Сталі вуглецеві, нелеговані

До цієї групи входить великий перелік сталей. Вони не містять значної кількості дорогих і дефіцитних легуючих компонентів і тому маловитратні у виробництві. Завдяки ціновій доступності та досить високому рівню фізико-механічних властивостей вуглецеві марки є загальнодоступними та широко застосовуються для виробництва металопрокату та іншої сталевої продукції, затребувані у будівництві, інжинірингу, сільському господарстві та інших галузях промисловості.

Визначення

Вуглецева нелегована сталь - залізовуглецевий сплав, в якому частка вуглецю становить від 0,025 до 2,14%. У ній відсутні спеціально введені легуючі елементи, але є розкислювачі та технологічні домішки. Загалом кількість інших компонентів, крім заліза (Fe) та вуглецю (С), у нелегованих сталях зазвичай не перевищує 1,5%.

На вуглецеві сталі класифікація відрізняється залежно від системи стандартів, що використовується, і області застосування даних марок. Наприклад, у стандартах СНД та ДСТУ на їх основі (про які й йтиметься далі) передбачається поділ відразу на кілька груп. При цьому категорії охоплюють різні марки сталей зі схожими якостями та технологічними характеристиками, що спрощує вибір на практиці та дозволяє споживачеві орієнтуватися у широкому та різноманітному марочному асортименті.

Класифікація вуглецевих сталей у стандартах України та країн СНД

Класифікація вуглецевих сталей за кількістю вуглецю

Як хімічний елемент, вуглець суттєво впливає на ключові технологічні характеристики сталей. І на основі його масової частки їх класифікують на:

• низьковуглецеві. Містять вуглець у кількості менше 0,25%. Вони добре зварюються, флокенонечутливі та не схильні до відпускної крихкості. Пластичні, але менш міцні порівняно з марками, що мають більше вуглецю у своєму складі;
• середневуглецеві. Містять вуглець не більше 0,3…0,6%. Відрізняються невисокою прожарюваністю та середніми параметрами міцності, пластичності та зварюваності. Для покращення комплексу механічних властивостей можуть піддаватися різним видам термічної обробки;
• високовуглецеві. Вони концентрація вуглецю перевищує 0,6%. Мають високу твердість, ударну в'язкість та зносостійкість. Відрізняються низькою пластичністю та вважаються важкозварюваними.

У вуглецевих сталей класифікація та маркування досить нескладне, але все ж таки простому споживачеві для того, щоб у них орієнтуватися, необхідно звернутися до нормативної документації або досвідчених фахівців.

Класифікація за способом розкислення

Процес розкислення сталі є важливим технологічним етапом, що визначає характер та однорідність металевої структури. Він тісно пов'язаний з дегазацією розплавленого металу і ґрунтується на введенні спеціальних елементів-розкислювачів – кремнію, марганцю, алюмінію та ін.

За ступенем розкислення вуглецеві сталі, які виробляються відповідно до вимог стандартів України та країн СНД, поділяються на три види:

• киплячі. Найменш розкислені і, відповідно, найдешевші марки. Виявляють найбільшу схильність до старіння, а також до тріщиноутворення після зварювання;
• напівспокійні. Розкилені не до кінця і тому за своїми параметрами та якістю займають середнє положення між киплячими та спокійними сталями;
• спокійні. Є найбільш розкисленими та якісними, оскільки відрізняються структурною та хімічною однорідністю. Більш дорогі, але в порівнянні з киплячими та напівспокійними володіють кращими технологічними характеристиками, а іноді й вищими механічними властивостями.

Класифікація за якістю

Нелегована сталь поділяється на марки звичайної якості, якісні та високоякісні. Класифікація виконується на основі якісних характеристик металу, які в основному формуються на стадії виплавки та визначаються вмістом шкідливих технологічних домішок фосфору (P) та сірки (S).

• Вуглецеві сталі звичайної якості. У їхньому складі кількість постійних технічних домішок сірки та фосфору лежить у межах 0,04…0,06%. Вони можуть виплавлятися в мартенівських, киснево-конвертерних та електродугових печах. Поставляються згідно з ДСТУ 2651/ГОСТ 380, позначаються літерами «Ст» (наприклад, Ст3пс). Стандарт допускає певну хімічну неоднорідність сплаву та підвищений вміст марганцю (Mn).
• Якісні сталі. Їх відрізняє знижений вміст сірки та фосфору, кількість яких суворо контролюється і не повинна перевищувати 0,040% та 0,035% відповідно. Мають покращені механічні характеристики. Можуть виплавлятися у різних сталеплавильних агрегатах промислового типу. Поставляються відповідно до ДСТУ 7809, ГОСТ 1050 (прикладом позначення таких сталей можуть бути марки 08пс, 15, 45) та іншими національними та міждержавними стандартами.
• Високоякісні та спеціальні сталі. Марки зі строго регламентованим вмістом сірки та фосфору (який може відрізнятися від стандарту до стандарту) та однорідною структурою. Масова частка S та P у них зазвичай не перевищує 0,025-0,030%.

Класифікація за призначенням

Вуглецеві конструкційні сталі характеризуються широкою гамою марок з різними механічними властивостями та складом, які підбираються відповідно до необхідних параметрів кінцевих виробів. Вони призначені для одиничного та масового виготовлення зварних та збірних будівельних та машинобудівних металевих конструкцій, а також для виробництва різних деталей машин та агрегатів.

Серед конструкційних вуглецевих сталей також виділяють наступні марки:

• ливарні. Використовуються для виготовлення виливків;
• котельні. Їх цільове призначення – деталі та конструктивні частини котлів, арматури та судин, що працюють під тиском;
• автоматні. Відрізняються покращеною оброблюваністю, легко піддаються різанням і знижують зношування інструментального оснащення. Тому їх широко використовують для автоматизованого виробництва деталей на універсальних та спеціальних верстатах.

Інструментальна вуглецева сталь застосування має більш специфічне і характеризується високою твердістю, теплостійкістю та зносостійкістю. Такі марки зазвичай містять вуглець у межах 0,7…1,5% і можуть використовуватися для виготовлення різального та вимірювального промислового та лабораторного інструменту, штампувального оснащення та пробійників.

Склад та характеристики

Виходячи з визначення, що таке вуглецева сталь зрозуміло, що основними елементами в її складі є залізо (Fe) і вуглець (C). Але на властивості нелегованих марок впливають інші компоненти, які потрапляють до складу розплаву або шляхом цілеспрямованого введення, або у вигляді технологічних домішок. Звичайно, їхня дія проявляється не настільки значно, як у легованих сталях, проте вони також певною мірою можуть впливати на якість сталей.

 Перелік основних компонентів вуглецевих сталей

З огляду на великий марочний асортимент, кожна нелегована сталь хімічний склад повинна мати в чітко обумовлених співвідношеннях основних елементів. Тому фахівці оперують відразу декількома стандартами:

• ДСТУ 2651/ГОСТ 380. За ним виготовляються і поставляються марки конструкційних вуглецевих сталей звичайної якості;
• ДСТУ 7809 і ГОСТ 1050. Визначають хімічний склад й характеристики якісних нелегованих сталей;
• ДСТУ 5952/ГОСТ 1435. Регламентують технічні умови (ТУ) поставок інструментальних вуглецевих сталей якісних і високоякісних.
• ГОСТ 977. Описує ТУ виробництва і поставок ливарних сталей.

Позначення та маркування

У світовій практиці використовується кілька систем маркування сталей. В Україні та в країнах СНД прийнята загальна буквено-цифрова система маркування.

ДСТУ 2651/ГОСТ 380 обумовлюють, що для марок звичайної якості в обов'язковому порядку прописується скорочення «Ст» і вказується число, що відображає умовний номер марки сталі з урахуванням її хімічного складу і механічних характеристик.

Вуглецеві сталі звичайної якості

Спокійна сталь позначається скороченням «сп», але для таких марок допускається не вказувати це маркування. Для киплячих та напівспокійних марок після цифр прописується абревіатура «кп» або «пс» відповідно.

Якщо сталь звичайної якості містить марганець у кількості, що перевищує 0,8%, після цифрового позначення прописується буква «Г». Приклад – Ст4Гпс або Ст6Гсп.

Якісна вуглецева сталь властивості має більш високі й в її маркуванні вже не пишеться скорочення «Ст», але прописується подвійне цифрове маркування – кількість вуглецю, виражене у сотих частках відсотка. Приклад – 08пс, 20пс, 55.

У маркуванні вуглецевої інструментальної сталі прописується буквений символ «У» і число – середній вміст вуглецю, виражений у десятих частках відсотка. Для високоякісних інструментальних сталей прийнято після числового позначення додавати букву «А», а буква «Г» вказує, що сталь містить підвищену кількість марганцю. Приклад – У7, У8ГА, У9А.

В позначенні ливарних марок сталі крім числового еквівалента вмісту вуглецю прописується буква «Л», а для котельних – буква «К».

Приклади розшифрування вуглецевих сталей

Застосування

Вуглецева сталь – конструкційний матеріал широкої сфери застосування. Її використовують в цивільному та промисловому будівництві, важкому й легкому машинобудуванні, приладобудуванні та вагонобудуванні. З таких марок виготовляють деталі, збірні вузли, елементи корпусів і обшивки різноманітних виробничих та сільськогосподарських механізмів й агрегатів.

Приклад застосування конструкційних нелегованих сталей

Нелеговані сталі масово використовуються для виробництва:

• фасонного, сортового, плоского та трубного прокату;
• гнутих та спеціальних профілів, у тому числі зварних;
• поковок та виливків.

Виробництво відповідальних металевих конструкцій, експлуатація яких передбачає роботупри динамічнох навантаженняах та мінусових температурах, не рекомендується вести із застосуванням киплячих марок.

Інструментальні вуглецеві сталі У7 та У8/У8А використовуються для мітчиків, викруток, зубил та іншого інструментального оснащення, розрахованого на експлуатацію з ударними навантаженнями. З марок з більш високим вмістом вуглецю У10, У11, У12А, 13А виробляють надфілі, плашки, ножівкові полотна, шабери і так далі.