Влияние элементов на свойства сталей
Углерод – изменяет структуру железа, даёт возможность производить улучшение, повышает прочность и твёрдость, понижает пластичность и ударную вязкость, снижает хладноломкость сталей, т.е. ударную вязкость при отрицательных температурах. Стали обычного качества (ГОСТ 380-94) поставляются в виде листа, труб, сортового проката с подразделением на категории качества А, Б, С. Стали, маркируются «СТ 0 
СТ 6». Цифры показывают номер марки стали в зависимости от химического состава. Степень раскислённости КП, ПС, СП ставится после номера стали: например СТ 3 СП, СТ 5 ПС и т.д.
В таблице 2 и таблице 3 приведены механические свойства и химсостав для сталей по ГОСТ 380-94.
Следует заметить, что углеродистые стали общего назначения не обеспечивают требуемых свойств по хлодностойкости в условиях Севера, Сибири.
Таблица 2 – Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества (образцы толщиной 20 мм)
| Сталь | σВ, МПа | σТ, МПа | δ,% | Сталь | σВ, МПа | σТ, МПа | δ,% |
| не менее | не менее | ||||||
| Ст0 | >310 | - | Ст4 | 420-540 | 240-270 | ||
| Ст1 | 320-420 | - | Ст5 | 500-640 | 260-290 | ||
| Ст2 | 340-440 | 200-230 | Ст6 | ||||
| Ст3 | 380-490 | 210-250 |
Примечание – Механические свойства приведены для спокойных и полуспокойных сталей. В сталях Ст1КП значение σВ на 10-20 МПа и σТ на 10 МПа меньше, а значение δ на 1% больше, чем в спокойных и полуспокойных сталях того же номера
Таблица 3 – Химический состав (%) углеродистой стали обыкновенного качества ГОСТ 1050-94
| Сталь | C | Mn | Si | S | P | ||
| кп | пс | сп | не более | ||||
| Ст0 | - | - | - | - | 0,06 | 0,07 | |
| Ст1 | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | 0,05 | 0,05-0,17 | 0,12-0,30 | 0,05 | 0,04 |
| Ст2 | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | 0,05 | 0,05-0,17 | 0,12-0,30 | 0,05 | 0,04 |
| Ст3 | 0,14-0,22 | 0,30-0,65 | 0,07 | 0,05-0,17 | 0,12-0,30 | 0,05 | 0,04 |
| Ст4 | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | 0,07 | 0,05-0,17 | 0,12-0,30 | 0,05 | 0,04 |
| Ст5 | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | - | 0,05-0,17 | 0,15-0,35 | 0,05 | 0,04 |
| Ст6 | 0,38-0,49 | 0,50-0,80 | - | 0,05-0,17 | 0,15-0,35 | 0,05 | 0,04 |
Примечания
1 В сталях допускается не более 0,3 %; 0,3% Cr; 0,3% Ni; 0,3% Cu; 0,08%As; 0,08% N
2 В сталях, выплавленных из керченских руд, допускается до 0,05%As и 0,05% P.
Углеродистые качественные стали поставляются по ГОСТ 1050-88. Маркируются эти стали двухзначными цифрами 05, 08, 10, 15, 20, 30… 80, обозначающими среднее содержание углерода. В таблице 4 приведены гарантируемые мехсвойства этих сталей после нормализации. Сера и фосфор допускается в пределах 0,03 – 0,04 % каждого из элементов. К углеродистым качественным сталям относятся, стали с повышенным содержанием марганца (0,71,0 %) 15 Г, 20 Г, 25 Г… 70 Г, имеющие повышенную прокаливаемость (диаметр критический до 20-30мм.). Кипящие качественные стали производят марок от 05 КП до 20 КП, полуспокойные – 08 ПС… 20 ПС. Они используются для глубокой штамповки деталей машиностроения (крылья, капоты, диски и т.д.).
Таблица 4 – Химический состав и механические свойства углеродистых качественных сталей по ГОСТ 1050-88
| Марка стали | Содержание углерода, % | Хром, % (не более) | Механические свойства, не менее | |||||
| σВ, МПа | σТ, МПа | δ,% | Ψ, % | KCU20, МДж/м2 | НВ после отжига или высокого отпуск, не более | |||
| 0,05-0,01 | 0,1 | - | ||||||
| 0,07-0,14 | 0,15 | - | ||||||
| 0,12-0,19 | 0,25 | - | ||||||
| 0,17-0,24 | 0,25 | - | ||||||
| 0,27-0,35 | 0,25 | 0,8 | ||||||
| 0,37-0,45 | 0,25 | 0,6 | ||||||
| 0,47-0,55 | 0,25 | 0,4 | ||||||
| 0,57-0,65 | 0,25 | - | ||||||
| 0,67-0,75 | 0,25 | - |
Марганец вводят в углеродистые стали для раскисления и легирования. Он увеличивает прочность, вязкость.
Кремний вводят в углеродистые стали для раскисления. Он увеличивает прочность.
Фосфор вредный элемент, т.к. снижает все механические свойства. Он придаёт стали хлодноломкость, разупрочняя границы зёрен.
Сера снижает все механические свойства. Наличие легкоплавкой эвтектики (FeS+FeO) по границам зёрен делает сталь красноломкой при температурах ковки. У сталей, при обработке давлением возникает красноломкость. Эвтектика, имеющая температуру плавления ~ 9880C, при нагреве стали до 1000-12000С для ОМД расплавляется, и при ковке, прокатке, находясь в жидком состоянии, разрывает металл по всем направлениям, и образует кристаллизационные трещины. Введение в сталь повышенное содержание марганца резко уменьшает красноломкость, т.к. Mn S плавится при 1600 0С.
Газы (Н,N,О) во всех случаях ухудшают все механические свойства. Водород способствует образованию феокенов, газовых раковин. Азот ухудшает все механические свойства стали, придавая хрупкость (синеломкость).
Углеродистые инструментальные стали предназначены для режущего, мерительного инструмента, относительно простых штампов. Основные свойства в этом случае – это износостойкость и теплостойкость. Стали должны быть прочными, твёрдыми и относительно вязкими. Углеродистые инструментальные стали относительно дёшевы, выдерживают нагрев до 2000С. Из них изготавливают малоответственный инструмент. Производят его по ГОСТ 1435 – 74. Это стали от У-7 до У-13 (качественные) и от У7А до У13А (высококачественные), где буква «У» показывает, что сталь углеродистая, цифры показывают содержание углерода в десятых долях процента, буква «А» показывает, что сталь высококачественная по содержанию S, Р, газов и другим технологическим параметрам.
Из-за низкой прокаливаемости (10мм.) углеродистые инструментальные стали, применяются для изготовления мелкого инструмента (метчики, напильники, надфили, развёртки и др.). Стали У7, У8, У9 подвергают полной закалке и отпуску на тростит (HRC-48-51) и изготавливают слесарный, простой кузнечный и прессовый инструмент. Заэвтектойдные стали У10 …У13 подвергают неполной закалке и отпуску, при 150-1800С на «отпущенный мартенсит». Из них изготавливают пилы, напильники, свёрла, резцы и т.д., небольшие простые штампы, работающие при невысоких нагрузках и небольших температурах (до 150-2000С).