродистая конструкционная сталь. Но в некоторых случаях ее качества необходимо дополнять или усиливать за счет легирования особыми химическими элементами.

В структуру сталей этого типа входят такие полезные добавки, как железо, кремний, медь, марганец и другие вещества, однако главную роль в них играет углерод. Именно он наделяет конструкционный металл ключевыми свойствами и определяет степень его прочности. От концентрации этого элемента зависит устойчивость объекта к хладноломкости, его способность выдерживать производственные нагрузки и переносить различные погодные условия.

Конструкционная сталь делится на несколько классов в зависимости от уровня содержания в них вредных примесей – серы и фосфора. Чем он выше, тем ниже порог хладноломкости и красноломкости материала.

Существует классификация, где за основу берется концентрация в сплавах S и P:

• менее 0,05 % – это конструкционные стали обыкновенного качества;
• менее 0,035 % – качественные конструкционные стали;
• менее 0,025 % – высококачественные стали;
• менее 0,015% – особо высококачественные стали.

Классификации конструкционных сталей

Есть и другие способы классификации сталей такого типа. Если брать за основу российские марки, то можно выделить:

• Низколегированные конструкционные стали с добавлением углерода, изготовленные согласно ГОСТу 5058 – такой вид материала пользуется спросом в строительстве.
• Специальные конструкционные – к этой группе относятся высоколегированные стали с антикоррозийными свойствами и особыми характеристиками. Руководство по их производству, как правило, определяется ТУ фирм-изготовителей. Химический состав таких материалов нередко позволяет относить их, скорее, к сплавам на основе железа, нежели к сталям.

Ключевым признаком, позволяющим отнести сталь к типу конструкционной, является доля углерода в составе готового сплава. Но с ее определением не все так просто: если минимальный показатель концентрации данного вещества в изделии указан четко и составляет 0,05 %, то максимальный представляет собой «плавающую» величину и варьируется между 0,7 % и 0,85 %. Стоит отметить, что в отдельных случаях такая же доля углерода в металле свойственна и инструментальным сталям.

Примером тому может служить сталь марки 60С2. Разные инженеры-металловеды относят ее то к рессорно-пружинным, то к инструментальным материалам. Эта же двойственность характерна таким маркам, как У7А, ШХ9 или 75Г.

В связи с этим для того, чтобы более четко обозначить верхний предел концентрации углерода в конструкционной стали, важно также обратить внимание на следующие характеристики:

• Диапазон текучести – максимальный показатель деформации сжатия, при котором объект не разрушается. Если он увеличен, то такой материал можно классифицировать как конструкционный, если нет – как инструментальный.
• Диапазон концентрации некоторых примесей в стали, попадающих в нее в процессе выплавки.

Еще одна классификация видов конструкционной стали, применяемая на производстве, основана на различии сплавов по части химических, физических и механических свойств. В нее входят следующие группы:

• углеродистые;
• низколегированные;
• легированные;
• автоматные;
• подшипниковые;
• пружинные;
• теплоустойчивые.

Выделенные группы отличаются не только по указанным свойствам конструкционного материала, но и по областям его использования.

Сферы применения конструкционной стали

Конструкционные стали, обогащенные углеродом, по праву можно считать универсальным материалом – их сфера применения распространяется от производства строительных конструкций и механизмов до деталей оборудования и машин. Такая многофункциональность этого вида сплава обусловлена комплексом его качественных характеристик.

Применение легированных конструкционных сталей имеет большое значение в области машиностроения, строительства, а также в производственных работах. Дело в том, что они обладают уникальными химическими, физическими и механическими свойствами. Эти характеристики материала определяются содержанием в сплаве того или иного вещества.

Свойства конструкционной стали низкой степени легирования позволяют использовать материал для производства локомотивов и вагонов для железнодорожного транспорта, трамваев или метрополитена, изготовления полевой и сельскохозяйственной техники, строительства инженерных конструкций и сооружений – словом, в условиях повышенной нестабильности нагрузок и температур.

Теплоустойчивая сталь способна выдерживать до +6 000 °С. Поэтому из нее изготавливают элементы приборов, работающие в течение длительного времени, а также детали, подвергающиеся постоянным нагрузкам и высокому термическому воздействию.

Из подшипниковой конструкционной стали выполняют элементы, подверженные точечным переменным нагрузкам – это места, где в одноименных механизмах шарики, ролики и беговые дорожки колец вступают в контакт.

Пружинная или пружинно-рессорная сталь применяется для изготовления пружин, рессор, сильфонов и т. д.

Из автоматной стали производят крупные партии мелких деталей и крепежей при помощи автоматических станков.

Достоинства и недостатки конструкционных сталей

Преимущества конструкционной стали раскрываются только после термической обработки изделий из данного сплава, поэтому их в обязательном порядке подвергают температурному воздействию. Главные плюсы такой процедуры:

• После закалки и отпуска детали из конструкционной стали ее способности к сопротивлению пластическим деформациям обостряются и даже превосходят в этом углеродистые сплавы (при одинаковой концентрации углерода).
• При одинаковых условиях конструкционный металл прокаливается сильнее, чем углеродистый. Поэтому внешние элементы большой толщины лучше выполнять именно из легированной конструкционной стали. Состав такого сплава должен позволять детали прокалиться насквозь.
• При термической обработке стали такого типа можно использовать «мягкие» охладители – масла. Эта технология значительно снижает риск появления трещин или коробления при закалке.
• После термообработки и процедуры легирования конструкционная сталь приобретает дополнительный запас вязкости, увеличивается порог ее хладноломкости. Так, оборудование с деталями из данного материала становится надежнее.

Недостатки конструкционной стали:

• Значительная часть изделий из этого материала подвержена обратимой отпускной хрупкости.
• После температурного воздействия конструкционный металл становится мягче, снижается его сопротивление усталости.
• В результате ковки и прокатки элементы из конструкционной стали приобретают строчечную структуру. Кроме того, в местах деформирования их свойства становятся неоднородными. Такой материал впоследствии с трудом поддается резке.
• В конструкционном материале, легированном никелем, могут образовываться флокены – светлые пятна в изломе. В поперечном разрезе они могут проявляться в виде трещинок разной направленности. Такое явление возникает за счет выхода водорода, растворенного в стали.

Выбор конструкционной стали по ее маркировке

Конструкционные металлы маркируются по сложной системе, включающей в себя множество обозначений. Рассмотрим ее подробнее.

Углеродистая сталь обыкновенного качества стандартно обозначается сочетанием букв «Ст» и цифры от 0 до 6 – они отражают номер марки. Затем идет описание степени раскисления: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс» и кипящих «кп».Причем в конструкционной стали марки 0 степень раскисления не указывается, зато отражается содержание в ней фосфора (не более 0,07 %), серы (не более 0,06 %) и углерода (не более 0,23 %). Марки от 1 до 6 могут быть полуспокойными, а от 1 до 4 –кипящими. Доля С, Мn, Si, S, P в них строго прописана.

Углеродистые конструкционные стали тоже бывают спокойные, полуспокойные и кипящие, но перед первыми индекс не ставится. Так, можно встретить обозначения полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс, и кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.

Литая макроструктура углеродистых сталей обозначается заглавной буквой «Л» (сталь 60 Л).

Определяет маркировку легированных конструкционных сталей ГОСТ 4532–71. Так, она должна содержать буквенно-цифровое обозначение, отражающее химический состав материала:

• алюминий – Ю;
• бор – Р;
• ванадий – Ф;
• вольфрам – В;
• кобальт – К;
• кремний – С;
• марганец – Г;
• медь – Д;
• молибден – М;
• никель – Н;
• ниобий – Б;
• титан – Т;
• хром – Х.

Цифра, расположенная в самом начале маркировки, обозначает количество углерода в легированном материале (в сотых долях процента). Так, запись «30ХН3А» означает, что в данном сплаве содержится порядка 0,30 % С, около 1 % Сr и 3 % Ni. Заглавная «А» в конце записи отражает высокое качество стали. Особо высококачественные стали (которые получаются, например, путем электрошлакового переплава) маркируются буквой Ш – 30ХГС-Ш.

Некоторые группы конструкционных сталей содержат дополнительные обозначения в начале маркировки. Так, автоматные начинаются с буквы «А», строительные – с «С», подшипниковые – с «Ш» (ШХ15).

Требования, которые выдвигает потребитель к свойствам конструкционной стали (химическим, физическим или механическим) выполняются за счет специфического состава сплава, подбора методик термического воздействия и способов упрочнения поверхности, а также качества металлургической обработки. Такой материал может быть представлен на рынке в формате проката, труб и пр.

Стоимость изделий из конструкционной стали в основном зависит от состава сплава и размеров детали.

• Для чего нужно знать расшифровку марок сталей
• Какова классификация марок сталей
• Как определить качество марок сталей
• Основные марки стали для изготовления конструкций
• Как расшифровать марки сталей
• Примеры расшифровки некоторых марок сталей

Марки сталей классифицируются по различным параметрам: химическому составу, свойствам, качеству, сфере применения. Их расшифровку нужно знать работающим в сфере металлообработки специалистам, чтобы правильно выбрать материал для изготовления различных изделий. Знание марок сталей будет полезно и заказчикам для осуществления контроля качества.

Существуют специальные таблицы, по которым определяют марки стали. В нашем материале мы обозначим лишь основные понятия и метод классификации сталей. Такая информация поможет даже простому обывателю разобраться в этом сложном вопросе.

Для чего нужно знать расшифровку марок сталей

Каждому, чья работа связана с металлами, приходилось сталкиваться с понятием «марки стали». Расшифровка маркировки позволяет узнать химической состав, физические свойства сплава. Хотя на первый взгляд маркировка может показаться достаточно сложной, но в ней легко разобраться. Для этого нужно представлять себе принцип ее составления.

Для такого краткого описания сплава используют буквы и цифры, обозначающие химические элементы, их количество. А значит, для грамотной работы со сталями важно знать сами сокращения и как каждый элемент изменяет свойства готового сплава. Тогда удастся предельно точно определить, какими техническими характеристиками обладает определенная марка стали.

Получив заказ на изделие, проектировщики разрабатывают конструкцию, а также выбирают наиболее подходящие для конкретного случая марки сталей, опираясь на расшифровки их свойств. Создаваемое устройство должно функционировать в определенных условиях, поэтому оно рассматривается в процессе движения – так удается понять, какие части будут испытывать повышенные нагрузки.

Чтобы установить требования к прочности элементов, производят расчеты. На следующем этапе подбирают металл в соответствии с марками стали по ГОСТу, который сможет выдерживать многократное нагружение и трение. Чем большую нагрузку будет испытывать изделие, тем более ограничен конструктор в выборе материала. Далее изготавливается прототип устройства из выбранного металла, его испытывают в соответствии с используемыми в конкретной сфере методиками. На этом этапе может быть изменена марка стали. Отметим, что чаще всего для изготовления машин, устройств и сложных механизмов используется именно сталь.

Вне зависимости от конкретной сферы, работа с металлами предполагает понимание их марок, назначений и других характеристик, отображаемых в индексе. Благодаря цифрам и буквам, используемым в шифре, удается максимально быстро разобраться в особенностях металла, не требуя дополнительных уточнений. В этой статье изложен основополагающий принцип классификации, а также простой способ чтения маркировок сталей, наиболее распространенных в производстве.

Классификация марок сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, где доля последнего не превышает 2,14 %. Железо обеспечивает твердость металла, однако его чрезмерное содержание приводит к излишней хрупкости сплава.

При выделении марок сталей используют такие характеристики:

Определение качества марок сталей

В составе различных марок сплавов присутствуют посторонние примеси. Это преимущественно такие вещества, как фосфор, сера, кислород в несвязанном виде, азот. Все они негативно отражаются на эксплуатационных характеристиках металла.

Как именно такие примеси сказываются на качестве сплава?

• Фосфор придает металлу хладноломкость, снижает его пластичность.
• Сера является причиной трещиноватости при высоких температурах нагрева.

В зависимости от содержания примесей устанавливается показатель качества металла:

• обыкновенная сталь отличается существенным количеством примесей 0,06–0,07 % серы и фосфора;
• качественный сплав имеет долю примесей не более 0,035 %;
• высококачественная сталь большой степени очистки от нежелательных включений – 0,025 %;
• особо высококачественная сталь содержит серы до 0,015 %, фосфора – 0,02 %.

Для марки стали обыкновенного качества существует несколько маркировок:

• А – металл с самой высокой долей примесей;
• Б – сбалансированный по содержанию;
• В – с гарантированным составом.

В каждой группе может быть выделено еще три подгруппы в зависимости от различных физических параметров.

Избавиться от кислорода, содержащегося в металле, позволяет раскисление, то есть операция, осуществляемая в плавильной печи. Исходя из уровня извлечения кислорода из сталей, марке присваивают тип и указатель:

• спокойные – «СП»;
• полуспокойные – «ПС»;
• кипящие марки – «КП».

Основные марки стали для изготовления конструкций

Существует множество видов стали, однако основная доля выплавляемого металла идет на производство конструкционной стали. Она бывает таких видов:

• Строительная. Это низколегированный сплав с хорошей свариваемостью, который чаще всего используется для изготовления строительных конструкций.
• Пружинная. Отличается высокими показателями упругости, усталостной прочности, сопротивления разрушению. Применяется для производства пружин, рессор.
• Подшипниковая. Ее главными свойствами является высокая износостойкость, прочность, низкая текучесть. В соответствии со своим названием, данная разновидность используется при производстве узлов и элементов подшипников различного назначения.
• Коррозионностойкая, также известная как нержавеющая. Это высоколегированная сталь, обладающая повышенной стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
• Жаропрочная. Изделия из нее могут долгое время работать в нагруженном состоянии при повышенных температурах, поэтому данная марка используется при производстве деталей двигателей, в том числе газотурбинных.
• Инструментальная. Является материалом для изготовления измерительных инструментов, а также устройств для обработки металлов и древесины.
• Быстрорежущая. Используется при производстве металлообрабатывающего оборудования.
• Цементируемая. Необходима в качестве материала деталей и узлов, функционирующих при серьезных динамических нагрузках в условиях поверхностного износа.

Чтобы точно определить, какая марка стали скрывается за расшифровкой, важно знать буквы в маркировках, обозначающие каждый из видов.

Расшифровка марок сталей

Расшифровка обозначений марки стали:

• «Ст» – обыкновенная нелегированная сталь. Так, «Ст3» обозначает металл с содержанием углерода 0,3 %, «Ст3кп» – кипящая сталь, «Сст3сп» – спокойная, «Ст3пс» – полуспокойная, «Ст3св» – свариваемая. Если буквы отсутствуют, то перед вами спокойная сталь.
• Группа «А» – сталь с гарантируемыми механическими свойствами (поставляемый металл не проходит термическую обработку). В данном случае могут встречаться такие маркировки: Ст0 – Ст6.
• Группа «Б» – сплав гарантированного состава, который подвергается термической обработке непосредственно у потребителя. На таком металле может стоять обозначение «БСт3».
• Группа «В» – сталь с гарантированными составом и механическими свойствами, используемая для изготовления сварных конструкций. Например, может маркироваться «ВСт3сп».
• «Пп» – металл, характеризующийся пониженной прокаливаемостью. Используется в качестве материала деталей тонких сечений, требующих высокой поверхностной твердости и подвергаемых термической обработке с нагревом ТВЧ. Пример: «Ст58пп».
• Качественная нелегированная сталь. Например, «Ст20», где содержится 0,2 % углерода, то есть обозначение ведется в сотых долях процента. По такому же принципу расшифровываются «Ст10», «Ст45», «Ст65».
• «К» – качественная углеродистая сталь. Данное обозначение ставиться в конце маркировки, то есть «20К», «15К». Такой металл применяется для производства днищ, котлов, сосудов высокого давления.
• «Л» – литейная конструкционная сталь, буква «Л» должна находиться в конце обозначения. Допустим, «110Г13Л» говорит о том, что данная марка содержит 1,1 % С, около 13 % Mn, является литейной. В соответствии с названием, для производства сплава используется метод литья.
• Конструкционная низколегированная сталь. Маркировка «Ст09Г2С» говорит о доли углерода – 0,09 %, марганца – 2 %, кремния – не более 1–1,5 %, при таком показателе цифра не указывается.
• «С» – строительная сталь. Когда обозначение «С» стоит в начале маркировки, после нее фиксируется минимальный предел текучести. Кроме того, при указании марки сталей используются дополнительные обозначения: «К» – повышенная коррозионная стойкость («С390К», «С375К»); «Т» – термоупрочненный прокат («С345Т», «С390Т»); «Д» – повышенное содержание меди («С345Д», «С375Д»).
• «Е» – металл, имеющий особые магнитные свойства. Данное обозначение также располагается в начале маркировки. Так, из «ЕХ9К5» производят мощные постоянные магниты.
• «У» – углеродистая инструментальная сталь. В качестве примера можно привести «У8ГА» с долей углерода 0,08 %, где «Г» обозначает повышенное содержание марганца, «А» – высокое качество материала.
• «А» – высококачественная сталь, если данная буква расположена в конце маркировки. Например, «40А» обозначает, что эта марка содержит около 0,4 % углерода и относится к сталям высокого качества.
• «Э» – электротехническая сталь, которую еще называют технически чистым железом. Речь идет о тонколистовой стали, которая применяется для изготовления шихтованных магнитопроводов электротехнического оборудования, а именно: для электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей.

Это такие маркировки, как «10880», «21880», пр. Первая цифра обозначает способ обработки листовой стали: «1» – кованые или горячекатаные марки; «2» – калиброванные марки. Вторая цифра, которая идет за обозначением марки горячекатаной стали, свидетельствует о наличии нормируемого коэффициента старения: «0» – без коэффициента; «1» – с коэффициентом. Третья цифра отображает группу по основной нормируемой характеристике. Две последние цифры используются для фиксации значений основной нормируемой характеристики.

• «А» – автоматная сталь, буква также ставится в начале маркировки. Данный материал отличается низкой пластичностью, поэтому применяется во время производства неответственных деталей, шпилек, болтов, гаек массового производства. Это такие разновидности, как «АС20ХГНМ», «А12», «А20».
• «АС» – автоматная, легированная свинцом. Например, «АС35Г2» содержит 0,35 % углерода, 2 % марганца и свинца не более 1 %.
• «Р» – быстрорежущая инструментальная сталь, данное обозначение также ставится в начале маркировки. Так, в «Р6М5» доля вольфрама составляет 6 %, а молибдена – 5 %.
• «Ш» – шарикоподшипниковая сталь. Отличается повышенной прочностью, износоустойчивостью, выносливостью. Допустим, марка «ШХ9» говорит о содержании хрома 0,9 % и углерода около 1 %.

Примеры расшифровки некоторых марок сталей

Разберем расшифровку «12Х18Н10Т» (для записи марки стали может использоваться аналог «X12CrNiTi18-10»):

• «12» говорит о доле углерода 0,12 %;
• «Х18» – хрома 18 %;
• «Н10» – никеля 10 %;
• «Т» – титана до 1–1,5 %, из-за чего цифра отсутствует.

Марка стали «09Г2С» обозначает, что в составе металла:

• «09» –0,09 % углерода;
• «Г2» – марганца 2 %;
• «C» – кремния в пределах 1–1,5 %, что позволяет не писать соответствующую цифру.

Для стали «20ЮЧ» и «20ЮЧА» характерно:

• «20» – 0,2 % углерода;
• «Ю» – алюминия 0,03–0,1 %;
• «Ч» – наличие редкоземельных металлов, таких как цирконий, титан, кальций, церий, необходимых для глобуляризации сульфидных неметаллических включений;
• «А» – свидетельствует о высоком качестве металла, так как находится в конце шифра, иными словами, в данной стали содержится не более 0,025 % серы и фосфора.

Назовем еще несколько марок сталей и также разберем их обозначения:

• «30ХГСА» – в данном сплаве присутствует 0,3 % углерода, есть хром (Х), марганец (Г), кремний (С), но их доля не превышает 1,5 %. Знак «А» указывает на высокое качества сплава.
• «У8ГА» – инструментальная высококачественная сталь с добавлением марганца и долей углерода 0,8 %.
• «Р6М5Ф2К8» – быстрорежущая сталь, в составе которой есть 5 % молибдена, 2 % ванадия, 8 % кобальта. Также в ней присутствует хром, но данный элемент является обязательным для всех быстрорежущих сталей, где его примерно 4 %, поэтому его не указывают в маркировке. Вольфрам тоже всегда есть в составе таких сплавов, но его прописывают, так как доля не фиксирована. В нашем случае сплав содержит 6 % вольфрама.
• «Ст3сп5» –конструкционная нелегированная сталь, полностью раскисленная, то есть спокойная, пятой категории. Все эти характеристики говорят о том, что металл подходит для создания несущих сварных конструкций.
• «ХВГ» – в данном сплаве есть хром, вольфрам и марганец, но их доля не превышает 1 %. Также присутствуют дополнительные легирующие элементы – не более чем по 0,5 %.

Быстро разобраться с марками стали позволяют таблицы, однако этого специального инструмента может не быть под рукой в нужный момент. Благодаря описанным выше принципам определения марки даже непрофессионал сможет узнать по шифру базовые качества, например, определенной марки оцинкованной стали, ее назначение, и подобрать наиболее подходящий для работы сплав.

Такие сведения позволяют определить свойства металла, рассчитать расходы. Если производство не связано с использованием особых характеристик, вполне могут использоваться марки стали, не содержащие в себе дорогих компонентов. А ведь именно последние серьезно повышают цену сплава.

Очень редко можно столкнуться с нестандартными индексами, при расшифровке которых необходимо уточнение – в этом случае приходится прибегать к таблицам и справочникам. Выше мы разобрали встречающиеся чаще всего обозначения, которые дают всю необходимую информацию о свойствах стали.

Углеродистые качественные стали не без основания называют универсальными. Их применение широко распространено не только в машиностроительной отрасли и связанных с ней сферах, но и в строительстве. Из углеродистых качественных сталей изготавливают отдельные элементы и цельные конструкции.

Распространенность свою сталь качественная конструкционная углеродистая и сплавы на ее основе получила благодаря своим характеристикам, которые обеспечивают долгий срок эксплуатации и эффективность использования изделий из нее. Во время выплавки к качественным сталям предъявляются строгие требования к выбору сырья, способу разливки, технологии плавки.

Классификация качественных углеродистых сталей

Классифицировать углеродистые качественные стали конструкционные стали можно по следующим признакам:

• По назначению:
  для использования в машиностроении;для использования в строительстве;
• для использования в машиностроении;
• для использования в строительстве;
• По количеству содержания примесей, снижающих качество:
  обыкновенного качества;качественные;высокого качества;особо высокого качества;
• обыкновенного качества;
• качественные;
• высокого качества;
• особо высокого качества;

• По составу:
  наличие углерода:
  малоуглеродистые;среднеуглеродистые;высокоуглеродистые;наличие легирующих элементов:
  низколегированные;среднелегированные;
• наличие углерода:
  малоуглеродистые;среднеуглеродистые;высокоуглеродистые;
• малоуглеродистые;
• среднеуглеродистые;
• высокоуглеродистые;
• наличие легирующих элементов:
  низколегированные;среднелегированные;
• низколегированные;
• среднелегированные;

• По способу поставки:
  кованная;катанная;калиброванная;
• кованная;
• катанная;
• калиброванная;

• По обработке:
  обыкновенные;котельные;автоматные;
• обыкновенные;
• котельные;
• автоматные;

• По степени раскисления:
  кипящая (кп);полуспокойная (пс);спокойная (без обозначения).
• кипящая (кп);
• полуспокойная (пс);
• спокойная (без обозначения).

Раскисление оказывает влияние на однородность внутренней структур металла. Лучшей по однородности является спокойная (а, г), за ней следует полуспокойная (в, е) и менее качественная кипящая (б, д). Внутренняя структура хорошо показана на рисунке.

Общая характеристика качественных углеродистых сталей

Основными отличиями качественных сталей от сталей обыкновенного качества являются:

• малое количество снижающих качество примесей: серы с фосфором;
• узкий диапазон количества углерода;
• увеличенное количество марганца или кремния.

Сталь поставляется от производителя с гарантией заявленного состава химических элементов и присущих им механических свойств.

Говоря о характеристиках качественных сталей следует выделить самые значимые:

• высокая прочность;
• пластичность;
• вязкозть ударная.

Но для улучшения эксплуатационных характеристик сотрудники институтов и лабораторий экспериментируют над химическим составом, способами повышения прочности и твердости поверхностей, методами термической обработки, способами плавки и разливки металла. Механические свойства углеродистых качественных сплавов зависят от химического состава. Свойства присущие углеродистым сплавам:

• Низкоуглеродистым – низкая прочность при высокой пластичности. Используются при производстве и изготовлении деталей и узлов со сложной конструкцией и небольшими нагрузками.Свойства присущие углеродистым сплавам:
• 15-20 – для неответственных деталей, которые не нуждаются в дополнительной термической обработке или подвергнутые нормализации.
• Среднеуглеродистые – для изготовления деталей, для которых предъявляются требования высокой твердости, но с пониженной пластичностью. Изделия, для которых необходима термическоя обработка: закалка поверхностного слоя, улучшению, нормализации. Для облегчения обработки резанием среднеуглеродистые стали подвергаются отжигу.
• Высокоуглеродистые, а также с дополнительно введенным марганцем – обладают высокими показателями упругости и стойкости к износу. Поэтому из нее изготавливают пружинные изделия.
• Автоматные – используются для обработки на автоматизированных станках. Фосфор и сера в большем количестве способствуют образованию мелкой стружки, что положительно сказывается на обрабатываемости, стойкости инструмента, но страдает шероховатость обрабатываемых поверхностей.

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Область применения достаточно широка. Основными потребителями сплавов являются машиностроительная и строительная отрасли. Одним из достоинств считается хорошая свариваемость.

Как следует из названия, «конструкционная» — значит использующаяся для строительных металлоконструкций. Другое название – арматурные стали.

Рассматривая основные марки качественных сталей, использующиеся промышленными предприятиями можно разделить по назначению.

• Качественные среднеуглеродистые стали 25-35. Детали, изготовленные из данного материала, работают при средних нагрузках и с невысокими напряжениями. После химико-термического воздействия обладают высокой прочностью поверхностного слоя, износостойкостью, но с незначительной прочностью сердцевины детали (гайка, винт, собачка, крюк, кулачок, звездочка и прочие).
• Качественные среднеуглеродистые стали 40-45. После термической обработки изделия из данного материала хорошо переносят средние нагрузки (вал, шестерня, шатун и прочие). Для получения заготовок используется метод горячей объемной штамповки. Подвергаются всем способам термической обработки. У всех среднеуглеродистых сталей после закалки и следующего за ним высокого отпуска внутренней структурой становится отпускной сорбит. В связи с чем повышается вязкость с пластичностью, а это низкая чувствительность у концентраторов напряженности. При увеличении диаметра изделия снижается его прокаливаемость.

• Качественные среднеуглеродистые стали 50-55. Детали из этих сталей являются высоконагруженными элементами механизмов и агрегатов (муфта, шестерня, кольцо пружинное и прочие).
• Качественные высокоуглеродистые стали 60-80 (Г). Изготавливаются детали, подвергающиеся постоянным напряжениям сжатия, которые эксплуатируются в условиях трения (эксцентрик, рессора, пружина и прочие), а также работающие при больших нагрузках динамических и статических (торсион, крестовина).

Особенности маркировки

Для обозначения используется буквенно-цифровой индекс. Цифры говорят о процентном содержании углерода (0,00%). Буквы (кп, пс или сп) говорят о степени раскисления, о повышенном количестве марганца (Г), алюминия (Ю), ванадия (Ф) и о способе обработки. Буква А, стоящая перед цифрами обозначает сплав автоматный, буква К после цифр – сплав котловой, ПВ – изготовлена горячим прокатыванием, ОсВ – металл для производства железнодорожных осей вагонов. Для обозначения качественных сталей в отличие от обыкновенного качества перед маркировкой пишется «Сталь».

• Сталь 10. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления спокойная.
• Сталь 10 кп. Содержание углерода порядка 0,1%, по степени раскисления кипящая.
• Сталь 20Г. Содержание углерода порядка 0,2%, марганца до 1%.
• Сталь 30Г2. Содержание углерода порядка 0,3%, марганца до 2%.
• Сталь А20. Автоматная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.
• Сталь 20К. Котельная со средним содержанием углерода порядка 0,2%.

Зарубежные производители аналогичной продукции производят маркировку по собственным стандартам.

Углеродистая сталь обыкновенного качества на протяжении длительного времени и в большом количестве используется для изготовления конструкций. Массовое использование позволило производителям выпускать углеродистые стали обыкновенного качества в массовом порядке. Большие объемы позволили снизить себестоимость материала.

Количественный объем и химический состав примесей регламентируется ГОСТом 380-2005.

Общие сведения

Углеродистая сталь обыкновенного качества общего назначения – это широко используемый материал в отраслях машиностроения, строительства и народного хозяйства. Из нее изготавливаются изделия:

• Методом горячего и холодного прокатывания:
  сортовой прокат;фасонный прокат;листовая продукция:
  тонколистовая;толстолистовая;широкополосная;ленты;проволока;метизы;
• сортовой прокат;
• фасонный прокат;
• листовая продукция:
  тонколистовая;толстолистовая;широкополосная;ленты;
• тонколистовая;
• толстолистовая;
• широкополосная;
• ленты;
• проволока;
• метизы;

• Методом обжима на прокатных станах:
  блюм;сляб;сутунка и прочие;
• блюм;
• сляб;
• сутунка и прочие;

• Методом ковки;
• Методом объемной штамповки;
• Методом отливки:
  слитки;
• слитки;
• Методом непрерывного литья.

Выпуск углеродистых сплавов общего назначения производится, соответствуя трем группам: А, Б, В.

• Сплавы группы А. Продукция данной группы соответствует принятым механическим качествам. Марки сталей: от Ст0 до Ст6. Для данной группы характерен нерегламентированный химический состав сплава
• Сплавы группы Б. Продукция соответствует заданному составу химических элементов. Марки сталей: от БСт0 до БСт6. Для данной группы сплавов механические характеристики второстепенны, но количество химических элементов известно с точностью до трех знаков после запятой.
• Группа В. Продукция соответствует заданным механическим качествам и составу химических элементов. Данная группа сплавов обладает характеристиками присущими первым двум группам.

Стали конструкционные обыкновенного качества производятся шести категорий. Категорийность которых зависит от способа и степени раскисления. Раскисление, как процесс, способствующий выведению из расплава кислорода, влияет на механические свойства металла. Различают три способа разливки металла: сплав кипящий – «кп», сплав полуспокойный – «пс», сплав спокойный – «сп». Распределение сплавов от заданных свойств представлено в таблице.

Общие характеристики

Физические свойства. Общие показатели, которыми обладают углеродистые стали общего назначения.

• Плотность:
  по СИ – 7800 кг/м3;по СГС – 7,8 г/см3;
• по СИ – 7800 кг/м3;
• по СГС – 7,8 г/см3;

• Коэффициент Пуансона – 0,24-0,28;
• Модуль:
  Юнга – 20500 кГ/мм2;сдвига – 8100 кГ/мм2
• Юнга – 20500 кГ/мм2;
• сдвига – 8100 кГ/мм2
• Допускаемые напряжения:
  на сжатие – 14 кГ/мм2;на растяжение – 14 кГ/мм2.
• на сжатие – 14 кГ/мм2;
• на растяжение – 14 кГ/мм2.

Механические и эксплуатационные свойства  представлены в таблице.

Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.

Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.

Прокат листового формата, произведенный из сталей углеродистых обыкновенного качества производителями изготавливается в соответствии четырем группам прочности:

• ОК300В;
• ОК360В;
• ОК370В;
• ОК400В,

• ОК – сплав обыкновенного качества;
• Цифровой индекс – это группа прочности, которая информирует о нижнем значении показателя предела прочностного сопротивления по времени);
• В – показатель характеристики (прочности).

К каждой группе прочности относятся следующие марки сталей:

• ОК300В – Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп;
• ОК360В — Ст3кп, пс, сп;
• ОК370В — Ст3пс, сп
• ОК400В — Ст4кп, пс, сп; Ст5пс, сп.

Горячекатаные листы из сталей обыкновенного качества на стадии производства подвергаются термической обработке. В процессе изготовления они подвергаются нормализации. Холоднокатаные листы также подвергаются термической обработке, а также дрессированию.

На производстве с непрерывным прокатыванием допустимо изготовление продукции без термической обработки.

Для листового металлического проката на поверхности недопустимо появление:

• расслоений;
• пузырей;
• надрывов;
• трещин;
• вкраплений инородных предметов и прочего.

Качество отделки поверхности листового проката соответствует четырем группам: I, II, III, IV. Детали и изделия, которые подвергаются термической обработке изготавливаются из сталей обыкновенного качества общего назначения групп Б и В с номерами 5, 6. они подвергаются закалке и далее высокотемпературному отпуску.