Углеродистые стали - стали без специального легирования (Mn до 1 %, Si до 0,4 %); по углероду делятся на низко-, средне- и высокоуглеродистые.
Суть
Углеродистая сталь - это железо, углерод и «технологические» примеси, которые попадают в металл при выплавке: марганец и кремний как раскислители, сера и фосфор как вредные спутники руды и топлива. Легирующие элементы специально не вводят, поэтому марганца остаётся не более 1 %, кремния - не более 0,4 %. Свойства такой стали задаёт в основном один параметр - содержание углерода.
В отожжённой стали углерод находится в основном в виде цементита Fe₃C, входящего в перлит. Чем его больше, тем больше доля твёрдого перлита и тем выше прочность σв и твёрдость HB, но ниже относительное удлинение δ5, ударная вязкость KCU и способность к сварке. На этой зависимости построена вся классификация и выбор марок под конкретное назначение.
Виды
По содержанию углерода различают три группы; границы между ними приняты в металловедении условно, но именно они определяют, как сталь ведёт себя при обработке.
| Группа | Углерод, % | Типичные марки | Особенности |
|---|---|---|---|
| Низкоуглеродистые | до 0,25 | Ст2, Ст3, 08, 10, 20 | Пластичные, хорошо свариваются и штампуются; основа трубного сортамента |
| Среднеуглеродистые | 0,25-0,6 | 35, 40, 45, 50 | Упрочняются закалкой с отпуском; валы, оси, крепёж; сварка с подогревом |
| Высокоуглеродистые | свыше 0,6 | 65, 70, У7-У13 | Пружины, инструмент; высокая твёрдость, практически не свариваются |
По качеству углеродистые стали делят на стали обыкновенного качества (Ст0-Ст6 по ГОСТ 380, содержание углерода нормируется в широких пределах, серы - до 0,050 %) и качественные стали (08-85 по ГОСТ 1050, серы - до 0,040 %, фосфора - до 0,035 %). Марка первых указывает лишь порядковый номер, вторых - сотые доли процента углерода: см. маркировку стали. Отдельно учитывают степень раскисления: кипящую (кп), полуспокойную (пс) и спокойную (сп).
От чего зависит свариваемость
Главный практический ориентир - эквивалент углерода, который сводит влияние C и примесей к одному числу:
Cэ = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
При Cэ до 0,45 % углеродистая сталь сваривается без подогрева и последующей термообработки, поэтому низкоуглеродистые марки идут на сварные трубы и металлоконструкции. Среднеуглеродистые при сварке склонны к образованию закалочных структур в зоне термического влияния и требуют подогрева; для высокоуглеродистых сварка - исключение. Подробнее - в статье свариваемость. Когда нужна прочность выше, чем даёт углерод при сохранении свариваемости, переходят к низколегированным сталям.
Ключевые числа
| Ст3сп (ГОСТ 380): C / Mn / Si | 0,14-0,22 % / 0,40-0,65 % / 0,15-0,30 % |
|---|---|
| Ст3сп (прокат по ГОСТ 535 / ГОСТ 14637): σт / σв / δ5, толщина до 20 мм | ≥ 245 МПа / 370-480 МПа / ≥ 26 % |
| Сталь 20 (ГОСТ 1050): C / Mn / Si | 0,17-0,24 % / 0,35-0,65 % / 0,17-0,37 % |
| Сталь 20 (ГОСТ 1050), нормализованная: σт / σв / δ5 | ≥ 245 МПа / ≥ 410 МПа / ≥ 25 % |
| Сталь 45 (ГОСТ 1050): C; σт / σв / δ5 | 0,42-0,50 %; ≥ 355 МПа / ≥ 600 МПа / ≥ 16 % |
| Твёрдость без термообработки (ГОСТ 1050) | сталь 20 - не более 163 HB; сталь 45 - не более 229 HB |
| Сера и фосфор, не более | ГОСТ 380: S 0,050 %, P 0,040 %; ГОСТ 1050: S 0,040 %, P 0,035 % |
| Инструментальные У7-У13 (ГОСТ 1435) | C 0,65-1,35 % |
Где встречается в трубах
Основная масса стальных труб общего назначения изготавливается из низкоуглеродистых сталей: они прокатываются, прошиваются и свариваются без особых режимов, а прочности σт ≥ 245 МПа хватает для водо- и газопроводов низкого давления, металлоконструкций и большинства технологических трубопроводов. Среднеуглеродистые марки в трубах встречаются реже - в основном в бесшовном сортаменте под механическую обработку.
- Ст3сп и Ст3пс - электросварные трубы по ГОСТ 10704 и водогазопроводные по ГОСТ 3262.
- Сталь 20 - бесшовные трубы по ГОСТ 8732 и котельные трубы по ТУ 14-3Р-55.
- Стали 10, 35, 45 - бесшовные трубы для механической обработки по ГОСТ 8731 (группа В).
- Обзор трубных марок и их отличий - в статье стали для труб.
- Требования по химическому составу и механическим свойствам - в библиотеке стандартов.
Связанные термины
- СтальСплав железа с углеродом (до 2,14 % C) и другими элементами; основной конструкционный материал для труб.
- Стали обыкновенного качества (Ст0-Ст6)Самые массовые и дешёвые углеродистые стали по ГОСТ 380 с повышенным допуском по сере и фосфору; Ст3 - основа электросварных труб.
- Качественные конструкционные стали (08-85)Углеродистые стали по ГОСТ 1050 с жёстким контролем примесей; марка - это сотые доли процента углерода: сталь 20 = 0,20 % C.
- Низколегированные сталиСтали с суммой легирующих до 2,5 % (09Г2С, 17Г1С, 10Г2): прочнее углеродистых при той же свариваемости, хладостойкие.
- СвариваемостьСпособность стали образовывать качественное соединение без трещин и потери свойств; главный ориентир - эквивалент углерода.