Углеродистая сталь обыкновенного качества¶

Углеродистая сталь обыкновенного качества (в технической документации и маркировке часто обозначается как сталь группы «Ст») — это разновидность конструкционной углеродистой стали, выплавляемой по стандартизированным химическим составам и предназначенной для изготовления металлопродукции массового применения: проката, труб, крепежа, арматуры, профилей и заготовок для дальнейшей обработки. В отличие от качественных и высококачественных сталей, к ней предъявляются менее строгие требования по содержанию вредных примесей — серы и фосфора, а также по однородности структуры и точности легирования.

¶Общая характеристика

Углеродистая сталь обыкновенного качества занимает наибольшую долю в общем объёме производства чёрных металлов. Её основу составляет железо, а главным элементом, определяющим механические свойства, выступает углерод. Содержание углерода в таких сталях обычно находится в пределах от 0,05 до 0,6 %. Чем выше доля углерода, тем больше прочность и твёрдость, но ниже пластичность и ударная вязкость.

Кремний, марганец, сера и фосфор в этих сталях рассматриваются преимущественно как примеси, а не как легирующие добавки. Кремний и марганец попадают в металл при раскислении, а сера и фосфор — из исходного сырья. Именно повышенное содержание серы и фосфора отличает сталь обыкновенного качества от более чистых сортов.

¶Классификация и маркировка

По гарантируемым свойствам углеродистую сталь обыкновенного качества делят на три группы:

• Группа А — сталь поставляется с гарантированными механическими свойствами, но без нормирования химического состава. Из неё изготавливают детали, не подвергаемые термической обработке.
• Группа Б — сталь с гарантированным химическим составом. Применяется для изделий, которые в дальнейшем проходят обработку давлением или сварку.
• Группа В — сталь с гарантированными и механическими свойствами, и химическим составом.

Маркировка строится по буквенно-цифровой системе. Буквы «Ст» означают «сталь», цифра после них — условный номер марки, связанный с содержанием углерода. Например, Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Наиболее распространена марка Ст3, применяемая в строительных конструкциях и машиностроении. Для обозначения способа раскисления используют индексы: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная сталь. Так, запись Ст3сп означает спокойную сталь третьей марки.

Отдельно выделяют стали с повышенным содержанием марганца, обозначаемые буквой «Г» (например, Ст3Гпс), которые отличаются большей прочностью и лучшей свариваемостью.

¶Химический состав и свойства

Типичный химический состав стали обыкновенного качества ограничивает содержание серы значением около 0,05 % и фосфора — около 0,04 %. Для сравнения, в качественных сталях эти показатели ниже. Механические свойства зависят от марки и толщины проката: предел прочности составляет примерно от 300 до 600 МПа, относительное удлинение — от 15 до 30 %.

Спокойная сталь полностью раскислена, имеет плотную и однородную структуру, хорошо сваривается и применяется в ответственных конструкциях. Кипящая сталь менее раскислена, содержит больше газовых включений, дешевле, но склонна к старению и хуже ведёт себя при низких температурах. Полуспокойная занимает промежуточное положение.

¶Технология производства

Выплавка ведётся преимущественно в кислородных конвертерах и мартеновских печах, реже — в электропечах. Значительная часть металла разливается в слитки или непрерывнолитые заготовки, которые затем прокатываются в сортовой и листовой прокат. Именно массовость и относительная простота технологии обеспечивают низкую себестоимость по сравнению с легированными и качественными сталями.

¶Применение

Основные области использования:

• строительные металлоконструкции — каркасы зданий, мосты, опоры;
• арматура для железобетона;
• трубопроводы и профили общего назначения;
• крепёжные изделия — болты, гайки, шайбы;
• заготовки для деталей, не испытывающих высоких нагрузок;
• элементы сельскохозяйственной техники и бытовых изделий.

Сталь группы А применяется без последующей термической обработки, группы Б — для изделий, подвергаемых горячей обработке, группы В — для сварных и ответственных конструкций.

¶Значение и ограничения

Углеродистая сталь обыкновенного качества остаётся базовым конструкционным материалом промышленности и строительства благодаря сочетанию прочности, технологичности и доступной цены. Её ограничения связаны с повышенным содержанием примесей: пониженной хладостойкостью, склонностью к хрупкому разрушению при отрицательных температурах и ограниченной свариваемостью при высоком содержании углерода. Для ответственных условий эксплуатации применяют более чистые качественные и легированные стали.

В России требования к таким сталям устанавливаются государственными стандартами, в частности ГОСТ 380, который определяет марки, химический состав и механические свойства. Аналогичные стандарты существуют и в других странах, что обеспечивает сопоставимость марок при международных поставках.

Источники: ГОСТ 380; справочники по материаловедению; учебные пособия по технологии конструкционных материалов.