Главная Конструкционная сталь Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества

По определению, конструкционной называется сталь, применяемая для выпуска строительных и машиностроительных изделий, деталей и механизмов различного оборудования. В зависимости от содержания в стали различных химических элементов, сталь подразделяется на несколько видов и групп. Сегодня многие компании предлагают купить конструкционную сталь, используемую в соответствии с основными свойствами и техническими особенностями. В нашем случае мы будем рассматривать конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества.

Стали первой группы (Группа А - поставляемая по механическим свойствам и применяемая в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства):

Стали второй группы (Группа Б - поставляемая по химическому составу и применяемая для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом):

Стали третий группы (Группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке):

Конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества

К конструкционной углеродистой стали относится стальной сплав, изделия из которого востребованы в строительной и машиностроительной отрасли для создания особо прочных деталей или механизмов. Вид и группу стального сплава определяют исходя из наличия и количественной доли тех или иных химических элементов, содержащихся в составе данного сплава. При этом большинство компаний сегодня оттает предпочтение конструкционным сталям, используют которые соответственно их основным свойствам и эксплуатационным особенностям. Также, нужно отметить, что высокими техническими характеристиками из ассортимента конструкционных сталей обладает конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, о которой и пойдет речь ниже.

Общие сведения

Конструкционные углеродистые сплавы обыкновенного качества благодаря высоким техническим характеристикам при относительно небольшой цене пользуется популярностью во многих отраслях промышленности, в том числе машиностроении. Также востребован сплав в строительстве и хозяйственной сфере.

При производстве различных изделий, применяются разные способы. Так, используя метод горячего или холодного проката получают листовые и профилированные изделия.

Листовые изделия могут быть:

Тонко или толстолистовыми;
широкополосными;
в виде лент;
в виде проволоки;
другими металлическими изделиями.

Технология обжима предполагает получение:

заготовок с квадратным сечением (блюм);
полупродукта с прямоугольным сечением (сляб);
плоских заготовок из конструкционной углеродистой стали (сутунка) и другие.

Также, в зависимости от назначения изделия, применяется ковка, непрерывное литье, штамповка. При производстве слитков применяют отливку.

Физические показатели

Главные показатели, характерные для стальных сплавов обыкновенного качества, имеют следующий вид:

при проверке на сжатие/растяжение Коэффициент Пуансона составляет порядка 0,24-0,28;

модуль продольной упругости (Юнга) для сталей обыкновенного качества составляет 20500 кг/мм2;

еще одним показателем, характеризующим степень упругости углеродистой конструкционной стали является модуль сдвига. Для сталей рассматриваемого вида он составляет 8100 кг/мм2;

плотность. В зависимости от системы исчисления составляет: 7800 кг/м3 в системе СИ, 7,8 г/см3 в системе СГС и 796 тем/м3 в системе МКСС;

допускаемое напряжение для конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества составляет 14 кг/мм2, как на сжатие, так и на растяжение.

Виды углеродистых сталей по назначению

Конструкционные углеродистые стальные сплавы обыкновенного качества отличаются по физико-механическим характеристикам, способу изготовления и эксплуатации, что позволяет подразделить их на три типа:

Стальные сплавы типа А. Стальные сплавы первой группы имеют маркировку Ст0 - Ст6. Продукция данного типа имеет гарантированные механические свойства, но ее состав не регламентируется и может содержать разное количество и тип добавок. Сплавы обладают повышенной прочностью и могут использоваться при изготовлении деталей и изделий, эксплуатация которых будет проходить в условиях повышенных температур.

Стальные сплавы типа Б. Сталь второй группы может иметь маркировку БСт0 - БСт6. В отличие от сплавов первой группы, к сталям группы Б не предъявляются жесткие требования по механическим свойствам, но их состав строго регламентирован государственными стандартами качества.

Стальные сплавы типа В. По физико-механическим параметрам и составу конструкционные углеродистые сплавы третьей группы идентичны первым двум группам. С той разницей, что для сталей типа В Госстандарт регламентирует не только состав, но и механические характеристики.

Качество конструкционных сталей и их классификация

Исходя из качественных характеристик выделяют 6 видов конструкционных стальных сплавов. При этом принадлежность к определенному виду определяется исходя из степени раскисления и методом его реализации.

Под раскислением понимается процесс снижения уровня кислорода в составе сплава, который оказывает влияние на конечные механические характеристики стали. По степени раскисления выделяют три вида сплавов, маркировку которых можно встретить на готовом продукте:

кп - кипящий сплав;
пс – плуспокойный;
сп – спокойный.

Последний тип конструкционной углеродистой стали наиболее устойчив к высоким температурам. Например, сплав обыкновенного качества марки Ст5сп применяют при изготовлении деталей, крепежных элементов и механизмов, работа которых протекает в условиях повешенных температур. В частности, сталь выдерживает нагрев до 420 градусов по Цельсию без деформации и изменения физико-механических характеристик.

Маркировка сплавов обыкновенного качества

Маркировка металлических изделий начинается с нанесения буквенного значения, обозначающего тип сплава. Применительно к конструкционным углеродистым сталям - это «Ст». Затем следуют символы, значение которых определяет состав сплава. Числовое значение указывает на марку стали.

В зависимости от типа раскисления маркировка может содержать «кп», «пс» и «сп», о чем говорилось выше. Также маркировка может содержать литеру «Г», что указывает на присутствие в сплаве марганца, который содержится в небольших пропорциях.

Состав и добавки

Для большинства типов конструкционной углеродистой стали доля содержания тех или иных веществ в составе сплава, как и методики их производства закреплены государственными нормативными документами. При этом в зависимости от метода получения и типа раскисления состав стального сплава обыкновенного качества может меняться. Например, пропорция Si в разных типах сплавов составляет:

не более 0,05% для кп;
в рамках 0,05–0,15% для пс (это стали с маркировкой Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс и т.д);
от 0,15 до 0,3% для сп.

Стальные сплавы обыкновенного качества с маркировкой Ст0 не должны содержать в составе кремний или марганец.

Листовой прокат из конструкционных углеродистых сталей

Из конструкционной углеродистой стали изготавливают листовой прокат, который имеет 4 класса точности:

ОК300В;
ОК360В;
ОК370В;
ОК400В.

Расшифровываются данные коды следующим образом:

ОК – аббревиатура указывает на то, что прокат был произведен из стального сплава обыкновенного качества;
числовое значение (300, 360 и т.п) говорит об уровне прочности и оказывает на его минимальный предел;
литера В – параметр прочности.

Исходя из способа изготовления проката различают горячекатаную и холоднокатаную сталь. В первом случае сплав сильно нагревают, а затем нормализуют. Во втором случае, продукт также проходит тепловую обработку, которую разрешается не производить, в том случае, если завод изготавливает продукцию на поточных линиях.

При любом способе изготовления листы из углеродистой стали ровные, имеют гладкую поверхность и не содержат следы дефектов, такие как: отслоения, пузырения, разрывы, трещины или вкрапления в виде инородных предметов.

В зависимости от степени обработки поверхности стального проката, выделяют I, II, III и IV тип качества. Если листовую сталь планируется использовать для изготовления изделий, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться воздействию высоких температур, то выбирают продукцию 2 и 3 групп (Б, В) с числовым значением 5 или 6. Данный вид проката из конструктивной углеродистой стали проходит дополнительную закалку и отпускание при высоких температурах.

Молекулярная структура сплавов углеродистой стали обыкновенного качества

Уровень содержания углерода в стальных сплавах имеет первостепенное значение и регулируется ГОСТом. Количество углерода в конструктивной углеродистой стали зависит от марки и составляет:

не более 0,23% для марки Ст0;
от 0,06 до 0,12% углерода содержится в сплавах обыкновенного качества марки Ст1;
от 0,09 до 0,15% углерода характерно для стали марки Ст2;
от 0,14 до 0,22% углерода содержится в марке конструктивной углеродистой стали Ст3;
от 0,18 до 0,27% согласно госту может присутствовать в марке Ст4;
от 0,28 до 0,37% углерода может содержаться в марке Ст5;
не менее 0,38 и не более 0,49% углерода допустимо для сплавов марки Ст6.

Марганец присутствует в сплавах в ограниченном количестве и регламентируется действующими нормативными документами:

для марок конструктивной углеродистой стали Ст1 и Ст2 доля марганца может варьировать в пределах 0,25–0,5% от общей массы вещества;
для полуспокойных и спокойных сплавов обыкновенного качества марки Ст3 доля марганца может составлять 0,4–0,65%. А для сплавов аналогичного типа раскисления с маркировкой Ст5 и Ст6 данный показатель составляет уже 0,5–0,8%;
сплав кипящего типа раскисления марки Ст3 согласно установленным госнормативам содержит от 0,3 до 0,6%;
стальной прокат обыкновенного качества с маркировкой Ст4 содержит от 0,4 до 0,7%;
в марках СтГсп и Ст3Гпс марганец может присутствовать в пропорции от 0,8 до 1,1%;
для марки сплава Ст5Гпс нижний предел содержания Mn установлен на уровне 0,8, верхний достигает 1,2% от общей массы вещества.

Уровень содержания азота в конструктивных углеродистых сплавах также регламентируется Госстандартом и составляет:

не более 0,01% для сплавов, полученных путем плавления в мартеновской или конверторной печи;
не более 0,012% для сплавов, полученных при помощи электропечей

Помимо указанных выше элементов, сплавы конструкционной углеродистой стали могут содержать в незначительных количествах и другие добавки. В том числе, и частицы произвольно попавших в сплав элементов, не оказывающих воздействия на характеристики сплава. Солгано нормативам ГОСТа, в стальном сплаве допускается содержание:

не более 0,04% фосфора (P). Исключение составляет марка стали Ст0, в которой присутствие данного элемента не допустимо;
не более 0,05% серы (S). При производстве сплава Ст0 допускается превышение нормы до 0,06–0,07%;
не более до 0,3% хрома (Cr), никеля (Ni) и меди (Cu). Что касается марки Ст0, то ГОСТом, наличие в этом сплаве данных элементов не оговаривается.

Отдельного внимания заслуживают некоторые марки конструкционной углеродистой стали с индивидуальными стандартами:

для Ст5Гпс доля углерода должна составлять не меньше 0,2 и не больше 0,3% от общей массы вещества;
стальные сплавы обыкновенного качества, кипящего типа, марок с маркировкой 2, 3 и 4, используемые для изготовления стального проката могут содержать до 0,07% кремния (Si);
сплавы марки Ст3 (не зависимо от типа раскисления) не имеют нижнего предела доли углерода, находящегося в составе сплава.

Для получения качественного сырья важно контролировать соответствие физических свойств нормативам, указанным в госстандартах. При этом нужно учитывать некоторые особенности производства отдельных категорий проката:

Если из сплавов обычного качества марок Ст3, Ст4 и Ст5 со степенью раскисления кп, пс и сп изготавливается сортовой прокат, и толщина изделия при этом не превышает 1 см, согласно Госстандарту, нормативы которого актуальны на сегодняшний день, содержание марганца (Mn) может отклонятся от установленной нормы в меньшую сторону на 0,1%.
Если из конструкционной углеродистой стали марки Ст3пс изготавливается швеллер с применением способа горячей катки, доля марганца в составе сплава должна находится в пределах 0,4–0,65%.

Для получения качественного сплава конструкционной углеродистой стали с полуспокойной степенью раскисления норма содержания кремния (Si) может быть уменьшена, но только в том случае, если сплав получен посредством введения в состав титана (Ti), алюминия (Al) или смеси обеих эллементов с добавлением феррита кремния.

Если сплав обыкновенного качества получают способом скраб-методики в составе могут присутствовать такие элементы, как никель (Ni), хром (Cr), содержание которых достигает 0,35%, а также до 0,4% меди (Cu). При производстве таким способом конструкционной углеродистой стали марки Ст3, уровень содержания углерода в сплаве не должен превышать 0,2%.

В готовых сплавах допускается содержание примесей со следующей погрешностью:

для серы и фосфоры допустимо отклонение на +0,005% в сплавах с полуспокойным или спокойным раскислением и на +0,006%, если сплав получем с помощью кипящего типа раскисления;
доля углерода может отклонятся в интервале от –0,02 до +0,03% (для типов раскисления сп и пс) или ±0,03% (для типа раскисления кп);
погрешность в содержании кремния может составлять от –0,02 до 0,03% (для типов раскисления сп и пс). Сталь, полученная с применением кипящего метода раскисления, не может иметь погрешностей в содержании кремния;
погрешность в содержании азота может составить до +0,02% для любого типа раскисления;
для марганца допускается отклонение от –0,03% до +0,05% (для типов раскисления сп и пс) и от –0,04 до +0,05% (для кипящего типа раскисления).

Сферы применения

Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества востребованы в различных областях в зависимости от особенностей марки и ее технических характеристик.

Марка Ст0

Применяется для изделий не представляющих конструкционной важности. Например, при изготовлении обшивок, парапетов, оград, чехлов и т.п.

Марка Ст1

Материал обладает низкой твердостью и достаточно высокой вязкостью, поэтому его активно применяют при изготовлении ряда крепежных деталей;

Марка Ст2

Применяется при производстве деталей второстепенной важности, при использовании которых важен такой параметр, как гибкость;

Марка Ст3

Сплав получил довольно широкое распространение. В строительной сфере его используют для сооружения несущих конструкций, требующих сваривания или другого воздействия. А также в качестве арматуры при армировании бетонных блоков. В автопроме и при производстве сельхозтехники сплав используется для изготовления рам, дисков и кузовных элементов и др.;

Марка Ст4

Применяется в сварных, клепаных и в болтовых конструкциях повышенной прочности в виде сортового, фасонного и листового проката, а такжеиспользуются для малонагруженных деталей типа валов, осей, втулок и прочее.

Марка Ст5

Сплавы этой марки применяются в том случае, если для повышения качественных характеристик изделия будут подвергаться термообработке. Кроме того, сплав подходит для производства элементов подъемных конструкций, эксплуатация которых проходит при средних нагрузках.

Марка Ст6

Сплав незаменим в станкостроительной промышленности, так как обладает повышенной прочностью и подходит для изготовления различных деталей и инструментов. Повысить физико-механические характеристики сплава можно подвергнув изделия термообработке.

Контроль качества

Для проверки качества выпускаемой продукции и ее соответствия нормативам Госстандарта используются различные методы, которые также определены Госстандартом. В большинстве случаев, при сотрудничестве с заводом-изготовителем работа которого не вызывает нареканий, долю содержания в сплаве примесей таких элементов, как хром, медь, азот, никель или мышьяк можно не проверять.

Если качество продукции вызывает сомнения и необходимо провести проверку ее соответствия действующим стандартам, возможно прибегнуть к методам, не входящим в стандартный набор методик. Но только в том случае, если они способны дать точный исчерпывающий результат.

Сплавы, выпускаемые по принятым стандартам, кроме буквенно-цифровой маркировки имеют цветовые отличительные знаки, нанесенные с помощью водостойких красителей, что облегчает их идентификацию. Маркируются все изделия после прохождения завершающего производственного этапа.