Конструкционные стали обыкновенного качества

В производстве машин, станков и предметов широкого потребления в энергетике, на транспорте и в строительной индустрии широко используется горячий стальной прокат в виде прутков, полос, труб, уголков и других фасонных профилей.

Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается. 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, в 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 меньше 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 (табл. 6.4), без указания химического состава.

 

Таблица 6.4

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного

качества группы А (образцы толщиной до 20 мм)

 

Сталь	σв, МПа	σ0,2, кгс/мм^2	σ,%	Сталь	σв, МПа	σ0,2,кгс/мм^2	σ,%
Не менее	Не менее
Ст.0	>310	–		Ст.4	420–540	240–270
Ст.1	320–420	–		Ст.5	500–640	260–290
Ст.2	340–440	200–230		Ст.6
Ст.3	380–490	210–250

Примечание. Механические свойства приведены для спокойных и полуспокойных сталей. В сталях Ст.1кп значение σ_в, на 10-20 МПа и σ на 10 МПа меньше, а значение σ на 1% больше, чем в спокойных и полуспокойных сталях того же номера.

Из табл. 3.4 следует, что с увеличением номера марки прочность увеличивается, а пластичность стали соответственно уменьшается.

Стали группы А используются в состоянии поставки для изделий изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом, но механические свойства не гарантируются. Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), 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 дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций). В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так как они сохраняются неизменными на участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости важны ведения о химическом составе. Механические свойства на растяжение для каждой марки стали группы В соответствуют нормам для аналогичных марок стали группы А (табл. 6.4), а химический состав – нормам для тех же номеров марок группы Б (табл. 6.5). Например, сталь ВСт4сп имеет механические свойства на растяжение, аналогичные стали Ст4сп, а химический состав одинаковый со сталью БСт4сп.

Таблица 6.5Химический состав (%) углеродистой стали обыкновенного качества группы Б

Сталь	С	Mn	Si в сталях	S	P
кп	пс	сп	не более
БСт0	< 0,23	–	–	–	–	0,06	0,07
БСт1	0,06–0,12	0,25–0,5	0,05	0,05–0,17	0,12–0,3	0,05	0,04
БСт2	0,09–0,15	0,25–0,5	0,05	0,05–0,17	0,12–0,3	0,05	0,04
БСт3	0,14–0,22	0,30–0,65	0,07	0,05–0,17	0,12–0,3	0,05	0,04
БСт4	0,18–0,27	0,40–0,70	0,07	0,05–0,17	0,12–0,3	0,05	0,04
БСт5	0,28–0,37	0,50–0,80	–	0,05–0,17	0,15–0,35	0,05	0,04
БСт6	0,38–0,49	0,50–0,80	–	0,05–0,17	0,15–0,35	0,05	0,04

 

Примечание. 1. В сталях БСт1-БСт6 допускается не более 0,3% Cr; 0,3% Ni; 0,3% Cu; 0,08% As; 0,08% N. 2. В сталях, выплавленных из керченских руд, допускается до 0,15% As и 0,05% P.

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью.

В машиностроении применяют углеродистые качественные стали, поставляемые по ГОСТ 1050-88. Содержание серы и фосфора в них допускается в пределах 0,03-0,04% каждого из элементов. Маркируются эти стали двузначными цифрами 05,08, 10, 15, 20, …, 75,80,85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20 содержит в среднем 0,20% С, сталь 75 – 0,75% С и т.д.

К углеродистым сталям также относят стали с повышенным содержанием марганца (0,7–1,0%) марок 15Г, 20Г, 25Г, …, 70 Г, имеющих повышенную прокаливаемость (критический диаметр до 25–30 мм). В табл. 3.4 приведены гарантируемые механические свойства после нормализации углеродистых качественных сталей.

Данные в табл. 6.6 служат для контроля металлургического качества отдельных плавок, а механические свойства изделий будут определяться соответствующими режимами термической обработки, зависящими от размера и сечения деталей.

Спокойные стали маркируются без индекса, полуспокойные и кипящие – с индексом соответственно пс и кп. В табл. 6.4 приведены данные химического состава и свойств спокойных сталей. Кипящие стали производят марок 05кп, 08кп, 10кп, 15кп, 20кп, полуспокойные – 08пс, 10пс, 15пс, 20пс.

Таблица 6.6 Химический состав и механические свойстваи углеродистых качественных сталей

 

Марка стали	Содержание углерода, %	Хром, не более	Механические свойства, не менее
σв, Мпа	στ, Мпа	δ, %	Ψ,%	KCU^+20 МДж/м^2	НВ после отжига или высокого отпуска, не более
	0,05–0,01	0,10					–
	0,07–0,14	0,15					–
	0,12–0,19	0,25					–
	0,17–0,24	0,25					–
	0,27–0,35	0,25					0,8
	0,37–0,45	0,25					0,6
	0,47–0,55	0,25					0,4
	0,57–0,65	0,25					–
	0,67–0,75	0,25					–

 

Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

К чугунам относят сплавы, содержащие более 2,14% С. Они могут быть доэвтектическими и заэвтектическими, а разделяет их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом. Чугуны с такой структурой называют белыми. Поэтому производятся для последующей переделки.

В технике чугуны применяют широко, прежде всего, за их превосходные литейные свойства. Цементит легко диссоциирует с образованием графита. Присутствие в структуре графита делает чугун серым и, что крайне важно, технологичным при обработке резанием. Графит может быть пластичным, хлопьевидным и глобулярным. В определении прочностных свойств серого чугуна форма графитных включений и их размеры играют решающее значение. Так, пластинчатый графит, образуя надрезы в металлической основе, резко снижает прочность и пластичность. Только поэтому получаемый литьем обычный серый чугун с пластинчатым графитом очень хрупок.

Ковкий чугун, получаемый длительным отжигом отливок из белого чугуна, имеет хлопьевидный графит, обеспечивающий ему достаточно высокую пластичность (табл. 6.7).

В результате модифицирования удается получить отливки чугуна с глобулярным графитом. Такой чугун называют высокопрочным. Он соединяет в себе присущую чугунам технологичность в литье и обработке резанием с прочностными свойствами стали, успешно заменяя стальные отливки, поковки и цветные сплавы.

Таблица 6.7Химический состав и механические свойства некоторых марок чугунов

 

Марка чугуна	σв, кгс/мм^2	σ0,2, кгс/мм^2	σ,%	σизг, кгс/мм^2	Стрела прогиба, мм	аn, кгм/см^2	НВ
СЧ 12-28		–	–			–	143–229
СЧ 44-64		–	–			–	229–289
КЧ 37-12		–		–	–	–
КЧ 63-2		–		–	–	–
ВЧ 33-17				–	–		140–170
ВЧ 120-4				–	–		302–369

 

Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).

Марка серого чугуна состоит из букв Сч (серый чугун) и цифры, показывающей значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм²). Показателями механических свойств серых чугунов в соответствии с ГОСТ 1412-85 является прочность при статическом растяжении (табл. 6.8).

Таблица 6.8Механические свойства серых чугунов

Чугун		НВ	Структура металлической основы
Сч15		163-229	Феррит
Сч25		180-250	Феррит + перлит
Сч40		207-285	Перлит
Сч45		229-289	Перлит

 

Графит способствует измельчению стружки при обработке резанием и оказывает смазывающее действие, что повышает износостойкость чугуна. Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов до 100 т и более.

Ферритные серые чугуны марки Сч10, Сч15 используются для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и т.д.

Ферритно-перлитные серые чугуны марки Сч20, Сч25 применяются для деталей, работающих при повышенных статистических и динамических нагрузках: картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и другие отливки разного назначения.

Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют перлитные серые модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок – ферросилиция (0,3-0,6% от массы шихты). К таким чугунам относятся СЧ40 и СЧ45, которые обладают более высокими механическими свойствами из-за измельчения формы графитных включений. Эти марки чугунов применяются для корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов.

Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий.