Характеристика сталей обыкновенного качества

Общие характеристики

Эксплуатационные показатели производимой продукции часто устанавливают различия между чаще всего встречающимися областями применения и частотой вероятных отказов. Значения этих характеристик следует непременно учитывать при определении оптимальной марки продукта, соответствующей условиям своего будущего применения.

Общими характеристиками сталей обыкновенного качества считаются твёрдость, сопротивление вязкому разрушению, предел временного сопротивления, предел пластичности (или текучести), относительное удлинение или уменьшение размеров поперечного сечения проката, способность к свариваемости. Значительно реже принимаются во внимание прочность по динамическим или ударным нагрузкам, стойкость против коррозионных факторов, а также длительная прочность/ ползучесть – параметры, определяющие специфические показатели данных материалов.

Твёрдость представляет собой меру устойчивости материала от вредных воздействий противостоять трению и износа. Твёрдость оценивается по шкалам Роквелла (HRc), Бринелля (HB или HRB), или Виккерса (HV). Для сталей обыкновенного качества термическая обработка применяется редко, поэтому данный показатель обычно учитывается в ограниченном количестве применений.

Прочностью называют способность материала воспринимать внешние энергетические воздействия без образования внутренних и/или внешних трещин с потерей сплошности изделия. С другой стороны, прочность на растяжение представляет собой предел временного сопротивления материала при снятии внешних усилий. Прочность на растяжение измеряется в МПа. Необходимо дифференцировать прочность и твёрдость, поскольку материал, который может формоизменяться без видимых поверхностных повреждений, может обладать высокой поверхностной твёрдостью, но одновременно и хрупкостью при внезапном приложении усилия.

Предел текучести - это величина усилия, при превышении которого в материале начинают происходить необратимые пластические деформации, чаще всего, деформации сдвига или изгиба. Эти усилия относят к единице поперечного сечения профиля. Оба прочностных показателя измеряются в МПа.

Относительное удлинение - это предельная линейная деформация, на которую материал можно растянуть или сжать до начала трещинообразования. Обычно определяется в процентах или относительных единицах от длины или площади поперечного сечения образца, соответствует моменту начала образования трещины или разрушения изделия.

Таким образом, свойства, которыми обладают стали обыкновенного качества, определяются, с одной стороны, химическим составом металла (т.е. элементами, которые присутствуют в исходной плавке) и дальнейшим возможным режимом его термической обработки.

Состав обыкновенных сталей

Химический состав и свойства рассматриваемого вида продукции отечественного производства регламентируются ГОСТ 380-94. Стандарт ограничивает процентное содержание углерода ( оно не может превышать 0,6 %), а также рекомендуемые области применения.

Классификация ведётся по следующим признакам:

• по химическому составу;

• по принятой технологии раскисления;

• по рекомендуемым сферам применения.

Химический состав обыкновенных сталей варьируется в следующих пределах:

• Углерод, % - 0,06…0,49;
• Железо, % - 0,25…1,20;
• Кремний, % - 0,05…0,30;
• Хром, никель, медь (суммарно, %), не более – 0,30…0,40. Для сталей, выплавляемых из металлолома, допускается незначительное превышение данного показателя.

Кроме обязательных составляющих, обыкновенные стали содержат нежелательные примеси – мышьяк, серу и фосфор. Их процентное содержание ограничивается: для мышьяка – 0,08%, для серы 0,5…0,06%, для фосфора 0,04…0,07 %.

В зависимости от технологии раскисления в составе сталей обыкновенного качества присутствуют алюминий, титан, а также некоторые железные сплавы-раскислители, например, ферросилиций. Количество таких компонентов в плавке не может быть выше 0,05 %.

В продукции, которая производятся по техническим требованиям ГОСТ 380-94, допускается наличие связанного азота – в пределах 0,01…0,013%. Остальные технические требования согласовываются с потребителем проката.

Сферы применения

Несмотря на низкую себестоимость процессов выплавки данных материалов, они настолько универсальны, что не требуют особых затрат в применении. Более того, достаточно длительное время углеродистые стали обыкновенного качества являются одним из самых популярных материалов для различных повседневных работ и применений - от сельского хозяйства до тяжёлого машиностроения.

Строительство зданий и сооружений со стальным каркасом. Стали обыкновенного качечства часто выбирают за их хорошую прочность, сейсмостойкость, свариваемость, невосприимчивость к гниению и повреждению насекомыми или грибками.

Детали машин. В зависимости от внешних нагрузок могут быть выбраны оптимальные сочетания железа и углерода, чем определяются требуемые показатели прочности, пластичности и твердости. Благодаря низкому содержанию углерода материалы такого вида можно обрабатывать давлением - прессовать, формовать, а также сваривать и обрабатывать на металлорежущих станках без разрушения.

В бытовых применениях ножи, которые изготовлены из низкоуглеродистой нелегированной стали, могут хорошо сохранять кромку и дольше оставаться острее. Такие продукты достаточно стойки от воздействия высоких температур, по существу, являются неплохим антипригарным материалом.

Гальванизированные гладкие трубы из углеродистой стали чрезвычайно популярны для использования в качестве опор, стоек и свай, поскольку обладают высокой пластичностью. Трубы из таких материалов легко свариваются и имеют достаточную гибкость, чтобы избежать трещин или поломок под давлением.

После механической обработки и сварки данные стали хорошо смотрятся в составе металлических ворот или ограждений. Антикоррозионная стойкость возрастает после окраски таких конструкций, либо нанесения поверхностных покрытий методами цинкования, воронения и пр.

Особенности маркировки

ГОСТ 380-94 предусматривает следующие особенности маркировки:

• Цифрами от 0 до 6, которыми устанавливается порядковый номер марки по её химическому составу;
• Буквосокращением «Ст.», указываемым в начале условного обозначения и подтверждающим соответствие стали обыкновенного качества нормам ГОСТ 380-94;
• При повышенном содержании какого-то химического элемента буква, ему соответствующая, указывается после условного обозначения марки. Обычно встречаются буквы Г (марганец) и Ю (алюминий);
• Сочетанием условных обозначений, которые указывают на способ раскисления. Так, буквы «кп» указывают на кипящую (нераскислённую), буквы «пс» - на полуспокойную, а буквы «сп» - на спокойную (полностью раскислённую) сталь. Марка обыкновенной стали предусматривает обязательно указывать в конце обозначения реализованную степень раскисления.

Особой маркировке подлежат стали обыкновенного качества, которые производятся по стандартам ISO 630-80 и ISO 1052-82. В обозначении таких материалов присутствует химический символ железа (Fe) и условное цифровое обозначение - от 310 до 690. Для продукции данной группы оговариваются более жёсткие требования, которые касаются наличия вредных металлургических примесей. Также предусматриваются дополнительные ограничения по размеру зерна в микроструктуре.