Состав и свойства конструкционных углеродистых сталей

В сварочной технике в зависимости от содержания углерода конструкционные углеродистые стали условно разделяют на три группы: низко-, средне- и высокоуглеродистые содержанием соответственно до 0,25; 0,26…0,45 и 0,46…0,75 % С. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40…+425°С. Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от ее плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться.

Углерод является основным легирующим элементом углеродистых конструкционных сталях и определяет их механические свойства. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет получение равнопрочного сварного соединения без дефектов. По качественному признаку углеродистые стали разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую — кп, полуспокойную — пс спокойную — сп. Кипящая сталь, содержащая ≤0,07 % Si, получается при неполном раскислении металла марганцем. Она характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения серы фосфора по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне (ОШЗ). Кипящая сталь склонна к старению ОШЗ и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах. Спокойные стали получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат ≥O, 12 % Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и слабее реагируют на сварочный нагрев. Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из нее конструкции также не подвергают последующей термической обработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 4543-71, 5520-79 и 5521-93 (табл. 01_001).

Углеродистую сталь обыкновенного качества в соответствии с ГОСТ 380-94 подразделяют на три группы. Сталь группы А поставляют по механическим свойствам и для производства сварных конструкций не используют (группу А в обозначении стали не указывают, например Ст3). Сталь группы Б поставляют по химическому составу, а группы В — по химическому составу и механическим свойствам. Перед обозначением марок этих сталей указывают их группу, например БСт3, ВСт3. Полуспокойную сталь марок 3 и 5 производят обычным и повышенным содержанием марганца (после номера марки ставят букву Г (см. табл. 01-001). Стали ВСт1 — ВСт3 всех степеней раскисления и сталь ВСт3Гпс, также стали БСт1 — БСт3 всех степеней раскисления и сталь БСт3Гпс (по требованиям заказчика) поставляются с гарантией свариваемости. Для ответственных конструкций используют сталь группы B.

 Углеродистую качественную сталь с нормальным (марки 10, 15 20) и повышенным (марки 15Г 20Г) содержанием марганца поставляют в соответствии ГОСТ 1050-88 и 4543-71. Она содержит пониженное количество серы. Стали этой группы применяют для изготовления конструкций в горячекатаном состоянии и в меньшем объеме после нормализации или закалки отпуском (термоупрочнение). Механические свойства этих сталей зависят от термической обработки. Сварные конструкции, изготовленные из них, для повышения прочностных свойств можно подвергать последуюшей термической обработке. Механические свойства некоторых углеродистых сталей обычного качества и качественных сталей приведены табл. 001-02 и 001-03.

Углеродистые стали марок ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 15Г, 20Г с повышенным содержанием марганца по свариваемости следует отнести к низколегированным конструкционным сталям. Легирующие элементы, вводимые в сталь, образуя с железом, углеродом и другими элементами твердые растворы и химические соединения, изменяют их свойства. Это повышает механические свойства стали и, в частности, снижает ее порог хладноломкости. В результате появляется возможность снизить массу конструкции.