Конструкционная сталь
Конструкционная сталь — материал особой прочности и пластичности, что обеспечивает высокую
сопротивляемость к разрушению изготовленных из нее конструкций. Представляет собой сплав,
определенные характеристики которого позволяют использовать многопрофильный материал для
изготовления промышленных механизмов и строительных конструкций.
Конструкционные стали
К механизмам и конструкциям, используемым на предприятиях обрабатывающей промышленности и строительстве, предъявляются высокие требования по качеству и стойкости. По этой причине металл для их производства должен обладать особыми технологическими свойствами для обеспечения безаварийной эксплуатации в различных условиях окружающей среды. Этим требованиям соответствует группа конструкционных сталей, представители которой наделены заданными параметрами химических, физических и механических свойств.
Состав конструкционных сплавов содержит набор полезных добавок – железо, марганец, медь, кремний и другие элементы, но основным параметром, определяющим все свойства стального проката, является углерод. Увеличение содержания углерода в сплаве повышает прочность металла и порог его хладноломкости, что позволяет стальным конструкциям выдерживать суровые климатические условия, а также высокие промышленные нагрузки.
Список доступных сталей
Классификация конструкционных сталей
На начальном этапе классификации семейство конструкционных сплавов разграничивают на две крупные категории:
- сталь углеродистая качественная;
- легированная качественная.
На качество углеродистых сталей влияет содержание в них вредных добавок:
- фосфор (P) наделяет металлопрокат способностью к растрескиванию и поломкам по ходу механической обработки (холодной);
- сера (S) способствует трещинообразованию под действием высокого давления во время горячей обработки (спектр красного каления).
Применение деталей из углеродистого металла с высоким содержанием фосфора и серы оправдано при необходимости повышения степени обрабатываемости изделия методом резания (автоматные виды сталей).
Маркировка
С учетом вредных примесей, маркировка конструкционных сплавов выделяется некоторыми особенностями:
- конгломераты обыкновенного качества, содержащие до 0,05 % вредных добавок, маркируют обозначением «Ст»;
- качественный металл, содержащий максимум 0,035% серно-фосфорных примесей, имеет маркировку «Сталь»;
- высококачественное металлическое сырье, содержащее до 0,025 % примесей, снабжают завершающей буквой «А»;
- особовысококачественные с 0,015 % фосфора и серы маркируют конечной буквой «Ш».
Исходя из сферы применения металлопроката, он бывает строительным (в основном низкоуглеродистый тип) и машиностроительным (средняя и низкоуглеродистая категория). Среднеуглеродистую конструкционную сталь (0,25-0,55 % серы) используют в машиностроении благодаря хорошему сочетанию механических свойств после термической обработки. Металл с низким содержанием углерода применяют для строительных работ по причине хорошей степени свариваемости, низкой склонности к старению.
Углеродистая конструкционная сталь
Качество металлопроката этого типа может быть обыкновенным и высоким. Материал обыкновенного качества более дешевый за счет меньшей очистки от вредных компонентов, отличается большим количеством неметаллических примесей.
Градация по качественному показателю
Конструкционная сталь обыкновенного качества, согласно ГОСТу 380—94, подлежит классификации по трем характерным группам:
- А – сплавы этой группы не требуют дальнейшей термической обработки, что способствует сохранению заводских свойств исходного металла. Маркировка стандартная – буквы «Ст» плюс цифры, обозначающие степень прочности и пластичности – Ст1, Ст3 и т.п.
- Б – гарантированный химический состав материала этой группы поддается раскислению. Маркировка содержит букву «Б» с указанием степени раскисления в конце – БСТ3сп (спокойная), БСт1кп (кипящая). Числом обозначают процент углерода.
- В – группа сталей повышенного качества с гарантированным химическим составом выдерживает механическую обработку. Маркируется буквами ВСт1, ВСт3 и т.д. Для производства изделий из металла этой группы потребуется дополнительная обработка, преимущественно сваркой.
Металлопрокат обыкновенного качественного состава применяют для изготовления деталей, требующих сварки, необходимых для работы в условиях небольших нагрузок. Конструкционную сталь этого типа в основном используют в автомобильной промышленности, а также в строительном деле для конструкций массового предназначения.
Специализированные сплавы, обладающие определенным набором технологических свойств, обусловленных тщательным подбором химического состава и детальным соблюдением всех правил и норм выплавки, получили общее название – конструкционная сталь и широко используются в машиностроении и строительстве.
Высококачественная углеродистая сталь выпускается в виде проката и поковок, применяемых для производства различных деталей машин и сварных конструкций, подвергающихся статическим и динамическим механическим нагрузкам.
Популярные марки конструкционных сталей
Конструкционные углеродистые стали разделяют на две категории:
- Обыкновенного качества – повышенное содержание серы и фосфора
- Высококачественные – с максимальным содержанием примесей до 0,04%
Качественная углеродная сталь более пластична и имеет узкие пределы содержания углерода от 0,07 до 0,08%. Также в отельную категорию входит легированная сталь, содержащая добавки для улучшения механических свойств (кремний, вольфрам, молибден, никель, хром и др.).
Наиболее распространенные марки конструкционных сталей представлены в таблице:
ГОСТ | Европейские стандарты | Стандарты США | |
10 | 1.1121 | C10E | 1010 |
10XГН1 | — | ||
14 ХН3 М | 1.6657 | 14 NICRMO1-3-4 | 9310 |
15 | 1.1141 | C15 Е | 1015 |
15 Г | 1.1148 | С16 Е | 1016 |
16 ХГ | 1.7131 | 16 МNCR5 | 5115 |
16XГР | 1.7160 | 16MN CRB5 | — |
16 ХГН | 1.5714 | 16NICR4 | — |
17 Г1 С | 1.0117 | S235J2G4 | — |
17 ХН3 | 1.5752 | 15NICR13 | Е3310 |
18 ХГМ | 1.7243 | 18CRMO4 | 4120 |
18 Х2 Н2 М | 1.6587 | 18CRNIMO7-6 | — |
20 | 1.1151 | C22E | 1020 |
20 ХМ | 1.7320 | 20MOCR3 | 4118 |
20 ХГНМ | 1.6523 | 20MOCR2-2 | 8617 |
25 | 1.1158 | C25E | 1025 |
25 ХМ | 1.7218 | 25CRMO4 | 4130 |
28 Г | 1.1170 | 28MN6 | 1330 |
30 | 1.1178 | C30E | 1030 |
34 Х | 1.7033 | 34CR4 | 5130 |
34 Х2 Н2 М | 1.6582 | 34CRNIMO6 | 4340 |
35 | 1.1181 | C35E | 1035 |
36 ХНМ | 1.6511 | 36CRNIMO4 | 9840 |
36 Х2 Н4 МА | 1.6773 | 36NICRMO16 | — |
40 | 1.1186 | C40E | 1040 |
42 ХМ | 1.7225 | 42CRMO4 | 4140 |
45 | 1.1191 | C45E | 1045 |
46 Х | 1.7006 | 46CR2 | 5045 |
50 | 1.1206 | C50E | 1050 |
50 ХГФ | 1.8159 | 50CRV4 | 6150 |
Все марки конструкционных сталей изготавливают согласно ГОСТУ, регламентирующему качество и свойства материала. Цифры в маркировке обозначают, среднее содержание углерода в стали, а буквы – вид добавок улучшающих ее технические характеристики. Для удобства расшифровки маркировки стали, используют специальные марочные справочники с детальными характеристиками материала.
Применение конструкционных сталей
Основная сфера использования конструкционной стали – изготовление узлов и механизмов в различных отраслях машиностроения. Так сталь обыкновенного качества используются для возведения всевозможных строительных конструкций, различных деталей крепежа и профильного металлопроката.
Качественные конструкционные стали применяют для изготовления деталей, к которым предъявляются повышенные требования к пластичности, а также стойкости к механической нагрузке: винты, сварные изделия, зубчатые колеса, болты и прочее.
Качество конструкционной стали напрямую зависит от количества вредных примесей входящих в ее состав. В основном это процентное содержание фосфора (придает материалу хрупкость) и сера (сталь с повышенным содержанием серы отличается красноломкостью). В составе высококачественной конструкционной стали процент содержания фосфора и серы не должен превышать 0,025%, для обыкновенного качества пороговое значение составляет 0,05%.
Дополнительная классификация конструкционной стали
В промышленности широко применяются следующие категории стали:
- Легированные конструкционные стали. Обладают наибольшей конструктивной прочностью благодаря добавлению легирующих элементов.
- Теплоустойчивые. Отличаются повышенной рабочей температурой и используются для изготовления котлов, паропроводов, а также в различных отраслях промышленности, где повышенная температура является постоянным фактором. Для придания теплостойкости сталь легируют добавками хрома, ванадия или молибдена.
- Подшипниковые. Наличие высоких локальных нагрузок предъявляет повышенные требования к стали. Подшипниковая сталь легируется хромом для обеспечения высокой статистической грузоподъемности.
Назначение конструкционной стали обыкновенного качества
В отличие от легированного металла, назначение конструкционной стали обыкновенного качества определяет широкую сферу их применения. Это конструкции, работающие при относительно невысоком напряжении, с заниженными требованиями к механической прочности материала. Данная сталь считается наиболее востребованным вариантом по причине оптимального соотношения стоимости и эксплуатационных характеристик. При этом достаточно большой ассортимент стали обыкновенного качества с различным содержанием углерода позволяет выбрать оптимальный вариант для конкретной области применения.
