Качественная конструкционная сталь — это не маркетинговый эпитет, а конкретная категория по ГОСТ: сталь с пониженным содержанием серы и фосфора и гарантированными механическими свойствами после термообработки. К ней относятся углеродистые марки 20, 35, 45 по ГОСТ 1050-2013 и легированные марки вроде 40Х по ГОСТ 4543-2016. Разберём, чем эти марки отличаются друг от друга, какие механические свойства дают после закалки и нормализации и как выбрать сталь под конкретную деталь.
Мы поставляем прокат качественных и легированных сталей в Санкт-Петербурге и Ленобласти и регулярно отгружаем круг и шестигранник машиностроительным предприятиям, которые делают валы, оси и крепёж. В статье собрали практику выбора марки — без воды и без придуманных цифр.
Коротко:
- Качественная сталь по ГОСТ 1050-2013 содержит не более 0,035% серы и 0,030% фосфора — меньше, чем сталь обычного качества (Ст3 по ГОСТ 380, до 0,050% S и 0,040% P).
- Марки 20, 35, 45 — нелегированная углеродистая сталь: чем выше цифра в марке, тем больше углерода и выше прочность, но ниже свариваемость и пластичность.
- Сталь 40Х — легированная хромом (0,8–1,1%) сталь по ГОСТ 4543-2016, после закалки с отпуском прочнее стали 45 почти в 1,6 раза.
- Механические свойства зависят не только от марки, но и от термообработки: одна и та же сталь 45 после отжига и после улучшения различается по прочности почти вдвое.
- Сталь 40Х не относится к нержавеющим — 0,8–1,1% хрома повышают прокаливаемость и прочность, но для коррозионной стойкости нужно от 12% хрома.
Чем качественная сталь отличается от стали обычного качества
Качественная сталь отличается от стали обычного качества (Ст3 и аналогов) более жёстким контролем вредных примесей — серы и фосфора — и тем, что ГОСТ нормирует для неё не только химический состав, но и механические свойства после конкретного режима термообработки. Это и есть качественная конструкционная сталь в строгом смысле слова.
По содержанию серы и фосфора сталь делят на четыре группы. У стали обычного качества (ГОСТ 380, например Ст3) допускается до 0,050% серы и 0,040% фосфора. У качественной стали по ГОСТ 1050-2013 (марки 20, 35, 45) — не более 0,035% серы и 0,030% фосфора. Высококачественная сталь — с буквой «А» в марке (например 40ХА по ГОСТ 4543-2016) — не более 0,025% серы и 0,025% фосфора. Особовысококачественная сталь электрошлакового переплава — с буквой «Ш» (40ХШ) — не более 0,015% серы и 0,025% фосфора. Чем меньше серы и фосфора, тем выше пластичность и ударная вязкость, особенно на морозе.
На практике для деталей машиностроения (валы, шестерни, оси) обычно достаточно рядовой качественной стали без буквы «А» — высококачественную берут под ответственные нагруженные узлы, где критична стабильность свойств по сечению и партии.
Сталь 20, 35, 45 — углеродистая качественная сталь по ГОСТ 1050-2013
Марки 20, 35 и 45 — это нелегированная качественная конструкционная сталь по ГОСТ 1050-2013, которая отличается друг от друга в первую очередь долей углерода: цифра в марке показывает его среднее содержание в сотых долях процента. У стали 20 — около 0,20% углерода, у стали 45 — около 0,45%. С ростом углерода растёт прочность и твёрдость, но падают пластичность и свариваемость.
| Марка | Углерод, % | σв, МПа, не менее | σт, МПа, не менее | δ5, %, не менее | Состояние |
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 0,17–0,24 | 410 | 245 | 25 | нормализация |
| 35 | 0,32–0,40 | 530 | 315 | 20 | нормализация |
| 45 | 0,42–0,50 | 600 | 355 | 16 | нормализация |
Данные приведены для горячекатаного и калиброванного проката после нормализации по ГОСТ 1050-2013; конкретные значения зависят от сечения и состояния поставки, поэтому для ответственных расчётов цифры нужно сверять с сертификатом на партию.
Сталь 20 почти не упрочняется термообработкой из-за низкого углерода, зато хорошо цементируется — её берут под детали, которым нужна твёрдая поверхность при вязкой сердцевине: шестерни, втулки, пальцы, а также бесшовные трубы и детали, работающие под давлением при температуре до 350 °C. Сталь 35 — промежуточный вариант для малонагруженных деталей: эксцентриков, осей, крепежа. Сталь 45 — самая ходовая марка качественной стали в машиностроении: из неё делают валы-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шпиндели, зубчатые колёса — после нормализации, улучшения (закалка с высоким отпуском) или закалки ТВЧ по поверхности.
Нужен круг или шестигранник из качественной стали под конкретную деталь?
Подобрать марку и размерСталь 40Х — легированная конструкционная сталь по ГОСТ 4543-2016
Сталь 40Х — это легированная конструкционная сталь по ГОСТ 4543-2016: к углеродистой основе (0,36–0,44% C) добавлен хром 0,8–1,1%, а также кремний 0,17–0,37% и марганец 0,5–0,8%. Хром в таком количестве не делает сталь нержавеющей — для коррозионной стойкости нужно от 12% хрома, — но заметно повышает прокаливаемость и прочность после закалки.
| Параметр | Сталь 45 (улучшение) | Сталь 40Х (улучшение) |
|---|---|---|
| Режим термообработки | закалка 840 °C + отпуск | закалка 860 °C, масло + отпуск 500 °C |
| σв, МПа, не менее | 600–750* | 980 |
| σ0,2, МПа, не менее | 355–500* | 785 |
| δ5, %, не менее | 16* | 10 |
| KCU, Дж/см², не менее | 49* | 59 |
*Для стали 45 указан диапазон между нормализацией и полным улучшением — точные цифры зависят от диаметра заготовки и режима отпуска. Данные для стали 40Х — для прутка диаметром 25 мм по ГОСТ 4543-2016.
За счёт хрома сталь 40Х после закалки с отпуском держит почти в 1,6 раза более высокий предел текучести, чем улучшенная сталь 45, при той же твёрдости поверхности после закалки ТВЧ. Из неё делают валы, оси, шатуны, кольца, зубчатые колёса и другие детали, которые работают с ударными и знакопеременными нагрузками и требуют прокаливаемости на большую глубину сечения, чем даёт углеродистая сталь 45.
Как термообработка меняет свойства одной и той же марки
Термообработка способна почти вдвое изменить прочность одной и той же марки, поэтому марка без указания состояния поставки мало что говорит о свойствах детали. Для стали 45 отжиг даёт твёрдость около 170 HB — удобно для резания, но прочность невысока; нормализация поднимает σв до 600 МПа и выше; улучшение (закалка с высоким отпуском) даёт лучшее сочетание прочности и вязкости для нагруженных узлов.
У стали 40Х, в отличие от углеродистой стали 45, хром заметно увеличивает прокаливаемость: деталь большего диаметра прокаливается на всю толщину, а не только по поверхности. Поэтому 40Х предпочтительна для валов и осей от 40–50 мм в диаметре, где сталь 45 после закалки получает твёрдую корку, но вязкую непрокалившуюся сердцевину.
Нужна резка круга или шестигранника в размер под чертёж?
Заказать металлообработкуСталь 20, 35, 45 или 40Х: как выбрать марку под задачу
Выбор марки качественной конструкционной стали зависит от нагрузки на деталь, способа термообработки и бюджета: чем выше требуемая прочность и прокаливаемость, тем дороже прокат и сложнее обработка.
| Марка | Свариваемость | Обрабатываемость резанием | Типовая деталь |
|---|---|---|---|
| 20 | хорошая | хорошая | трубы, крепёж, цементируемые шестерни |
| 35 | удовлетворительная | хорошая | оси, эксцентрики, малонагруженный крепёж |
| 45 | ограниченная | средняя | валы-шестерни, коленвалы, шпиндели |
| 40Х | не рекомендуется без подогрева | ниже средней | валы и оси большого диаметра, шатуны, кольца |
В нашей практике около 70–80% запросов на качественную конструкционную сталь от машиностроительных предприятий СПб и Ленобласти приходится на круг стали 45 диаметром 20–60 мм — это самая универсальная и доступная по цене марка. Сталь 40Х запрашивают точечно, под конкретный узел с повышенной нагрузкой: по нашим отгрузкам она в среднем на 20–30% дороже стали 45 того же диаметра — сказываются легирование хромом и более сложный режим термообработки на комбинате. Сталь 20 почти всегда заказывают под цементацию или трубный прокат, а не как универсальную конструкционную сталь.
В каком виде купить качественную конструкционную сталь в Санкт-Петербурге
Качественную конструкционную сталь поставляют в виде горячекатаного и калиброванного круга, шестигранника, квадрата и полосы — выбор формы проката зависит от того, как деталь будет обрабатываться дальше. Для токарной обработки на станках с ЧПУ удобнее калиброванный круг — он идёт с жёстким допуском по диаметру и не требует предварительной обдирки. Для деталей с гранями (гайки, головки болтов, ключи) используют шестигранник.
Мы поставляем круг стальной марок 20, 35, 45, 40Х и ряда других качественных и легированных сталей диаметром от 12 до 350 мм со склада в Санкт-Петербурге, с резкой в размер и доставкой по городу и области за 24 часа. На весь прокат — сертификат с указанием плавки.
Нужна точная цена на круг, квадрат или шестигранник вашего диаметра?
Получить прайс-листЧасто задаваемые вопросы
Чем качественная сталь отличается от обычной конструкционной стали (Ст3)?
Качественная сталь по ГОСТ 1050-2013 содержит не более 0,035% серы и 0,030% фосфора против до 0,050% серы и 0,040% фосфора у стали обычного качества (Ст3, ГОСТ 380). Кроме того, для качественной стали ГОСТ нормирует механические свойства после конкретной термообработки, а не только химический состав.
Какая сталь прочнее: 45 или 40Х?
После закалки с отпуском сталь 40Х прочнее улучшенной стали 45: предел текучести около 785 МПа против 355–500 МПа у стали 45. Разница обусловлена легированием хромом, который повышает прокаливаемость и позволяет получить более однородную структуру по сечению детали.
Можно ли сваривать сталь 45 и 40Х?
Сталь 45 сваривается ограниченно и требует подогрева и последующей термообработки шва из-за повышенного содержания углерода. Сталь 40Х сваривать без подогрева не рекомендуется — риск трещин в зоне термического влияния высок. Для сварных конструкций обычно выбирают низкоуглеродистые или низколегированные стали, например Ст3 или 09Г2С.
Для чего применяется сталь 20?
Сталь 20 применяется для деталей, работающих под давлением при температуре до 350 °C (трубы, коллекторы), крепежа, а также деталей, которые подвергаются цементации — валиков, втулок, пальцев, шестерён с твёрдой поверхностью и вязкой сердцевиной.
Что означает буква «Х» в марке 40Х?
Буква «Х» в марке 40Х означает легирование хромом — его содержание по ГОСТ 4543-2016 составляет 0,8–1,1%. Цифра 40 перед буквой — среднее содержание углерода 0,40%. Хром в такой концентрации повышает прокаливаемость и прочность, но не делает сталь нержавеющей.
Нужна ли термообработка кругу из стали 45 перед использованием?
Зависит от задачи: если деталь только обрабатывается резанием, достаточно отожжённого состояния с твёрдостью около 170 HB. Если деталь будет нести нагрузку — вал, шестерня, шпиндель — после механической обработки требуется нормализация, улучшение или закалка ТВЧ по рабочим поверхностям.
В каком виде продаётся качественная конструкционная сталь на складе?
Качественная конструкционная сталь поставляется в виде горячекатаного круга, калиброванного круга, шестигранника, квадрата и полосы. ЛенСпецСталь отгружает круг диаметром от 12 до 350 мм марок 20, 35, 45, 40Х и других сталей со склада в Санкт-Петербурге с резкой в размер.
