Сталь 45 – химический состав, расшифровка, виды поставки, аналоги

Сталь 45 – популярный материал для изготовления деталей механизмов, требующих повышенной прочности и износостойкости. Сплав улучшается с помощью термической обработки, что существенно продлевает срок службы изделий. Применяется при высоких температурах (до 200С без потери свойств). В строительстве используется ограниченно в виду затрудненной свариваемости и чувствительности к коррозии.

Общие данные

Сталь 45 – углеродистая конструкционная нелегированная специальная качественная сталь. Основные элементы – углерод и железо. Легирующие добавки отсутствуют. По содержанию серы и фосфора в составе сталь 45 соответствует качественным сталям. Степень раскисления – спокойная. Сталь 45 не является устойчивой к коррозии или средам с повышенной кислотностью, эксплуатация в условиях повышенной влажности затруднена, требуется защитное покрытие.

Расшифровка

Маркировка стали 45 содержит в себе информацию об активном химическом составе, качестве материала по содержанию вредных примесей и степени раскисления.

Слово «сталь» означает, что сплав относится к качественным. Качество сплава определяется по уровню содержания серы и фосфора в составе. Сера и фосфор относятся к вредным примесям, они образуют с железом нежелательные соединения, которые пагубно влияют на целостность структуры металла, приводят к повышенной хрупкости при высоких и низких температурах (красноломкость и хладноломкость), отрицательно влияют на общие свойства металла. Чем меньше фосфора и серы в составе стали, тем выше качество. По качеству различают сплавы:

• обыкновенного качества (ст);
• качественные (сталь);
• высококачественные (А);
• особо высококачественные (Ш).

Число 45 указывает на процент содержания углерода в сотых долях (0.45%). Углерод является главным структурообразующим элементом в нелегированных углеродистых сталях. Регулируя содержание углерода, можно добиться значительной разницы в свойствах сплава. Высокое содержание углерода придает стали прочность и твердость, но снижает пластичность и ударную вязкость. Высокоуглеродистые стали отлично выдерживают статические нагрузки, не склонны к деформированию, демонстрируют высокие показатели прочности и лучше всего подходят для изготовления жестких строительных конструкций, например, несущих ферм. Стали с низким содержанием углерода больше подходят для конструкций, подвергающихся ударным нагрузкам, т.к. они не склонны к ломкости, демонстрируют высокие показатели текучести, ударной вязкости и упругости. В обработке лучше всего показывают себя стали с низким содержанием углерода, они лучше свариваются, режутся и гнутся, менее склонны к хрупкости, ломкости, образованию трещин.

Сп (в данном случае не указывается) означает спокойное состояние стали в результате высокой степени раскисления. Раскислением называется процесс вывода газов (главным образом кислорода и азота) на этапе затвердевания сплава. Чем выше уровень раскисления, тем меньше пузырьков и газовых раковин образуется на поверхности и в структуре металла в процессе его производства. Наименее пористой структурой обладают спокойные сплавы (сп или без индекса), средний показатель пористости - у полуспокойных (пс), наибольшее число пузырьков – у кипящих сплавов (кп). Раскисление обеспечивается с помощью ввода в состав добавки-раскислителя, который связывает нежелательные элементы, препятствуя газообразованию. Чаще всего используются марганец и кремний.

В состав сплава 45 входят химические элементы, не указанные в маркировке, их количество незначительно и никак не влияет на свойства металла.

Применение

Ассортимент изделий, изготавливаемых из стали марки 45 весьма широк, это обусловлено свойствами металла, простотой производства и распространенностью на отечественном рынке. Из этой стали производят детали повышенной прочности, такие как:

• цилиндры;
• шпиндели;
• кулачки;
• бандажи;
• цапфы;
• скалки насосов;
• штифты;
• фиксаторы и шпонки буровых станков;
• упорный винт;
• цепные колеса буровых лебедок;
• шестерни конические и обыкновенные;
• ролики превентора;
• переводники для труб бурильных и рабочих;
• корпуса колонковых долот;
• стволы и переводники вертлюгов;
• компрессоры;
• роторы;
• пальцы крейцкопфов грязевых насосов;
• валы центробежных насосов;
• штоки грязевых насосов;
• муфты насосных штанг;
• валы шестерни.

Основными потребителями стали 45 являются нефтедобывающая, горноперерабатывающая, машиностроительная отрасли.

Достоинства и недостатки

Каждый сплав обладает индивидуальными характеристиками, наиболее востребованными в основной сфере его применения. Универсальные сплавы встречаются достаточно редко, при этом универсальностью принято называть удачное соотношение цена-качество по сравнению с аналогами, а не широту свойств материала. Достоинства и недостатки стали 45 определяют ее положение на рынке, специфику применения и очерчивают круг задач, решаемых с ее помощью.

Плюсы:

1. устойчивость к интенсивным нагрузкам, ударам и трению;
2. возможность эксплуатации при тяжелых погодных условиях;
3. высокий предел выносливости;
4. хорошая переносимость перепада температур;
5. невысокая стоимость производства;
6. простота механической обработки;
7. невысокая чувствительность к флокенам;
8. не подвержена отпускной хрупкости;
9. сохраняет свойства при температурах до 600С.

Минусы:

1. теряет прочность при нагреве выше 200С;
2. свариваемость ограничена;
3. материал подвержен коррозии.

Зачем проводить закалку

Назначение процедуры закалки – улучшить характеристики внешнего слоя металла и продлить таким образом срок службы изделия. Благодаря закалки сталь приобретает следующие качества:

1. Повышенные твердость и прочность. Позволяют нагруженным деталям, например, пружинам и рессорам, выдерживать большие нагрузки.
2. Повышенная износостойкость. Позволяет продлить срок службы деталей, уменьая истирание или усталость.
3. Отсутствие хрупкости после термообработки. Т.к. закалке подвергается только поверхность изделия, середина остается мягкой.

Ценообразование

Стоимость лома стали 45 выше, чем у чугунов, но ниже, чем у нержавеек и цветных металлов. Она варьируется в районе 13 тыс. рублей за тонну. На образование цены влияют:

• сотировки лондонской биржи черных металлов;
• спрос и предложение конкретно в вашем городе;
• чистота металла – наличие ржавчины, процент содержания серы, фосфора и других нежелательных примесей;
• вид и размеры лома;
• объемы закупки и способ оплаты.

Структурный состав

По структуре сталь 45 относится к перлитному классу в нормализованном виде, как и все нелегированные углеродистые стали и стали с низким содержанием легирующих элементов. Легированные стали относятся к мартенситному и аутенитному классам, в зависимости от концентрации добавок.

Содержание примесей

Содержание серы и фосфора в стали 45 не может превышать 0.035% для фосфора и 0.04% для серы. Эти показатели соответствуют качественной стали или среднему уровню содержания нежелательных примесей. Для сталей обыкновенного качества эти показатели равны 0.04% и 0.05%; для высококачественных сталей – 0.025% для обеих примесей; для особо высококачественных сталей – 0.025% и 0.015%.

Виды поставки

ГОСТ  51245-99;
B03 - Обработка металлов давлением. Поковки	ГОСТ  8479-70;
В22 - Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ  5422-73;   ГОСТ  2591-2006;   ГОСТ  2879-2006;   ГОСТ  9234-74;   ГОСТ  8319.0-75;   ГОСТ  11474-76;   ГОСТ  1133-71;   ГОСТ  8320.0-83;   ГОСТ  2590-2006;
В23 - Листы и полосы	ГОСТ  82-70;   ГОСТ  14918-80;   ГОСТ  19903-74;   ГОСТ  16523-97;   ГОСТ  103-2006;
В24 - Ленты	ГОСТ  3560-73;
В32 - Сортовой и фасонный прокат	ГОСТ  8560-78;   ГОСТ  1050-88;   ГОСТ  14955-77;   ГОСТ  10702-78;   ГОСТ  1051-73;   ГОСТ  8559-75;   ГОСТ  7417-75;
В33 - Листы и полосы	ГОСТ  4405-75;   ГОСТ  1577-93;
В34 - Ленты	ГОСТ  2284-79;
В62 - Трубы стальные и соединительные части к ним	ГОСТ  8645-68;   ГОСТ  8642-68;   ГОСТ  20295-85;   ГОСТ  8644-68;   ГОСТ  12132-66;   ГОСТ  23270-89;   ГОСТ  9567-75;   ГОСТ  8646-68;   ГОСТ  13663-86;   ГОСТ  24950-81;   ГОСТ  8638-57;   ГОСТ  21729-76;   ГОСТ  53383-2009;   ГОСТ  3262-75;   ГОСТ  8734-75;   ГОСТ  8639-82;   ГОСТ  8731-87;   ГОСТ  8732-78;   ГОСТ  8733-74;
В71 - Проволока стальная низкоуглеродистая	ГОСТ  1526-81;   ГОСТ  5663-79;   ГОСТ  792-67;
В72 - Проволока стальная средне- и высокоуглеродистая	ГОСТ  9389-75;   ГОСТ  9850-72;   ГОСТ  3920-70;   ГОСТ  3110-74;   ГОСТ  7372-79;   ГОСТ  9161-85;   ГОСТ  26366-84;
В76 - Сетки металлические	ГОСТ  3306-88;   ГОСТ  51568-99;

Аналоги и заменители

отечественные аналоги:

	Марка металлопроката		Заменитель
	45		40Х
			50
			50Г2
Зарубежные аналоги марки стали 45
США		1044, 1045, 1045H, G10420, G10430, G10440, G10450, M1044
Германия		1.0503, 1.1191, 1.1193, C45, C45E, C45R, Cf45, Ck45, Cm45, Cq45
Япония		S45C, S48C, SWRCH45K, SWRCH48K
Франция		1C45, 2C45, AF65, C40E, C45, C45E, C45RR, CC45, XC42H1, XC42H1TS, XC45, XC45H1, XC48, XC48H1
Англия		060A47, 080M, 080M46, 1449-50CS, 1449-50HS, 50HS, C45, C45E
Евросоюз		1.1191, 2C45, C45, C45E, C45EC, C46
Италия		1C45, C43, C45, C45E, C45R, C46
Бельгия		C45-1, C45-2, C46
Испания		C45, C45E, C45k, C48k, F.114, F.1140, F.1142
Китай		45, 45H, ML45, SM45, ZG310-570, ZGD345-570
Швеция		1650, 1672
Болгария		45, C45, C45E
Венгрия		A3, C45E
Польша		45
Румыния		OLC45, OLC45q, OLC45X
Чехия		12050, 12056
Австрия		C45SW
Австралия		1045, HK1042, K1042
Швейцария		C45, Ck45
Юж.Корея		SM45C, SM48C

Химический состав (по ГОСТ 1050-2013)

Химический элемент	%
Углерод (C)	0.42-0.50
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.25
Сера (S), не более	0.04

Механические свойства

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	δ, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Нормализация
200	340	690	10	36	64
300	255	710	22	44	66
400	225	560	21	65	55
500	175	370	23	67	39
600	78	215	33	90	59
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с.
700	140	170	43	96
800	64	110	58	98
900	54	76	62	100
1000	34	50	72	100
1100	22	34	81	100
1200	15	27	90	100

Механические свойства проката

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σB, МПа	δ5, %	δ4, %	ψ, %
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	25	600	16	40
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки	640	6	30
Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига	<590	40
Листы нормализованные и горячекатаные	80	590	18
Полосы нормализованные или горячекатаные	6-25	600	16	40
Лист горячекатаный	<2	550-690	14
Лист горячекатаный	2-3,9	550-690	15
Лист холоднокатаный	<2	550-690	15
Лист холоднокатаный	2-3,9	550-690	16

Механические свойства поковок

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	HB
Нормализация
100-300	245	470	19	42	143-179
300-500	245	470	17	35	143-179
500-800	245	470	15	30	143-179
<100	275	530	20	44	156-197
100-300	275	530	17	34	156-197
Закалка. Отпуск
300-500	275	530	15	29	156-197
Нормализация. Закалка. Отпуск.
<100	315	570	17	39	167-207
100-300	315	570	14	34	167-207
300-500	315	570	12	29	167-207
<100	345	590	18	59	174-217
100-300	345	590	17	54	174-217
<100	395	620	17	59	187-229

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 850 °С, вода. Образцы диаметром 15 мм
450	830	980	10	40	59
500	730	830	12	45	78
550	640	780	16	50	98
600	590	730	25	55	118
Закалка 840 °С, вода. Диаметр заготовки 60 мм
400	520-590	730-840	12-14	46-50	50-70	202-234
500	470-520	680-770	14-16	52-58	60-90	185-210
600	410-440	610-680	18-20	61-64	90-120	168-190

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Закалка 850 °С, отпуск 550 °С. Образцы вырезались из центра заготовок.
15	640	780	16	50	98
30	540	730	15	45	78
75	440	690	14	40	59
100	440	690	13	40	49

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 170-179 и sB = 640 МПа Kuтв.спл. = 1, Kuб.ст. = 1.

Склонность к отпускной способности

Не склонна.

Флокеночувствительность

Малочувствительна.

Технические характеристики

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	730
Ac3	755
Ar3	690
Ar1	780
Mn	350

Физические свойства

T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	2			7826
100	2.01	11.9	48	7799	473
200	1.93	12.7	47	7769	494
300	1.9	13.4	44	7735	515
400	1.72	14.1	41	7698	536
500		14.6	39	7662	583
600		14.9	36	7625	578
700		15.2	31	7587	611
800			27	7595	720
900			26		708

 

Резка

Исходные данные			Обрабатываемость резанием Ku
Состояние	HB, МПа	sB, МПа	твердый сплав	быстрорежущая сталь
горячекатаное	170–179	650	1,0	1.0

Твердость, Мпа

Сортамент	ГОСТ	HB 10-1
Трубы	8731–87	207
Прокат горячекатан.	1050–88	229
калиброван.нагартован.		241
калиброван.отожжен.		207
горячекатан. отожжен.		197