ТКМ і матеріалознавство
Вуглецеві сталі відповідно до діаграми залізо-вуглець діляться на доев-тектоїдні, евтектоїдні і заевтектоїдні. Вони в практиці класифікуються також за вмістом вуглецю та призначенням.
За змістом вуглецю сталі поділяються на три групи: низьковуглецеві, се-редньовуглецеві і високовуглецеві. Із збільшенням вмісту вуглецю твердість і міцність сталі, у відпаленому (рівноважному) стані збільшуються, а пластичність і ударна в'язкість зменшуються.
Низьковуглецеві (маловуглецеві) сталі містять до 0,3% вуглецю, відрізняються високою пластичністю і низькою твердістю. Ці сталі часто називають м'якими і застосовують, як правило, без термообробки.
Середньовуглецеві сталі містять від 0,3 до 0,6% вуглецю, властивості їх за допомогою термообробки можуть змінюватися в дуже широких межах. Ці сталі часто називають сталями середньої твердості і, як правило, застосовують в термічно обробленому, стані.
Високовуглецеві сталі містять понад 0,6 % вуглецю (практично до 1,3°/о), у відпаленому стані, мають підвищену твердість, тому часто називаються твердими. Ці сталі можуть застосовуватися як в термічно обробленому стані, так і без термообробки (в стані постачання).
За призначенням вуглецеві сталі поділяються на конструкційні і інструментальні.
Конструкційні вуглецеві сталі — будівельні та машинобудівельні — містять, як правило? до 0,6% вуглецю. Розрізняють два класи вуглецевих сталей: звичайної якості і якісні. Залежно від умов розкислювання в процесі виплавки обидва ці класи сталей, у свою чергу, поділяються на три групи: спокійні, киплячі і напівспокійні.
Спокійні сталі повністю розкислені, щільні і однорідні за складом, проте в них при розливанні на зливки утворюється велика усадкова раковина, внаслідок чого виникають великі відходи металу.
Киплячі сталі розкислюються тільки марганцем, тому містять велику кількість оксиду заліза РеО, який реагує з вуглецем і утворює чадний газ СО. Виділення газових бульбашок в металі створює враження, що він кипить. У зливку киплячої сталі утворюються газові бульбашки, унаслідок чого усадкової раковини практично немає. Бульбашки мають чисті неокислені поверхні і заварюються при гарячій обробці металу тиском. У киплячій сталі сильно проявляється зональна ліквація, але відходи металу при її виробництві мінімальні.
Напівспокійні сталі — це сталі проміжного типу.
При маркуванні сталей спокійні сталі позначають додатково буквами «сп», киплячі, — «кп», а напівспокійні — «не».
Сталі звичайної якості при виплавці піддаються тільки грубому очищенню і, як правило, розливаються на крупні зливки. Це обумовлює підвищений вміст в них сірки і фосфору, а також неметалічних включень і сильний розвиток зональної ліквації, проте ці сталі є найбільш дешевими. Такі сталі широко використовуються в маловідповідальних конструкціях, зокрема для будівельних та інших зварних, клепаних і болтових конструкцій, для виготовлення звичайного гарячекатаного прокату.
Залежно від призначення і гарантованих властивостей сталі звичайної якості, що гарантуються, діляться на три групи: А, Б і В.
У групу А входять сталі, у яких гарантуються тільки механічні властивості в стані постачання (міцність і пластичність) без уточнення їх хімічного складу. Ці сталі позначаються: СтО, Сті, Стікп, Ст2сп, Ст2..., Ст7. Механічні властивості, що гарантуються, визначаються ДСТУ і вказуються в довідкових таблицях. Чим більше число, тим вища міцність і нижча пластичність. Сталі групи А не піддають гарячій обробці тиском і використовують без термічної обробки.
У групу Б входять сталі, у яких гарантується тільки хімічний склад без вказівки механічних властивостей. Сталі цієї групи позначаються буквою Б з подальшим Ст і цифрами. Наприклад: БСтІ, БСтІкп, БСт2сп, БСтЗ, БСт4 і т.д. Чим більше число, тим вище визначений ДСТУ вміст вуглецю в сталі. Сталі цієї групи можуть піддаватися термічній обробці і гарячій обробці тиском.
У групу В входять сталі, у яких гарантуються і хімічний склад і механічні властивості в стані постачання. У позначення марки сталей цієї групи входить буква В: ВСтІ, ВСт2кп, ВСтЗ..., ВСтб. Ці сталі, як правило, використовуються при виготовленні зварних конструкцій, коли важливі механічні властивості в стані постачання, а також структурні зміни в навколошовній зоні термічного впливу, що визначаються хімічним складом.
Якісні вуглецеві сталі. Ці сталі виплавляються в мартенівських або електричних печах і відрізняються більш точним хімічним складом і низьким вмістом шкідливих домішок та неметалічних включень. Якісні вуглецеві сталі маркуються цифрами, які вказують середній вміст вуглецю в сотих долях відсотка: 08, 08кп, 10, Юсп, 15, 20, 25, 30,..., 85. Ці сталі, як правило, піддаються термічній або хіміко-термічній обробці і застосовуються для виготовлення різних деталей в автомобільному і загальному машинобудуванні. Якісні вуглецеві сталі можуть бути із збільшеним вмістом марганцю (0,7-1,0%), який підвищує прогартованість сталі, її міцність, але дещо знижує пластичність і в'язкість. Ці сталі позначаються: 15Г, 20Г, 25Г,..., 55Г.
Інструментальні вуглецеві сталі містять від 0,6 до 1,4% вуглецю і призначені для виготовлення ударного, ріжучого та вимірювального інструменту. Вуглецеві інструментальні сталі поділяються на якісні і високоякісні, випускаються з гарантією на хімічний склад.
Якісні вуглецеві інструментальні сталі позначаються буквою У з подальшими цифрами, що вказують середній вміст вуглецю в десятих частинах відсотка: У7, У8, У9, У10,..., У13.
Високоякісні вуглецеві інструментальні стані чисті, ніж якісні, тобто з меншим вмістом сірки і фосфору (менше 0,03%), а також неметалічних включень і з більш вузькими межами вмісту марганцю і кремнію. Ці сталі мають букву А в кінці марки: У7А, У8А, У9А,..., У13А.
Вуглецеві інструментальні сталі постачаються у відпаленому стані і піддаються термічній обробці. У термічно обробленому стані ці сталі відрізняються високою твердістю, міцністю і зносостійкістю. Основними недоліками цих сталей є низька теплостійкість (200°С) та незначна прогартованість.
