Виды и свойства сталей
Нелегированная низкоуглеродистая сталь с содержанием 0,22 % С используется для производства низкопрочного крепежа (болтов, винтов, гаек, гвоздей). Этот вид сталей, в соответствии с рекомендациями DIN, обозначается буквами "St" и числом, определяющим десятую часть значения предельной прочности на разрыв. Например, St 38 - низкоуглеродистая сталь (С - 0,22 %) характеризуется значением предела прочности на разрыв, равным 380 N/мм.кв.
В зависимости от метода изготовления различают несколько видов стали. Один из них - кипящая сталь, в процессе плавки которой и по её окончании наблюдается активное выделение газов. Такая сталь обозначается с использованием буквы U перед St. В российской технической терминологии такие стали имеют обозначение, например, 08 кп.
Другой вид - спокойная сталь (в противоположность кипящей). В ее обозначении используют букву R перед St. При получении такого copтa стали «кипящую» «успокаивают» или раскисляют добавлением кремния или алюминия, улучшающими структуру стали. Отечественные производители маркируют такой вид стали как 10сп. Углеродистые стали, применяемые в метизной промышленности, обычно подразделяют на стали для холодной высадки (ДИН 1654), стали для термической обработки и закалки (ДИН 17200) и стали с упроченной поверхностью (цементированные) по ДИН 17210. Углеродистые стали этой группы делятся по качеству на 3 вида:
- качественная сталь, маркируемая символом углерода - С и числом, показывающим его процентное содержание, например, сталь С 35 содержит 0.35% углерода.
- высокачественная сталь, маркируемая символом Ck и числом, показывающим процентное содержание углерода, например Ck 35. В отличие от качественной стали содержание фосфора и серы составляет здесь макс. 0.035%, в то время как C 35 содержит примесей не более 0.045%.
- сталь для холодной высадки, обозначаемая как Cq. Она обладает специфическими свойствами, позволяющими примнять для ее обработки методы холодного формообразования. Сталь Cq 35 содержит 0.35% С и не более 0.035% P и S.
В группе легированных углеродистых сталей, закрепленных вышеназванными стандартами, процентное содержание химических элементов, которые в обычных сталях проявляются как следы или как примесь, должно быть увеличено, а других - добавлено. При этом изменяются свойства стали: увеличиваются механическая прочность, коррозийная стойкость и т. п. Маркировка таких сталей содержит в обозначении на первой позиции число сотых процента содержания углерода С, затем перечисляются символы легирующих химических элементов в порядке, определяющем уменьшение их содержания в стали. Заканчивается такое выражение числом (или последовательностью чисел), показывающим (-ей) количественную меру содержания перечисленных легирующих элементов:
- для Cr, Co, Mn, Ni, Si, W - число четвертей процента (0,25 %);
- для Al, Cu, Mo, Ti, V - число десятых долей процента (0,1 %);
- для С, Р, S, N - сотых;
- для В - тысячных долей процента.
Например, сталь марки 36Cr Ni Mo 4 содержит 36/100 = 0,36% углерода С и 4/4 -1% хрома Сг, никеля 0,25%, молибдена 0,1%.
Вот примеры наиболее популярных элементов и их влияние на свойства сталей при их легировании.
Углерод (С) - элемент, в значительной степени определяющий механические свойства стали. Для изготовления крепежных деталей применяются стали, в которых процентное содержание углерода не превышает 0,5 %. С увеличением содержания углерода в стали увеличивается значение временного сопротивления разрыву или предел прочности на разрыв, но одновременно ограничиваются возможности холодной формовки (высадки). Если содержание углерода в стали больше чем 0,3 %, то такую сталь можно подвергать термообработке.
Никель (Ni) повышает закаливаемость, ударную вязкость при низких температурах и немагнитные свойства. 8% содержание никеля (Ni) и 18% - хрома (Cr) придаёт стали свойства нержавеющей.
Принимая во внимание аустенитную структуру стали, в метрической системе ее обозначают А2. Американские стандарты обозначают сталь А2 как 18.8, и такое обозначение некоторые ошибочно могут интерпретировать как предел прочности, например, болты из стали с классом прочности 18.8!!!
Хром (Сг). Введение в состав стали этого элемента увеличивает закаливаемость и предел прочности на разрыв. Присутствие в составе стали хрома в количестве, превышающем 12,5 %, дает основание квалифицировать сталь как нержавеющую.
Молибден (Мо) увеличивает закаливаемость и уменьшает хрупкость после отпуска. При добавлении молибдена сталь приобретает температурную прочность. Введение в сплав 2-3 % Мo в совокупности с 18% Cr и 12% Ni значительно увеличивает коррозионную стойкость стали. Аустенитная нержавеющая сталь такого состава применяется для изготовления крепежа в кислотоупорном исполнении, обозначение такой стали А 4.
Марганец (Mn) в низкоуглеродистых сталях обычно проявляется, также как и кремний, фосфор и сера, в виде примеси. Добавление марганца при варке стали способно увеличить ее прочность и твердость, а также износоустойчивость изделий из неё, однако при этом возникает чувствительность к перегреву и, как следствие, хрупкость при высоких температурах.
Титан (Ti) применяется в металлургии для стабилизации уровня так называемой внутрикристаллической коррозии в нержавеющих сталях. Такой же эффект наблюдается при введении тантала (Та) и необия (Nb).
Бор (В) - сравнительно новый легирующий элемент для стали, идущей на изготовление крепежа. Совсем небольшие количества его (0,002-0,003 % ) значительно улучшают твердость металла, что позволяет широко использовать холодную формовку при производстве закаленного крепежа из низкоуглеродистых сталей.
Цементированные сталиобладают относительно низким содержанием углерода и применяются для получения очень твердых и износоустойчивых поверхностей у крепежа при закалке с добавлением углерода. Такие стали используются при изготовлении винтов с нарезанной резьбой, самонарезных и самосверлящих винтов, а также шурупов для гипсокартона.
