Конструктивные качества стали: на что обратить внимание при выборе

О чем речь? Конструктивные качества стали определяют ее основные свойства и сферы применения. Прочность, твердость, пластичность, износостойкость и устойчивость к коррозии позволяют использовать стальные сплавы в промышленности и строительстве.

На что обратить внимание? Конструктивные качества стали зависят от различных добавок, используемых в производстве: чем их больше, тем выше качество. Обратная ситуация с содержанием вредных примесей – высокий уровень этих элементов в сплаве делает металл хрупким, снижает пластичность и устойчивость к разрушению.

Что представляет собой конструкционная сталь

Прочность строительных конструкций, деталей, узлов и механизмов зависит от характеристик материала, из которого они изготовлены. Для эксплуатации в условиях постоянных статических, динамических и переменных нагрузок стальные сплавы должны обладать высокой износостойкостью и антикоррозионными характеристиками. Это могут быть как обычные углеродистые стали, так и соединения, в состав которых вводятся специальные легирующие добавки, усиливающие те или иные качества металла. 

Высокая конструктивная прочность углеродистых стальных сплавов достигается добавлением различных химических элементов – кремния, марганца, вольфрама и т. д. Основной компонент таких металлов – углерод (С), относительно высокая процентная доля которого позволяет стали выдерживать высокие производственные нагрузки, воздействие влажности и температурные колебания.

Наряду с полезными добавками в сплавах содержится определенное количество вредных примесей – серы (S) и фосфора (P). Процентная доля последних позволяет классифицировать конструкционные типы стали, относя их к одной из четырех групп:

• до 0,05 % – соединения обыкновенного качества;
• от 0,05 до 0,035 % – качественные конструкционные сплавы;
• от 0,035 до 0,025 % – высококачественные соединения;
• от 0,025 до 0,015% – особо высококачественные.

Повышение процентной доли вредных примесей приводит к снижению порога хладноломкости и красноломкости стали.

Виды и классификация конструкционных сталей

Все углеродистые и легированные конструкционные типы сплавы имеют определенный химический состав и набор технических характеристик:

Углеродистые конструкционные типы стали.

Их производство регламентирует межгосударственный стандарт ГОСТ 1050.

Процентная доля углерода в составе стали позволяет отнести ее к одному из трех видов:

• Низкоуглеродистые (до 0,3 % углерода). Пластичные, обладают хорошей свариваемостью и средней прочностью. Применяются в производстве запасных частей для автомобилей и сварных металлических конструкций.
• Среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,7 %). Обладают высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью, очень прочные. Из таких соединений изготавливают запасные части автомобилей и специальной техники.
• Высокоуглеродистые (свыше 0,7 %). Содержат марганец. Отличаются крайне высокой прочностью. Упругие. Из них изготавливают пружины, рессоры. Производство регламентируется нормами ГОСТ 14959.

Из углеродистых типов стальных соединений также изготавливают строительные металлические конструкции.

Легированные конструкционные типы стали

Содержат ряд легирующих добавок. В соответствии с процентной долей последних делятся на:

• Низколегированные (ГОСТ 5058) – до 5 % примесей.
• Среднелегированные (ГОСТ 4543) – от 5 до 10 % легирующих элементов.
• Высоколегированные нержавеющие. Технологический процесс и характеристики регламентируются техническими условиями производителей. Из-за химического состава часто представляют собой, скорее, железосодержащие сплавы, нежели сталь.

В качестве легирующих добавок чаще всего используют следующие химические элементы:

• хром – придает металлу твердость и коррозионную стойкость, а также делает его более прочным;
• титан – уменьшает зернистость сплавов, делая их более плотными, придает дополнительную прочность и коррозионную стойкость (как поверхностную, так и внутреннюю);
• кобальт, наличие которого в составе соединений позволяет им лучше переносить высокую температуру и ударные нагрузки;

• алюминий, благодаря которому сплавы приобретают стойкость к формированию окалины;
• никель – снижает окисляемость стальных сплавов, а также повышает пластичность;
• вольфрам – придает сплавам прочность;
• молибден – добавляет металлу коррозионную стойкость, а также повышает прокаливаемость;
• кремний – делает сплавы более прочными, повышает магнитное и электрическое сопротивление, а также позволяет противостоять окислению (в процентных долях свыше 15 %);
• ванадий – придает металлу дополнительную устойчивость к воздействию нагрузок на разрыв.

Допускается добавление как одного, так и нескольких легирующих элементов. Комбинация разных примесей позволяет придавать сплавам требуемые характеристики.

В соответствии со степенью раскисления стали относят к:

• спокойным;
• полуспокойным;
• кипящим.

В процессе раскисления сплав освобождается от кислорода, и это делает его устойчивым к воздействию деформирующих нагрузок в сочетании с высокой температурой.

Раскисление достигается добавлением в сплав различных химических элементов. В состав спокойных типов стали вводятся добавки алюминия, кремния и марганца. Происходит практически полное удаление кислорода из расплава, что позволяет ему затвердевать без выделения газов. Раскисление кипящих видов выполняется путем добавления одного элемента – марганца.

Зернистость стали определяется после отжига. Нормализованные сплавы бывают:

• доэвтектоидными (избыток феррита в соединении);
• эвтектоидными (перлитная структура);
• аустенитными;
• ферритными.

Для углеродистых конструкционных типов стали принято деление на два класса, а легированных – на все четыре.

Сферы применения конструкционных типов стали

Применение конструкционных сплавов охватывает различные области промышленного производства изделий, которые должны обладать прочностью, а также выдерживать статические и динамические нагрузки:

• В машиностроении из таких соединений производят детали для легкового и грузового транспорта, специальной и сельскохозяйственной техники, железнодорожных составов и т. п. Также эти металлы широко применяются для изготовления крепежных элементов, механизмов, станков и разнообразного оборудования, которое используется в промышленности.
• Из конструкционных стальных сплавов делают элементы конструкций газо- и нефтепроводов, мостов и быстровозводимых производственных зданий.

• Из закаленных конструкционных соединений изготавливают пружины, рессоры, сильфоны. Высокая текучесть металлопроката достигается путем нагревания до +400 °C, что позволяет придать изделиям упругость. Если условия эксплуатации деталей предполагают высокие нагрузки, в сплав добавляют хром.
• Из таких сплавов изготавливают подшипники, а также детали, контактирующие с роликами или кольцами. В производстве используются максимально твердые высокоуглеродистые типы стали с добавлением хрома, марганца и кремния, которые хорошо закаливаются.
• Конструкционные виды стали широко используются в производстве болтов, зубчатых колес и прочих деталей, которые цементируются (подвергаются дополнительным нагрузкам). Такие высокопрочные сплавы, помимо устойчивости к механическим воздействиям, должны быть стойкими к окислению.

Углеродистые конструкционные типы стали представляют собой универсальный материал, который одинаково хорошо выполняет свои задачи как в строительных конструкциях, так и в различных механизмах.

Конструктивные качества стали

Характеристики конструкционных стальных сплавов зависят от того, как они ведут себя при воздействии разных механических нагрузок и прочих факторов. Сфера использования и эффективность применения обусловлены такими качествами стали, как:

• Прочность, которая выражается в способности металла переносить воздействие механических нагрузок, не разрушаясь (складывается из предела прочности на растяжение, текучести и ряда других параметров).
• Твердость – способность материала оказывать сопротивление вдавливанию (измерение этого параметра принято выполнять по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу).
• Пластичность – способность стали к деформированию без разрушения. Данная характеристика складывается из относительного удлинения и относительного сужения.

• Вязкость – способность металла к поглощению энергии ударов. Для измерения используются испытания на ударную вязкость KCU и Charpy V-notch или V-образный надрез.
• Свариваемость – способность металла к образованию прочных сварных соединений. Этот показатель определяется химическим составом сплава и технологией сварки.
• Коррозионная стойкость – выражается в сопротивляемости разрушающему воздействию коррозии, зависит от химического состава сплава и вида коррозионной среды.

Эти характеристики обусловили широкое применение конструкционных типов стали в промышленном производстве и строительстве.

Достоинства и недостатки конструкционных типов стали

Для того чтобы проявились все плюсы конструкционной стали, необходима термическая обработка – закаливание с последующим охлаждением, для которого применяют специальные масла, снижающие температурную деформацию и образование трещин.

Термообработка позволяет:

• придавать легированным конструкционным соединениям способность выдерживать пластическое деформирование лучше, чем углеродистые сплавы;
• изготавливать из закаленного металла более массивные и толстые изделия;
• введение в состав легирующих добавок и закалка позволяют сделать сплавы более упругими и устойчивыми к разрушению при температурных колебаниях, что увеличивает срок службы готовых изделий.

Такие стали выгодно отличаются от других конструкционных материалов, например, от алюминия или титана – относительной дешевизной. Кроме того, конструкционные стальные славы представлены на рынке в широком ассортименте, что также следует отнести к числу несомненных преимуществ, так как облегчает выбор оптимального металла для решения тех или иных конкретных задач.

К недостаткам конструкционных типов стали следует отнести:

• отпускную хрупкость;
• мягкость и более низкую устойчивость к усталости после закалки;
• строчечную структуру, которая формируется после прокатки и ковки (деформация и неоднородность металла затрудняют его резку);
• формирование светлых участков на изломе у стали с добавлением никеля, а также разнонаправленных трещин, которые появляются из-за выделения водорода в ходе термообработки;

• относительно низкую сопротивляемость коррозии, что заставляет использовать защитные покрытия, выполненные посредством окраски, цинкования и т. д.;
• растрескивание металла при эксплуатации в условиях низкой температуры;
• относительно высокую чувствительность к концентрации напряжений, приводящую к формированию трещин вплоть до разрушения.

Еще один минус таких сплавов – сложный технологический процесс выплавки.

Маркировка конструкционных типов стали

Система маркировки конструкционных марок стали довольно сложная и включает множество обозначений. В РФ большая часть таких сплавов, включая углеродистые и легированные, маркируется в соответствии с требованиями ГОСТ 1050-88. Для шифрования свойств материалов используются цифры и буквы.

Согласно классификации, по качеству группы конструкционных стальных сплавов обозначаются следующим образом:

• конструкционные обыкновенные – «Ст»;
• качественные конструкционные – «Сталь»;
• высококачественные – «А»;
• особовысококачественные – «Ш».

Цифрами в начале маркировки легированных марок стали обозначается углеродистость. К примеру, 30ХН3А – сплав, содержащий около 0,3 % углерода, 1 % хрома и 3 % никеля. Такие марки относят к одной из трех групп:

• спокойные – «сп»;
• полуспокойные – «пс»;
• кипящие – «кп».

Для таких сплавов маркировка имеет следующий вид: 30 пс, 60 кп и т. д.

Кроме того, при обозначении углеродистых конструкционных стальных сплавов после цифр часто можно встретить буквенное обозначение «Л», означающее литейную сталь, например – 30АЛ.

Согласно нормам ГОСТ 4532-71, дополнительные свойства легированных и углеродистых конструкционных соединений, а также наличие в сплаве специальных легирующих добавок обозначаются соответствующими буквами (алюминий отмечается буквой Ю, ванадий – Ф, кремний – С, никель – Н, кобальт – К, титан – Т, хром – Х), за которыми следуют цифры, указывающие процентную долю легирующих добавок (если их содержание больше 1 %). Кроме того, числами маркируются конструктивные качества стали.

Также возможно наличие в маркировке дополнительных обозначений:

• буквой А маркируют автоматные стали с большой процентной долей селена и кальция, а также вредных примесей – серы и фосфора;
• буквой С маркируют строительные типы стали;
• буквой Ш – подшипниковые.

Цифрами перед остальными буквами указываются дополнительные обозначения.

Для маркировки низколегированных соединений используются буквы и цифры (С610, например). Если для усиления металла применялась термообработка, ее обозначают буквой Т. Буквенный символ Д соответствует наличию повышенных антикоррозийных свойств (С610Т и С610Д соответственно).

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.