Конструкционная сталь

Конструкционная сталь
Фазы железоуглеродистых сплавов
  1. Феррит [δ] (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объёмно-центрированной кубической решёткой)
  2. Аустенит [γ] (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой)
  3. Цементит (Fe3C, карбид железа; метастабильная высокоуглеродистая фаза)
  4. Графит стабильная высокоуглеродистая фаза
Структуры железоуглеродистых сплавов
  1. Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
  2. Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объёмно-центрированной тетрагональной решёткой)
  3. Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
  4. Сорбит (дисперсный перлит)
  5. Троостит (высокодисперсный перлит)
  6. Бейнит (устар.: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
Стали
  1. Конструкционная сталь (до 0,8 % C)
  2. Высокоуглеродистая сталь (до ~2 % C): инструментальная, штамповая, пружинная, быстрорежущая
  3. Нержавеющая сталь (легированная хромом)
  4. Жаростойкая сталь
  5. Жаропрочная сталь
  6. Высокопрочная сталь
Чугуны
  1. Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
  2. Серый чугун (графит в форме пластин)
  3. Ковкий чугун (графит в хлопьях)
  4. Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
  5. Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Конструкцио́нная сталь — сталь, которая применяется для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладает определёнными механическими, физическими и химическими свойствами. Конструкционные стали подразделяются на несколько подгрупп.

Качество конструкционных углеродистых сталей

Качество конструкционных углеродистых сталей определяется наличием в стали вредных примесей фосфора (P) и серы (S). Фосфор придаёт стали хладноломкость (хрупкость). Сера — самая вредная примесь — придаёт стали красноломкость. Содержание вредных примесей в стали:

  • Обыкновенного качества — P и S — до 0,05 % (маркировка Ст).
  • Качественная — P и S — до 0,035 % (маркировка Сталь).
  • Высококачественная — P и S — до 0,025 % (маркировка А в конце марки).
  • Особовысококачественная — Р и S — до 0,015 % (маркировка Ш в конце марки).

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества

Широко применяются в строительстве и машиностроении как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительной термической обработки с ферритно-перлитной структурой.

В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества ранее подразделялись на три группы: А, Б, В. В актуальной версии ГОСТ 380—2005 данная классификация отсутствует.

По степени раскисления

Степень раскисления определяется содержанием кремния (Si) в этой стали. По степени раскисления углеродистые стали обыкновенного качества делятся на:

  • спокойные (СП) — не менее 0,12 % (Si)
  • полуспокойные (ПС) — 0,07-0,12 % (Si)
  • кипящие (КП) — не более 0,07 % (Si)

Маркировка

Основные марки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества:

Ст1кп2; Ст2пс; Ст3Гпс; Ст4-2; … Ст6сп3.

  • Ст — показывает, что сталь обыкновенного качества.
  • Первое число — номер по ГОСТу (от 0 до 6).
  • Буква Г после первого числа — повышенное содержание марганца (Mn) (служит для повышения прокаливаемости стали).
  • сп; пс; кп — степень раскисления стали. спокойная, полуспокойная, кипящая. Чем спокойнее сталь, тем более однородной структурой и химическим составом по сечению отливки она обладает.
  • Второе число — номер категории стали (от 1 до 6 — чем больше число, тем большее количество параметров стали контролируется). Сталь 1-й категории числом не обозначается.
  • Тире между числами указывает, что заказчик не предъявлял требований к степени раскисления стали.

Применение

Стали углеродистые качественные (улучшаемые)

Качественными углеродистыми сталями являются стали марок: Сталь08; Сталь10; Сталь15 …; Сталь78; Сталь80; Сталь85,

Также к этому классу относятся стали с повышенным содержанием марганца (Mn — 0.7-1.0 %): Сталь 15Г; 20Г … 65Г, имеющие повышенную прокаливаемость.

Маркировка

  • Сталь — слово «Сталь» указывает, что данная углеродистая сталь качественная. (В настоящее время слово «Сталь» не пишется, указывается только индекс и последующие буквы)
  • Число — указывает на содержание в стали углерода (С) в сотых долях процента.

Применение

Низкоуглеродистые стали марок Сталь08, Сталь08КП, Сталь08ПС относятся к мягким сталям, применяемым чаще всего в отожжённом состоянии для изготовления деталей методом холодной штамповки — глубокой вытяжки. Стали марок Сталь10, Сталь15, Сталь 20, Сталь 25 обычно используют как цементируемые, а высокоуглеродистые Сталь60 … Сталь85 — для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью.

Сталь 30 … Сталь 50 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца Сталь30Г, Сталь40Г, Сталь50Г применяют для изготовления самых разнообразных деталей машин.

Стали повышенной обрабатываемости (автоматные)

Основная статья: Автоматная сталь

К сталям с повышенной обрабатываемостью или автоматным сталям относят стали с высоким содержанием серы (S) и фосфора (P), а также стали, специально легированные селеном (Se), теллуром (Те) или свинцом (Pb), также небольшим количеством висмута (Bi). Указанные элементы способствуют повышению скорости резания, уменьшают усилие резания и изнашиваемость инструмента, улучшают чистоту и размерную точность обработанной поверхности, облегчают отвод стружки из зоны резания и т. д. Эти стали используют в массовом производстве для изготовления деталей на станках-автоматах. Стали, легированные серой и/или фосфором, применяются только для изготовления неответственных деталей, не работающих при повышенных и пониженных температурах, из-за свойств хрупкости, хладноломкости, красноломкости, низкой ударной вязкости. В то же время для более ответственных и нагруженных деталей и элементов конструкций и механизмов допустимо применять автоматные стали, легированные кальцием или свинцом, такие стали применяются, например, в автомобилестроении.[1]

Стали с повышенным содержанием серы и фосфора обладают пониженными механическими свойствами и их используют для изготовления малонагруженных неответственных деталей (например, метизов).

Автоматные стали обладают плохой свариваемостью, потому они почти не применяются для изготовления деталей, которые предполагается соединять сваркой.[1]

По мере развития технологий лазерной резки были разработаны специальные конструкционные стали для лазерной резки. Их отличительной особенностью является более предсказуемое поведение листа после резки (пониженный уровень внутренних напряжений в металле)[2].

Маркировка

В начале обозначения марки автоматной стали всегда стоит буква «А», например А12, А20, А35.

Легированные конструкционные стали

Легированные конструкционные стали применяются для наиболее ответственных и тяжелонагруженных деталей машин. Практически всегда эти детали подвергаются окончательной термической обработке — закалке с последующим высоким отпуском в районе 550—680 °C (улучшение), что обеспечивает наиболее высокую конструктивную прочность.

Легирующие элементы — химические элементы, которые вносят в состав конструкционных сталей для придания им требуемых свойств. Ведущая роль легирующих элементов в конструкционных сталях заключается и в существенном повышении их прокаливаемости. Основными легирующими элементами этой группы сталей являются хром (Cr), марганец (Mn), никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V) и бор (В). Содержание углерода (С) в легированных конструкционных сталях — в пределах 0.25-0.50 %.

Конструкционную сталь с содержанием хрома, марганца и кремния около 1 % каждого элемента, а также с содержанием от 0,17 до 0,39 % углерода называют хромансиль[3].

Маркировка

Две цифры в начале маркировки указывают на конструкционные стали. Это содержание в стали углерода в сотых долях процента.

  • Буква без цифры — определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1 %.(А — азот, Р — бор, Ф — ванадий, Г — марганец, Д — медь, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, С — кремний, Х — хром, П — фосфор, Ч — редкоземельные металлы, В — вольфрам, Т — титан, Ю — алюминий, Б — ниобий)
  • Буква и цифра после неё — определённый легирующий элемент с содержанием в процентах (цифра).
  • Буква А в конце маркировки — указывает на высококачественную сталь.

Например 38Х2Н5МА — это среднелегированная высококачественная хромоникелевая конструкционная сталь. Химический состав: углерод — около 0,38 %; хром — около 2 %; никель — около 5 %; молибден — около 1 %.

Стали конструкционные теплоустойчивые

К теплоустойчивым конструкционным относятся стали, используемые в энергетическом машиностроении для изготовления котлов, сосудов, паронагревателей, паропроводов, а также в других отраслях промышленности для работы при повышенных температурах. Рабочие температуры теплоустойчивых сталей достигают 600—650 °C, причём детали из них должны работать без замены длительное время (до 10000-20000 ч.).

При давлениях 6 МПа и температурах до 400 °C используются углеродистые котельные стали (12К, 15К, 18К, 20К). Для деталей энергоблоков, работающих при давлении до 25.5 МПа и температурой до 585 °C применяются стали, легированные хромом, молибденом, ванадием. Содержание углерода 0.08-0.27 %. Термообработка этих сталей заключается в закалке или нормализации с обязательным высоким отпуском.

Стали конструкционные подшипниковые

Особенностью эксплуатации подшипников являются высокие локальные нагрузки. В связи с этим к чистоте стали предъявляются чрезвычайно высокие требования, особенно по неметаллическим включениям карбидной неоднородности. Обеспечение высокой статической грузоподъёмности достигается применением в качестве материала для подшипников заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных на высокую твёрдость.

Маркировка

ШХ9, ШХ15.

  • Содержание углерода — около 1 %;
  • Содержание хрома в десятых долях процента (например: ШХ15 — хром — около 1,5 %)

Стали конструкционные рессорно-пружинные

14ХН4А, 38Х2Н5М, 20ХН3А.

Общее требование, предъявляемое к рессорно-пружинным сталям, — обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений). Эти характеристики обеспечивают точность и надёжность работы пружин и постоянство во времени таких эксплуатационных свойств, как крутящий момент, силовые параметры. Пружинные стали в виде проволоки и ленты упрочняют холодной пластической деформацией и закалкой на мартенсит с последующим отпуском. Готовые пружины подвергают стабилизирующему отпуску.

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Автоматная сталь
  2. ↑ Лазерная резка. Информационный сайт «О сварке». Дата обращения: 27 сентября 2013. Архивировано 9 октября 2013 года.
  3. ↑ Хромансиль. Большая советская энциклопедия. в 30-ти томах – 3-е изд.. – М. : Совет. энцикл., 1969 - 1986. ил. https://www.booksite.ru. Дата обращения: 21 сентября 2021. Архивировано 21 сентября 2021 года.

Литература

  • Стали и сплавы. Марочник. Справ. изд./ В. Г. Сорокин и др. Науч. С77. В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев — М.: «Интермет Инжиниринг», 2001 — 608с, илл. ISBN 5-89594-056-0

Ссылки