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):
- Сталь Ст0
- Сталь Ст1
- Сталь Ст1кп
- Сталь Ст1пс
- Сталь Ст1сп
- Сталь Ст2кп
- Сталь Ст2пс
- Сталь Ст2сп
- Сталь Ст3кп
- Сталь Ст3пс
- Сталь Ст3Гпс
- Сталь Ст3сп
- Сталь Ст3Гсп
- Сталь Ст4кп
- Сталь Ст4пс
- Сталь Ст4сп
- Сталь Ст5пс
- Сталь Ст5Гпс
- Сталь Ст5сп
- Сталь Ст6пс
- Сталь Ст6сп
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):
- Сталь БСт0
- Сталь БСт1
- Сталь БСт1кп
- Сталь БСт1пс
- Сталь БСт1сп
- Сталь БСт2кп
- Сталь БСт2пс
- Сталь БСт2сп
- Сталь БСт3кп
- Сталь БСт3пс
- Сталь БСт3сп
- Сталь БСт3Гсп
- Сталь БСт3Гпс
- Сталь БСт4кп
- Сталь БСт4пс
- Сталь БСт4сп
- Сталь БСт5пс
- Сталь БСт5сп
- Сталь БСт5Гпс
- Сталь БСт6пс
- Сталь БСт6сп
Стали третий группы (Группа В - поставляемая по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке):
- Сталь ВСт2кп
- Сталь ВСт2пс
- Сталь ВСт2сп
- Сталь ВСт3кп
- Сталь ВСт3пс
- Сталь ВСт3Гпс
- Сталь ВСт3сп
- Сталь ВСт4кп
- Сталь ВСт4пс
- Сталь ВСт5пс
- Сталь ВСт5сп
- Сталь ВСт6пс
- Сталь ВСт6сп
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.