Углеродистые конструкционные стали можно с полным основанием назвать универсальным материалом, который успешно используется не только для производства деталей различных механизмов и машин, но и для изготовления элементов строительных конструкций.
К данной категории относятся углеродистые стали, которые должны обладать целым набором технологических характеристик, определяющих эффективную и длительную эксплуатацию изделий из них. Это возможно благодаря тому, что специалисты тщательно подбирают химический состав сплавов, постоянно совершенствуют методы упрочнения их поверхностного слоя, используют различные технологии термообработки, а также металлургические методы, позволяющие значительно повысить качество готового металла.
По назначению конструкционные стали делятся на два типа:
-сплавы для производства продукции в машиностроительной сфере;
-строительные конструкционные стали, которые также называют арматурными (они отличаются в том числе хорошей свариваемостью).
Углеродистые стали, которые называют конструкционными, могут быть общего или специального назначения.
В их химическом составе, кроме полезных добавок, содержатся и вредные примеси, наиболее значимыми из которых являются сера и фосфор. Повышенное содержание данных элементов в составе стали делает изделия из нее очень хрупкими, а также значительно ухудшает их свариваемость.
Именно из-за серьезного влияния таких вредных примесей, как сера и фосфор, на характеристики конструкционных углеродистых сталей в зависимости от количественного содержания данных элементов такие сплавы подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные.
В конструкционных углеродистых сталях данных категорий сера и фосфор содержатся в следующих количествах:
-в сплавах обыкновенного качества (их можно отличить по маркировке «Ст») – не более 0,05%;
-качественных (обозначаются как «Сталь») – не более 0,035%;
-высококачественных (маркируются буквой «А») – не более 0,025%;
отличающихся особо высоким качеством (маркировка – буква «Ш») – не более 0,015%.
Особенности химического состава позволяют выделить в конструкционных сталях, используемых для производства машиностроительной продукции, две большие группы:
-мало- и среднеуглеродистые;
-низко- и среднелегированные.
-прочность.
Структура большей части конструкционных углеродистых сталей, используемых для производства машиностроительной продукции, относится к доэвтектоидному перлитному типу. Наиболее популярными марками таких сталей являются 30Х2ГСН2ВМ, 30ХГСН2А, 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА и др. Чтобы увеличить вязкость углеродистых сплавов данного типа, в их состав вводят молибден и никель.
Конструкционные углеродистые стали, относящиеся к категории жаропрочных, обладают повышенной ползучестью. Их отличает и такое качество, как высокая сопротивляемость химической коррозии. Эти углеродистые стали оптимально подходят для производства труб, деталей газовых и паровых турбин, работающих при температурах в интервале 400–6500 Цельсия. Наиболее востребованными марками являются 15ХМ, 15Х5М, 12Х18Н9Т, ХН70Ю и др.
Выпуск углеродистых сплавов общего назначения производится, соответствуя трем группам: А, Б, В.
Сплавы группы А. Продукция данной группы соответствует принятым механическим качествам. Марки сталей: от Ст0 до Ст6. Для данной группы характерен нерегламентированный химический состав сплава
Сплавы группы Б. Продукция соответствует заданному составу химических элементов. Марки сталей: от БСт0 до БСт6. Для данной группы сплавов механические характеристики второстепенны, но количество химических элементов известно с точностью до трех знаков после запятой.
Группа В. Продукция соответствует заданным механическим качествам и составу химических элементов. Данная группа сплавов обладает характеристиками присущими первым двум группам.
Стали конструкционные обыкновенного качества производятся шести категорий. Категорийность которых зависит от способа и степени раскисления. Раскисление, как процесс, способствующий выведению из расплава кислорода, влияет на механические свойства металла. Различают три способа разливки металла: сплав кипящий – «кп», сплав полуспокойный – «пс», сплав спокойный – «сп».
Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.
| Марка стали | Свариваемость |
| Ст0 | Нет ограничений по сварке |
| Ст2кп, пс, сп Ст3кп, пс, сп Ст3Гпс | Нет ограничений по сварке. При соединении элементов, толщина которых больше 36 мм рекомендуется следующее: 1) первоначальный разогрев, 2) последующая за ним термическая обработка. |
| Ст4кп, пс Ст5пс, сп Ст6пс, сп | Свариваемость, ограниченная. При сварке рекомендовано: 1) предварительный нагрев, 2) последующая за ним термическая обработка. |
Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.
Состав химических элементов
Количественный состав примесей в углеродистых сплавах обыкновенного качества должно соответствовать строгим параметрам ГОСТ. Так общие показатели представлены в таблице.
| Марка стали | С (углерод), % | Mn (марганец), % | Si (кремний), % |
| Ст0 | не превышает 23/100 | — | — |
| Ст1 | 6/100 … 12/100 | 35/100 … 50/100 | — |
| Ст2 | 8,5/100 … 15/100 | 35/100 … 50/100 | — |
| Ст3 | 14/100 … 22/100 | 35/100 … 60/100 | 12/100 … 3/100 |
| Ст4 | 18/100 … 27/100 | 40/100 … 70/100 | 12/100 … 3/100 |
| Ст5 | 28/100 … 37/100 | 50/100 … 80/100 | 17/100 … 35/100 |
| Ст6 | 38/100 … 50/100 | 50/100 … 80/100 | 17/100 … 35/100 |
Для обозначения конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества общего назначения используется буквенное обозначение Ст. Затем за буквами следует цифровой индекс (0 или 1 или 2 или 3 или 4 или 5 или 6), которая условно отображает номер марки стали. За цифрой номера следует буквенное обозначение типа сплава (степени раскисления): кипящий сплав – кп, полуспокойный сплав – пс, спокойный сплав – сп.
Перед буквенным обозначение сплава указывается, какие гарантированы качества для данного типа сплава. Сплавы группы А не указываются в маркировке. Повышенное содержание марганца обозначается буквой Г, которая располагается между обозначением и номером. В самом конце через дефис указывается категория.
Примеры: