Конструкционная сталь: виды, состав, применение

Что это? Конструкционная сталь применяется там, где нужен большой запас прочности. В зависимости от добавок она характеризуется пластичностью, антикоррозионными свойствами, хорошо сопротивляется усталости и износу.

Где используют? Основными сферами применения конструкционной стали являются строительство и машиностроение. Из нее изготавливают швеллеры, арматуру, болты, шпильки, гайки, листовой прокат, ломы, шпиндели и многое другое.

Свойства конструкционных сталей

Сталь – универсальное сырье, используемое для создания практически любых конструкций. Ее широко применяют на заводах, выпускающих все виды транспорта, в том числе и водный. Метизы из конструкционной стали сохраняют свойства при механических, вибрационных воздействиях и перегрузках, поэтому их используют в различных средах и климатических условиях.

Сегодня делают очень прочные и износоустойчивые стальные сплавы с различными показателями упругости. Для производства некоторых типов морского транспорта требуются специальные стали с высоким гидродинамическим сопротивлением, из которых конструируют самые быстрые судна.

свойства конструкционных сталей

Корпуса легких судов строят только из сталей высокого конструкционного качества. Материал должен быть более устойчивым к коррозии, чем обычная углеродистая сталь. В судостроении используют разные марки легированных и низколегированных сплавов. Каким требованиям должен отвечать судостроительный материал?

  • Высокий предел прочности и текучести металла без дополнительной термической обработки.
  • Сырье легко поддается обработке, горячей и холодной.
  • Устойчивость к коррозии не ниже, чем у углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества (в пресной и морской воде, на воздухе).
  • Доступная цена – это условие необходимо для массового производства качественных судов и специального назначения, и для коммерческого использования.
  • Хорошая свариваемость.

Читайте также: «Толщина оцинкованной стали: какой должна быть»

Основные свойства стальных сплавов:

  • Материал достаточно пластичен, и благодаря этому стальные конструкции устойчивы к динамическим нагрузкам и способны перераспределять их между перегруженными и малонагруженными участками.
  • Сталь легко поддается обработке: ее можно резать, гнуть, тянуть без появления изломов и трещин на поверхности.
  • Материал с относительно невысокой стоимостью. Есть возможность выбрать сырье по доступной цене и с конкретными эксплуатационными свойствами.
  • Подвержены износу и образованию коррозии из-за физических свойств и химического состава конструкционные стали. Сплав разрушается при внешних воздействиях, реагируя с различными химическими элементами, в том числе газами воздуха. Особенно опасны для материала практически необратимые межкристаллические изменения, из-за которых сплав лишается прочности.
  • При механических воздействиях на поверхность сталь деформируется и уплотняется, то есть подвергается наклепу. В результате обработки повышается прочность материала, но одновременно снижается пластичность. В районе наклепа металлический сплав активнее корродирует.
  • Конструкционная сталь большинства марок сильно меняет свойства в местах надрезов или резких изменений формы при концентрации напряжения на конкретном участке.
  • Металлические сплавы со временем подвержены усталости и теряют прочность на разрыв в связи со значительными знакопеременными нагрузками.
  • Стальные сплавы содержат магнитные металлы.

Применение конструкционных сталей

Конструкционную качественную сталь широко применяют в различных областях производства:

  • Строительство мостов, туннелей, зданий складского и промышленного назначения. Конструкции обладают устойчивостью и безопасностью за счет большой прочности материала.
  • Производство компонентов для оборудования. Наряду с прочностью, углеродистая качественная конструкционная сталь обладает ударной вязкостью, что позволяет применять материал для изготовления деталей, подвергаемых высоким нагрузкам: валов, шестерен, шасси и др.
  • Автопроизводство. Используется для производства двигателей, кузовов, рам и прочих элементов транспортных средств. Легкость материала способствует большей топливной экономичности автомобилей.
  • Энергетическая промышленность. Из стальных сплавов создают электростанции, трубопрокат, ветряные турбины и многие другие объекты инфраструктуры, которым, кроме прочности, необходима защита от коррозии.

применение конструкционных сталей

Классификация конструкционных сталей

Разновидности конструкционных сталей имеют разный химический состав. Материалы отличаются по таким свойствам, как структура и степень раскисления, что влияет на прочность и качество сплава.

По составу различают углеродистые и легированные конструкционные стали. И те и другие имеют подвиды в зависимости от содержания углерода: низкоуглеродистые (менее 0,3 % углерода), среднеуглеродистые (0,3–0,7 %) и высокоуглеродистые (более 0,7 %).

Легированные сплавы подразделяют по добавленным в состав элементам: хромистые, хромоникелевые, марганцовистые и др. По концентрации легирующих компонентов выделяют высоколегированные (более 10 % добавок), среднелегированные (5–10 %) и низколегированные сплавы (менее 5 %).

Читайте также: «Рессорная сталь: свойства, сферы применения»

Существуют разные классы качества стальных сплавов: обыкновенные, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Качество в данном случае – это свойства, приобретаемые материалом в ходе металлургических процессов при производстве. Углеродистые качественные конструкционные стали отличаются однородностью состава, структурой, возможностью применения. Все эти характеристики в том числе зависят от концентрации газов (азота, водорода, кислорода) и вредных элементов (фосфора, серы) в сплаве.

Процент газа в составе определить достаточно трудно, поэтому сырье разделяют по классам качества в зависимости от содержания вредных примесей. Согласно нормативам обыкновенные стали имеют до 0,055 % серы и 0,045 % фосфора в составе, качественные – до 0,04 % серы и 0,035 % фосфора, высококачественные – до 0,025 % серы и 0,025 % фосфора, особо высококачественные – до 0,015 % серы и 0,025 % фосфора.

классификация конструкционных сталей

По степени раскисления металлические сплавы могут быть спокойными, полуспокойными или кипящими. При раскислении из состава жидкой стали удаляется кислород, что делает материал устойчивым к деформации при высоких температурах.

Для раскисления в сырье добавляют различные элементы. Спокойные стали содержат алюминий, кремний и марганец. Пока металлы раскалены, кислород удаляется практически полностью, поэтому сплав затвердевает без газовыделения. В кипящие стали для раскисления добавляют только марганец.

При затвердевании кислород реагирует с углеродом, образуя активно выделяемый угарный газ, заставляющий сталь «кипеть». Такие сплавы стоят дешевле, имеют наименьшее содержание углерода, а также кремния (менее 0,07 %) и больше всего примесей в виде газов. Соответственно, свойства полуспокойных сталей являются средними относительно свойств кипящих и спокойных.

Разновидности стальных сплавов, исходя из структуры, выделяют в зависимости от зернистости отожженного материала. В нормализованном виде стали бывают:

  • доэвтектоидные, с избытком феррита в составе;
  • эвтектоидные, со структурой из перлита;
  • аустенитные;
  • ферритные.

Конструкционная углеродистая сталь имеет марки первых двух классов, легированная – всех четырех.

Преимущества и недостатки конструкционных сталей

Сплавы получают свойства благодаря воздействию высоких температур. Все метизы из стали проходят термическую обработку – закаливание.

Достоинства закаленной стали:

  • Легированные конструкционные стали, прошедшие закалку, имеют устойчивость к пластическим деформациям выше, чем у углеродистых сплавов.
  • Прочность закаленной стали позволяет производить детали большой толщины.
  • После закаливания сплавы охлаждают с применением специальных масел, снижающих коробление и растрескивание.
  • Добавление легирующих элементов в состав конструкционных сталей вместе с закаливанием увеличивает упругость и устойчивость сырья к ломкости при резких изменениях температуры. Благодаря этому повышается срок эксплуатации метизов.

преимущества и недостатки конструкционных сталей

Недостатки закаленных конструкционных легированных сталей:

  • Детали из большинства марок сплавов подвержены отпускной хрупкости.
  • При закаливании материал становится мягче и менее устойчивым к усталости.
  • При прокатке и ковке металл приобретает строчечную структуру. Отдельные участки деформируются и остаются неоднородными, и материал с трудом поддается резке.

В сталях с никелем в составе в местах излома могут проявляться светлые участки. При поперечном разрезе наблюдаются разнонаправленные трещины, формируемые водородом, выделяемым в ходе закалки.

Маркировка конструкционных сталей

В России большинство сталей легированных и углеродистых конструкционных обозначаются согласно ГОСТ. Свойства материала зашифрованы в маркировке, состоящей из букв и цифр. Первая цифра означает минимальный предел текучести сплава, которое измеряется в Н/мм2. Чем больше число, тем прочнее материал.

Читайте также: «Закалка стали: особенности процесса»

Также ГОСТ предполагает буквенное обозначение дополнительных свойств легированной и углеродистой конструкционной стали. Часто встречаются маркировки с такими буквами:

  • С – содержание углерода в конструкционная сталь. Чем выше число рядом с буквой, тем больше углерода и тем тверже сплав.
  • Mn – содержание марганца, добавляемого для повышения прочности, и способность поддаваться обработке.
  • Si – содержание кремния. Элемент повышает прочность и коррозионную стойкость.
  • Ni – наличие никеля. Металл добавляют для большей прочности и устойчивости к низким температурам.
  • Cr – содержание хрома, необходимого для большей защиты от коррозии и окисления.
  • Мо – содержание молибдена, придающего прочность и устойчивость к высоким температурам.

Сплав может иметь и другие обозначения в маркировке, указывающие на область применения материала. Например, буква А свидетельствует, что сталь пригодна для применения в машиностроении, Р – сырье предназначено для прессования и т. д.

маркировка конструкционных сталей

Часто задаваемые вопросы о конструкционной стали

О чем говорят цифры в маркировке качественного конструкционного стального сплава?

Цифры после буквенных обозначений легирующих компонентов показывают процентное содержание примеси в составе. Отсутствие цифры говорит, что в сплаве находится 1,5 % присадки или меньше. Подавляющее число марок легированных сталей относятся к качественным (например, 30ХГС).

Как узнать, что сталь конструкционная?

Углеродистые обыкновенные, качественные и другие классы материала имеют в начале маркировки две цифры, обозначающие содержание углерода в сотых долях процента. Например, обозначение 38Х2Н5МА подскажет, что перед вами среднелегированный высококачественный хромоникелевый конструкционный сплав. В нем содержится 0,38 % углерода, 2 % хрома, 5 % никеля и 1 % молибдена.

Читайте также: «Аустенитная сталь: как получают и где применяется»

Как получают легированные сплавы?

При легировании в сырье добавляют дополнительные компоненты, по-разному улучшающие его свойства. Легирующими элементами являются никель, молибден, вольфрам, кремний, марганец и др. Присадки добавляют во время плавления, чтобы металл приобрел ценные характеристики, отсутствующие у углеродистой стали.

Конструкционные качества легированной стали свидетельствуют о дополнительных компонентах, влияющих на хрупкость, твердость, износостойкость или прочность сплава. Сталь – относительно недорогой материал, широко применяемый в разнообразных видах производства конструкций и деталей. Стальные метизы способны выдерживать постоянные и переменные нагрузки, обладают антикоррозионными свойствами и длительным сроком эксплуатации.

Конструкционная сталь: виды, состав, применение

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 0, Средняя:
5
1
0
Чертеж по индивидуальным размерам Получить чертеж
по индивидуальным
размерам
Скачать прайс Скачать прайс

Специальное
предложение
для дилеров