Файл: Свидунович_Материаловедение_для ХТОМ.pdf

прочностью, достаточной для изготовления металлоконструкций различного назначения.

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швейлеры, трубы и т.п.). Для этих сталей марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94.

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полу спокойных — « пс», в кипящих — « кп». Например, СтЗсп, СтЗпс, СтЗкп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1 - Стб, кипящими — Ст1 - Ст4. Сталь СтО по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С< 0,23 %), серы (S'< 0,06 %) и фосфора (Р < 0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Mn, Si, S, Р, а также As и Р (табл. 9.1).

Для всех сталей, кроме СтО, справедлива следующая формула: С (%)« 0,07х номер марки. Так, в стали СтЗ содержание С« 0,07 X 3 и ~ 0,21 % (фактически 0,14 - 0,22 96).

Концентрация марганца возрастает от 0,25 - 0,50 % в стали Ст1 до 0,50 - 0,80 % в стали Ст6. Три марки стали производят с повышенным (0,80 - 1,1 %) содержанием марганца, на что указывает буква «Г» в марке: Ст ЗГпс, СтЗГсп, Ст6Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих

— не более 0,05 %, у полуспокойных — не более 0,15 %, у спокойных — не более 0,30 %.

Степень раскисления определяет также различное содержание газообразных примесей, а следовательно, порог хладноломкости и возможную температуру эксплуатации. Более надежны спокойные стали, имеющие более низкий порог хладноломкости t50. Так, для сталей СтЗсп, СтЗпс и СтЗкп он составляет -20; -10 и 0° С соответственно.

Механические свойства горячекатаных сталей обыкновенного качества регламентирует ГОСТ 535-88.

Углеродистые качественные стали

Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, ..., 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45 - 0,45 % С и т.д.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами соответственно «пс» и «кп». Химический состав спокойных сталей приведен в табл. 9.3. Кипящими производят стали 08кп, 10кп, 15кп, 18кп, 20кп; полу спокойными — 08 пс, 10пс, 15пс, 20пс. В отличие от спокойных кипящие стали практически не содержат кремния (не более 0,03 %); в полуспокойных его количество ограничено 0,05 - 0,17 %.

Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25 до 0,80 %. Содержание азота для сталей, перерабатываемых в тонкий лист, ограничено 0,006 %; для остальных сталей — 0,008 %.

Механические свойства зависят от толщины проката: при толщине проката более 80 мм показатели прочности и пластичности несколько ниже . ГОСТ 1050-88 гарантирует механические свойства углеродистых качественных сталей после закалки и отпуска, нагартовки или термической обработки, устраняющей нагартовку — отжига или высокого отпуска.

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

Низкоуглеродистые стали по назначению подразделяют на две подгруппы.

1.Малопрочные и высокопластичные стали 08, 10. Из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки различных изделий. Без термической обработки в горячекатаном состоянии эти стали используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготавливаемых холодной деформацией и сваркой.

2.Цементуемые — стали 15, 20, 25. Предназначены они для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском. Сердцевина из-за низкой прокаливаемости упрочняется слабо. Эти стали применяют также горячекатаными и после нормализации. Они пластичны, хорошо штампуются и свариваются; используются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры и т.п.), а также деталей котлотурбостроения (трубы перегревателей, змеевики), работающих под

давлением при температуре от — 40 до 425 ° С.

Рис. 9.5. Зависимость механических свойств стали 40 от температуры отпуска (а) и диаметра заготовок после отпуска при 580 ° С (б)

Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые (см. табл. 9.3). Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. В улучшенном состоянии — после закалки и высокого отпуска на

структуру сорбита — достигаются высокая ударная вязкость, пластичность (рис. 9.5, а) и, как следствие, малая чувствительность к концентраторам напряжений. При увеличении сечения деталей из-за несквозной прокаливаемости механические свойства таких сталей снижаются (рис. 9.5,

б).

После улучшения стали применяют для изготовления деталей небольшого размера, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малооборотных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.). При этом возможный размер деталей зависит от условий их работы и требований к прокаливаемости. Для деталей, работающих на растяжение — сжатие (например, шатуны), необходима однородность свойств металла по всему сечению и, как следствие, сквозная прокаливаемость. Размер поперечного сечения таких нагруженных деталей ограничивается 12 мм. Для деталей (валы, оси и т.п.), испытывающих главным образом напряжения изгиба и кручения, которые максимальны на поверхности, толщина упрочненного при закалке слоя должна быть не менее половины радиуса детали. Возможный размер поперечного сечения таких деталей — 30 мм.

Для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках, используют стали 40, 45, 50.

Рис. 9.6. Схема сечения ходового винта после поверхностной индукционной закалки: 1 - закаленный слой; 2 - сердцевина

Их применяют после нормализации и поверхностной индукционной закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высокую твердость поверхности (40 – 58 HRC) и сопротивление износу (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен И Т П )

Индукционной закалкой с нагревом ТВЧ упрочняют также поверхность длинных валов, ходовых винтов станков (рис. 9.6) и других деталей, для которых важно ограничить деформации при термической обработке.

Легированные стали

Легированные стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особовысококачественными. Эта группа сталей многочисленна по числу марок.

Маркировка легированных сталей Марка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обо-

значающих ее химический состав. По ГОСТ 4543-71 принято обозначать хром — X, никель — Н, марганец — Г, кремний — С, молибден — М, вольфрам — В, титан — Т, ванадий — Ф, алюминий — Ю, медь — Д, ниобий — Б, бор — Р, кобальт — К. Число, стоящее после буквы, указывает

на примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если число отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1 %.

Число в начале марки конструкционной легированной стали показывает содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 20ХНЗА в среднем содержит 0,20 % С, 1 % Сr и 3 % Ni. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали (например, после электрошлакового переплава) имеют в конце марки букву Ш, например ЗОХГС-Ш.

Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, автоматных — с буквы А.

Нестандартные легированные стали, выплавляемые заводом «Электросталь», маркируют сочетанием букв ЭИ (электросталь исследовательская) или ЭП (П — пробная) и порядковым номером (например, ЭИ415, ЭП716 и т.д.). После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.

Низколегированные строительные стали

Общая характеристика Эту группу сталей используют для изготовления металлических кон-

струкций и сооружений из профилей, листов и труб. Из них производят рамы машин и вагонов, металлоконструкции промышленных зданий, пролеты мостов и эстакад, магистральные нефте- и газопроводы. Стали должны обладать достаточной прочностью и пластичностью, малой склонностью к хрупким разрушениям, хорошей технологичностью (свариваемостью, способностью к гибке, правке и т.п.) и хладостойкостью.

Основными расчетными характеристиками металлоконструкций являются временное сопротивление и предел текучести. В соответствии с ГОСТ 27772-88 строительные стали подразделяют на несколько классов прочности. Маркируют их буквой «С» и числом, выражающим значение предела текучести в мегапаскалях: С235, С285, ... , С590, В конце могут стоять буквы К, Т или Д, обозначающие:

К — отличие химического состава стали от состава стали того же класса прочности, например С345К, отличается от С345 наличием

0,08...0,15% А1;

Т — упрочнение проката термической обработкой (для листов из сталей С390, С390К, С440 используют нормализацию или улучшение, для листов из сталей С590 и С590К — только улучшение).

Д — введение в сталь 0,15 - 0,30 % Си для повышения сопротивления атмосферной коррозии.

Механические свойства строительных сталей зависят от толщины проката: чем больше толщина проката (начиная с 4 мм), тем меньше значение σв, σтт и KCU. Тем самым учитываются различия механических свойств из-за разных условий превращения переохлажденного аустенита. Основным требованием для всех видов проката и любых толщин является обеспечение хладостойкости: KCU должна быть не менее 29 Дж/см2 при температурах -