Вуглецеві конструкційні сталі: застосування і маркування

Вуглецеві конструкційні сталі можна з повною підставою назвати універсальним матеріалом, який успішно використовується не тільки для виробництва деталей різних машин і механізмів, але і для виготовлення елементів будівельних конструкцій. Можливість такого широкого використання цього матеріалу забезпечується цілим набором якісних характеристик, якими він володіє.

Конструкційна сталь марки 14 Г2АФ (квадрат) призначена для виготовлення відповідальних виробів

Що собою являє конструкційна сталь

До даної категорії відносяться вуглецеві сталі, які повинні володіти цілим набором технологічних характеристик, що визначають ефективну і тривалу експлуатацію виробів з них. Це можливо завдяки тому, що фахівці ретельно підбирають хімічний склад сплавів, постійно вдосконалюють методи зміцнення їх поверхневого шару, використовують різні технології термообробки, а також металургійні методи, що дозволяють значно підвищити якість готового металу.

За призначенням конструкційні сталі поділяються на два типи:

• сплави для виробництва продукції в машинобудівній сфері;
• будівельні конструкційні сталі, які також називають арматурними (вони відрізняються у тому числі гарною зварюваністю).

Вуглецеві сталі, які називають конструкційними, можуть бути загального або спеціального призначення. В їх хімічному складі, крім корисних добавок, що містить шкідливі домішки, найбільш значущими з яких є сірка і фосфор. Підвищений вміст даних елементів в складі сталі робить вироби з неї дуже крихкими, а також значно погіршує їх зварюваність.

Хімічний склад вуглецевих конструкційних сталей

Саме із-за серйозного впливу таких шкідливих домішок, як сірка і фосфор, на характеристики конструкційних вуглецевих сталей в залежності від кількісного вмісту даних елементів такі сплави поділяються на сталі звичайної якості, якісні, високоякісні та особовысококачественные.

В конструкційних вуглецевих сталях даних категорій сірка і фосфор, містяться у наступних кількостях:

• у сплавах звичайної якості (їх можна відрізнити за маркуванням «Ст») – не більше 0,05%;
• якісних (позначаються як «Сталь») – не більш як 0,035%;
• високоякісних (маркуються літерою «А») – не більше 0,025%;
• відрізняються особливо високою якістю (маркування – буква «Ш») – не більше 0,015%.

Якісні вуглецеві конструкційні сталі та області їх використання

Вуглецеві сталі, що відносяться до конструкційним, класифікуються і за іншими ознаками, про які буде сказано нижче.

Конструкційні сталі в машинобудівній галузі

Особливості хімічного складу дозволяють виділити в конструкційних сталях, що використовуються для виробництва машинобудівної продукції, дві великі групи:

• мало — та середньовуглецеві;
• низько — і середньолеговані.

Склад і властивості вуглецевих машинобудівних сталей

Вуглецеві сталі, які використовуються для виробництва різної продукції в машинобудівній галузі, повинні відповідати цілому ряду якісних і механічних характеристик, до найбільш значущих з яких належать:

• ударна в’язкість;
• пластичність;
• міцність.

Структура більшої частини конструкційних вуглецевих сталей, що використовуються для виробництва машинобудівної продукції, відноситься до доэвтектоидному перлитному типу. Найбільш популярними марками таких сталей є 30Х2ГСН2ВМ, 30ХГСН2А, 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА та ін. Щоб збільшити в’язкість вуглецевих сплавів даного типу, в їх склад вводять молібден і нікель.

Сталь марки 25Х2ГНТА використовується для виготовлення болтів, балок і судин

На різні типи машинобудівні конструкційні сталі підрозділяють ще і в залежності від того, чи піддані зміцненню вироби, які з них виготовлені. Так, розрізняють вироби:

• не піддавалися зміцненню;
• у яких зміцненню підданий тільки поверхневий шар;
• у яких зміцненню підданий весь обсяг металу.

Окремі марки машинобудівних конструкційних сплавів (08кп, 15кп, Ст3 та ін), з яких виготовляється переважно листовий метал, не піддаються ніякої термічної обробки. Оскільки такий листовий метал використовується для виробництва різних виробів методом деформування в холодному стані, до його пластичності пред’являються підвищені вимоги. Таку пластичність забезпечує мінімальну кількість кремнію і вуглецю. Крім здатності добре деформуватися в холодному стані, стали даних марок характеризуються відмінною зварюваністю.

Хімічний склад штампових сталей

Конструкційні сталеві сплави, що відносяться до категорії якісних, в обов’язковому порядку піддаються термічній обробці:

• загартуванню поверхневого шару, після якої може бути проведено відпустку металу;
• загартуванню, виконуваної за стандартною технологією, після якої в обов’язковому порядку проводиться процедура відпустки (поєднання даних типів термообробки металу дає хорошу зварюваність виробів з нього);
• нормалізації металу.

Марки та характеристики машинобудівних конструкційних сплавів

Машинобудівні сталі спеціального призначення можуть мати нікелеву або железоникелевую основу. Крім того, їх поділяють на такі категорії:

• використовуються для виробництва виробів методом лиття;
• так звані автоматні;
• відрізняються підвищеною зносостійкістю;
• з підвищеною корозійною стійкістю;
• шарикопідшипникові;
• пружинні;
• відрізняються підвищеною жаростійкістю;
• кріогенні, не втрачають своїх якісних характеристик при впливі низьких температур;
• жароміцні.

Марки автоматних сталей

Жаростійкі сталеві сплави, в хімічному складі яких міститься незначна кількість кремнію, можуть успішно експлуатуватися при температурах, що досягають 5500 Цельсія. Такі вуглецеві стали, крім своєї жаростійкості, відрізняються цілим рядом значущих характеристик: вони успішно експлуатуються в окислювальних і науглероживающих середовищах, не піддаються газової корозії. Є у них і серйозний недолік, що проявляється у тому, що під впливом значних навантажень вони починають проявляти повзучість.

До найбільш популярних марок таких сталей відносяться 12Х17, 15Х28, 15Х6СМ, 20Х20Н14С2 та ін. Вони використовуються переважно для виробництва:

• ємностей, в яких виконується цементація сталевих деталей;
• деталей двигунів поршневого типу;
• трубних виробів різного призначення.

Властивості жароміцних сталей

До групи кріогенних сплавів, які відрізняються високою в’язкістю і пластичністю, можуть ставитися як низьковуглецеві, так і високолеговані сталі. Що характерно, повзучість таких сталей підвищується не тільки при зниженні температури їх експлуатації, але і при виконанні термічної обробки, що полягає в нормалізації і подальшому відпуску. Маркування конструкційних сплавів даного типу регламентується вимогами відповідного Госту (5632).

Конструкційні вуглецеві сталі, що відносяться до категорії жароміцних, володіють підвищеною повзучістю. Їх відрізняє і така якість, як висока опірність хімічної корозії. Ці вуглецеві сталі оптимально підходять для виробництва труб, деталей газових та парових турбін, що працюють при температурах в інтервалі 400-6500 Цельсія. Найбільш популярними марками є 15ХМ, 15Х5М, 12Х18Н9Т, ХН70Ю та ін.

Цільнокований ротор турбіни, зроблений із сталі 25Х1М1ФА

Конструкційні вуглецеві сталі, що відносяться до категорії корозійностійких, відрізняються тим, що в їх складі міститься більше 12,5% хрому. Саме цей елемент дає можливість успішно використовувати їх для виробництва виробів, які відчувають вплив агресивних середовищ (труби різного призначення, карбюраторні вали, лопатки парових турбін та ін). Такі сталі можуть бути декількох типів:

• з мартенситною структурою (30Х13, 12Х13, 20Х17Н2, 95Х18);
• з мартенситно-старіючої (09Х15Н8Ю, 10Х17Н13М3Т);
• з аустенітної і феритної (12Х18Н10Т, 15Х28 та ін).

Щоб вироби з конструкційних вуглецевих сталей всіх зазначених вище типів добре зварювались, їх необхідно піддати відпустки. Примітно, що, незважаючи на значні відмінності у своїх якісних характеристиках, жароміцні, жаростійкі та кріогенні стали належать до корозійностійких сплавів.

Особливості інших типів конструкційних сталей

Конструкційні сплави, що відносяться до категорії зносостійких, що містять у своєму складі значну кількість легуючих добавок, можуть бути низько — і высокоуглеродистыми. З таких сталей, відмінно протистоять не тільки механічного зношування, але і кавитационной корозії, виробляють елементи дробильного обладнання, траки, лопаті насосного обладнання та ін. Найбільш популярними марками цих сплавів є ОХ14АГ12, ОХ14АГ12М, 12Х18Н9Т, Г13.

Вуглецеві сталі, які відносяться до категорії автоматних (А40Г, АЦ40Г2, АЦ45Х та ін), включають різні елементи: 0,6–1,5% марганцю, 0,05–0,16% фосфору, 0,05–0,3% сірки. Вуглецю в таких сплавах міститься до 0,45%. Значно поліпшити їх якісні характеристики дозволяє додавання таких елементів, як селен, свинець і кальцій. З цих конструкційних вуглецевих сталей, які не відрізняються високою міцністю, виготовляють деталі для автопрому: болти, шпильки, шайби та ін

Сфери застосування деяких пружинистих сталей

Пружні сталі 50ХФА, 55С2, 60С2ХФА, 65ГЮ, 70С2ХА та ін) у повній відповідності зі своєю назвою відрізняються хорошою в’язкістю і пластичністю, також їх характеризують висока міцність і пружність. Сюди відносяться як низьколеговані, так і середньовуглецеві сплави, у яких міститься 0,6–0,8% вуглецю. При їх зварюванні можуть утворюватися тріщини. Такі сталі використовуються для виробництва пружин і ресор різного призначення.

До категорії поліпшених відносять конструкційні сталі, внутрішню структуру яких складає мартенсит у формі дрібних голок. В щільній структурі таких вуглецевих сплавів відсутні неметалеві включення, а також карбідна ізоляція і сітка. Головними перевагами цих низьколегованих і високовуглецевих сталей (вміст вуглецю – до 1,05%) є підвищена твердість і зносостійкість. Відмінною особливістю маркування таких сплавів є те, що вона завжди починається з літери «Ш» (ШХ4, ШХ15Ш, ШХ15СГ та ін).

Сталь марки ШХ15 застосовується для виробництва виробів. від яких вимагається зносостійкість, висока твердість і контактну міцність

Конструкційні сталі в будівництві

Конструкційні вуглецеві сталі, які використовуються в будівництві, відрізняються невеликим обсягом легуючих елементів (хрому, марганцю і кремнію), а також вмістом вуглецю в межах 0,1–0,2%. Такі стали, крім хорошої зварюваності, наділені наступними характеристиками, які особливо корисні при виготовленні будівельних конструкцій:

• хорошою ковкістю і жидкотекучестью;
• високою твердістю і ударною в’язкістю;
• оптимальними параметрами відносного подовження і міцності.

При спорудженні мостових переходів, шляхопроводів використовуються сталі 10ХСНД, 15ХСНДА, 16Д ГОСТ 6713-91 та інші

Виготовлення виробів, що використовуються в будівельній сфері, не з вуглецевих, а з низьколегованих сталей дозволяє значно заощадити на використовуваному сировину (до 30%). Легування таких сталей не тільки покращує їх гартована, але і підвищує межу їх плинності.

Найбільш популярними марками розглянутих сталей, що поставляються у вигляді сортового прокату, листів, смуг і прутків, є:

• 14Г2;
• 15ХСНД;
• 10Г2С1;
• 18Г2;
• 18Г2С;
• 25Г2С;
• 35ГС.

Сталі для будівельних конструкцій

Як вже зазначалося вище, стали даної категорії легко піддаються зварюванню, а також іншим методам обробки, що дозволяє без особливих трудовитрат створювати з них будівельні конструкції будь-якого розміру та конфігурації.