Низкоуглеродистые стали марки

Низкоуглеродистая сталь: свойства и состав

Большая часть производства в той или иной степени применяют низкоуглеродистую сталь. Строительство, машиностроение, станкостроение – вот неполный список отраслей, где она активно применяется.

Состав по ГОСТ

Сталь – это сплав железа с углеродом, процент содержания последнего при этом не должно превышать 2,14%. Все что выше этого значения – уже чугун. Низкоуглеродистая сталь отличается пониженным содержанием углерода, что откладывает свой отпечаток как на механические, так технологические свойства.

Существует несколько стандартов, которые регулируют состав углеродистых сплавов. Среди них наиболее востребованы ГОСТ 380-2005 и ГОСТ 1050-90. Согласно им низкоуглеродистой может называться сталь, которая включает в себя:

• Углерод (до 0,25%). Он позволяет термически упрочнять сталь, в результате чего твердость и временное сопротивление металла может увеличиться в несколько раз.
• Кремний (до 0,35%) Он улучшает механические характеристики, особенно, это касается ударной вязкости и прочности. Также увеличение кремния в сплаве положительно сказывается на свариваемости.
• Марганец (до 0,8%) относится к группе полезных примесей. По своему молекулярному строению схож с кислородом и активно вступает с ним химическую связь, что препятствует образованию оксида железа. Сталь, легированная марганцем, более однородна по составу, лучше справляется с динамическими нагрузками, становиться податливей к термическому упрочнению.
• Сера (до 0,06%) – вредная примесь. Делает металл красноломким, усложняет обработку давлением: ковкой, прокаткой и т.д. Снижает плотность сварного шва. Повышает отпускную хрупкость.
• Фосфор (до 0,08%) ответственен за появление хладноломкости. Искажает кристаллическую структуру стали. Снижает ее ударную вязкость. Ухудшает прочность и выносливость металла. Но не всегда фосфор является вредной примесью. В некоторых случаях его добавление оправдано, т.к. он увеличивает податливость металла резанию. Но все равно, общее количество его не должно превышать 0,1%.
• Кислород – самый нежелательный элемент в составе стали. Введение 0,001% кислорода способно снизить прочность металла на 50%. Препятствует обработки сплава режущим инструментом.
• Азот. После попадания его в металл, образует нитриды железа – очень хрупкое соединение, которое снижают как прочностные, так и технологические свойства сплава.

Особенности низкоуглеродистых сталей

Низкоуглеродистая сталь по сравнению с другими сталями крайне пластична. Их относительно удельное сопротивление на сжатие составляет 23-35% в зависимости от процента содержания углерода в составе. Чем его больше, тем пластичность ниже.

Все марки низкоуглеродистых сталей имеют первую категорию свариваемости.

Процесс сварки не требует сложных подготовительных операций: прогрева поверхности, обезжиривания и т.д. Сварной шов получается плотным, при работе на сжатие по прочности сравним с цельным металлом. Пониженная углеродистая сталь поддается всем видам сварки: от обычной электродуговой до вакуумной в среде инертных газов.

Низкоуглеродистая сталь не обладает повышенными прочностными характеристиками. Временное сопротивление на разрыв для нее колеблется в пределах 320-450 МПа. То же самое можно сказать относительно твердости. Без дополнительного упрочнения твердость стали составляет 22-23 единиц по шкале Роквелла.

Низкоуглеродистые марки не поддаются закалке в силу малого содержания углерода в составе. Среди немногочисленных вариантов улучшения сталям своих механических свойства выделяют цементацию. Это разновидность химико-термического упрочнения, при котором поверхность металла принудительно насыщают углеродом, что делает металл более твердым и износостойким. Помимо этого, в качестве механического упрочнения хорошо зарекомендовали себя разного рода наклепы, обкатка роликами и прочее.

Классификация и марки

Существует несколько основных критериев по которым подразделяются углеродистые марки. Одним из самых важных среди них являются условия проведения раскисления. Выделяют следующие низкоуглеродистые стали:

• Спокойные. Включает минимальное содержание в составе окиси железа, что делает процесс выплавки «спокойным» – без бурного выделения углекислоты с зеркала металла. Возможным это стало благодаря введению раскислителей: алюминий, марганец и кремний. Все выходящие газы скапливаются в усадочной раковине, которая впоследствии обрубается, что в результате дает плотный и однородный металл.
• Кипящие. Раскисляются одним марганцем. Имеют увеличенное количество оксида железа в составе. Процесс плавки сопровождается выделением углекислого газа, что создает впечатление будто металл кипит. Эти стали менее прочны и менее однородны по химическому составу, но при этом стоят дешево и имеют низкий процент отходов в производстве.
• Полуспокойные. Помимо марганца для удаления кислорода дополнительно применяют алюминий. По характеристикам эта углеродистая сталь представляет собой что-то среднее между кипящими и спокойными сплавами.

Помимо степени раскисления низкоуглеродистые марки также классифицируются по наличию неметаллических включений в своем составе. Исходя из этого они различаются на:

• Обыкновенного качества;
• Качественные машиностроительные.

Рассмотрим каждый пункт более подробно.

Стали обыкновенного качества. К ним не предъявляются строгие требования как к выбору шихты, так и к плавке и разливке. Фосфора в них допускается не более 0,08%, а серы не более 0,06%. Разливают такой сплав в крупногабаритные слитки, поэтому для них характерно появление зональной ликвации.

Сталь обыкновенного качества идет на производство разного рода горячекатаного металлопроката: прутки ГОСТ 4290-90, швеллеры ГОСТ 8240-97, балки ГОСТ 8239-95, уголки ГОСТ 8509-95 и прочие. Этот прокат служит материалом для производства разного рода болтовых, клепочных и сварных металлоконструкций. В станкостроении из нее производят малоответственные детали не требующие проведения термобработки: оси, вальцы, зажимы и т.д.

Исходя из гарантированности указанных свойств сталь обыкновенного качества бывает:

• Группы «А». Поставка происходит по механическим характеристикам, химический состав при этом не нормируется. Маркируется «Ст» и цифрой от 0 до 6. (Ст.6, Ст.5 и т.д.). С увеличением цифры возрастает и прочность выбранного сплава.
• Группы «Б». Такие металлы идут с нормированным химсоставом. В маркировке дополнительно прописывается способ получения сплава.
• Группы «В». Здесь в сталях регулируются одновременно прочностные характеристики и химсостав. В маркировке дополнительно указывается буква В.

Качественные машиностроительные стали производятся в более строгих условиях выплавки. Обладают меньшим количеством вредных образований в химсоставе: сера до 0,04%, фосфор до 0,04%. Маркируются надписью «сталь» и цифрой, указывающей количество карбидов в сотых долях процента.

Сталь 08 и 10 применяются в ответственных узлах машиностроения. Из них производят втулки, змеевики, прокладки и т.д. Перед использованием все детали обязательно подвергаются цементации или любому другому химико-термическому упрочнению.

Стали 15, 20, 25 используются для узлов, работающих на износ и не испытывающих повышенных механических нагрузок: рычаги, шестерни, толкатели клапанов и т.д.

Способы получения

Выделяют следующие низкоуглеродистые стали в зависимости от способа выплавки:

• Конверторные печи. Металл плавиться за счет химической теплоты экзотермических реакций. Удаление излишнего углерода происходят при продувке кислорода сквозь зеркало металла. Плюсом такого способа является высокая производительность. Минусом – повышенная концентрация азота на выходе.
• Мартеновские печи. В рабочей камере сжигается жидкое топливо. Необходимая температура плавки достигается за счет теплоты отходящих газов. При таком способе сплав получается более раскисленным и с меньшим содержанием неметаллических примесей.
• Электропечи. Обладают более совершенным способом выплавки. Все качественные марки низкоуглеродистой стали выплавляются только таким методом.Достоинством здесь выступает простота регулировки теплового режима и возможность использования шлаков и флюсов. Минус – значительные затраты электроэнергии.

Низкоуглеродистая сталь в большей степени востребована машиностроением и, особенно, строительством. Именно эти отрасли обеспечивают ее постоянным спросом вот уже на протяжении нескольких десятков лет. И ссудя по обширно обустраивающимся городам и развивающейся промышленности потребность в углеродистой стали будет только увеличиваться.

2. Легированные низкоуглеродистые и среднеуглеродистые конструкционные стали. Принцип легирования, упрочняющая обработка, марки, применение.

Низкоуглеродистые стали 05 кп, 08, 10, 10 пс обладают малой прочностью высокой пластичностью. Применяются без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей – шайб, прокладок и т.п.

Среднеуглеродистые стали 35, 40, 45 применяются после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки.

В нормализованном состоянии по сравнению с низкоотпущенным обладают большей прочностью, но меньшей пластичностью. После термического улучшения наблюдается наилучшее сочетание механических свойств. После поверхностной закалки обладают высокой поверхностной твердостью и сопротивлением износу.

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70,75 используются как рессорно-пружинные после среднего отпуска. В нормализованном состоянии – для прокатных валков, шпинделей станков.

Достоинства углеродистых качественных сталей – дешевизна и технологичность. Но из-за малой прокаливаемости эти стали не обеспечивают требуемый комплекс механических свойств в деталях сечением более 20 мм.

Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки).

Хромистые стали 15Х, 20Х используются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину h =1…1,5 мм. При закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение. Вследствие этого хромистые стали обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и большей прочностью в цементованном слое.

Дополнительное легирование хромистых сталей ванадием (сталь 15ХФ), способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость.

Никель увеличивает глубину цементованного слоя, препятствует росту зерна и образованию грубой цементитной сетки, оказывает положительное влияние на свойства сердцевины. Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров, работающих на износ при больших нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые валы). Одновременное легирование хромом и никелем, который растворяется в феррите, увеличивает прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементованного слоя. Стали мало чувствительны к перегреву. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевых сталей и позволяет проводить закалку крупных деталей с охлаждением в масле и на воздухе.

Стали, дополнительно легированные вольфрамом или молибденом (18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей. Эти стали являются лучшими конструкционными сталями, но дефицитность никеля ограничивает их применение.

Хромомарганцевые стали применяют вместо дорогих хромоникелевых, однако эти стали менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость. Введение небольшого количества титана (0,06…0,12 %) уменьшает склонность стали к перегреву (стали 18ХГТ, 30ХГТ).

С целью повышения прочности применяют легирование бором (0,001…0,005 %) 20ХГР, но бор способствует росту зерна при нагреве.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромокремниймарганцевые (хромансил) (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300…400 o С. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Низкоуглеродистая сталь – марка

Низкоуглеродистые стали марок 20, ВМСтЗсп, С75, APS 10M4, 18X1ПМФ имеют хорошую стойкость к статической водородной усталости. [1]

Низкоуглеродистые стали марок 08, 08кп, 08пс относятся к мягким сталям, применяемым чаще всего в отожженном состоянии для изготовления деталей методом холодной штамповки – глубокой вытяжки. Стали марок 10, 15, 20, 25 обычно используют как цементуемые, а высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 в основном применяют для изготовления пружин, рессор, высокопрочной проволоки и других изделий с высокой упругостью и износостойкостью. Среднеуглеродистые стали 30 35 40 45 50 и аналогичные стали с повышенным содержанием марганца ЗОГ, 40Г, 50Г применяют для изготовления самых разнообразных деталей машин. [2]

Зубчатые колеса низкоуглеродистых сталей марок Ст20, Ст20Г подвергаются цементации. При этом поверхностные слои детали насыщаются углеродом за счет применения твердых, жидких или газообразных науглероживающих сред. В результате последующей закалки высокую твердость получают только науглероженные слои, а внутренние слои сохраняют свою начальную вязкость, так как содержание углерода в них при цементации не изменилось. Твердость закаленного цементированного слоя для зубчатых колес принимается в пределах 40 – 50 HRC при толщине 2 5 – 4 мм. [3]

Измерить твердость образца низкоуглеродистой стали марки 10 и на основании известных закономерностей между твердостью и прочностными свойствами определить примерно предел прочности и предел текучести исследованной стали. [4]

Корпусы регенераторов изготавливают из низкоуглеродистых сталей марок Ст . [5]

Чистое железо марки СО-1, низкоуглеродистые стали марок ЭП620, ЭП355 и 03 производятся в виде прутков различного размера и применяются в качестве шихтовой заготовки при выплавке сплавов специального назначения. Магнитные свойства рассмотренных сталей соответствующими техническими условиями не оговариваются, и, хотя содержание углерода и других примесей в этих сталях значительно меньше, чем в сталях Э, ЭА; ЭАА и Э12, Э10, Э8, они не имеют больших преимуществ по магнитным свойствам вследствие большого содержания кислорода. [6]

Подавляющее количество труб прокатывают из низкоуглеродистых сталей марок 10 – 45 и Ст. [7]

Для повышения прочности и улучшения обрабатываемости низкоуглеродистая сталь марок 05, 08 и 10 подвергается нормализации с температуры 930 – 950 С. [8]

Наибольшее применение для изготовления-сварных конструкций находят низкоуглеродистые стали марок Ст . [9]

При изготовлении сварных конструкций чаще всего применяют низкоуглеродистые стали марок Ст . Вопросы технологии сварки их были подробно разобраны выше. Особых трудностей при сварке этих сталей не возникает. Автоматическую сварку низкоуглеродистых сталей выполняют электродной проволокой Св-08 или Св – 08А в сочетании с флюсами АН-348А или ОСЦ-45. Последующей термической обработки сварных соединений при сварке сталей толщиной до 30 – 40 мм не требуется. [10]

Крепежные элементы, стойкие к сероводородному растрескиванию, изготавливают из малолегированных низкоуглеродистых сталей марок 30, ЗОХМА. [11]

Сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением ( табл. 17 – 26) – низкоуглеродистая сталь марок 15К, 20К, 22К и 22КТ, поставляемая в горячекатаном состоянии в виде листов толщиной от 4 до 16 мм. [12]

Валы, не несущие больших нагрузок, но подвергающиеся значи тельному поверхностному износу, изготовляются из низкоуглеродистых сталей марок 20, 30, 35, 20Х, Ст. Валы, несущие средние нагрузки, изготовляются из стали марок Ст. [13]

В последнее время для изготовления магнитопроводов двигателей постоянного и переменного тока небольшой мощности, особенно для двигателей бытовой техники, применяют низкоуглеродистые стали марок Э0100 и ЭОЗОО. Применение этих сталей вместо слаболегированной динамной стали Э11 ( ГОСТ 802 – 58) диктуется их более низкой стоимостью и позволяет за счет большей индукции повысить мощность двигателя или снизить расход стали или меди на изготовление двигателя такой же мощности. [14]

Сталь низкоуглеродистая и ее основные характеристики

Сталь низкоуглеродистая – это сплав, не содержащий легируемых элементов, имеющий примеси и малое содержание углерода, до 0,25%. В составе данного сплава присутствуют марганец и кремний, однако в силу малого процентного содержания (марганец – не больше 1%, кремний – не выше 0,8%), не оказывают ощутимого легирующего воздействия на материал. Сталь низкоуглеродистая отличается мягкостью и малым содержанием марганца.

Этот сплав из-за своей мягкости не позволяет точно обрабатывать поверхности, однако его мягкость, вязкость и пластичность дают возможность создавать цементируемые заготовки и детали для последующей сварки/цементации. Обрабатываемость сплава очень плохая, поверхность обрабатываемой детали имеет много шероховатостей. Выполнение точной обработки достаточно затруднительное.

Свойства низкоуглеродистой стали

Свойства низкоуглеродистой стали не имеют высоких показателей прочности. Пластичность и вязкость напротив — высокие. Марки низкоуглеродистой стали иногда предназначаются для изготовления цементуемых изделий, которые нуждаются в дополнительной цементации для достижения необходимой твердости и придания им износоустойчивости посредством дальнейшей обработки. Изделия из такой стали достаточно хорошо свариваются и куются.

Свойства низколегированной стали не позволяют выполнять полноценные работы с этим металлом. Однако, если провести процесс нормализации и холодного волочения, значительно можно увеличить обрабатываемость поверхности. Благодаря хорошей пластичности (5 = 33…23%), низкоуглеродистые стали можно успешно подвергать холодной деформации, при этом не теряются механические свойства, так как местное перенапряжение равномерно распределяется и трещины не образуются. Такая сталь слабо поддается закаливанию и хорошо сваривается.

Свойства низкоуглеродистой стали имеют ряд недостатков:

• низкая прочность Те = 330…460 МПа, Сто,2 = 200…280МПа;
• малая ударная вязкость;
• очень чувствительная к механическому старению, так как при повторных нагрузках она чувствует концентрацию напряжения, поэтому из нее не изготавливают изделия, подвергающиеся повторным нагрузкам.

Марки низкоуглеродистой стали, их основные сферы применения

Марка низкоуглеродистой стали в зависимости от своего состава имеет отдельные назначения в промышленности. К данному типу сплава относят 05 кп, 08, 10, 10 пс, которые активно используются для производства шайб, прокладок и других малонагруженных элементов конструкций и машин. В зависимости от того, какая марка низкоуглеродистой стали, сплав находит применение в разных отраслях. Так, высокую устойчивость перед статической водородной усталостью демонстрируют:

Следующие марки низкоуглеродистой стали применяются как цементируемые:

При изготовлении зубчатых колес с последующей цементацией применяют:

• ЭП620;
• ЭП355;
• 03 используются как шихтовая заготовка и выпускаются в виде прутков различного размера. Такая шихтовая добавка применяются в процессе выплавки специальных сплавов для изготовления отдельных деталей и спец проката.

Для создания сварных конструкций используют такие марки низкоуглеродистой стали:

• Ст0;
• Ст1сп;
• Ст1пс;
• Ст1кп;
• Ст2сп;
• Ст2пс;
• Ст2кл;
• Ст3сп;
• СТ3кл (ГОСТ 380);
• сталь 10;
• сталь 15;
• сталь 20 (ГОСТ 1050);
• S235-S295;
• P235-P295 (EN 10025, EN 10027-1, EN 10028-2).

Для сплавов выпускаемых на территории стран СНГ, а также согласно установленных правил ГОСТ маркировка сталей производится следующим образом:

• буква стоящая перед названием марки указывает группу к которой относится сплав, (всего три группы А, Б, В, группа «А» не указывается при маркировке);
• «Ст» или «сталь», указывает, что сплав является обыкновенным;
• первая цифра в марке указывает номер по ГОСТ, число от 0 до 6;
• степень раскисления указывается следующими сокращениями: «сп», «пс», «кп» (в случае сталей «А» группы обозначение «сп» не указывается и принимается таковым по умолчанию);
• следующая цифра — № категории стали, согласно ГОСТ от 0 до 6. Первая категория не указывается в обозначении;
• если в маркировке указано тире между первой и второй цифрой, это означает, что к стали не предъявлялись требования по степени раскисления.