Тема 3. Конструкционные стали

3.1. Конструкционные углеродистые стали

Углеродистые стали являются одной из групп конструкционных сталей, широко используемых в различных отраслях промышленности.

Они делятся на низкоуглеродистые (до 0,3% углерода), среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,7 %) и высокоуглеродистые ( > 0,7 %)

Многие эксплуатационные и технологические характеристики таких сталей зависят от способа раскисления и содержания примесей.

Помимо химического состава, конструкционные стали классифицируют по их качеству, способам раскисления и назначению.

По способам раскисления, стали делятся на кипящие (кп), раскисляемые только марганцем (в них много кислорода), полуспокойные (пс), раскисляемые марганцем и кремнием, спокойные (сп), раскисляемые Mn, Si и Al.

По качеству, стали делят на стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Группа качества определяется суммарным присутствием примесей, в первую очередь серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества

К сталям обыкновенного качества относятся стали углеродистые с содержанием серы < 0.06 %, а фосфора от 0,04 до 0,07 %. Их делят на три группы: А, Б и В.

Маркируются эти стали как Ст1, Ст3, БСт5, ВСт4, ВСт6. Буква указывает группу, цифра – категорию, в группе А – буква в марке не ставится (буква А перед маркой конструкционных сталей используется для, так называемых, автоматных сталей, т.е. обрабатываемых на станках-автоматах).

Механические свойства сталей обыкновенного качества меняются в интервале s_в от 320-400 Мпа и d= 33 % - для Ст1; и s_в от 380-470 Мпа и d = 27-25% - для Ст3; величина s_в для Ст6 равна 600 Мпа и d = 12 %. Для сварных конструкций предпочтительнее использовать спокойные и полуспокойные стали марок Ст3сп, ВСт4сп, ВСт5. Они менее склонны к термическому и деформационному старению, у них низкий порог хладноломкости (для Ст3сп он равен –40⁰С).

Углеродистые стали обыкновенного качества в продовольственном машиностроении широко используется для сварных и несварных конструкций в аппаратах, работающих в условиях циклических нагрузок: Ст3сп для корпусов сосудов, работающих при температурах до 200⁰С и давлениях не выше 1,6 атмосфер. Стали марок ВСт3, ВСт4 могут работать при изготовлении сосудов аппаратов, работающих при температурах до 400⁰С и давлениях до 5 атмосфер.

В хлебопекарной промышленности, на элеваторах, в свёклоперерабатывающей промышленности стали марок Ст3, Ст5 используются для изготовления дёж, различных валов, цепей и др. изделий.

Качественные углеродистые стали содержат меньшее количество примесей (меньше 0,04 % серы и 0,04 % фосфора). Принадлежность углеродистых сталей к качественным отмечается в маркировке двумя цифрами, означающими содержание углерода в сотых долях процента (напр., т08 – сталь с содержанием 0,08 % С, 10 – с 0,10 % С, 45 – 0,45 % С и т.п.)

Стали 08, 08кп, 10, 10кп обычно применяют для глубокой вытяжки (при штамповке изделий) и не требуют термической обработки. Сталь 08кп, используется в качестве тары в консервной промышленности. Но для предотвращения коррозии ее обязательно подвергают лужению (покрытию оловом) и защите специальными пищевыми лаками. Среднеуглеродистые качественные стали (30, 35, 45, 50) также используются для широкого круга изделий (шатуны, коленчатые валы, зубчатые колеса, кулачки распределительных валов).

В пищевой промышленности углеродистые качественные стали применяют для изготовления корпусов выпарных аппаратов, змеевиков и других, работающих с неагрессивными и малоагрессивными пищевыми средами.

Качественные высокоуглеродистые стали (70, 80, 85) имеют достаточно высокие прочностные свойства (s_в для стали 70 равно 730 Мпа при d = 9-10 %, для стали 85-1150 и 6 % соответственно).

Применяются эти стали после закалки и отпуска для изготовления высоконагруженных деталей, испытывающих вибрационные нагрузки (пружин, рессор, упругих колец и др.).

Высокоуглеродистые стали марок У10 и У12 (с содержанием углерода 1,0 и 1,2% соответственно) используют для изготовления магнитов и в пищевой промышленности применяют для удаления металлических опилок из муки, круп и др.