Сталь 10 (углеродистая качественная)

Сталь 08пс и ее характеристики

Заменить эту марку можно сталью 08.

Ст08пс широко используется в промышленности. Из нее изготавливают различные элементы, которые в дальнейшем будут испытывать химическое и термическое воздействие, например, детали цилиндрической формы с осевым отверстием, детали с обычным отверстием, детали подвески. Также характеристики 08пс позволяют применять эту сталь для создания прокладок, крепежных изделий, вилок, труб.

Для сварки используются методы ручной дуговой сварки, аргонодуговой сварки под флюсом (необходима газовая защита), контактно-точечной сварки. При свариваемости ограничений не имеется. Единственное исключение – элементы, подвергающиеся химической и термической обработке.

Твердость стали Ст08пс: HB 10 -1 = 131 МПа. К флокенам материал не чувствителен. Не склонен к отпускной хрупкости.

Если вы собираетесь производить ковку изделия из этого материала, то сначала необходимо работать при температуре 1 250 градусов по Цельсию. В конце она должна снизиться до 800. Предметы, имеющие сечение до 300 миллиметров, можно охлаждать на воздухе.

Конструкционная качественная углеродистая сталь 08пс

Марка 08пс – назначение

Конструкционная качественная углеродистая сталь 08пс используется для изготовления: труб, вилок, шайб, прокладок. Также применяется для деталей, которые подвергаются химической/ термической обработке – проушины, тяги, втулки.

Характеристики

Материал 08пс – технологические свойства

Марка 08пс – химический состав

Массовая доля элементов не более, %:

Сталь 08пс – механические свойства

Материал 08пс – твердость, Мпа

Сталь 08пс – физические свойства

Материал 08пс – точные и ближайшие зарубежные аналоги

Применение стали Ст. 10

Марка стали 10 весьма распространена по причине низкой стоимости и высоких эксплуатационных качеств. На производственные линии она поставляется в виде проката, листов, паковок и других разновидностей заготовок.

Сталь 10 в листах

К особенностям области применения отнесем следующие моменты:

1. Изготавливаемые детали могут эксплуатироваться при температуре от -40 до 450 градусов Цельсия. К создаваемым заготовкам предъявляются высокие требования пластичности.
2. Термическая обработка позволяет получить заготовки с высокой твердостью поверхностного слоя и низкой прочности сердцевины, которая характеризуется пластичностью. Подобные качества больше всего подходят для валов и других изделий, образованных телами вращения.
3. Материал часто применяется при создании котлов высокого давления или трубопроводов, винтов или электрических нагревателей, листов с высокой коррозионной стойкостью.

Высокая степень обрабатываемости резанием определяет распространение материала в машиностроительной области, где часто применяются токарные и фрезеровальные станки. Термическая обработка зачастую проводится после проведения чистового точения. Это связано с тем, что используемые режущие инструменты изнашиваются медленнее, существенно упрощается процесс снятия требуемого слоя металла, повышается качество полученной поверхности.

Классификация углеродистых сталей

По направленности применения продукции, углеродистую сталь разделяют на инструментальную и конструкционную.

Последнюю из них используют для возведения различных строений и остовов деталей. Из инструментальных, изготавливают прочный инструмент для выполнения любых работ, вплоть до обработки металлов резанием. Применение металлических изделий в хозяйстве, потребовало выделить сталь в разные категории, обладающие специфическими свойствами: жаропрочную, криогенную и коррозионно-стойкую.

По способу получения углеродистые стали делят на:

• электростали;
• мартеновские;
• кислородно-конвертерные.

Различия структуры сплава обусловлены наличием разных примесей, характерных для того или иного способа плавки.

Отношение стали к химически активным средам, позволило разделить изделия на:

• кипящие;
• полуспокойные;
• спокойные.

Содержание углерода делит сталь на 3 категории:

1. заэвтектоидные, в которых количество углерода превышает 0,8 %;
2. эвтектоидные, с содержанием на уровне 0,8 %;
3. доэвтектоидные – менее 0,8 %.

Именно структура, является характерным признаком, при определении состояния металла. У доэвтектоидных сталей, структура состоит из перлита и феррита. У эвтектоидных – чистый перлит, а заэвтектоидные, характеризуются перлитом с примесями вторичного цементита.

При увеличении количества углерода, сталь повышает прочность и уменьшает пластичность. Большое влияние оказывается также на вязкость и хрупкость материала. При повышении процентного содержания углерода, уменьшается ударная вязкость и повышается ломкость материала. Не случайно, при содержании, на уровне более 2,4 %, металлические сплавы относят уже к чугунам.

По количеству углерода, в составе сплава, сталь бывает:

1. низкоуглеродистая (до 0,29 %);
2. среднеуглеродистая (от 0,3 до 0,6 %);
3. высокоуглеродистая (более 0,6 %).

Термическая обработка сварных деталей

Главная задача, которую решает термическая обработка – это снятие остаточных напряжений, которые возникают во время сварочных работ. Вследствие этой обработки должно произойти улучшение структуры металла и свойства сварного шва.

Эту обработку выполняют сразу по окончании сварочных работ

При этом очень важно не допускать переохлаждения сваренных заготовок. Минимально допустимая температура не должна опускаться ниже температуры подогрева

В том случае, если нет технической возможности выполнить термообработку, то имеет смысл выполнить термический отдых.

Для выполнения операций по термической обработке необходимо провести определенную подготовку. В частности, детали, предназначенные для обработки необходимо уложить на специальный поддон в соответствии с требованиями технологической карты. После укладки, поддон помещают в печь.

На момент загрузки печь должна быть или холодной или разогретой до температуры 300 ºC. Детали должны находится в печи порядка 1 – 2 часов. По истечении этого времени печь можно нагревать далее. Предельная температура должна быть не выше 590 ºC, а скорость нагрева должна составлять 70 ºC в час. Детали должны пролежать при температуре 590 ºC не менее трех часов. Охлаждение, должно быть, совершено со скоростью 50 ºC в час до 250 ºC.

На серьёзных предприятиях работает система контроля качества. То есть весь процесс термической обработки фиксируется в специальных журналах и постоянно фиксируются параметры печи. Замеры проводят с применением пирометра. Такой подход позволяет получать продукцию высокого качества.

Маркировка

При обозначении углеродистых сталей обычного качества, используют буквы Ст, которые сопровождаются цифрами, характеризующими содержание углерода. Одна цифра показывает количество, увеличенное в 10, а две цифры – в 100 раз. При гарантии механического состава сплава, перед обозначением добавляют Б, а соблюдение химических составляющих веществ – В.

В окончании маркировки, две буквы показывают степень раскисления: пс – полуспокойного, кп – кипящего состояния сплавов. Для спокойных металлов этот показатель не указывают. Увеличенное количество марганца в структуре изделия, обозначают буквой Г.

При обозначении углеродистых сталей высокого качества, используемых при изготовлении инструментов, применяют букву У, рядом с которой прописывают число, подтверждающее количество процентов углерода в 10-кратном размере, независимо от того, будет оно двухзначным или однозначным. Для выделения сплавов повышенного качества, к обозначению инструментальных сталей добавляют букву А.

Примеры обозначения углеродистых сталей: У8, У12А, Ст4кп, ВСт3, Ст2Г, БСт5пс.

Сравнение с другой маркой стали

Например, для 09г2с и ст3 разница определяется прежде всего содержанием углерода. Для Ст3сп оно в 10-20 раз превосходит того, что имеется в сплаве низколегированной марки.

Ст3сп – относится к углеродистым сплавам. Эта марка стали отличается высокой хрупкостью, быстрым разрушением при низких температурах. Если описываемая марка имеет нижний предел -70 градусов, то объект сравнения всего -20.

Качество Ст3сп – обыкновенное, что говорит о вероятно высоком присутствии серы и фосфора. Тогда, как 09г2с высококачественная. Все остальные плюсы уже есть в предшествующем описании. Остается только отметить, что стоимость этой марки значительно выше, чем цена Ст3сп.

Видео о низколегированных сталях:

Типы обозначения и маркировки углеродистых сталей обыкновенного качества

Для обозначения конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества общего назначения используется буквенное обозначение Ст. Затем за буквами следует цифровой индекс (0 или 1 или 2 или 3 или 4 или 5 или 6), которая условно отображает номер марки стали. За цифрой номера следует буквенное обозначение типа сплава (степени раскисления): кипящий сплав – кп, полуспокойный сплав – пс, спокойный сплав – сп.

Перед буквенным обозначение сплава указывается, какие гарантированы качества для данного типа сплава. Сплавы группы А не указываются в маркировке. Повышенное содержание марганца обозначается буквой Г, которая располагается между обозначением и номером. В самом конце через дефис указывается категория.

Примеры:

1. Ст3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки кипящая.
2. Ст3Гсп3 – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе А 3-ей марки полуспокойная 3-ей категории.
3. БСт3кп – сталь обыкновенного качества, относящаяся к группе Б 3-ей марки кипящая.

Фасонного проката на складах предприятий скапливается много. Для облегчения поиска металла требуемой марки пользуются цветовыми обозначениями, которые представлены в следующей таблице.

Для маркировки используется атмосферостойкая краска. Отгрузка заказчику производится согласно ГОСТ 7566-2001.

Химический состав

Во много именно химический состав определяет основные свойства металла Ст 10. Группа конструкционных сталей характеризуется тем, что в состав включается небольшое количество легирующих элементов. К другим особенностям отнесем следующие моменты:

1. Основных элементом принято считать углерод, так как даже небольшое изменение концентрации приводит к существенному повышению или падению твердости, прочности или степени свариваемости. В рассматриваемом случае показатель концентрации составляет 0,07-0,14%.
2. В состав включается довольно большое количеств кремния 0,17-0,37%. Еще есть и магний в концентрации 0,35-0,65%.
3. Металл представлен сочетанием и других химических элементов, в том числе и вредных. Их концентрация менее 0,4%.

Химический состав марки стали 10 и некоторых других марок

Больше всего в составе рассматриваемого металла железа. Химический состав контролируется согласно установленным нормам в ГОСТ.

Общие характеристики

Физические свойства. Общие показатели, которыми обладают углеродистые стали общего назначения.

• Плотность:
  1. по СИ – 7800 кг/м3;
  2. по СГС – 7,8 г/см3;

по МКСС – 796 тем/м3;

• Коэффициент Пуансона – 0,24-0,28;
• Модуль:
  1. Юнга – 20500 кГ/мм2;
  2. сдвига – 8100 кГ/мм2
• Допускаемые напряжения:
  1. на сжатие – 14 кГ/мм2;
  2. на растяжение – 14 кГ/мм2.

Механические и эксплуатационные свойства  представлены в таблице.

Характеристики свариваемости углеродистой стали общего назначения обыкновенного качества приведены в следующей таблице.

Перед изготовлением деталей и элементов механизмов и конструкций образцы стали подвергаются испытаниям. Кроме того, образцы испытывают на изгиб, то есть какой диаметр образца не разрушается при изгибе его на 180°.

Прокат листового формата, произведенный из сталей углеродистых обыкновенного качества производителями изготавливается в соответствии четырем группам прочности:

• ОК300В;
• ОК360В;
• ОК370В;
• ОК400В,

где

• ОК – сплав обыкновенного качества;
• Цифровой индекс – это группа прочности, которая информирует о нижнем значении показателя предела прочностного сопротивления по времени);
• В – показатель характеристики (прочности).

К каждой группе прочности относятся следующие марки сталей:

• ОК300В – Ст1кп, пс, сп; Ст2кп, пс, сп;
• ОК360В — Ст3кп, пс, сп;
• ОК370В — Ст3пс, сп
• ОК400В — Ст4кп, пс, сп; Ст5пс, сп.

Горячекатаные листы из сталей обыкновенного качества на стадии производства подвергаются термической обработке. В процессе изготовления они подвергаются нормализации. Холоднокатаные листы также подвергаются термической обработке, а также дрессированию.

Для листового металлического проката на поверхности недопустимо появление:

• расслоений;
• пузырей;
• надрывов;
• трещин;
• вкраплений инородных предметов и прочего.

Качество отделки поверхности листового проката соответствует четырем группам: I, II, III, IV.

Детали и изделия, которые подвергаются термической обработке изготавливаются из сталей обыкновенного качества общего назначения групп Б и В с номерами 5, 6. они подвергаются закалке и далее высокотемпературному отпуску.

Основные свойства

Сталь 10 (ГОСТ определяет концентрацию всех химических элементов и наличие определенных характеристик) относится к группе конструкционных углеродистых металлов.

Широкая область применения материала связана с особыми эксплуатационными характеристиками:

1. Хорошая пластичность, что позволяет применять их для производства штампованных деталей. Для выпуска большого количества продукции часто применяется технология холодной штамповки.
2. Хорошая степень свариваемости материала. Применение сварочного аппарата не требует предварительного нагрева заготовки. Процесс сварки может проводится при применении различных технологий. Получаемый шов характеризуется отличной прочностью и надежностью, дополнительная термическая обработка не требуется.
3. Структура характеризуется хорошей коррозионной стойкостью. Стоит учитывать, что эта сталь не относится к группе нержавеек, так как в состав не включается большое количество хрома или других легирующих элементов. Стойкость к влаге существенно расширяет область применения материала, однако поверхность может реагировать на воздействие некоторых кислот и других химических элементов.
4. Стоит учитывать и низкую теплостойкость. Именно поэтому ст10, характеристики которой определяют широкое распространение в машиностроительной области, нельзя применять при изготовлении деталей, которые подвержены активному износу. Слишком сильный нагрев может привести к существенному ухудшению эксплуатационных характеристик. К примеру, нагрев на момент трения становится причиной снижения износоустойчивости, а также твердости поверхности.
5. Есть возможность провести обработку резанием. Это свойство также указывается в ГОСТ 1050-88. Заготовки из рассматриваемой стали легко обрабатывать на станках и ручных инструментом.
6. Высокий предел выносливости определяет применение материала при изготовлении ответственных деталей, которые предназначены для длительной работы.
7. Прокаливаемость позволяет также существенно расширить область применения изготавливаемых деталей.

Механические свойства стали 10

Для улучшения основных качеств проводится термообработка стали 10. Она позволяет существенно повысить твердость поверхности. Процесс термической обработки может привести к тому, что структура становится хрупкой. Именно поэтому следующий шаг заключается в отпуске для снижения внутренних напряжений. Охлаждение заготовки проводится на открытом воздухе или в воде, а также масле. В последнее время чаще всего используется масло, так как равномерное охлаждение позволяет снизить вероятность появления серьезных дефектов в виде окалины и структурных трещин.

Применение

Широкое применение сталь СТ 20 получила в различных отраслях промышленности

• Машиностроение. Стальные элементы используются в качестве получения шестерней, муфт соединительного характера и элементов червячных пар. Из них получаются первоклассные приспособления для крепежа, а также соединительные детали в виде валов и кронштейнов.
• Трубопроводная отрасль по изготовлению арматуры.
• Строительство. Благодаря ряду ценных характеристик данного вида стали, ее применяют для производства металлоконструкций.

Важно. Прекрасная характеристики крепления во время спаивания, невысокая стоимость и невероятная прочность делают доступным использование стальных элементов в работе несущих конструкций в виде ферм, перекладин поперечного вида и стоек

Отлично получаются крепежные детали и элементы подобного характера (гайки, болты и прочие подобные детали).

Производство

Изготовлением металлических сплавов занимается металлургическая промышленность. Специфика процесса получения углеродистой стали, заключается в переработке чугунных заготовок с уменьшением таких взвесей, как сера и фосфор, а также углерод, до требуемой концентрации. Различия методики окисления, посредством которой удаляют углерод, позволяет выделить различные виды плавки.

Кислородно-конвертерный способ

Основой методики был бессемеровский метод, который предусматривает продувку жидкого чугуна воздухом. Во время этого процесса, углерод окислялся и удалялся из сплава, после чего, чугунные слитки постепенно превращаются в сталь. Производительность данной методики высока, но сера и фосфор оставались в металле. Кроме того, углеродистая сталь насыщается газами, в том числе, азотом. Это улучшает прочность, но снижает пластичность, сталь становится более склонной к старению и изобилию неметаллическими элементами.

Учитывая низкое качество стали, получаемой бессемеровским методом, его перестали использовать. На замену пришел кислородно-конвертерный способ, отличием которого является использование чистого кислорода, вместо воздуха, при выполнении продувки жидкого чугуна. Использование определенных технических условий, при продувке, значительно снизило количество азота и других вредных примесей. В результате, углеродистая сталь, полученная кислородно-конвертерным способом, по качеству приближена к сплавам, переплавляемым в мартеновских печах.

Технико-экономические показатели конверторного способа подтверждают целесообразность такой плавки и позволяют вытеснить устаревшие методы изготовления стали.

Мартеновский метод

Особенностью способа получения углеродистой стали, является выжигание углерода из чугунных сплавов не только с помощью воздуха, но и за счет добавления железных руд и ржавых изделий из металла. Этот процесс обычно происходит внутри печей, к которым подводят подогретый воздух и горючий газ.

Размер таких плавильных ванн очень велик, они могут вмещать до 500 тонн расплавленного металла. Температура в таких емкостях поддерживается на уровне 1700 ºC, а выжигание углерода происходит в несколько этапов. Сначала, благодаря избытку кислорода в горючих газах, а когда образуется шлак над расплавленным металлом, посредством оксидов железа. При их взаимодействии образуются шлаки фосфатов и силикатов, которые, в дальнейшем удаляются и сталь приобретает требуемые по качеству свойства.

Плавка стали в мартеновских печах проходит около 7 часов. Это позволяет отрегулировать нужный состав сплава, при добавлении различных руд или лома. Углеродистая сталь давно изготавливается этим методом. Такие печи, в наше время, можно найти на территории стран бывшего Советского Союза, а также – в Индии.

Электротермический способ

Изготовить качественную сталь с минимальным содержанием вредных примесей, удается при плавке в вакуумных топках электродуговых или индукционных печей. Благодаря улучшенным свойствам электростали, удается изготовить жаростойкие и инструментальные сплавы. Процесс преобразования сырья в углеродистую сталь, происходит в вакууме, благодаря чему качество полученных заготовок, будет выше, относительно рассмотренных ранее методов.

Стоимость такой обработки металлов дороже, поэтому данный метод используют при технологической необходимости в качественном изделии. Для удешевления технологического процесса используют специальный ковш, который разогревают внутри вакуумной емкости.

Термическая обработка стали 08ПС

Термическая обработка позволяет улучшить качественные характеристики металла без введения в его состав дополнительных химических элементов. Она помогает экономить не только средства, но и время. Обычно термическую обработку используют для упрочнения сплава, а также перед использованием металла в несущих конструкциях.

Закалка. Позволяет материалу прибрести необходимую твердость. Сплав можно охладить в воде, масле, на воздухе.

Отпуск. Помогает снизить внутреннее напряжение структуре металла, тем самым продлевая эксплуатационный срок трубы, детали или другого изделия. После отпуска сплав приобретает большую твердость и прочность.

Отжиг. Используется для придания материалу равномерной структуры, а также помогает избавиться от нежелательной пластичности.

Классификация качественных углеродистых сталей

Классифицировать углеродистые качественные стали конструкционные стали можно по следующим признакам:

• По назначению:
  1. для использования в машиностроении;
  2. для использования в строительстве;
• По количеству содержания примесей, снижающих качество:
  1. обыкновенного качества;
  2. качественные;
  3. высокого качества;
  4. особо высокого качества;

• По составу:
  1. наличие углерода:
     • малоуглеродистые;
     • среднеуглеродистые;
     • высокоуглеродистые;
  2. наличие легирующих элементов:
     • низколегированные;
     • среднелегированные;

• По способу поставки:
  1. кованная;
  2. катанная;
  3. калиброванная;

• По обработке:
  1. обыкновенные;
  2. котельные;
  3. автоматные;

• По степени раскисления:
  1. кипящая (кп);
  2. полуспокойная (пс);
  3. спокойная (без обозначения).

Наглядная классификации видов стали

Раскисление оказывает влияние на однородность внутренней структур металла. Лучшей по однородности является спокойная (а, г), за ней следует полуспокойная (в, е) и менее качественная кипящая (б, д). Внутренняя структура хорошо показана на рисунке.

Общая характеристика качественных углеродистых сталей

Основными отличиями качественных сталей от сталей обыкновенного качества являются:

• малое количество снижающих качество примесей: серы с фосфором;
• узкий диапазон количества углерода;
• увеличенное количество марганца или кремния.

Говоря о характеристиках качественных сталей следует выделить самые значимые:

• высокая прочность;
• пластичность;
• вязкозть ударная.

Изменение структуры стальных слитков в процессе твердения

Но для улучшения эксплуатационных характеристик сотрудники институтов и лабораторий экспериментируют над химическим составом, способами повышения прочности и твердости поверхностей, методами термической обработки, способами плавки и разливки металла. Механические свойства углеродистых качественных сплавов зависят от химического состава.

Свойства присущие углеродистым сплавам:

• Низкоуглеродистым – низкая прочность при высокой пластичности. Используются при производстве и изготовлении деталей и узлов со сложной конструкцией и небольшими нагрузками.Свойства присущие углеродистым сплавам:
• 15-20 – для неответственных деталей, которые не нуждаются в дополнительной термической обработке или подвергнутые нормализации.
• Среднеуглеродистые – для изготовления деталей, для которых предъявляются требования высокой твердости, но с пониженной пластичностью. Изделия, для которых необходима термическоя обработка: закалка поверхностного слоя, улучшению, нормализации. Для облегчения обработки резанием среднеуглеродистые стали подвергаются отжигу.
• Высокоуглеродистые, а также с дополнительно введенным марганцем – обладают высокими показателями упругости и стойкости к износу. Поэтому из нее изготавливают пружинные изделия.
• Автоматные – используются для обработки на автоматизированных станках. Фосфор и сера в большем количестве способствуют образованию мелкой стружки, что положительно сказывается на обрабатываемости, стойкости инструмента, но страдает шероховатость обрабатываемых поверхностей.

Состав и характеристики металла

Химический состав

Эта марка стали относится к категории низкоуглеродистых сталей. Государственный стандарт определяет следующий химический состав сплава. Она состоит из 96% железа, 0,12% углерода, около 1% хрома, на такие элементы как медь, кремний, марганец и никель приходится по 0,8%. Такой состав стали 10ХСНД  соответствует ГОСТ.

Химический состав марки 10ХСНД

Физические свойства

Основные физические свойства соответствуют установленным гостам и имеют следующие значения:

• коэффициент линейного расширения составляет 40 Вт/(м×град);
• модуль упругости от 1,97 МПа при температуре 100 °С, понижается до коэффициента 1,25 МПа при температуре 900 °С и более;
• плотность сплава около 7800 кг/м3;
• удельная теплоёмкость около 500 Дж/(кг×град);
• удельное электрическое сопротивление R×109 Ом.

Технологические свойства стали 10ХСНД

Механические свойства

Механические свойства стали 10ХСНД  определяется входящими в состав сплава химическими элементами. Основные механические свойства при температуре в 20 °С находятся в пределах следующих значений:

• ударная вязкость KCU равна 290 кДж/м2;
• предел кратковременной прочности находится в интервале от 510 до 685 МПа;
• предел текучести равен 390 МПа;
• относительное удлинение достигает 19%.

Механические свойства марки 10ХСНД

Все приведенные характеристики удовлетворяют требованиям, установленным ГОСТ для всего сортамента стали 10ХСНД .

К достоинствам стали 10ХСНД  можно отнести:

• устойчивость к длительному воздействию высоких и низких температур;
• хорошие показатели прочности;
• высокая износоустойчивость;
• отличная свариваемость.