Конструкционные углеродистые стали могут быть общего или специального назначения, они обладают целым набором технологических характеристик, определяющих эффективную и длительную эксплуатацию изделий из них. В химическом составе конструкционных сплавов, кроме полезных добавок, содержатся и вредные примеси, наиболее значимыми из которых являются фосфор и сера. Повышенное содержание этих элементов в составе конструкционной стали делает изделия из них очень хрупкими, а также значительно ухудшает их свариваемость.
Конструкционные углеродистые стали разделяют на две категории:
- обыкновенного качества – повышенное содержание серы и фосфора
- высококачественные – с максимальным содержанием примесей до 0.04 %
Конструкционная сталь
В структуру конструкционных сталей входят такие полезные химические добавки как железо, медь, кремний, марганец и другие вещества, однако главную роль в них играет углерод. Именно он наделяет конструкционный металл ключевыми свойствами и определяет степень его прочности. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким. Ключевым признаком, позволяющим отнести сталь к типу конструкционной, является доля углерода в составе готового сплава. Но с ее определением не все так просто: если минимальный показатель концентрации данного вещества в изделии указан четко и составляет 0.05 %, то максимальный представляет собой «плавающую» величину и варьируется между 0.7 % и 0.85 %. Конструкционная сталь маркировка, классификация, свойства:
Конструкционная сталь маркировка
По химическому составу конструкционная сталь бывают легированной и углеродистой. Все марки конструкционных сталей изготавливают согласно нормативам ГОСТ, регламентирующему качество и свойства материала. Цифры в маркировке обозначают, среднее содержание углерода в стали, а буквы – вид добавок улучшающих ее технические характеристики.
Качество конструкционного металла связано с количеством примесей фосфора (Р) и серы (S), которые в нём содержатся. Они относятся к вредным соединениям. Чем больше в составе фосфора и серы, тем более хладноломкой и красноломкой становится сталь. На основании количества вредных примесей разработали следующую классификацию:
- содержание серы и фосфора до 0.05 % – сталь обыкновенного качества маркировка «Ст» — пример: сталь Ст3
- доля фосфора и серы до 0.035 % – качественная сталь маркировка «Сталь» — пример: сталь 08 или Ст08, сталь 20 или Ст20, сталь 35 или Ст35, сталь 45 или Ст45
- количество серы и фосфора до 0.025 % – высококачественная сталь маркировка «А», буква ставится в конце — пример У8А, У10А
- объём фосфора и серы до 0.015 % – особо высококачественная сталь маркировка «Ш», Особо высококачественная сталь обозначается буквами Ш, ВД, ВИ, ПД и т.д. в конце наименования марки, где ВД обозначает, что сталь или сплав получен вакуумно-дуговым переплавом, Ш — электрошлаковым переплавом, ВИ — методом вакуумно-индукционной выплавки, ПД — плазменно-дуговым буква ставится в конце — пример 12Х2Н4А-Ш, 40ХН2МА-Ш, 08Х18Н10Т-ВД
В легированную сталь добавляются легирующие элементы. Для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: Х – хром, Н – никель, Г – марганец, С – кремний, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, К – кобальт, Т – титан, Ю – алюминий, Д – медь, П –фосфор, Р – бор, А – азот, Е – селен, Ц – цирконий, Б – ниобий. Сталь может содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства.
К конструкционным легированным сталям относятся цементируемые легированные стали (низкоуглеродистые и среднелегированные) получают, насыщая поверхность стали углеродом и подвергая ее термической обработке. Этим обеспечивается высокая поверхностная твердость и сохраняется прочность сердцевины металла. Марки: 15Х, 18ХГ, 25 ХГМ и др. Эти стали предназначены для деталей, работающих в условиях трения, при высоких давлениях и ударных нагрузках (деталей автотракторной, автомобильной промышленности и др.).
Конструкционная сталь классификация
Помимо этого при производстве используют классификацию сталей, отличающихся по механическим, физическим и химическим свойствам. Сюда входят:
- углеродистые
- легированные
- низколегированные
- теплоустойчивые
- подшипниковые
- пружинные
- автоматные стали
Все вышеперечисленные конструкционные металлы отличаются не только свойствами, но и сферами применения.
Углеродистая сталь обыкновенного качества стандартно обозначается сочетанием букв «Ст» и цифры от 0 до 6 – они отражают номер марки. Затем идет описание степени раскисления: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс» и кипящих «кп». Причем в конструкционной стали марки 0 степень раскисления не указывается, зато отражается содержание в ней фосфора (не более 0.07 %), серы (не более 0.06 %) и углерода (не более 0.23 %). Марки от 1 до 6 могут быть полуспокойными, а от 1 до 4 –кипящими. Доля С, Мn, Si, S, P в них строго прописана.
Согласно ГОСТу 1050–88 маркировка углеродистых качественных сталей включает двузначное число, говорящее о концентрации в нем углерода (в сотых долях процента): 0, 8, 10, 20, …60. Из такого обозначения очевидно, что, например, сталь 20 содержит 0.20 % углерода.
Углеродистые конструкционные стали тоже бывают спокойные, полуспокойные и кипящие, но перед первыми индекс не ставится. Так, можно встретить обозначения полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс, и кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.
Конструкционная сталь свойства
Свойства конструкционных строительных сталей определяются в основном механическими и технологическими характеристиками. К механическим характеристикам относятся относительное удлинение, предел прочности, твердость, ударная вязкость. К технологическим характеристикам относятся свариваемость, жидкотекучесть, ковкость и др.
Конструкционная сталь должна обладать сочетанием высоких прочностных и пластических свойств. Из прочностных свойств основной конструкционной характеристикой является предел текучести (условный или физический) — величина, непосредственно входящая в расчетные формулы. Выбор этой характеристики в качестве основы при расчетах на прочность объясняется тем, что при более высоких напряжениях в конструкции возникают необратимые линейные изменения, что может привести к выходу ее из строя. Повышение предела текучести позволяет снижать расчетные сечения, а следовательно, и массу стальных конструкций или—при той же массе — выдерживать более высокие рабочие напряжения.
Важной служебной характеристикой является предел прочности; эта характеристика отражает способность стали сопротивляться разрушению. При изготовлении конструкций из высокопрочной стали предел прочности может быть также использован в качестве расчетной характеристики.
Конструкционная сталь широко применяется в строительстве и машиностроении, как наиболее дешёвый, технологичный, обладающий необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эта сталь используется в горячекатанном состоянии без дополнительной термической обработки с ферритно-перлитной структурой. Качественными углеродистыми сталями являются стали марок: Сталь 08, Сталь 10, Сталь 15 …, Сталь 78, Сталь 80, Сталь 85. Также к этому классу относятся сплавы с повышенным содержанием марганца (Mn — 0.7 — 1.0 %): Сталь 15Г, 20Г … 65Г, имеющие повышенную прокаливаемость.
В отличие от легированного металла, назначение конструкционной стали обыкновенного качества определяет широкую сферу их применения. Это конструкции, работающие при относительно невысоком напряжении, с заниженными требованиями к механической прочности материала. Данная сталь считается наиболее востребованным вариантом по причине оптимального соотношения стоимости и эксплуатационных характеристик.
