Влияние углерода на свойства углеродистых сталей

и их применение.

Низкоуглеродистые это достаточно мягкие, пластичные, хорошо деформируемые в холодном и горячем состоянии стали. Они хорошо свариваются всеми видами сварки.

С повышением содержания углерода прочность стали существенно возрастает ( таблица 4.1) из-за увеличения количества цементита в фазовом составе стали.

Среднеуглеродистые стали обладают хорошими прочностными свойствами, при небольшой пластичности и вязкости. Эти стали являются широко распространенным конструкционным материалом для узлов и деталей, работающих в условиях обычных силовых нагрузок. Удовлетворительно свариваются. С повышением содержания углерода свариваемость ухудшается.

Высокоуглеродистые стали обладают высокой твердостью и очень низкой пластичностью и вязкостью. Из–за этого стали содержанием углерода более 1,2% практически не используются.

Стали с содержанием углерода более 0,6% используются в штампово-инструментальном производстве холодного и горячего деформирования. Из этих же сталей изготавливают режущий и измерительный инструмент.

Кроме снижения ударной вязкости, увеличение углерода существенно повышает верхний порог хладноломкости, (расширяя тем самым температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние). Каждая 0,1% углерода повышает температуру перехода приблизительно на 20^о С. При содержании углерода 0,4% порог хладноломкости равен 0^о С. При концентрации углерода 0,5% температура хрупкости достигает 20^о С и сталь становится менее используемой в работе.

Особенно сильно сказывается влияние углерода при неравновесной структуре стали. После закалки на мартенсит временное сопротивление стали с увеличением содержания углерода увеличивается достигая максимума при 0,4%. При дальнейшем увеличении углерода теряется стабильность из-за хрупкого разрушения стали.

Стали обыкновенного качества выпускают в виде проката в нормализованном состоянии и в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В.

Стали группы А маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей № марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается.

Стали групп Б и В имеют перед маркой данные буквы, указывающие на их принадлежность к этим группам.

Степень раскисления обозначается добавлением индексов: в спокойных сталях – «сп», полуспокойных – «пс», кипящих – «кп»,

(например: Ст 3сп).

Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами без указания химического состава.

Таблица 4.1. Механические свойства углеродистых сталей

обыкновенного качества группы А

Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом, но механические свойства не гарантируются. Стали этой группы применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Знание химического состава необходимо для определения режима горячей обработки.

Стали группы В поставляются с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Эти стали существенно дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей, в том числе и для производства сварных конструкций.

В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так они сохраняются неизменными в участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости важны сведения о химическом составе.

Механические свойства на растяжение для каждой марки стали группы В соответствуют нормам для аналогичных марок стали группы А, а химический состав – нормам для тех же номеров марок группы Б.

.

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1-4.

Среднеуглеродистые стали номеров 5 и 6, обладающие большей прочностью, предназначаются для рельсов, железнодорожных колес, валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

Некоторые детали из этих сталей групп Б и В подвергаются термической обработке – закалке с последующим высоким отпуском.

К недостаткам углеродистых сталей обыкновенного качества можно отнести то, что они часто не обеспечивают требуемых свойств по хладностойкости при эксплуатации сварных металлоконструкций в условиях Сибири и Крайнего севера.