Механические свойства горячекатаного стального квадрата: анализ прочности, пластичности и других характеристик, влияющих на выбор материала

Стальной квадрат — изделие из стали с цельным профилем. По сути, это пруток с квадратным сечением. Горячекатаным его называют, т. к. при изготовлении используется методика прокатки металлов после воздействия высоких температур.

Технические характеристики стальных квадратов

Квадратный прокат бывает кратной мерной длины, а также в виде немерной заготовки.
От этого параметра зависит, какой материал будет использоваться:

• от 1 до 6 м — высоколегированная сталь;
• от 2 до 6 м — углеродистая/легированная сталь;
• до 12 м — обычная углеродистая или низколегированная сталь.

Предельные габариты прутка — 12 м при поперечном сечении от 0,6 до 20 см. Мерный прокат длиной 4-6 метров может идти с погрешностью до 50 мм. У изделий длиннее отклонение не должно превышать ±70 мм. Прокат поставляют в прутках, реже и по согласованию — в мотках.
Характеристики горячекатаных квадратов из стали должны соответствовать ГОСТ 2591-06. Ранее при изготовлении основным был ГОСТ 2591-88. Отдельно стоит уточнить, что данный металлопрокат не является сортовой заготовкой с квадратным сечением. Там используется другой ГОСТ и иные требования.

Механические свойства горячекатаного стального квадрата

Механические свойства описаны в ГОСТе 1050-2013. Характеристики легированных материалов регулируются ГОСТом 4543-2016, а с параметрами углеродистых сплавов можно ознакомиться в ГОСТе 535-2005.

Таблица требований с учетом марки сплава:

Марка сплава	Твердость (HB) базовая	Твердость (HB) после отжига	Временное сопротивление разрыву, H/мм2	Относительное удлинение, %	Относительное сужение, %	Ударная вязкость KCU (испытание при -40°C), Дж/см2
08	<=131	-	-	-	-	-
10	<=143	-	>=290	>=26	>=55	-
15	<=149	-	>=340	>=23	>=55	-
20	<=163	-	>=390	>=21	>=50	-
25	<=170	-	>=410	>=19	>=50	88
30	<=179	-	>=440	>=17	>=45	78
35	<=207	-	>=470	>=15	>=45	69
40	<=217	<=187	>=510	>=14	>=40	>=59
45	<=229	<=197	>=540	>=13	>=40	>=49
50	<=241	<=207	>=560	>=12	>=40	>=39
55	<=255	<=217	-	-	-	-
60	<=255	<=229	-	-	-	-

Технология горячей прокатки может приводить к незначительным отклонениям, в т. ч. механических свойств. Ключевая характеристика горячекатаных квадратов — хорошая пластичность при сохранении достаточной прочности.
Другим важным параметром является уровень отклонения. По ГОСТу квадраты изготавливают в форме прутков с обычной либо повышенной точностью. Дополнительно учитывается кривизна сечения, которую обозначают классом c I по IV. Чем выше этот параметр, тем строже требования (ТУ).

Материалы для изготовления горячекатаных прутков и их свойства

Зачастую производители используют углеродистую сталь марки Ст3. Хотя в зависимости от области применения квадраты могут делать из нержавеющей, конструкционной или инструментальной стали, а также производить оцинкованные версии.

Углеродистая сталь

Углеродистые сплавы — стандартный материал, который пользуется популярностью благодаря низкой цене и доступности.

Особенности:

• можно обрабатывать без предварительного разогрева;
• нет флокеночувствительности и отпускной хрупкости;
• оптимальное соотношение упругости, пластичности и твердости.
• хрупкость при колебании температур, т. к. сталь средне- или крупнозернистая;

К недостаткам относят относительно слабую устойчивость к коррозии. Прокат из углеродистой стали не подходит для эксплуатации в регионах с холодным климатом. Агрессивная среда негативно влияет на прочность, сокращая срок службы готового изделия.

Нержавеющая сталь

Нержавеющие сплавы делят на жаростойкие и коррозионностойкие марки. Первые отличаются устойчивостью к различным видам воздействия. Вторые практически не подвержены образованию ржавчины.

Характеристики:

• высокая износостойкость — не деформируются под давлением;
• допустима эксплуатация в суровых погодных/температурных условиях;
• устойчивость к воздействию температур, солей, щелочей, грязи, кислот и т. п.

Квадраты из нержавеющей стали нетребовательны к технологии сварки. Но если нужна долговечность, желательно выполнить предварительную термообработку.

Конструкционная сталь

В эту категорию входят сплавы, применяемые для изготовления разных конструкций.

Материал и свойства при этом могут сильно отличаться:

• углеродистая сталь — прокат высокой пластичности для изготовления неответственных элементов;
• легированный сталь — для производства жестких деталей, работающих под давлением и/или температурах от -70 до +425°С.

К популярным маркам относят 40ХН2МА и 38ХН3МА. Это легированные сплавы, которые не применимы к сварочным работам. Но их активно используют при создании болтов, шатунов, различных клапанов и других деталей, где важна прочность и надежность.

Инструментальная сталь

Для изготовления горячекатаных квадратов берут углеродистую или легированную сталь. Это может быть 5ХВ2С, Р6М5 или иная марка инструментального сплава, допустимая ГОСТом.

Характеристики:

• жаростойкость;
• максимальная прочность;
• устойчивость к ударным нагрузкам.

Прокат из инструментальной стали может стать заготовкой для пуансона и штампов сложной формы, ножей и иных режущих изделий, в т. ч. по металлу.

Стальные квадраты с оцинковкой

Оцинкованный горячекатаный квадрат — вид проката, который дополнительно обработали слоем цинка.

Покрытие служит как дополнительная защита от ржавчины и позволяет:

• продлить срок службы готового изделия;
• повысить устойчивость сплава к влажности и химическому воздействию.

Металлопрокат с цинковым покрытием используют при производстве деталей для различного оборудования и сантехники, а также в машино- и судостроении. Еще такой квадрат подходит для ремонта или декоративной отделки.