Железоуглеродистые сплавы. Классификация, маркировка, термическая обработка и применение углеродистых сталей.

Углеродистые стали. Согласно действующей по ГОСТ классификации, сталь по химическому составу делится на две группы: углеродистую и легированную. Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом (содержание углерода до 2 %) с примесями кремния, серы и фосфора, причем главной составляющей, определяющей свойства стали, является углерод. Процентное содержание элементов в стали примерно следующее: Fe – до 99,0; С – 0,05 – 2,0; Si – 0,15 – 0,35; Mn – 0,3 – 0,8; S – до 0,06, Р – до 0,07. Классификация углеродистых сталей. Углеродистые стали, классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии. По содержанию углерода стали подразделяются на низкоуглеродистые (менее 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3 – 0,7 % С) и высокоуглеродистые (более 0,7 % С). По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных сооружений, деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, улучшаемые, высокопрочные и рессорно-пружинные. Инструментальные стали, подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200º С) деформирования. По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % S и 0,07 %P, качественные – не более 0,04 % S и 0,035 % P, высококачественные – не более 0,025 % S и 0,025 %P. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5 %С), качественные и высококачественные – углеродистыми и легированными. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. По структуре в равновесном состоянии стали делятся на: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; 2) эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный.
Достоинства легированных сталей: особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке; улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям; легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

Недостатки: подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода; в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;

Маркировка углеродистых сталей и их применение. Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-90) выпускаются в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяются на группы: А, Б, В. Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки (чем больше условный номер стали, тем больше содержание углерода и перлита в ней и тем выше ее прочность и ниже пластичность). Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп», а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. В их составе разное содержание кремния: спокойные – 0,12 – 0,30, полуспокойные – 0,05 – 0,17, кипящие – менее 0,07 %, например Ст3сп, БСт3пс или ВСт3сп5 (в конце 5-я категория). Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 – Ст6, кипящими – Ст1 – Ст4 всех трех групп. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют. Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами, без указания химического состава. Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства. Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом, но механические свойства не гарантируются. Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки, при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки. Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Стали группы В применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций). Углеродистые стали обыкновенного качества широко используются в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций. Способностью к свариванию и холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1 – 4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергают цементации. Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большой прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, а также валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.