Конструкционные нелегированные литейные стали

Конструкционные нелегированные литейные стали для производства литых заготовок обеспечивают высокую конструкционную прочность деталей, что достигается оптимальным соотношением основных элементов, формирующими сплав (C, Si, Mn) и термической обработкой отливок.

Группы

ГОСТ 977-88 разделяет отливки из конструкционных нелегированных литейных сталей на три группы (см. табл. 1), в зависимости от назначения и требований предъявляемых к деталям.

Таблица 1: Группы отливок из конструкционных нелегированных литейных сталей по ГОСТ 977-88

Группа отливок	Назначение	Характеристика отливок	Перечень контролируемых показателей качества
I	Отливки общего назначения	Отливки для деталей, конфигурация и размеры которых определяются только конструктивными и технологическими соображениями	Внешний вид, размеры, химический состав
II	Отливки ответственного назначения	Отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках	Внешний вид, размеры, химический состав, механические свойства: предел текучести или временное сопротивление и относительное удлинение
III	Отливки особо ответственного назначения	Отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках	Внешний вид, размеры, химический состав, механические свойства: предел текучести или временное сопротивление, относительное удлинение и ударная вязкость

Примечания:

1. При необходимости введения дополнительных показателей, не предусмотренных табл. 1 для данной группы отливок, их наличие и соответствующие нормы должны быть указаны в КД и (или) НТД. По требованию потребителя в число дополнительных контролируемых показателей могут быть включены: твердость, излом металла, механические свойства для отливок со стенкой толщиной свыше 100 мм, механические свойства при пониженных и повышенных температурах, герметичность, микроструктура, плотность, коррозионная стойкость, жаростойкость, стойкость против межкристаллитной коррозии и другие.
   Для отливок 3-й группы, предназначенных для изделий, подлежащих приемке представителем заказчика, работающих при пониженных температурах и подвергающихся динамическим нагрузкам, при наличии указания в КД и (или) НТД ударная вязкость стали определяется при температуре минус 50 °С. Нормы ударной вязкости при этом указывают в КД и (или) НТД на конкретную продукцию.
2. Возможность установления в качестве нормируемого показателя относительного сужения вместо относительного удлинения указывается в КД и (или) НТД.
3. Возможность увеличения норм прочности при соответствующем снижении норм пластичности и вязкости указывают в КД и (или) НТД.
4. Нормы, возможность снижения уровня механических свойств на образцах, вырезанных из отливок, указывают в КД.
5. Для отливок 2-й и 3-й группы, предназначенных для изделий, подлежащих приемке представителем заказчика, заменять контролируемый показатель «Предел текучести» показателем «Временное сопротивление» допускается только по требованию представителя заказчика.
6. Группа отливок, марка стали, дополнительные контролируемые показатели и требования указывают в КД и (или) НТД. При поточно-массовом производстве разделение отливок по группам не производят, перечень контролируемых показателей указывают на чертеже отливки.

Химический состав

Химический состав конструкционных нелегированных литейных сталей является важнейшим показателем качества, определяющим марку стали, должен соответствовать требованиям ГОСТ 977-88, приведенным в табл. 2.

Таблица 2: Химический состав литейных конструкционных нелегированных сталей по ГОСТ 977-88

Марка	Массовая доля элемента, %
	С	Mn	Si	P	S
				не более
15Л	0,12-0,20	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
20Л	0,17-0,25	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
25Л	0,22-0,30	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
30Л	0,27-0,35	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
35Л	0,32-0,40	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
40Л	0,37-0,45	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
45Л	0,42-0,50	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3
50Л	0,47-0,55	0,45-0,90	0,20-0,52	См. табл. 3	См. табл. 3

Сера и фосфор являются вредными примесями, сера вызывает — «красноломкость» стали, фосфор снижает пластичность стали при комнатной температуре. В зависимости от группы стали (см. табл. 1) и состава футеровки плавильной печи, ГОСТ 977-88 ограничивает их содержание (см. табл. 3).

Таблица 3: Максимально допустимое содержание S и P в нелегрованных конструкционных литейных сталях по ГОСТ 977-88

Группа отливок	Массовая доля примесей в стали, %, не более
	S			P
	Основной	Кислой	Основной мартеновской	Основной	Кислой	Основной мартеновской
I	0,040	0,060	0,050	0,040	0,060	0,050
II	0,035	0,060	0,045	0,035	0,060	0,040
III	0,030	0,050	0,045	0,030	0,050	0,040

ГОСТ 977-88 регламентирует допустимые отклонения содержания легирующих элементов от нормы химического состава, которые приведены в табл. 4.

Таблица 4: Допустимые отклонения легирующих элементов от норм химического состава конструкционных сталей по ГОСТ 977-88

Химический элемент	Массовая доля элемента, %	Допускаемое отклонение, %
		для нижнего предела содержания	для верхнего предела содержания
C	До 0,12	—	+0,01
	Св. 0,12	-0,02	+0,02
Mn	До 0,90	-0,10	+0,10
	Св. 0,90 до 8,00	-0,12	+0,20
	Св. 8,00	-0,50	+0,50
Si	До 0,90	-0,10	+0,10
	Св. 0,90	-0,10	+0,20

Влияние основных элементов:

1. Кремний — незначительно влияет на микроструктуру и механические свойства нелегированной конструкционной стали, но как раскислитель он способствует улучшению литейных свойств.
2. Марганец — является раскислителем и десульфуратором стали, способствует повышению механических свойств и снижает «красноломкость». Сера, присутствующая в стали, образует с железом сульфид FeS и легкоплавкую эвтектику Fe-FeS, располагающуюся по границам зерен, что приводит к красноломкости и образованию горячих трещин. При вводе марганца в количестве %Mn >1,71 %S образуются тугоплавкие сульфиды MnS, располагающиеся в виде неметаллических включений внутри зерна, в результате чего красноломкость исчезает.
3. Содержание углерода в нелегированных конструкционных сталях определяет ее механические свойства: по мере повышения содержания углерода, возрастает прочность стали (предел прочности при растяжении и предел текучести), одновременно снижаются ее пластические свойства (относительное удлинение и ударную вязкость). Углерод в наибольшей степени влияет на формирование микроструктуры. С повышением содержания углерода увеличивается интервал кристаллизации стали, что влечет за собой повышение жидкотекучести, увеличению склонности к образованию усадочных раковин и ликвации.

Термическая обработка

Отливки из конструкционной нелегированной стали подвергаются термической обработке. Рекомендуемые режимы термической обработки приведены в табл. 5. ГОСТ 977-88 допускает по согласованию изготовителя с потребителем не производить термическую обработку отливок 1-й группы из конструкционных нелегированных сталей при обеспечении механических и специальных свойств стали технологией выплавки и формообразования. Число допустимых полных термических обработок отливок не должно быть более трех.

Таблица 5: Рекомендуемые режимы термической обработки отливок из конструкционной нелегированной стали по ГОСТ 977-88

Марка стали	Режим термической обработки
	Нормализация и отпуск		Заклка и отпуск
	Нормализация	Отпуск	Закалка	Отпуск
	Температура, °C
15Л	910-930 или 910-930	— 670-690	— —	— —
20Л	880-900 или 880-900	— 630-650	— —	— —
25Л	880-900	610-630	870-890	610-630
30Л	880-900	610-630	860-880	610-630
35Л	860-880	600-630	860-880	600-630
40Л	860-880	600-630	860-880	600-630
45Л	860-880	600-630	860-880	600-630
50Л	860-880	600-630	860-880	600-630

Механические свойства материала отливок

Механические свойства конструкционной нелегированной стали для производства отливоксо стенкой толщиной до 100 ммпри комнатной температуре после окончательной термической обработки должны соответствовать нормам ГОСТ 977-88, приведенным в табл. 6.

Таблица 6: Механические свойства материала отливок из литейной нелегированной конструкционной стали по ГОСТ 977-88

Марка стали	Категория прочности	Предел текучести, σТ, МПа	Временное сопротив- ление σB, МПа	Относи- тельное удлинение δ, %	Относи- тельное сужение ψ, %	Ударная вязкость KCU, кДж/м2
		Не менее
Нормализация или нормализация с отпуском
15Л	К20	196	392	24	35	491
20Л	К20	216	412	22	35	491
25Л	К20	235	441	19	30	392
30Л	К25	255	471	17	30	343
35Л	К25	275	491	15	25	343
40Л	К30	294	520	14	25	294
45Л	К30	314	540	12	20	294
50Л	К30	334	569	11	20	245
Закалка и отпуск
15Л	—	—	—	—	—	—
20Л	—	—	—	—	—	—
25Л	КТ30	294	491	22	33	343
30Л	КТ30	294	491	17	30	343
35Л	КТ35	343	540	16	20	294
40Л	КТ35	343	540	14	20	294
45Л	КТ40	392	589	10	20	245
50Л	КТ40	392	736	14	20	294

Литература

1. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. Бобылев А.В. М., «Металлургия», 1980. 296 с.
2. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1984. — 432 с., ил
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М. Машиностроение, 1988. — 272 с.: ил.
4. Энциклопедия неорганических материалов. В двух томах. К.: Высшая школа, 1977.
5. ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия».
6. Колачев Б.Ф., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Металлургия, 1981. 416 с.

Производители литья

1. Украинские производители отливок из конструкционных нелегированных сталей