Маркировка стали

Что собой представляют углеродистые стали

Углеродистые стали, которые в зависимости от основной сферы применения подразделяются на конструкционные и инструментальные, практически не содержат в своем составе легирующих добавок. От обычных стальных сплавов эти стали также отличает и то, что в их составе содержится значительно меньшее количество таких базовых примесей, как марганец, магний и кремний.

Содержание основного элемента – углерода – в сталях данной категории может варьироваться в достаточно широких пределах. Так, высокоуглеродистая сталь содержит в своем составе 0,6–2% углерода, среднеуглеродистые стали – 0,3–0,6%, низкоуглеродистые – до 0,25%. Данный элемент определяет не только свойства углеродистых сталей, но и их структуру. Так, внутренняя структура стальных сплавов, содержащих в своем составе менее 0,8% углерода, состоит преимущественно из феррита и перлита, при увеличении концентрации углерода начинает формироваться вторичный цементит.

Нормы содержания химических элементов в углеродистых сталях

Углеродистые стали с преобладающей ферритной структурой отличаются высокой пластичностью и низкой прочностью. Если же в структуре стали преобладает цементит, то она характеризуется высокой прочностью, но вместе с этим является и очень хрупкой. При увеличении количества углерода до 0,8–1% прочностные характеристики и твердость углеродистой стали возрастают, но значительно ухудшаются ее пластичность и вязкость.

Количественное содержание углерода также оказывает серьезное влияние на технологические характеристики металла, в частности на его свариваемость, легкость обработки давлением и резанием. Из сталей, относящихся к категории низкоуглеродистых, изготавливают детали и конструкции, которые не будут подвергаться значительным нагрузкам в процессе эксплуатации. Характеристики, которыми обладают среднеуглеродистые стали, делают их основным конструкционным материалом, используемым в производстве конструкций и деталей для нужд общего и транспортного машиностроения. Высокоуглеродистые стальные сплавы благодаря своим характеристикам оптимально подходят для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования по износостойкости, для производства ударно-штампового и измерительного инструмента.

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества

Углеродистая сталь, как и стальной сплав любой другой категории, содержит в своем составе различные примеси: кремний, марганец, фосфор, серу, азот, кислород и водород. Часть этих примесей, такие как марганец и кремний, являются полезными, их вводят в состав стали на стадии ее выплавки для того, чтобы обеспечить ее раскисление. Сера и фосфор – это вредные примеси, которые ухудшают качественные характеристики стального сплава.

Хотя считается, что углеродистые и легированные стали несовместимы, для улучшения их физико-механических и технологических характеристик может выполняться микролегирование. Для этого в углеродистую сталь вводятся различные добавки: бор, титан, цирконий, редкоземельные элементы. Конечно, при помощи таких добавок не получится сделать из углеродистой стали нержавейку, но заметно улучшить свойства металла они вполне могут.

Это интересно: Стальной канат — классификация и критерии выбора троса

Rimoyt.com

Углеродистые стали. Классификация и маркировка углеродистых сталей. Инструментальные и конструкционные углеродистые стали

Классификация углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируют: — по структуре — по способу получения — по степени раскисления — по качеству — по назначению

По структуре углеродистые стали подразделяют на: — доэвтектоидные (содержат менее 0,8% С) — эвтектоидные (0,8% С) — заэвтектоидные (С более 0,8%)

По способу получения углеродистые стали разделяют на: — кислородно-конвертерные — мартеновские — электростали

По степени раскисления углеродистые стали бывают: — спокойные — полуспокойные — кипящие

По качеству (качество определяется содержанием вредных примесей в стали) углеродистые стали разделяют на: — стали обыкновенного качества — качественные стали

По назначению углеродистые стали разделяют на: — конструкционные — инструментальные

Маркировка углеродистых сталей

Маркировка углеродистых сталей зависит от их качества и назначения. Стали обыкновенного качества имеют 3 группы поставки: А, Б, В. Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами, химический состав не регламентируют. Стали группы Б поставляются с гарантированным механическим составом, механические свойства не гарантируются. Стали группы В поставляются с гарантированными химическим составом и механическими свойствами.

Все эти стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-71) маркируются буквами Ст, после которых ставится цифра от 0 до 6. Впереди марки – буква, указывающая группу поставки (для стали группы А – не ставится). В конце марки указывается степень раскисления: пс, кп (для спокойных – не указывают). Ст3кп – углеродистая сталь обыкновенного качества, группы поставки А, с номером 3, кипящая.

ВСт4пс – углеродистая сталь обыкновенного качества, группы поставки В, с номером 4, полуспокойная.

Для сталей группы поставки А номер характеризует механические свойства (выше номер – выше прочность). У сталей группы Б с возрастанием номера возрастает содержание углерода. У сталей группы В механические свойства такие же как у стали группы А, а химический состав как у стали группы Б аналогичного номера. О механических свойствах и химическом составе информацию получают в сопроводительных документах.

Качественные конструкционные углеродистые стали (ГОСТ 1050-74) маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, 25… до 85. Цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если сталь содержит повышенное количество марганца (0,8-1,2%), то после цифр ставится буква Г. В конце марки указывают степень раскисления (кп или пс).

Сталь 40 – качественная конструкционная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,4 % , спокойная.

Сталь 65Гпс – качественная конструкционная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,65%, более 0,8% марганца, полуспокойная.

Инструментальные углеродистые стали (гост 1435-74) тоже качественные. Они маркируются большой буквой У и цифрами, которые означают содержание углерода в десятых долях процента. Эти стали всегда качественные. Однако, если сталь имеет повышенное качество, то в конце марки ставится буква А.

Обычно в качестве инструментальной стали используют стали с повышенным содержанием углерода (0,75-1,3%). Они отличаются высокой твердостью и прочностью. Из них изготавливают сверла, метчики, развертки, а также пуансоны и матрицы штампов для холодной штамповки. Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость – при нагреве выше 200 ?С их твердость снижается, поэтому в этих случаях целесообразно применять легированные инструментальные стали.

У8 – инструментальная углеродистая со средним содержанием углерода 0,8% (имеет точно такой же химический состав, что и Сталь 80, но отличается структурой и свойствами).У12А – углеродистая инструментальная сталь, 1,2% углерода, повышенного качества.

Классификация по способу раскисления

При выплавке стали в ней остается некоторое количество кислорода в составе окислов железа. Для снижения количества кислорода и восстановления железа из окислов применяется реакция раскисления, при которой в расплавленный металл добавляют соединения, более активные по взаимодействию с кислородом, чем железо. Во время реакции высвободившийся кислород также реагирует с углеродом, в результате чего образуется углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков.

В зависимости от количества раскислителей и продолжительности процесса можно выделить три вида итогового сплава:

• Кипящая сталь. В результате минимального использования присадок и времени реакции увеличен выход готовой продукции, которая, при этом отличается низким качеством;
• Спокойная сталь. Металл, в котором полностью прошли процессы раскисления. Отличается высоким качеством, но дорога в производстве в связи с высокой стоимостью реагентов и сниженным выходом продукта;
• Полуспокойная сталь. Промежуточный вариант с оптимальным сочетанием качества и стоимости.

При изготовлении ассортимента марок стали из металла разной степени раскисления применяется специальная маркировка материалов, соответственно символами «сп», «кп» и «пс».

1 Характеризуем углеродистую сталь

Сталь состоит из двух компонентов – железа (Fe) и углерода (С). Также в составе присутствуют добавки, но когда доля примесей сведена к минимуму, то речь идет об углеродистых сплавах. Этот тип делится на низко-, средне- и высокоуглеродистые. В первом случае в составе присутствует менее 0,2% С, во втором 0,2–0,6%, а в третьем содержание углерода достигает 2%.

К достоинствам материала стоит отнести приемлемую цену в сочетании с довольно неплохими характеристиками. Углеродистые стали пластичны и прекрасно подвергаются обработке независимо от температуры нагрева. Еще к плюсам можно отнести отличную свариваемость. Этот материал остается прочным даже при 400 °C и не боится динамических нагрузок. Штампуемость ухудшается с повышением количества углерода.

Недостатков тоже хватает:

• при нагреве более 200 °C страдает твердость и режущая способность;
• сплав склонен к коррозии, поэтому нуждается в защитном покрытии.
• электротехнические свойства на низком уровне.
• материал склонен к тепловому расширению.

Коррозия углеродистой стали

В доэвтектоидных сплавах доля С не превышает 0,8%. Для такого материала характерна структура, состоящая из зерен феррита и перлита. Причем с увеличением С преобладает перлит, а вторая структурная составляющая стремится к минимуму. В эвтектоидных сталях (0,8% С) соответственно остается один перлит. А вот дальнейшее увеличение в составе углерода приводит к появлению вторичного цементита. Последние сплавы называются заэвтектоидными.

На свойства углеродистых сталей влияет и доля постоянных примесей. К полезным добавкам относятся кремний и марганец. Эти элементы способствуют раскислению сплава, а вот содержание фосфора с серой наоборот. Повышенное содержание Р приводит к хладноломкости, т.е. заготовка растрескивается и ломается во время холодной обработки. Однако в нагретом состоянии сплав можно подвергать обработке (ковке, сварке и т. д.).

Сера вызывает красноломкость. Этот дефект характеризуется плохой обрабатываемостью материала при термическом воздействии. Сернистое железо образует эвтектику с Fe, которая распределяется по краям зерен, и с повышением температуры она начинает плавиться. В результате нарушается связь между зернами и образуются трещины. Чтобы улучшить технологические показатели углеродистых сталей, можно провести микролегирование цирконием, титаном и бором.

Отрицательные стороны

Наряду с положительными сторонами легирование сталей имеет и ряд характерных недостатков. К ним можно причислить следующие:

1. В изделиях из легированных сталей наблюдается обратимая отпускная хрупкость второго рода.
2. Сплавы класса высоколегированных включают остаточный аустенит, снижающий показатель твердости и сопротивляемости усталостным факторам.
3. Склонность к образованию дендритных ликваций, что приводит к возникновению строчечных структур после прокатки или ковки. Для устранения эффекта применяется диффузионный отпуск.
4. Такие стали склонны к образованию флокенов.

Допустимые элементы

Нормативным документом (ГОСТом) регламентируется и химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества. Содержание такого элемента, как кремний, в сталях, обладающих разной степенью раскисления, может варьироваться в следующих пределах:

• кипящие – до 0,05%;
• полуспокойные (Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс и др.) – 0,05–0,15%;
• спокойные – 0,15–0,3%.

В сплавах обыкновенного качества марки Ст0 кремния, как и марганца, содержаться не должно. Такой значимый элемент, как углерод, в углеродистых сталях разных марок может содержаться в следующих количествах:

• Ст0 – до 0,23%;
• Ст1 – 0,06–0,12%;
• Ст2 – 0,09–0,15%;
• Ст3 – 0,14–0,22%;
• Ст4 – 0,18–0,27%;
• Ст5 – 0,28–0,37%;
• Ст6 – 0,38–0,49%.

Содержание марганца в углеродистых сталях обыкновенного качества регламентируется стандартом в следующих пределах:

• Ст1 и Ст2 – 0,25–0,5%;
• спокойные, а также полуспокойные сплавы марки Ст3 – 0,4–0,65%;
• кипящая сталь марки Ст3 – 0,3–0,6%;Ст4 – 0,4–0,7%;
• СтГсп и Ст3Гпс – 0,8–1,1%;
• полуспокойные, а также спокойные сплавы Ст5 и Ст6 – 0,5–0,8%;
• Ст5Гпс – 0,8–1,2%.

Нормируется ГОСТом и содержание в углеродистых сталях обыкновенного качества такого элемента, как азот. Его количество может варьироваться в следующих пределах:

• в сталях, которые получены путем выплавки в конверторных и мартеновских печах, – до 0,01%;
• в сплавах, которые выплавлены в печах электрического типа, – до 0,012%.

Углеродистая сталь марки Ст5сп применяется для изготовления деталей, работающих при температуре до 420 град: клёпок, гаек, болтов, стержней. звездочек и др.

Остальные элементы, включая вредные примеси, могут содержаться в углеродистых стальных сплавах, обладающих обыкновенным качеством, в следующих количествах:

• фосфор (кроме Ст0) – до 0,04%;
• сера – не более 0,05%, а в стали марки Ст0 – 0,06–0,07%;
• хром, никель, медь – до 0,3% (в стали марки Ст0 количественное содержание данных элементов не нормируется).

Механическая обработка

При обработке деталей из марки стали СТ3КП потребуется тщательно подобрать режущий инструмент. Заточка и фрезеровка осуществляется элементами, изготовленными из твердых сплавов ВК8 и Т5К10. Нарезка резьбы осуществляется с помощью метчиков и плашек из Р18 и Р6М5. Токарные и фрезерные работы на станке предполагают использование смазочно-охлаждающих жидкостей. При ручной нарезке резьбы специалисты рекомендуют применять касторовое масло, что снизит трудозатраты при работе.

Скорость обработки выбирают на основании состава и характеристик сплава, рабочих параметров станка и типа обработки. При диаметре заготовки 60-100 мм можно применять токарный резец 16х25 мм. При глубине реза 3 мм скорость подачи должна составлять 0,7-1,2 мм/об, а вращения – 700 об/мин.

Вернуться к содержанию

Механические характеристики

Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.

Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.

Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.

Классификация стали.

Несмотря на существование множества современных высокотехнологичных материалов, сталь остаётся одним из самых широко применяемых материалов. Относится это и к производству приводных механизмов. Каким бы ни был редуктор, в нём обязательно присутствуют стальные детали. Справедливо это утверждение и по отношению к приводным цепям.

Итак, рассмотрим основные варианты классификации стали.

По назначению.

По своему назначению сталь подразделяется на следующие категории – строительная, машиностроительная и инструментальная.

Строительная сталь.

Основным требованием, предъявляемым к строительной стали, является хорошая свариваемость. Это возможно при содержании углерода до 0,25%. Справедливым будет утверждение, что к строительным относятся низкоуглеродистые стали. Типовые марки – Ст1, Ст2 и Ст3.

Применение строительной стали.

Химический состав строительной стали определяет её применение в различных строительных конструкциях или оборудовании при необходимости соединения сборочных единиц путём проведения сварочных работ. Некоторые модели цилиндрических редукторов компонуются в корпусах из строительной стали.

Машиностроительная сталь.

К машиностроительным сталям относится сплав железа и углерода с содержанием последнего в пределах от 0,3 до 0,7%. Данный тип имеет худшую, по сравнению со строительной сталью, свариваемость, но при этом лучше воспринимает процесс закалки и отпуска. Типовые марки – Сталь 40Х или Сталь 45.

Применение машиностроительной стали.

Среднеуглеродистые машиностроительные стали применяются при производстве самого широкого спектра деталей в общем машиностроении. Как правило, производственный процесс подразумевает наличие термических или химико-термических операций. Пример продукции, представленной в каталоге, – запасные части редукторов и звенья приводных роликовых цепей.

Инструментальная сталь.

Название инструментальной стали говорит за себя. Основным требованием, предъявляемым к любому стальному инструменту, является твёрдость. Эта характеристика достигается путём достижения доли содержания углерода в сплаве свыше 0,7%. Наиболее распространённые марки – от У7 до У13.

Применение инструментальной стали.

Помимо своего прямого назначения, инструментальная сталь применяется при производстве различных пружин. В частности, плоские пружины используются при сборке электродвигателей и соединительных замков цепей.

По содержанию углерода.

Показатель процентного содержания углерода в химическом составе стали определяет её отношение к одной из трёх групп:

• низкоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25%;
• среднеуглеродистые – углерода содержится от 0,3 до 0,7%;
• высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.

Низкоуглеродистые стали.

Низкоуглеродистая сталь может иметь множество различных обозначений. Всё зависит от массовой доли углерода и наличия в сплаве дополнительных химических элементов. Пример – Ст 08пс, Сталь 10 или 25ХГЛ. Общее в обозначении – первое число не более 25. Самый характерный признак данной категории – прекрасная свариваемость

Применение низкоуглеродистой стали в редукторах.

Из низкоуглеродистых сталей производятся различные штампованные элементы корпусов редукторов – различные смотровые люки и крышки. Сталь с содержанием углерода 0,2-0,25% применяется при изготовлении зубчатых колёс мотор-редукторов типа МЦ2С и цилиндрических редукторов типа Ц2У. Для повышения прочностных характеристик шестерни после механической обработки подвергаются цементации.

Среднеуглеродистая сталь.

Среднеуглеродистые стали имеют в своей маркировке начальные числа от 30 до 50, что означает сотые доли процента содержания углерода. Свариваемость плохая – всем знакома ситуация, когда шов трескается. Пример марок среднеуглеродистых сталей – Сталь 40Х, Сталь 45 или 50Г2.

Применение среднеуглеродистой стали.

До недавних пор среднеуглеродистые стали являлись основным материалом для изготовления валов-шестерен и колёс зубчатых редукторов. Например, так производились редукторы типа РМ или РЦД. В настоящее время из данной категории металла изготавливают различные валы и муфты, работающие под нагрузкой или при повышенной вибрации.

В высокоуглеродистых сталях фактическое содержание углерода превышает 0,55%. Чем выше в стали содержится углерода, тем больше её физические свойства приближаются к чугуну. Это же можно сказать и относительно прочности. Пример марок – У7А, У9А или У13А. Производство высокоуглеродистых сталей принято считать более затратным.

Сведения из теории

Чугуны. Что такое чугун?

Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей

Разновидности чугунов:

В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах, различают:

• белые;
• серые;
• ковкие;
• высокопрочные чугуны.

Белый чугун

Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит.Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.

Серый чугун

В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы..

Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С» — серый, «Ч»- чугун и цифрами, которые обозначают временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Высокопрочный чугун

Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, так как структурв углерода в нем -шаровидный графит. Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.

Обозначение марки включает буквы «В» — высокопрочный, «Ч» — чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Ковкий чугун

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке.

Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие чугуны маркируют «К» — ковкий, «Ч» — чугун и цифрами.

Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа: вторые — относительное удлинение при разрыве в %.