УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Сталь углеродистая обыкновенного, качества поставляется в горячекатаном состоянии в виде листов, полос, а также фасонного и сортового проката, главным образом, для строительных конструкций.
Листы изготавливают толщиной 4–160 мм, рулоны полос – 4–12 мм.
По стандарту с 1988 г. сталь маркируется буквами Ст и условными номерами 1, 2, 3, 4 и т. д.: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.
Химический состав и механические свойства стали углеродистой обыкновенного качества приведены в табл. 4 и 5. Чем больше номер марки, тем выше прочность, но ниже пластичность стали. Исключением является марка Ст0, которая соответствует наиболее загрязненной примесями (Р, S и др.) стали с содержанием до 0,23%С (некондиционная сталь). Например, сталь марки Ст1сп имеет временное сопротивление σв = 310–400 МПа, относительное удлинение δ5 ≥ 34%; сталь Ст6сп – σd ≥ 600МПа и δ5 > 15%, то есть характеристики свойств изменяются почти в два раза с 1 по 6 марку стали. Во всех марках углеродистой стали обыкновенного качества содержится, за исключением Ст0, фосфора ≤ 0,045% и серы ≤ 0,55% (с учетом допускаемых отклонений).
По степени раскисления сталь изготавливается спокойной, полуспокойной, кипящей. В обозначение марки кипящей стали добавляется индеек "кп", полуспокойной – "пс", спокойной – "сп".
Кипящая сталь изготавливается только с первой по четвертую марку, например, Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп, Ст4кп; полуспокойная и спокойная стали – любой марки.
Таблица 4
Химический состав углеродистой стали обыкновенного качества, % не более
Марка стали | С | Μn | Si |
Ст0 | Не более 0,23 | - | - |
Ст1кп | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | Не более 0,05 |
Ст1пс | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | 0,05-0,15 |
Ст1сп | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | 0,15-0,30 |
Ст2кп | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | Не более 0,05 |
Ст2пс | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | 0,05-0,15 |
Ст2сп | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | 0,15-0,30 |
Ст3кп | 0,14-0,22 | 0,30-0,60 | Не более 0,05 |
Ст3пс | 0,14-0,22 | 0,40-0,65 | 0,05-0,15 |
Ст3сп | 0,14-0,22 | 0,40-0,65 | 0,15-0,30 |
Ст3Гпс | 0,14-0,22 | 0,80-1,10 | Не более 0,15 |
Ст3Гсп | 0,14-0,20 | 0,80-1,10 | 0,15-0,30 |
Ст4кп | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | Не более 0,05 |
Ст4пс | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | 0,15-0,30 |
Ст4сп | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | 0,05-0,15 |
Ст5пс | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | 0,05-0,15 |
Ст5сп | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | 0,15-0,30 |
Ст3Гпс | 0,22-0,30 | 0,80-1,20 | Не более 0,15 |
Ст6пс | 0,38-0,49 | 0,50-0,80 | 0,05-0,15 |
Ст6сп | 0,38-0,49 | 0,50-0,80 | 0,15-0,30 |
Таблица 5
|
Механические свойства при растяжении и условия испытания на изгиб углеродистой стали обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
Марка стали | Временное сопротивление. Μ Па | Предел текучести, Μ Па для толщин, мм | Относительное удлинение, % для толщин, мм | Изгиб до параллельности сторон (а – толщина образца, d – диаметр оправки) для толщин, мм | ||||||
до 20 | св. 20 до 40 | св. 40 до 100 | св. 100 | до 20 | св.20 до 40 | св.40 | до 20 | св. 20 | ||
не менее | ||||||||||
Ст0 | Не менее 300 | - | - | - | - | d=2,5a | d=3,5a | |||
Ст2кп | 320-410 | |||||||||
Ст2пс | 330-430 | d=l,5a | d=2,5a | |||||||
Ст2сп | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- |
Ст3кп | 360-460 | |||||||||
Ст3пс | 370-480 | |||||||||
Ст3сп | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- |
Ст3Гпс | 370-490 | d=l,5a | d=2,5a | |||||||
Ст3Гсп | 390-570 | 255, | - | - | - | |||||
Ст4пс | 410-530 | d=2,5a | d=3,5a | |||||||
Ст4сп | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | |
Ст5пс | 490-630 | d=3,5a | d=4,5a | |||||||
Ст5сп | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- | -“- |
Ст3Гпс | 450-590 |
|
Сталь поставляют по категориям 1, 2, 3, 4, 5 и 6, в зависимости от количества гарантируемых характеристик (табл. 6). Чем больше номер марки стали, тем выше в ней содержание углерода. Например, Ст1сп со-. держит 0,06–0,12%С, а Ст6сп – 0,38-0,49%С.
Для строительных конструкций наиболее широко применяется горячекатаная сталь по 5-й категории, например, сталь марки Ст3сп5. Она имеет следующий химический состав: 0,14–0,22% С; 0,40–0.65% Мп; 0,12–0,30% Si, менее 0,04% Ρ и менее 0,05% S. Ее механические свойства в зависимости от толщины составляют: σH = 370–480 Μ Па, σт ≥ 205 Μ Па, δ5 ≥ 23%, KCU+20 ≥ 34 Дж/см2, KCU после механического старения не менее 29–38 Дж/см2 и удовлетворительное испытание на изгиб до параллельности сторон вокруг правки d = 1,5а.
Ст3сп6, применяемая по 6-й категории в термически упрочненном состоянии, имея такой же химический состав как Ст3сп5, имеет более высокие величины гарантируемых характеристик прочности и ударной вязкости: σв = 430 Μ Па, σт ≥ 295 Μ Па, δ5 ≥ 16%, KCU-40 ≥ 39 Дж/см2, KCV0 ≥ 30–34 Дж/см2, KCU после механического старения ≥ 29 Дж/см2, испытание на изгиб до параллельности сторон при d == 5а (а = 21–40 мм).
Для изготовления резервуаров, газгольдеров и других строительных конструкций малых размеров наибольшее применение имеет сталь марки Ст3сп5; для газонефтепроводов малых диаметров (менее 500 мм), изготовляемых из сварных прямошовных и спирально-шовных труб, применяют обычно сталь марок Ст2сп5, Ст3сп5 и Ст4сп5.
|
Сталь углеродистую обыкновенного качества применяют также для деталей строительно-монтажных машин. Например, Ст0 Ст1 применяют для изготовления неответственных деталей: опоры, шайбы, прокладки, рамы и т. д.: Ст2 – для изготовления заклепок, анкерных болтов и т. д.
Сталь марки Ст3-применяют для изготовления шкивов, муфт, заглушек, корпусов редукторов и т. д., а также болтов.
Из Ст4 изготовляют крюки, тяги, клинья и т. д., а также крепежные детали, детали насосов, компрессоров; из Ст5 – пальцы, втулки, плашки зажимов, а также болты; из Ст6 – промежуточные валы, стропы, ролики передвижных агрегатов, втулки, шкивы и т. д.
В зависимости от предъявляемых требований к деталям машин производят их упрочнение. Ст1, Ст2, Ст3 обычно подвергают химико-термической обработке (цементации, цианированию и т. д.) с последующей закалкой и низким отпуском при 160–180°С, что позволяет получать высокую прочность, твердость, износоустойчивость на поверхностях стальных деталей в сочетании с пластичной сердцевиной. Ст3, Ст4, Ст5 – подвергают нормализации или закалке с высоким отпуском при 550–650°С для улучшения механических свойств. Закалка с высоким отпуском позволяет получать наиболее благоприятное сочетание прочности, пластичности и вязкости, поэтому такое упрочнение рекомендуется для деталей машин, работающих также и в северных условиях. После термического улучшения, например, для стали Ст3, гарантируется KCU-40 не менее 30 Дж/см2.
Таблица 6
Гарантируемые характеристики свойств стали углеродистой обыкновенного качества в зависимости от категорий
Категория | Химический состав | Механические свойства при растяжении и изгибе до параллельности сторон | Гарантируемые характеристики | Марка стали | |||||
Ударная вязкость | |||||||||
KCU | KCV | ||||||||
при температуре, °С | после механического старения | при температуре, °С | |||||||
+20 | -20 | -40 | +20 | ||||||
- | + | - | - | - | - | - | - | СтО, Ст2кп, Ст2сп, Ст2пс, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3пс, Ст5сп, Ст3Гпс | |
+ | + | - | - | - | - | - | - | Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3пс, Ст5сп, Ст5Гпс | |
+ | + | + | - | - | - | - | - | Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4пс, Ст4сп | |
+ | + | - | + | - | - | - | - | Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп | |
+ | + | - | + | - | + | - | + | Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп | |
+ | + | - | - | + | + | + | - | Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп |
Примечание: Знак "+" означает, что характеристика нормируется; "-" означает, что характеристика не нормируется
Таблица 7.
Механические свойства стали категории 2 углеродистой качественной конструкционной
Марки стали | Термическая обработка заготовок | Предел текучести σт, МПа, не менее | Временно сопротивление разрыву σвΜ Па, не менее | Относительное удлинение δ5, %, не менее | Относительное сужение ψ, %, не менее | Ударная вязкость KCU, Дж/см2. не менее |
Нормализация | _ | |||||
– | ||||||
“ | – | |||||
“ | – | |||||
“ | ||||||
“ | ||||||
“ | ||||||
“ | ||||||
“ | ||||||
“ | ||||||
“ | – | |||||
58(55пп) | “ | – | ||||
” | – | |||||
“ | – | |||||
“ | – | |||||
Закалка + отпуск | – | |||||
Тоже | – | |||||
“ | – | |||||
60Г | Нормализация | – | ||||
65Г | “ | – | – | |||
70Г | “ | – | – |
Сталь углеродистую качественную конструкционную поставляют главным образом для деталей машин в виде сортовой горячекатаной и кованой стали размером (диаметром или толщиной) до 250 мм, а также в виде листового и полосового проката. Изготавливают следующих марок: спокойная - 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп - пониженной прокаливаемости), 60 диаметром или толщиной до 250 мм и 65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 70Г диаметром или толщиной до 60 мм (в марке индекс "сп" не ставят); кипящая и полуспокойная 05кп, 08кп,08пс, 10пс, 10кп, 11кп,15кп, 15пс, 18кп, 20кп,20пс.
Поставляют также калиброванную сталь углеродистую качественную конструкционную и серебрянку (со специальной обработкой поверхности – холоднокатаная шлифованная сталь) всех марок – от 08 до 60. Двузначные цифры в марках стали обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква "Г" – повышенное содержание марганца в среднем 1%.,
В зависимости от назначения горячекатаная и кованая сталь подразделяется на подгруппы: а – для горячей обработки давлением; б – для холодной механической обработки (токарная обработка, фрезеровка, строжка и др.); в - для холодного волочения (подкат).
По состоянию металла сталь поставляют без термической обработки (горячекатаная), в виде термически обработанной – Т и нагартованной – Η (для калиброванной стали и серебрянки).
В зависимости от гарантируемых механических свойств сталь подразделяется на пять категорий: 1 – поставляется без испытания механических свойств на растяжение и ударную вязкость для горячекатаной, кованой, калиброванной, серебрянки; 2-е испытанием механических свойств (табл. 7) на растяжение на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм для тех же всех видов стали; 3 – с испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером не более ΓΟΟ мм для горячекатаной, кованой, калиброванной стали; 4 – с испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из термически обработанных (закалка + отпуск) заготовок размером не более 100 мм для тех же видов стали; 5 – с испытанием механических свойств на растяжение (табл. 8) на образцах, изготовленных из сталей в нагартованном или термически обработанном состоянии (отожженной или высокоотпущенной) для калиброванной стали.
Кроме того, сталь всех категорий поставляют с гарантированным химическим составом (табл. 9). К марке стали добавляют индексы, обозначающие подгруппу (а, б, в), состояние металла (Т или Н), категорию (1, 2, 3 и т.д.)· Например, сталь марки 20-2-а поставляют спокойной по подгруппе,,а" в горячекатаном состоянии по категории 2- Она имеет химический состав: 0,17-0,24 %С; 0,17-0,37 % ≤ Si; 0,35-0,45 % Mn;Cr ≤ 0,25%; S ≤ 0,40 %; Ρ ≤ 0,035 % и механические свойства: σв ≥ 420 МПа, σт ≥ 250 МПа, δ5 ≥ 25 %, ψ ≥ 55 %.
Сталь марок 10, 15, 20 и 25 применяют для бесшовных горячекатаных труб диаметром менее 500 мм, используемых на строительстве газонефтепроводов. Но основное использование сталь углеродистая качественная конструкционная имеет для изготовления различных деталей машин. Для деталей строительно-монтажных машин наибольшее применение нашли среднеуглеродистые стали, упрочняемые термической обработкой (закалка в сочетании с высоким отпуском, термомеханическая обработка, закалка током высокой частоты ТВЧ, изотермическая закалка). Наряду с ними используют также низкоуглеродистые стали, упрочняемые химико-термической обработкой (цементацией, азотированием и т. д.) с последующей закалкой и низким отпуском.
Таблица8.
Минимальные механические свойства стали, поставляемой по категории 5
Марка стали | Временное сопротивление разрыву σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ,% | Временное сопротивление разрыву σв, МПа | Относительное удлинение δ5,% | Относительное сужение ψ,% |
Нагартованная | Отожженная, или высокоотпущенная | |||||
Кипящую низкоуглеродистую сталь марок 05кп, 08кп, 10кп применяют для производства листов, лент, труб, проволоки и неответственных конструкций. Из спокойной низкоуглеродистой стали марок 05, 08, 10 с высокими пластическими свойствами изделия можно изготовлять прокаткой, холодной штамповкой, высадкой, волочением, а также и сваркой. Для повышения прочности и улучшения обрабатываемости резанием низкоуглеродистую сталь после обработки давлением подвергают нормализации с температурой нагрева 930–950º С.
Сталь марок 15, 20, 25 применяют для деталей, требующих большой вязкости и не подвергающихся при эксплуатации высоким напряжениям, – муфт, поршней насосов и т; п. Для повышения прочности и твердости эти детали часто подвергают цементации или цианированию с последующей термической обработкой – закалкой и низким отпуском. Сталь с повышенным содержанием марганца (15Г, 20Г, 25Г) при той же пластичности обладает большей прочностью.
Из стали марок 30 и 35 изготовляют стропы, вертлюги, крюки, оси, талевые блоки, а из стали марок 45 и 40 – муфты, валы насосов, шестерен, цепных колес лебедок и др. При сравнительно небольших рабочих напряжениях, возникающих в изделиях, сталь марок 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют в нормализованном состоянии, при значительных напряжениях – после закалки и высокого отпуска.
Таблица 9.
Химический состав (в %) стали углеродистой качественной конструкционной
Марка стали | С | Si | Μn | Сг (не более) |
05кп | <0,06 | <0,03 | <0,4 | 0,1 |
08кп | 0,05-0,11 | <0,03 | 0,25-0,5 | 0,1 |
08пс | 0,05-0,11 | 0,05-0,17 | 0.35-0,65 | 0,1 |
0,05-0,12 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | 0,1 | |
10кп | 0,07-0,14 | <0,07 | 0,25-0,5 | 0,15 |
10пс | 0,07-0,14 | 0,05-0,17 | 0,35-0,65 | 0,15 |
0,07-0,14 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | 0,15 | |
Пкп | 0,05-0,12 | <0,06 | 0,3-0,5 | 0,15 |
15кп | 0,12-0,19 | <0,07 | 0,25-0,5 | 0,25. |
15пс | 0,12-0,19 | 0,05-0;17 | 0,35-0,65 | 0,25 |
0,12-0,19 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | 0,25 | |
18кп | 0,12-0,2 | <0,06 | 0,3-0,5 | 0,15 |
20кп | 0,17-0,24 | <0,07 | 0,25-0,5 | 0,25 |
20пс | 0,17-0,24 | 0,05-0,17 | 0,35-0,65 | 0,25 |
0,17-0,24 | 0,17-0,37 | 0,35-0,65 | 0,25 | |
0,22-0,3 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,27-0,35 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,32-0,4 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,37-0,45 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,42-0,5 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 ' | 0,25 | |
0,47-0,55 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,52-0,6 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
58(55пп) | 0,55-0,63 | 0,1-0,3 | <0,2 | 0,15 |
0,57-0,65 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,62-0,7 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,67-0,75 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,72-0,8 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,77-0,85 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
0,82-0,9 | 0,17-0,37 | 0,5-0,8 | 0,25 | |
60Г | 0,57-0,65 | 0,17-0,37 | 0,7-1 | 0,25 |
65Г | 0,62-0,7 | 0,17-0,37 | 0,9-1,2 | 0,25 |
70Г | 0,67-0,75 | 0,17-0,37 | 0,9-1,2 | 0,25 |