Конструкционные стали

Сплав конструкционной стали широко используется в различных сферах производства и строительства. Это одна из трех больших групп сплавов, среди которых – инструментальная и сплавы особого назначения. Каждый состав предназначен для определенных задач. Конструкционные варианты применяются в машиностроении, тяжелой промышленности и строительстве, поскольку имеют подходящие для этих сфер деятельности физико-химические свойства и малую себестоимость.

Виды и состав конструкционных сталей

Состав стали имеет некоторые примеси для улучшения характеристик: медь, марганец, кремний и др. Основное химическое вещество, которое обеспечивает необходимые свойства, – углерод. С помощью изменения его концентрации соблюдается баланс между прочностью, твердостью и гибкостью металлического изделия. Повышением процента углерода улучшают морозостойкость и устойчивость к высоким значениям нагрузок.

Конструкционные стали разделяются на две группы:

• легированные;
• углеродистые.

Неотъемлемая часть углеродистой стали – примеси фосфора и серы. Они влияют на возможность дополнительной обработки. Так, фосфор вызывает растрескивание при холодной обработке, а сера – при горячей с большими нагрузками. Очистка от ненужных примесей обходится дорого, в связи с этим некоторые стали обрабатывают только методом резки.

В зависимости от содержания серы и фосфора конструкционные стали бывают следующих типов:

• Обыкновенная – от 0,5% примесей (обозначается «Ст»).
• Качественная – содержит примесей меньше 0,035% (маркируется словом «Сталь»). Широко применяется в машиностроении.
• Высококачественная – содержит менее 0,025% примесей (имеет букву «А» в конце обозначения).
• Особого качества – меньше 0,015% примесей (буква «Ш» в конце маркировки).

Физические свойства сталей

Кроме химических элементов в составе, конструкционные стали разделяются по физико-механическим критериям.
Физические характеристики подразумевают плотность (равна 7850 кг/м3), коэффициент теплового расширения α (альфа), коэффициент Пуассона ν (ню, равен значению 0,3). Также используется продольная упругость со значением Е = 210 000 Н/мм2.

Механические критерии представляют собой ударную вязкость, прочность, пластичность:

• Прочность оценивают по значениям предельной текучести. Под максимальным растяжением понимается предельное усилие растяжения, которое выявляется экспериментальным путем (испытания на растяжение).
• Ударная вязкость – это свойство вещества, характеризующееся поглощением переданной импульсом энергии.
• Пластичность – свойство, характеризующее деформацию без потери несущих характеристик стали. Минимальные показатели пластичности получают достижением значения 1,10 в соотношении прочностного предела к значению текучести. Удлинение относительно первоначальных размеров изделия до разрушения должно составлять не меньше 15%. Деформации разрушения и предела текучести должны давать отношение, большее или равное 15.

Применяются стали в соответствии с их механическими и физико-химическими показателями:

• Низколегированная – имеет менее 0,22% углерода, применяется в сооружении конструкций и мостов, сельхозтехники, в изготовлении железнодорожного подвижного состава. Хорошо подходит при часто изменяющихся нагрузках и перепадах температуры.
• Теплоустойчивая – имеет свойства предыдущей группы при больших температурах.
• Арматурная – сталь с высокими показателями твердости, применяется в железобетонном строительстве.
• Пружинная – металл с содержанием кремния, который применяется для изготовления пружин, торсионов, рессор и подобных изделий в механизмах. При необходимости в состав добавляются хром и ванадий.
• Машиностроительная – применяется в автомобилестроении, обладает высокой стойкостью к динамическим нагрузкам и износу.
• Автоматная – используется как сырье для крепежных элементов и деталей, изготовление которых выполняют автоматические станки (саморезы, шурупы, гайки и т. д.).
• Шарикоподшипниковая – высокоуглеродистая сталь обладает стойкостью к истиранию и сжатию, в связи с чем нашла применение в элементах трения механизмов. Для малых деталей применяется хромистая, для больших – хромомарганцевая сталь с прокаливанием.

Отдельной категорией считается так называемая котельная сталь. Используется для производства тонколистового (меньше 4 мм) и толстолистового материалов для изготовления котлов. Имеет хорошие показатели свариваемости при высокой стойкости к давлению до 98 МПа с температурами работы до +450°C. По ГОСТу обозначаются буквой «К» в конце маркировки.

Европейские производители имеют иные обозначения для перечисленных видов сталей.