8.2.1. Углеродистые стали

На долю углеродистых сталей приходится 80 % от общего объема. Это объясняется тем, что углеродистые стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно превосходят легированные стали. Из-за высокой критической скорости закалки углеродистые стали охлаждают в воде, что вызывает значительные деформации и коробление деталей. Кроме того, для получения одинаковой прочности с легированными сталями их следует подвергать отпуску при более низкой температуре, поэтому они сохраняют более высокие закалочные напряжения, снижающие конструктивную прочность. Главный недостаток углеродистых сталей  небольшая прокаливаемость (до 12 мм), что существенно ограничивает размер деталей, упрочняемых термической обработкой.

8.2.1.1 Углеродистые стали обыкновенного качества

В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается повышенное содержание вредных примесей и загрязненность неметаллическими включениями, так как их выплавляют по нормам массовой технологии.

Стали обыкновенного качества поставляют горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, трубы и т. п.) Для этих сталей марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94.

Стали маркируют сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают добавлением в спокойных сталях букв «сп», в полуспокойных  «пс», в кипящих  «кп». Например, Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1  Ст6, кипящими  Ст1  Ст4. Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С  0,23 %), серы (S  0,06 %) и фосфора (Р  0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Мn, Si, S, Р, а также А_S (табл. 1).

Для всех сталей, кроме Ст 0, справедлива следующая формула:

С (%) ~ 0,07 · номер марки.

Так, в стали Ст3 содержание С ~ 0,07·3 ~ 0,21 % (фактически 0,140,22 %).

Таблица 1

Содержание элементов в углеродистых сталях обыкновенного качества, %

Марка стали	С	Mn	Si в стали			S	P
			кп	пс	сп	Не более
Ст0	 0,23					0,06	0,07
Ст1	0,060,12	0,250,5	0,05	0,050,17	0,120,30	0,05	0,04
Ст2	0,090,15	0,250,5	0,05	0,050,17	0,120,30	0,05	0,04
Ст3	0,140,22	0,30,65	0,07	0,050,17	0,120,30	0,05	0,04
Ст4	0,180,27	0,40,7	0,07	0,050,17	0,120,30	0,05	0,04
Ст5	0,280,37	0,50,8		0,050,17	0,150,35	0,05	0,04
Ст6	0,380,49	0,50,8		0,050,17	0,150,35	0,05	0,04
Ст3Г	0,140,22	0,81,1		0,050,17		0,05	0,04
Ст5Г	0,280,37	0,81,1		0,050,17		0,05	0,04

Примечание: В сталях Ст1  Ст6 допускается не более 0,3 % Сr; 0,3 % Ni; 0,3 % Сu; 0,08 % Аs; 0,01 % N.

Концентрация марганца возрастает от 0,250,50 % в стали Ст1 до 0,500,80 % в стали Ст6. Три марки стали производят с повышенным (0,801,1 %) содержанием марганца, на что указывает буква «Г» в марке: Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс.

Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих  не более 0,05 %, полуспокойных  не более 0,15 %, спокойных  не более 0,30 %.

Степень раскисления определяет также различное содержание газообразных примесей, а, следовательно, порог хладноломкости и возможную температуру эксплуатации. Более надежны спокойные стали, имеющие более низкий порог хладноломкости t_50. Так, для сталей Ст3сп, Ст3пс и Ст3кп он составляет 20; 10 и 0 C.

Механические свойства горячекатаных сталей обыкновенного качества регламентирует ГОСТ 535-88 (табл. 2).

Прокат подразделяется на три группы (I – III) и пять категорий (1  5). Группа проката оценивает качество поверхности и способ использования проката. Прокат I группы используют без обработки поверхности, II группы  для изготовления деталей обработкой резанием, III группы для заготовок и деталей, получаемых горячей обработкой давлением.

Таблица 2

Механические свойства углеродистых сталей

Марка стали	в, МПа	0,2, МПа	, %	KCU20°C, МДж/м^2
		не менее
Ст0	 310		20	
Ст1	320420		31	
Ст2	340440		29	0,91,1
Ст3	380490	255	26	0,71,0
Ст4	410530	265	24	
Ст5	490630	295	20	
Ст6	 590	315	15	

Примечание: В кипящих сталях Ст1кп  Ст4кп значения _в на 10  20 МПа, _0,2 – 10 МПа меньше, а δ на 1,0 % больше, чем в приведенных сталях тех же марок.

Категории проката различаются набором нормируемых показателей механических свойств. Для всех категорий гарантируют уровень _в, _0,2,  и допустимый угол загиба. Для категории 3 дополнительно определяют KCU при 20°C; для категории 4  KCU при  20°C; для категории 5  KCU при  20°C и склонность стали к деформационному старению.

Уровень механических свойств зависит от толщины проката. Сортамент изделий из проката отличается большим разнообразием.

Его подразделяют на четыре группы: сортовая сталь (круглый, квадратный, полосовой, угловой прокат; швеллеры; двутавровые балки), листовая сталь, специальные профили, трубы.

Прокат из углеродистых сталей обыкновенного качества предназначен для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Этим технологическим требованиям в наибольшей степени отвечают низкоуглеродистые стали, из которых изготавливают сварные фермы, рамы и другие строительные металлоконструкции. На выбор стали большое влияние оказывают также технологические свойства, прежде всего свариваемость и способность к холодной обработке давлением.

Стали, поставляемые по техническим условиям, имеют также и специальное назначение: котло-, мосто- и судостроение. Стали Ст4 и особенно Ст3 широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении.