Конструкционные стали – материалы, которые используются при производстве различных деталей, механизмов и строительных конструкций. Такой прокат должен иметь определенный набор физических и химических свойств, механических характеристик. Именно о них мы и расскажем.
Т/А: Детали машин и механизмов, строительные конструкции делают из особых сталей. Они так и называются – конструкционные
Что такое конструкционная сталь
Оборудование и конструкции, которые используются в промышленности и строительстве, должны быть прочными, устойчивыми к различным воздействиям, постоянным и переменным нагрузкам. Работать с ними должно быть безопасно.
Достичь этого можно, если изготавливать их из стали, которая будет обладать нужными технологическими свойствами. Она называется конструкционной.
В состав таких сталей входит множество ингредиентов – железо, кремний, марганец и другие. Но основной компонент, определяющий свойства материала, – углерод: чем больше его содержится в прокате, тем прочнее металл. Поэтому стали классифицируются по количеству этого элемента в их составе и могут быть:
- углеродистыми;
- легированными, где дополнительно содержатся и другие ингредиенты.
Читайте также: Мир без стали: что будет, если в природе исчезнет металл
Углеродистые конструкционные стали
Углеродистые стали – сплавы железа с углеродом, который добавляет материалу жесткость.
Такой материал прочный, но в то же время пластичный. Его основная сфера применения – машиностроение и строительство, однако и в других областях промышленности эти стали тоже востребованы. Универсальность использования достигается за счет того, что у производителя есть возможность подобрать нужное сочетание качеств материала. Например:
Низкоуглеродистые стали – содержат не более 0,25% углерода, имеют среднюю прочность, высокую свариваемость и пластичность. Из них делают детали для авто, сварные конструкции.
Среднеуглеродистые – стали после закалки, содержат 0,25–6% углерода, используются в машиностроении.
Высокоуглеродистые – включают значительное количество марганца в составе, содержат 0,6–2% углерода, из них делают предметы, которые требуют большой упругости и имеют высокую износостойкость, – пружины, рессоры.
Легированные конструкционные стали
Это стали, содержащие специальные легирующие добавки, которые усиливают те или иные свойства материала.
Какие элементы могут содержаться и что они дают:
- Хром – увеличивает сопротивление коррозии, добавляет материалу прочности и твердости.
- Титан – уменьшает внутреннюю зернистость стали, увеличивает плотность материала, повышает его прочность и устойчивость к коррозии.
- Кремний – повышает прочность стали, ее вязкость. Если же кремния в металле содержится больше 15%, то увеличивается электро- и магнитосопротивляемость материала. Кроме того, кремний в составе конструкционной стали увеличивает ее упругость, невосприимчивость к окислению. Однако избыточное содержание Si в составе может привести к увеличению хрупкости материала.
- Молибден – снижает хрупкость, улучшает прокаливаемость и стойкость к ржавлению.
- Никель – повышает пластичность и вязкость конструкционных сталей, их устойчивость к окислению.
- Ванадий – снижает зернистость внутренней структуры материала. Это повышает текучесть стали, а значит, и прочность на разрыв.
- Кобальт – улучшает стойкость к повышенным температурам (жаропрочность) и ударным нагрузкам.
- Вольфрам – повышает твердость металла, его устойчивость при нагреве, снижает хрупкость.
- Алюминий – добавление в стальной сплав этого металла улучшает окалиностойкость материала.
Эти элементы могут содержаться в сплаве как по отдельности, так и несколько сразу. Это помогает получить материал с нужными технологическими свойствами.
Читайте также: Как хорошо вы знаете металлы? Проверьте свои знания
Примечание: кроме легирующих добавок в металле могут содержаться технологические примеси, например марганец. В допустимых количествах (до 0,8%) он повышает степень раскисления стали, а также усиливает устойчивость к негативным примесям, которые могут содержаться в металле.
Но кроме полезных примесей в стальную смесь могут попасть и вредные, ведь полностью очистить металл невозможно. От того, насколько их много, будет зависеть и качество готового сплава.
Какие элементы негативно влияют на качество конструкционной стали
Снизить качество конструкционной стали могут примеси некоторых веществ, которые ухудшают свойства материала.
Чем этих «добавок» больше, тем хуже металл. Какие ингредиенты считаются вредными:
- Фосфор – из-за него металл растрескивается, более подвержен поломкам при механической обработке холодным способом.
- Сера – на материале появляются трещины при обработке горячим способом. Если серы в сплаве окажется больше 0,65%, механические свойства металла ухудшатся, уменьшатся его пластичность и устойчивость к коррозии, ударная вязкость. Кроме всего, такой металл будет тяжело поддаваться сварке.
- Водород – содержание этого элемента в составе сплавов делает металл более хрупким: он трескается, плохо поддается обработке, становится нестойким к окислению, а значит, будет быстро ржаветь.
- Азот и кислород – вкрапления этих газов повышают хрупкость конструкционной стали, снижают ее усталостную прочность и вязкость.
Количество вредных примесей отображается на маркировке.
Читайте также: Почему ржавеет сталь и как продлевают срок ее службы на производстве
Как маркируют сталь
Конструкционные стальные сплавы маркируются по сложной системе, содержащей буквы и цифры.
Это помогает узнать, сколько в стали содержится углерода, легирующих добавок и каких именно, есть ли в материале вредные примеси (фосфор и сера):
- до 0,05% – сталь обычного качества, маркируется как «Ст»;
- до 0,035% – качественная сталь, маркируется «Сталь»;
- до 0,025% – высококачественная, маркируется буквой А;
- до 0,015 – особо высококачественная, маркируется буквой Ш.
Например, в стали марки Ст 10 содержится 0,1% углерода. Это нелегированная качественная сталь, которая хорошо поддается сварке, ковке, обработке резанием. Материал прочный, не хрупкий.
Сплав марки 38Х2МЮА – конструкционная легированная сталь. В этом сплаве 0,38% углерода, а в качестве легирующих добавок содержатся:
- Х2 – до 2% хрома;
- М – молибден, до 1,5% – отсутствие цифр после буквенного обозначения по умолчанию означает такое количество.
- Ю – алюминий – его тоже там порядка 1,5% (нет цифр после буквы, обозначающей этот компонент).
- А – качество стали. Это высококачественный сплав, соответствующий повышенным требованиям относительно химического состава, макроструктуры.
Область применения каждой марки зависит от качества и состава материала.
Где используют конструкционные стали
Они востребованы практически во всех промышленных отраслях. Все зависит от того, какие характеристики у металлопроката.
Читайте также: Инструментальные стали: виды, свойства, марки, применение
Машиностроение и автомобилестроение
Используют для производства машин и механизмов. Из них делают автомобили и детали к ним (шпильки, болты, шайбы), промышленное оборудование: траки, дробилки, лопасти насосного оборудования и другое.
Детали и оборудование, изготовленные из таких сталей, отличаются надежностью, устойчивостью к повышенным нагрузкам, ударопрочностью.
Строительство
Из углеродистых конструкционных сталей делают мостовые конструкции, фермы, оборудование для трубопроводов (нефть, газ).
Для таких целей нужен металл, который хорошо сваривается, прочный, устойчивый к различным внешним воздействиям. При этом прокат не должен содержать большого количества легирующих добавок. В качестве последних для изготовления строительного металлопроката используют кремний и марганец.
Изготовление пружин и рессор
Для этих целей нужен прокат с повышенной текучестью. Для этого сталь закаливают с отпуском при температуре до 400 °C. Именно при таком нагреве металл приобретает нужную упругость.
Пружины, которые будут используют при повышенных нагрузках, делают из конструкционной стали, легированной ванадием и хромом.
Производство шарикоподшипниковой продукции
Сталь для таких изделий должна обладать повышенной твердостью, ведь они постоянно подвергаются локальным нагрузкам. Поэтому для производства используют высокоуглеродистые сплавы.
Эти материалы должны легко закаливаться. Поэтому в сплавы добавляют легирующие вещества: хром, кремниево-марганцевые добавки.
Производство цементуемых изделий
То есть деталей, которые будут подвергаться цементированию – болты, гайки, шестерни. Такие изделия (цементируемого и цианируемого класса) имеют небольшие размеры и повышенную твердость. Для их производства используют легированные конструкционные стали.
Получается, что потребитель может найти для себя металлосплав, который будет практически идеально отвечать заданным параметрам прочности, гибкости, устойчивости к нагрузкам и окислению.
Читайте также: Пищевая сталь не только для посуды: свойства, применение, аналоги стали 12X18H10T
Подписывайтесь на канал, если хотите знать о металлургии и металлических изделиях еще больше.
«Новаметалл Трейд» – один из ведущих производителей металлопроката и металлических изделий в России. На рынке с 2010 года.
В статье использованы изображения сервиса «Яндекс.Картинки».