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. 3.2), без указания химического состава.

Таблица 3.2

Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного

качества группы А (образцы толщиной до 20 мм)

 

Сталь	σв, МПа	σ0,2, кгс/мм2	σ, %	Сталь	σв, МПа	σ0,2, кгс/мм2	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 Ст1кп 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. 3.2. 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. 3.2), а химический состав – нормам для тех же номеров марок группы Б (табл. 3.3). Например, сталь ВСт4сп имеет механические свойства на растяжение, аналогичные стали Ст4сп, а химический состав одинаковый со сталью БСт4сп.

Таблица 3.3

Химический 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. 3.4 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. 3.4 приведены данные химического состава и свойств спокойных сталей. Кипящие стали производят марок 05кп, 08кп, 10 кп, 15 кп, 20 кп, полуспокойные – 08пс, 10 пс, 15 пс, 20 пс.

Таблица 3.4

Химический состав и механические свойства

углеродистых качественных сталей

 

Марка стали	Содержание углерода, %	Хром, не более	Механические свойства, не менее
σв, Мпа	στ, Мпа	δ, %	Ψ,%	KCU+20 МДж/м2	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. 3.5).

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 3.5

Химический состав и механические свойства некоторых марок чугунов

 

Марка чугуна	σв, кгс/мм2	σ0,2, кгс/мм2	σ,%	σизг, кгс/мм2	Стрела прогиба, мм	аn, кгм/см2	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. 3.6).

Таблица 3.6

Механические 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.