Конструкционные стали общего назначения

Конструкционными называются стали, предназначенные для изготовления деталей машин (машиностроительные стали), конструкций и сооружений (строительные стали). К конструкционным сталям относят и стали со специальными свойствами – износостойкие, пружинные, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и др.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ

Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества. Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4, Ст 5, Ст 6. Буквы «Ст» в марке стали обозначают «сталь», цифры – условный номер марки (с увеличением номера возрастает в стали содержание углерода, предел прочности и текучести, снижается пластичность), кроме того могут быть стали с содержанием марганца (0,8 – 1,1 %) – Ст3Гпс, Ст3 Гсп, Ст5 Гпс.

В зависимости от условий и степени раскисления[1] различают стали: 1) спокойные «сп» (Ст1 сп – Ст6 сп); 2) полуспокойные «кп» (Ст1 пс – Ст6 пс); 3) кипящие «кп» (Ст1 кп – Ст4 кп) (раскисление – введение в сталь раскислителей – ферросилициума, ферромарганца, алюминия).

Спокойные стали получают полным раскислением ферросилициумом, ферромарганцем, алюминием в печи, а затем в ковше. Они застывают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только ферромарганцем и до затвердевания в них содержится повешенное количество FeО. При застывании FeО взаимодействует с углеродом стали, образуя СО, который выделяется в виде пузырьков, создавая впечатление, что сталь кипит.

Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали также широко применяют в строительстве для сварных, клепаных и болтовых конструкций, реже для изготовления малонагруженных деталей машин (валы, оси, зубчатые колеса).

Качественные углеродистые стали. Маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, …, 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Низкоуглеродистые стали (содержание углерода < 0,25 %) обладают невысокой прочностью и высокой пластичностью. Эти стали без термической обработки применяют для малонагруженных деталей, используют для холодной листовой штамповки изделий, для сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией.

Среднеуглеродистые стали (0,3-0,5 % С). Применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения.

Высокоуглеродистые стали (0,6-0,85 % С). обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска для деталей, работающих в условиях трения. Из сталей изготовляют пружины, рессоры, прокатные валки.

 

 

Пружинные стали

Рессорно-пружинные стали предназначены для изготовления пружин, упругих элементов и рессор различного назначения. Стали поступают в виде проволоки и ленты, а также горяче-и холоднокатаного проката, из которых изготовляют пружины. Стали для пружин должны обладать высокими сопротивлением малым пластическим деформациям, пределом выносливости и релаксационной стойкостью[2] при достаточной пластичности и вязкости.

Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5 % С и быть подвергнуты термической обработке — закалке и отпуску или деформационному упрочнению после патентирования[3]

В табл. 1 приведены режимы термической обработки и механические свойства некоторых рессорно-пружинных сталей.

Стали должны обладать хорошей закаливаемостью[4] и прокаливаемостью[5]. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки немартенситных продуктов превращения аустенита (бейнита, ферритно-карбидной структуры, феррита), а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства. Чем мельче зерно, тем выше сопротивление стали малым пластическим деформациям.

Для пружин малого сечения, закаливаемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65, 70, 75, 85.

Более часто для изготовления пружин и рессор используют легированные стали, содержащие 1,5—2,8 % Si, 0,6—1,2 % Мn, 0,2—1,2 % Сr; 0,1—0,25 % V; 0,8—1,2 % W и 1,4—1,7 % Ni. Эти элементы обеспечивают необходимую прокаливаемость и закаливаемость, повышают релаксационную стойкость сталей и предел упругости.

В промышленности наиболее часто применяют кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70СЗА. Поскольку кремний повышает прокаливаемость, задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит, кремнистые стали (50С2, 55С2 и 60С2) имеют высокие пределы текучести и упругости, что обеспечивает хорошие свойства. Кремнистые стали применяют для изготовления пружин вагонов, многих автомобильных рессор, в станкостроении, для торсионных валов и др.

Для изготовления автомобильных рессор широко применяют сталь 50ХГА, которая по технологическим свойствам превосходит кремнистые стали.