Классификация углеродистой стали

     КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

     Сталь классифицируют по способу производства, химическому составу, структуре и назначению.

     По  способу производства различают  мартеновскую, бессемеровскую, томасовскую, кислородно-конверторную, тигельную и электросталь. По характеру футеровки плавильных агрегатов различают сталь основную и кислую. По химическому составу — углеродистые и легированные стали*. По назначению углеродистые стали разделяют на конструкционные и инструментальные. Конструкционные стали, в свою очередь, разделяют на строительные и машиностроительные. Строительные стали содержат до 0,3% С; машиностроительные цементируемые — от 0,025 до 0,3% С, улучшаемые термообработкой от 0,3 до 0,5% С, пружинные — от 0,5 до 0,8% С; инструментальные — от 0,7 до 1,3% С.

     Углеродистые  стали

     Углеродистые  стали разделяют на стали обыкновенного  качества, качественные и высококачественные

     В зависимости от назначения и гарантируемых  характеристик сталь обыкновенного  качества согласно ГОСТ 380-71, разделяют  на три группы А, Б, В, учитывающие поставки:

     сталь группы А – поставляют потребителям по механическим свойствам;

     сталь группы Б – по химическому составу;

     сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

     Углеродистую сталь обыкновенного качества группы А изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст7. По мере увеличения номера стали повышается содержание углерода, а также прочность и твердость, но снижается пластичность и ударная вязкость.

     Сталь группы Б изготовляют тех же марок, но перед маркой стали ставят букву Б (БСт0, БСт1кп). Сталь группы В изготовляют следующих марок: ВСт2, ВСт3, ВСт4 и ВСт5._|

     Стали обыкновенного качества применяют  для строительных конструкций и неответственных деталей машин. Если из этой стали изготовляют сварные строительные конструкции, то в ней ограничивается содержание углерода, серы, фосфора, азота и других примесей, ухудшающих качество сварки.

     Углеродистая  конструкционная сталь обычного качества выпускается в виде проката — листов, уголков, балок, прутков и т. д. Углеродистые стали специального назначения имеют дополнительные индексы, например стали для мостовых конструкций — СТЗ мост.

     Как уже отмечалось в зависимости от степени раскисления сталь может быть кипящей, спокойной и полуспокойной. Кипящую сталь обозначают индексом «кп», спокойную «сп» и полуспокойную «пс». Спокойная сталь обладает более высокими показателями сопротивления динамическому нагружению и ударной вязкости. Буквы М (мартеновская) и Б (бессемеровская) в марках стали означают способ выплавки. Так, мартеновскую спокойную сталь обозначают МСт. 2сп, бессемеровскую кипящую — БСт. Зкп.

     Качественные  конструкционные углеродистые стали в зависимости от содержания марганца разделяют на две группы (ГОСТ 1050—74):

     I группа — стали с нормальным содержанием марганца (0,5кп, 0,8кп,…, 20, 25,…, 85, где цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента);

     II группа — стали с повышенным содержанием марганца (15Г, 20Г,... 
70Г, где буква Г означает, что сталь содержит 0,7—1,2% Мп).

     Содержание  серы и фосфора должно быть не больше 0,04% (каждого).

     Малоуглеродистые  стали 08кп и 05кп широко применяют в  виде листов для штамповки различных  деталей (кузова, фары и т. д.).

     Малоуглеродистые  качественные стали 10, 15, 20, 25 применяют  для сварных и клепаных конструкций, а также для деталей, подвергающихся цементации или цианированию (втулки, пальцы, шестерни, и т. д.).

     Среднеуглеродистые  качественные стали 30, 35, 40, 45 и 50 хуже свариваются, чем стали, указанные выше. Стали 30, 35 и 40 используют для деталей, подвергающихся большим нагрузкам. Стали 45 и 50 применяют для изготовления деталей, также подвергающихся большим нагрузкам, но после нормализации (коленчатые валы автомобильного двигателя), а также для изготовления мелких деталей с последующей улучшающей термической обработкой.

     Высокоуглеродистые  качественные стали 55,60, 65 и 70 применяют  для изготовления пружин, рессор и зубчатых колес. Высокие эксплуатационные свойства достигаются закалкой с последующим отпуском в интервале 300—400° С.

     Инструментальные  качественные углеродистые стали предназначены для изготовления режущего, мерительного и штамповочного инструмента небольших размеров. Марки этих сталей обозначаются так: буква У и цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8, .... У13).

     Высококачественные  стали содержат более низкое количество серы (до 0,02%) и фосфора (до 0,03%), имеют меньшее содержание неметаллических включений, обладают повышенными механическими свойствами.

     В обозначениях марок высококачественных сталей в отличие от качественных ставится буква А. 
 

     Строительные  стали

     Наиболее  широко в строительстве применяют  основную мартеновскую сталь. Для элементов строительных конструкций, не подверженных динамической нагрузке и влиянию низких температур, ранее применяли бессемеровскую сталь. В сварных конструкциях эту сталь применяли только для малоответственных назначений. Применение кислорода в конверторном производстве позволило практически полностью заменить бессемеровскую сталь и значительно расширить область применения стали в строительной технике.

     Строительные  конструкционные стали в основном предназначены для работы в атмосферных условиях при обычных и пониженных температурах.

     Строительные  стали должны обладать хорошей свариваемостью (не образовывать трещин в процессе сварки и не снижать ударную вязкость металла вблизи сварного шва), пластичностью, хорошей обрабатываемостью резанием.

     Малоуглеродистую  сталь обыкновенного качества применяют  для изготовления строительных конструкций. По данным институтов электросварки им. Патона и Проектстальконструкции, оптимальный химический состав строительной малоуглеродистой стали следующий: 0,13—0,18% С; 0,1% 51; 0,4-0,6% Мп; до 0,035% 5; до 0.04% Р.

     Сталь обычного назначения (ГОСТ 380—71) широко применяется в строительной технике; поэтому остановимся на ней более подробно.

     Сталь группы А подразделяют на три категории. Первая категория этой стали нормирует показатели временного сопротивления разрыву и относительного удлинения. Вторая категория кроме первых двух показателей учитывает также изгибе холодном состоянии, а третья еще и предел текучести стали.

     Сталь группы В гарантирует не только механические свойства, но и химический состав, что очень важно для строительных сварных конструкции.

     В строительстве применяют также  низколегированные стали (см. ниже).

     Стальные  фасонные гнутые профили изготавливают  из стали марок Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 по ГОСТ 380—71 и стали марок от 08 до 25 включительно по ГОСТ 1050—74.

     Стали, предназначенные для изготовления ответственных металлоконструкций, подвергают испытанию на чувствительность к старению после наклепа. Для этого образцы деформируют на 10%. Один образец испытывают на ударную вязкость до старения, другой — после. Старение производят в течение 1 ч при 250°С с последующим охлаждением на воздухе.

     Показатель  чувствительности стали к деформационному  старению определяют по формуле

     К = ,

где а_и – ударная вязкость образца в исходном состоянии;

       а_с' — то же, после старения.

     Если  этот показатель более 0,5, из такой стали  не разрешают изготовлять металлоконструкции.

     Несущие (расчетные) сварные и клепаные конструкции зданий и сооружений изготовляют из мартеновской и кислородно-конверторной стали. Для конструкций, не имеющих сварных соединений, и для сварных конструкций, воспринимающих только статические нагрузки, применяют в основном мартеновскую сталь.

     Нерасчетные элементы конструкций (не несущие большие нагрузки) изготовляют из мартеновской и бессемеровской стали. В случае применения сварки следует использовать стали этих марок по группе Б (ГОСТ 380—71). Сталь группы Б, предназначаемую для изготовления строительных конструкций, проверяют на свариваемость по специальному стандарту.

     Стали группы А (ГОСТ 380—71) применяют для неответственных элементов строительных конструкций.

     Кровельное  железо изготовляют из стали марок МСт1кп, КСт1кп. Поставляют его в виде отожженных листов толщиной 0,38—0,82 мм. Листы испытывают на перегиб с образованием двойного кровельного замка; при этом не должны появляться отслаивания, трещины, надрывы  и изломы.

     Конструкции из листовой стали: резервуары, газгольдеры, трубопроводы и другие изделия изготовляют из стали различных марок: мартеновской или конверторной, кипящей или полуспокойной. Эти стали малочувствительны к концентрации напряжений, не склонны к хрупкому разрушению и старению после наклепа, обладают хорошей свариваемостью, достаточно высокой ударной вязкостью.

     Арматурная  сталь для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций подразделяется на четыре    класса: А-1, А-II, А-III и А-IV. Стержни класса А-1 изготовляют из стали: СтЗкп, СтЗсп, СтЗпс, ВСтЗкп2, КСтЗпс2: стержни класса А-II диаметром от 10 до 40 мм — из стали марки ВСт5сп2.

     Мостовые  металлические конструкции изготовляют из горячекатаной малоуглеродистой мартеновской стали (ГОСТ 6713—53). Сварные конструкции мостов изготовляют из стали марки М16С. Клепаные конструкции мостов изготовляют из стали марки МСтЗмост. Структура мостовых сталей должна быть мелкозернистой, однородной, без внешних дефектов (раковины, пористость, трещины, волосовины).

     Прочностные характеристики (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударная вязкость) имеют решающее значение при выборе марки стали для элементов мостовых конструкций.

     До  последнего времени строительные стали  не подвергали упрочнению термической обработкой. Однако исследования показали, что термическое упрочнение малоуглеродистой стали повышает ее механические свойства [предел прочности и предел текучести стали марки МСтЗкп увеличился на 20–30%; ударная вязкость при температуре –20°С составляет не менее 40 Дж/см² (4 кгсм/м²). Термическую обработку осуществляют после прокатки; такая обработка, упрочняя сталь, позволяет уменьшить массу конструкции на 15–20%.

     Строительные  стали можно упрочнить холодной обработкой давлением, а также высокотемпературной термомеханической обработкой при прокатке. 
 
 
 

     Алюминий  и сплавы на основе алюминия

     Алюминий  — металл серебристо-белого цвета, трехвалентен, находится в II группе периодической системы элементов, порядковый номер 13. Его атомный радиус 1,43А; имеет гранецентрированную кристаллическую решетку с параметром от 4,041 до 4,047А, изменяющимся в зависимости от чистоты алюминия. Плотность алюминия в зависимости от температуры имеет следующие значения:

     Температура, °С       20        100       400

     Плотность, кг/м³       2703     2690     2620

     В зависимости от чистоты температура плавления алюминия колеблется  667   до   660° С.    Чистый   алюминий    обладает   высокой пластичностью (δ≈40%), небольшой прочностью (σ_в≈80 МН/м² (МПа)), высокой     электропроводностью,    относительно     высокой     теплопроводностью, теплоемкостью и коррозионной стойкостью на воздухе. В зависимости от содержания примесей чистый алюминий по ГОСТ 11069—64 подразделяется на особо чистый А999 (99,999% А1) и высокой чистоты А99, А995, А97, А95 и технически чистый А85, А8, А7, А6, А5 и т. д.   Примеси значительно   снижают   электропроводность, теплопроводность и пластические свойства алюминия.

     Низкий  предел прочности чистого алюминия сильно ограничивает область его применения. В  качестве конструкционных материалов промышленность широко применяет сплавы алюминия с другими металлами и неметаллами, сочетающие в себе лучшие свойства чистого алюминия и повышенные прочностные характеристики добавок. За последние годы в технике нашли применение многокомпонентные легированные сплавы на основе алюминия, которые по своим прочностным и другим свойствам конкурируют с традиционными сплавами на основе железа и других металлов.