Справочник

Стали углеродистые. Марки, свойства и их применение

Сталь является наиболее распространенным материалом в машиностроении. Создание новых более совершенных машин стимулирует создание марок сталей со свойствами, отвечающими современным требованиям в машиностроении. При этом ранее созданные марки сталей, с учетом новых технологий их производства, продолжают быть востребованы конструкторами при создании новых и совершенствовании действующих машин. Принято выделять следующие группы сталей:

  • углеродистые стали, которые в общем объеме составляют примерно 80%,
  • легированные стали конструкционные и инструментальные,
  • стали с особыми свойствами специального назначения и др.

1. Стали углеродистые обыкновенного качества

Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката — горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 — валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.

Стали углеродистые

В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы:

  • А — поставляемые по механическим свойствам,
  • Б — поставляемые по химическому составу,
  • В — поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.

В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на категории:

  • группа А — 1, 2 и 3-я;
  • группа Б — 1, 2,-я;
  • группа В — 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.

Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 — условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σв и предел текучести σт и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 1 и 2).

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение

Марка сталиСвойстваПримерное назначение
σв, МПаσт, МПаδ, %
Ст0Не менее

300

23Неответственные строительные конструкции,

прокладки, шайбы, кожухи. Свариваемость хорошая

Ст1кп

Ст1пс, Ст1сп

300-390

310-410

35

34

Малонагруженные детали металлоконструкций —

заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи.

Свариваемость хорошая

Ст2кп

Ст2пс, Ст2сп

320-410

330-430

215

225

33

32

Детали металлоконструкций — рамы, оси, ключи,

валики, цементируемые детали. Свариваемость хорошая

СтЗкп СтЗпс, СтЗсп СтЗГпс

СтЗГсп

360-460

370-480

370-490

390-570

235

245

245

27

26

26

Рамы тележки, цементируемые и цианируемые детали,

от которых требуется высокая твердость поверхности и

невысокая прочность сердцевины, крюки кранов,

кольца, цилиндры, шатуны, крышки

Ст4кп

Ст4пс, Ст4сп

400-510

410-530

255

265

25

24

Валы, оси, тяги, пальцы, крюки, болты, гайки,

детали при невысоких требованиях к прочности

Ст5пс, Ст5сп

Ст5Гпс

490-630

540-590

285

285

20

20

Валы, оси, звездочки, крепежные детали, зубчатые

колеса, шатуны, детали при повышенных требованиях к прочности

Ст6пс

Ст6сп

Не менее

590

315

315

15

15

Валы, оси, бойки молотов, шпиндели, муфты

кулачковые и фрикционные, цепи, детали с высокой прочностью

Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 2.

Таблица 2. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества

Марка сталиЦвет маркировкиМарка сталиЦвет маркировки
Ст0Красный и зеленыйСтЗГпсКрасный и синий
Ст1Белый и черныйСт4Черный
Ст1ГпсБелый и красныйСт4ГпсЧерный и красный
Ст2ЖелтыйСт5Зеленый
Ст2ГпсЖелтый и красныйСт6ГпсЗеленый и белый
Ст3КрасныйСт6Синий

2. Стали углеродистые качественные конструкционные

Являются основным металлом для изготовления деталей машин (валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, шпонок, муфт, фланцев, фрикционных дисков, винтов, гайек, упоров, тяг, цилиндров гидроприводов, эксцентриков, звездочек цепных передач и др.), которые при взаимодействии в работающей машине воспринимают и передают различные по величине нагрузки. Эти металлы хорошо обрабатываются давлением и резанием, льются и свариваются, подвергаются термической, термомеханической и химико-термической обработке.

Различные специальные виды обработки обеспечивают вязкость, упругость и твердость сталей, позволяют делать из них детали, вязкие в сердцевине и твердые снаружи, что резко увеличивает их износостойкость и надежность. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки.

Таблица 3. Основные свойства стали углеродистой качественной конструкционной

МаркаМеханические свойстваФизические свойстваТехнологические свойства
σтσвδ, %ан Дж/см2НВγ, г/см3λ, Вт/(м ·°С)α·106 ,1/°Собрабаты-

ваемость

резанием

сварива-

емость

интервал

температур

ковки,°С

пластичность

при

холодной

обработке

*горяче-

катаная

**отож-

женная

МПа
08196324331267,8381111,6ВВВ800-1300ВВ*
10206321311407,8381111,6ВВВ800-1300ВВ*
15225373271457,8277011,9ВВВ800-1250ВВ*
20245412251597,8277011,1ВВВ800-1280В*
2527445123881667,8273211,1ВВВ800-1280В*
3029449021781757,81773212,6ВВ800-1250В*
3531452920692037,81773211,09ВВ800-1250В*
4032156819591837,81559612,4ВУ800-1250У**
4536359816491937,81468011,649ВУ800-1250У**
5037362714382037,81168012,0УУ800-1250У**
55382647132127,8268011,0УН800-1250Н**
60402676122247,8068011,1УН800-1240Н**
Примечание. Н — низкая, У — удовлетворительная, В — высокая, ВВ — весьма высокая.

Качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами (ГОСТ 1050-88), чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и неметаллических включений. По видам обработки их делят на горячекатаную, кованую, калиброванную и серебрянку (со специальной отделкой поверхности).

Обозначение марки стали составляют из слова «Сталь» и двузначной цифры, которая указывает на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, Сталь 25 содержит 0,25% углерода (допустимое количество углерода — 0,220,30 %), Сталь 60-0,60 % (допустимое количество -0,57-0,65%). Степень раскисления в марках спокойных сталей не отражается, а в марках полуспокойных и кипящих сталей, как и сталей обыкновенного качества, обозначается буквами «пс» и «кп» соответственно. В качественных конструкционных сталях всех марок допускается содержание серы не более 0,040% и фосфора — не более 0,035%.

Основные свойства углеродистой качественной конструкционной стали приведены в табл. 3, основное назначение — в табл. 4. Цвета маркировки приведены в табл. 5.

Таблица 4. Стали углеродистые качественные конструкционные, их основное назначение

Марка сталиОсновное назначение
Сталь 08кп, 10Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж, колпачки. Цементируемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины (втулки, валики, упоры, копиры, зубчатые колеса, фрикционные диски)
Сталь 15, 20Малонагруженные детали (валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни). Тонкие детали, работающие на истирание, рычаги, крюки, траверсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
Сталь 30, 35Детали, испытывающие небольшие напряжения (оси, шпиндели, звездочки, тяги, траверсы, рычаги, диски, валы)
Сталь 40, 45Детали, от которых требуется повышенная прочность (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики, плунжеры, шпиндели, фрикционные диски, оси, муфты, зубчатые рейки, прокатные валики и др.)
Сталь 50, 55Зубчатые колеса, прокатные валики, штоки, бандажи, валы, эксцентрики, малонагруженные пружины и рессоры и др. Применяют после закалки с высоким отпуском и в нормализованном состоянии
Сталь 60Детали с высокими прочностными и упругими свойствами (прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов). Применяют после закалки или после нормализации (крупные детали)

Таблица 5. Цвета маркировки стали углеродистой качественной

ГруппаЦвет краски
Сталь 08, 10, 15, 20Белый
Сталь 25, 30, 35, 40Белый и желтый
Сталь 45, 50, 55, 60Белый и коричневый

3. Стали углеродистые инструментальные

Из инструментальных углеродистых сталей получают горячекатаную, кованую и калиброванную сталь, сталь серебрянку, сталь для сердечников, а также слитки, листы, ленту, проволоку и другую продукцию. Из этих сталей изготовляют режущий инструмент для обработки металлов, дерева и пластмасс, измерительный инструмент, штампы для холодного деформирования.

Теплостойкость инструментальных углеродистых сталей не превышает 200°С, при нагревании выше этой температуры они теряют свою твердость, а следовательно режущие свойства и износостойкость.

Инструментальные углеродистые стали условно можно разделить на две группы (ГОСТ 1435-99):

  • качественные стали У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13;
  • высококачественные марок У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У НА, У12А и У13А.

В качественных инструментальных углеродистых сталях допускается содержание 0,03% серы и 0,035% фосфора, в высококачественных — 0,02% серы и 0,03% фосфора. Стали, полученные методом электрошлакового переплава, содержат до 0,015% серы. В зависимости от содержания хрома, никеля и меди инструментальные углеродистые стали подразделяются на пять групп:

  • 1-я — качественные стали всех марок, предназначенные для изготовления продукции всех видов (кроме патенти- рованной проволоки и ленты);
  • 2-я — высококачественные стали всех марок, предназначенные для тех же целей, что и стали первой группы;
  • 3-я — стали марок У10А и У12А для изготовления сердечников;
  • 4-я — стали всех марок для производства патентированной проволоки и ленты;
  • 5-я — стали марок У7÷У13 для изготовления горяче- и холоднокатаных листов и лент, в том числе термически обработанных толщиной до 2,5 мм (кроме патентированной ленты), а также стали этих марок для производства горячекатаной и кованой сортовой стали и холоднотянутой шлифованной стали (серебрянки).

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (63÷64 HRC3), значительно превышающей твердость обрабатываемого материала, износостойкостью и теплостойкостью (способностью сохранять свойства при высоких температурах).

Измерительный инструмент, изготовленный из такой стали, должен быть прочным (ав = 590÷640 МПа), длительное время сохранять заданные размеры и форму. Рабочие детали штампов и накатных роликов для холодного деформирования (вытяжки, гибки, высадки, пробивки отверстий, накатки, раскатки), сделанные из этой стали, должны иметь высокую твердость, обладать износостойкостью при достаточной вязкости. Все это достигается путем закалки с отпуском, а для измерительного инструмента и за счет искусственного старения. В табл. 6 приведены свойства углеродистой инструментальной стали, в табл. 7 — примерное назначение инструментальной углеродистой стали.

Таблица 6. Свойства стали углеродистой инструментальной (ГОСТ 1435 — 74)

Марка сталиМеханические свойства
σтσв

МПа

δ, %Дж/см3HRС
У7А6302163
У8А59063
У10А5902363
УНА63
У12А6402864
У13А64

Таблица 7. Примерное назначение стали углеродистой инструментальной

Марка сталиНазаначение
У9Деревообрабатывающий режущий инструмент (сверла, фрезы, ножи) и ножовочные полотна для обработки стали
У10, У11 и У12Металлорежущий инструмент (фасонные резцы, сверла, метчики, плашки, развертки, фрезы, напильники и ходовые винты прецизионных станков)
У13Бритвенные ножи, лезвийный хирургический инструмент и напильники
У7 и У8Слесарные молотки, зубила, губки тисков, шаблоны, скобы
У8, У9 и У10Детали микрометрического инструмента, гладкие и резьбовые калибры, цанги, фрикционные диски, пружины и др.

Как правило, изготовлению инструмента предшествует отжиг на зернистый цементит, который способствует лучшей обрабатываемости резанием и уменьшает коробление деталей при закалке.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *