Марки вуглецевої сталі. Класифікація, ГОСТ, використання

Сталь — продукт чорної металургії, головний конструкційний матеріал. З нього виробляють будівельну арматуру, металопрокат різного профілю, труби, деталі, механізми та інструменти.

Виробництво сталі

Чорна металургія займається виробництвом чавуну і сталі. Чавун — твердий, але не міцний матеріал. Сталь — міцний, надійний, пластичний, схильний до легування метал, що використовується в ливарному виробництві, прокатці, ковці і штампуванні.

Існує кілька способів виплавки сталі:

1. Конверторний. Обладнання: кисневий конвертор. Шихта (вихідні матеріали): білий чавун, сталевий металобрухт, вапняк. Виробляються тільки вуглецеві сталі.
2. Мартенівський. Обладнання: мартенівська піч. Шихта: рідкий чавун, сталевий металобрухт, залізна руда. Універсальний як для вуглецевих, так і для легованих сталей.
3. Електродуговий. Обладнання: електродугова піч. Шихта: сталевий металобрухт, чавун, кокс, вапняк. Універсальний метод.
4. Індукційний. Обладнання: індукційна піч. Шихта: сталевий і чавунний металобрухт, феросплави.

Суть процесу виробництва сталі — зменшення кількості негативних хімічних включень з метою отримання металу, який в народі називають «залізом», а точніше — залізовуглецевого сплаву з вмістом вуглецю в ньому не більше 2,14%.

Процеси розкислення

Для сталі на завершальному етапі виплавки характерний процес кипіння, на який впливають притаманні в ній азот, водень, окиси вуглецю. Такий сплав у затверділому стані має пористу структуру, яка прибирається прокаткою. Він м’який і пластичний, проте недостатньо міцний.

Процес розкислення полягає в деактивації киплячих домішок шляхом введення в сплав ферромарганцю, феросиліцію, алюмінію. Залежно від кількості залишкових газів і розкислювальних елементів, сталь може бути напівспокійна або спокійна.

Готову сталь необхідного ступеня розкислення розливають у викладачки для кристалізації та використання на наступних технологічних етапах виготовлення готової сталевої продукції.

Класифікація вуглецевої сталі

Всю сталь, що існує на світовому ринку, можна розділити на вуглецеву і леговану. Всі марки вуглецевої сталі розділяються за різними групами класифікатора і особливостями позначення.

Виходячи з основних класифікаційних ознак, виділяють:

1. Вуглецеві конструкційні сталі. У них карбону менше 0,8%. Вони використовуються для виготовлення арматури, прокатної продукції та лиття.
2. Вуглецеві інструментальні сталі, які зневажать карбон у кількості від 0,7% до 1,3%. Їх використовують для інструментів, обладнання приладів.

За способами розкислення:

• киплячі — розкислювальних елементів (РЕ) у складі менше 0,05%;
• напівспокійні — 0,05% РЕ ­ 0,15%;
• спокійні — 0,15% РЕ- 0,3%.

За хімічним складом:

• маловуглецеві (0,3% ºС);
• середньовуглецеві (0,3. С ­ 0,65%);
• високовуглецеві (0,65 1,3%).

Сталі, що містять вуглець в кількості вище 1,3%, не використовуються в промисловості.

Залежно від мікроструктури:

• доевтектоїдні — в такій сталі вуглецю у складі менше 0,8%;
• евтектоїдні — це сталі з вмістом вуглецю 0,8%;
• заевтектоїдні — сталі з вмістом вуглецю понад 0,8%.

За якістю:

1. Звичайної якості. Сірки тут міститься менше 0,06%, фосфору — не більше 0,07%.
2. Якісні сталі. Вони не містять сірки і фосфору більше 0,04%.
3. Високоякісні. Кількість сірки тут не перевищує 0,025%, а фосфору — не більше 0,018%.

За основним стандартом марки вуглецевої сталі розподіляють на:

• конструкційні звичайної якості;
• конструкційні якісні;
• інструментальні якісні;
• інструментальні високоякісні.

Особливості маркування конструкційної сталі звичайної якості

Стали звичайної якості містять: З — до 0,6%, S — до 0,06%, P — до 0,07%. Розгляньмо, як маркується ця вуглецева сталь. ГОСТ 380 визначає такі нюанси позначення:

• А, Б, В — група; А — не позначається в марках;
• 0-6 після букв «Ст» — порядковий номер, в якому зашифрований хімічний склад і (або) механічний властивості;
• Г — наявність Мангана Mn (марганця);
• кп, пс, сп — ступінь розкислення (кипляча, напівспокійна, спокійна).

Цифри від 1 до 6 після позначення ступеня розкислення через тире — це категорії. При цьому перша категорія не позначається ніяк.

Літери ж М, К на початку марки можуть означати металургійний спосіб виробництва: мартенівський або киснево-конверторний. Між іншим, вуглецеві стали звичайної якості представлені кількісним складом марок, приблизно в 47 штук.

Класифікація конструкційних сталей звичайної якості

Вуглецеві сталі звичайної якості поділяються на групи.

• Група А: сталі, які повинні точно відповідати заданим механічним властивостям. Споживачеві вони поставляються найчастіше у вигляді листового і багатопрофільного прокату (листи, таври, двутаври, арматура, заклепки і корпуси). Марки: Ст0, Ст1 — Ст6 (кп, пс, сп), категорії 1-3, у тому числі Ст3Гпс, Ст5Гпс.
• Група Б: сталі, які повинні бути регламентовані необхідним хімічним складом і властивостями. Виготовляється лиття і прокат, який буде піддаватися додатковій механічній обробці тиском у гарячому стані (ковка, штампування). Марки: БСт0, БСт1 (кп-сп), БСт2 (кп, пс), БСт3 (кп-сп, у тому числі БСт3Гпс), БСт4 (кп, пс), БСт 6 (пс, сп), категорії 1 і 2.
• Група В: сталі, які повинні відповідати потрібним хімічним, фізичним, механічним і технологічним властивостям. Цій групі притаманне розмаїття марок, з яких виготовляється пластичний листовий прокат, міцна арматура для роботи в зонах значних температурних перепадів, відповідальні деталі (болти, гайки, осі, пальці поршнів). Всю продукцію різного складу, властивостей і марок цієї групи об’єднує хороша технологічна зварюваність. Марки: ВСт1-ВСт6 (кп, пс, сп), ВСт5 (пс, сп), у тому числі ВСт3Гпс, категорії 1-6.

Конструкційні сталі звичайної якості — сплави, що мають широке різнопланове використання в промисловості.

Маркування вуглецевої якісної сталі

Вміст вуглецю в сталі названої якості від 0,05% до 0,6%. Виплавка металу цієї класифікаційної групи відбувається мартенівським або електродуговим способами. Широкий діапазон вуглецевої присутності урізноманітнює механічні властивості: низьковуглецеві — пластичні, середньовуглецеві — міцні.

Вуглецеві якісні сталі мають у складі S і P не більше 0,04%, відповідно.

Маркування (ГОСТ 1050-88):

• цифри 05-60 — зашифрована наявність вуглецю (мінімальна — 0,05%, максимальна — 0,6%);
• кп, пс, сп — ступінь розкислення («сп» не позначається);
• Г, Ю, Ф — містять марганець, алюміній, ванадій.

Винятки в маркуванні

Вуглецеві якісні сталі у своєму маркуванні мають винятки:

• 15K, 20K, 22K — якісні сталі, застосовні в котлобудуванні;
• 20-PV — вуглецю — 0,2%, сталь застосовна у виготовленні труб методом гарячої прокатки, в котлобудуванні та монтажі опалювальних систем, містить мідь і хром;
• ОсВ — сталь для виготовлення вагонних осей, містить нікель, хром, мідь.

Для всіх марок якісних сталей характерна можлива необхідність використання термічної (наприклад, нормалізація) і хіміко-термічної обробки (наприклад, цементація).

Класифікація вуглецевих сталей

Цей вид вуглецевих сталей можна умовно розділити на 4 групи:

1. Високопластичний матеріал, застосовний для холодної механічної обробки (прокатки), листовий і трубний прокат. Марки — сталь 08пс, сталь 08, сталь 08кп.
2. Метал, що використовується в гарячій прокатці і штампуванні, який буде працювати в термічно агресивних умовах. Марки — від сталь 10 до сталь 25.
3. Сталь, яка знайшла застосування у виготовленні відповідальних деталей, у тому числі пружин, ресор, муфт, болтів, валів. Марки — від сталь 60 до сталь 85.
4. Стали, які потребують надійної експлуатації в агресивних умовах (наприклад, ланцюг гусеничного трактора). Марки сталь 30, сталь 50, сталь 30G, сталь 50G.

Також можливо розділити на 2 групи всі відомі марки вуглецевої сталі з класу якісних: конструкційні звичайні і конструкційні марганецвмісні.

Застосування вуглецевої конструкційної сталі

Вуглецеві інструментальні сталі відрізняються високою міцністю і ударною в’язкістю. Вони обов’язково підлягають багатоступеневому термообробці.

Вміст вуглецю в сталі: 0,7 – 1,3%. Для якісної — до 0,03%, фосфору — до 0,035%. А для інструментальної високоякісної: сірки — до 0,02%, фосфору — до 0,03%.

Марочне позначення (ГОСТ 1435-74):

• У — вуглецева інструментальна;
• 7 -13 — вміст вуглецю в ній 0,7-1,3%, відповідно;
• Г — наявність у складі марганцю;
• А — високоякісна.

Винятками з основних принципів маркування вуглецевих інструментальних сталей — матеріал для деталей годинникових механізмів A75, ASU10Ye, AU10Ye.

Вимоги до вуглецевих інструментальних сталей

Згідно з ГОСТом, інструментальні сталі повинні відповідати ряду характеристик.

Необхідні фізико-хімічні та механічні властивості: якісні показники твердості, ударної в’язкості, міцності, стійкості до температурних змін під час експлуатації (під час різання, звірення, ударних навантажень), стійкість до корозії.

Задані технологічні властивості:

• стійкість до негативних процесів технології різання (налипання стружки, наклеп);
• хороша оброблюваність точенням і шліфуванням;
• податливість до термообробки;
• стійкість до перегріву.

Для підвищення якісних механічних і технологічних показників інструментальні сталі піддають багатоступеневій термообробці:

• віджиг вихідного матеріалу перед виготовленням інструментів;
• загартування (охолодження в розчинах солей) і подальша відпуск готових виробів (в основному, низька відпустка).

Отримані властивості визначаються хімічним складом і отриманою мікроструктурою: мартенсит з цементитними і аустенітними включеннями.

Використання вуглецевих інструментальних сталей

Застосовуються описувані сталі для виготовлення всіляких інструментів: ріжучих, ударних, допоміжних.

• Сталь U7, U7A — молотки, зубила, сокири, стамески, кувалди, долота, рибальські гачки.
• Сталь U8, U8A, U8G — пилки, викрутки, кернери, зенкування, фрези, плоскогубці.
• Сталь U9, U9A — слюсарний інструмент, інструмент для різання по дереву.
• Сталь U10, сталь U10A, U11, U11A — рашпили, метчики, спіральні сверла, допоміжний інструмент для штампування і калібрування.
• У 12, U12A — розгортки, метчики, вимірювальні інструменти.
• U13, U13A — напильники, бритвені та хірургічні інструменти, штампувальні пуансони.

Раціональний вибір марки вуглецевої сталі, технології її термообробки, розуміння її властивостей і особливостей — запорука тривалої служби вироблених, оброблюваних або використовуваних конструкцій або інструментів.