Стали 35 и 50: состав по ГОСТ 1050, свойства, термообработка и применение

Где 35 и 50 в линейке ГОСТ 1050

Число в марке — среднее содержание углерода в сотых долях процента. В линейке качественных сталей 35 стоит между сталью 20, которую берут под цементацию и сварку, и сталью 45 — основной маркой под улучшение. Сталь 50 — следующая ступень после 45, дальше идут уже пружинные стали вроде 65Г.

С ростом углерода растёт прочность после любой термообработки и твёрдость после закалки, но падают пластичность, ударная вязкость и свариваемость. Поэтому 35 выбирают, когда нужна вязкость при умеренной прочности, а 50 — когда важнее прочность и износостойкость. Про низкоуглеродистые марки — в статье «Стали 10 и 20», про 45 и её легированную альтернативу — в «Стали 45 и 40Х». Правила чтения марок — в «Маркировке сталей».

ГОСТ 1050-2013 действует с 1 января 2015 года и заменил ГОСТ 1050-88; по каталогу Росстандарта статус — «Действует».

Химический состав

Состав по ковшовой пробе — таблица 1 ГОСТ 1050-2013:

Кремний, марганец и примеси у 35, 45 и 50 одинаковы — различается только углерод. Пределы 45 и 50 перекрываются в диапазоне 0,47–0,50 %, поэтому сертификат на плавку говорит о металле больше, чем марка.

Механические свойства

После нормализации

Горячекатаный и кованый прокат поставляют без термообработки (п. 7.1.14), а свойства по умолчанию проверяют на нормализованных образцах (п. 7.1.17, таблица 4):

Для проката толщиной или диаметром свыше 80 до 180 мм допускается снижение удлинения на 2 % абс. и сужения на 5 % абс., свыше 180 мм — на 3 % и 10 % абс. (п. 7.1.17.1). По согласованию можно снизить σв на 20 Н/мм² при повышении удлинения на 2 % абс. (примечание к таблице 4).

После закалки с отпуском

Если свойства нужны в улучшенном состоянии, их заказывают по п. 7.2.42 (категория М5): образцы вырезают из заготовок после закалки с отпуском. Нормы таблицы 10 — для круглого проката:

Работа удара KU для стали 35 — не менее 25 Дж во всех трёх диапазонах; для стали 50 её определяют только для набора статистики. Ударную вязкость KCU на термообработанных образцах заказывают отдельно (п. 7.2.43, таблица 11): не менее 69 Дж/см² для 35 и 39 Дж/см² для 50.

Прокаливаемость: почему сечение решает

Таблица 10 наглядно показывает прокаливаемость углеродистой стали: у 35 норма σт падает с 430 до 315 Н/мм² при переходе от проката до 16 мм к прокату 40–100 мм, у 50 — с 520 до 400 Н/мм². Сердцевина крупной заготовки при закалке остывает медленнее и упрочняется меньше.

В учебном пособии ЛГТУ этот эффект описан на соседней стали 45: после закалки в воде в изделиях диаметром более 20–25 мм мартенсит образуется только в поверхностном слое толщиной до 2–4 мм. Для 35 и 50 механизм тот же — это нелегированные стали без элементов, повышающих прокаливаемость. Практический вывод: в крупном сечении улучшение даёт упрочнённый поверхностный слой, а не свойства по всему объёму. Если они нужны, переходят на легированную сталь — например, 40Х.

Термообработка

ГОСТ 1050 режимы закалки и отпуска для 35 и 50 не устанавливает. Ориентиры дают паспорта производителей ближайших европейских марок:

Для C35E паспорт DEW указывает критические точки Ac1 735 °C и Ac3 805 °C и отмечает, что смягчающий отжиг перед резкой ей не нужен из-за невысокой исходной прочности. Для C50E Saarstahl приводит смягчающий отжиг 680–710 °C с охлаждением с печью.

Нормы этих паспортов после закалки с отпуском совпадают с таблицей 10 ГОСТ 1050: для прутка до 16 мм у C35R — не менее 430 Н/мм² по пределу текучести и 630–780 Н/мм² по σв, у C50E — не менее 520 и 750–900 Н/мм². Но режим для конкретной детали всё равно подбирает термист под сечение и требуемую твёрдость. Виды отпуска и их назначение — в статье «Термообработка стали».

Под ТВЧ. Обе марки входят в перечень п. 7.2.29: прокат для деталей под закалку ТВЧ заказывают с ограниченным обезуглероженным слоем — не более 1,5 % диаметра или толщины на сторону (1С) или 0,5 % (2С). Для марок с углеродом от 0,30 % по нижнему пределу есть и промежуточный вариант — не более 1,0 % (3С, п. 7.2.30).

Твёрдость и обработка резанием

Твёрдость в состоянии поставки ограничена сверху (таблица 6), если её заказывают:

Для калиброванного проката таблица 9 даёт и прочность: у нагартованного σв не менее 590 Н/мм² для 35 и 660 Н/мм² для 50, у отожжённого — 470 и 560 Н/мм².

Для стали 50 горячекатаный прокат без термообработки может иметь до 241 НВ — черновую обработку сложной детали удобнее вести в отожжённом состоянии. Перевод НВ в HRC — в статье «Твёрдость HRC, HB, HV».

Сварка

ГОСТ 1050 свариваемость не нормирует. Оценим углеродный эквивалент по формуле ГОСТ 19281-2014:

При средних значениях углерода, марганца и кремния, без остаточных элементов, выходит около 0,48 % для 35 и 0,63 % для 50. На нижних пределах состава — 0,41 % и 0,56 %.

Пример. Сертификат на сталь 35 (условные значения): C 0,36; Mn 0,65; Si 0,27; Cr 0,10; Ni 0,10; Cu 0,15; V 0; P 0,020 %.

Cэкв = 0,36 + 0,108 + 0,011 + 0,020 + 0,003 + 0,012 + 0 + 0,010 ≈ 0,52 %.

Для сравнения: прокат с гарантией свариваемости по ГОСТ 19281 (п. 5.2.1.2) должен иметь Cэкв не выше 0,43 % для классов прочности 265–325, 0,46 % — для 345–375, 0,48 % — для 390 и 0,51 % — для 440. Сталь 35 на нижних пределах состава укладывается даже в самый строгий порог, при типичном составе с остаточными элементами — уже нет. Сталь 50 выше всех порогов при любом составе.

Отсюда практическая оценка:

• 35 — сварка с ограничениями. В паспорте Deutsche Edelstahlwerke на C35E сказано, что сталь сваривается трудно и в сварных конструкциях её применять не следует. Если приварить нужно, технологию с подогревом и, при необходимости, последующей термообработкой назначает технолог и проверяет на образцах.
• 50 — сварка ещё сложнее: эквивалент выше, чем у 35, при любом составе. Для ответственных соединений сварку обычно заменяют резьбовыми, шлицевыми или прессовыми соединениями.

Для сварных рам и кронштейнов выбирают стали вроде Ст3, 20 или 09Г2С.

Где применяют

Учебное пособие ЛГТУ разделяет качественные стали по нагрузке: из сталей 25, 30 и 35 делают средненагруженные шатуны, шестерни, валы и оси, а для высоконагруженных муфт, шестерён, пружин и пружинных колец применяют стали 50 и 55.

Если нужна упругость в сечении побольше, смотрите пружинные стали — 65Г и другие марки по ГОСТ 14959.

Как заказать металл

В заказе укажите:

• марку — 35 или 50;
• вид проката и сортамент — круг, квадрат, полоса со своим стандартом на размеры;
• что нормируется — свойства на нормализованных образцах по умолчанию или после закалки с отпуском (М5), ударную вязкость (КУВ1), твёрдость поставки, для стали 50 — твёрдость на закалённых образцах (ТВ4);
• обезуглероженный слой 1С, 2С или 3С, если деталь пойдёт под ТВЧ;
• состояние калиброванного проката — нагартованное или отожжённое.

При приёмке сверьте в документе о качестве фактический состав плавки и результаты испытаний по заказанным показателям. Массу круга или полосы посчитайте в калькуляторе массы металла.

Аналоги

Точных аналогов нет — сверяйте состав и нормы по стандартам.

SAE 1035 Saarstahl указывает как международное обозначение C35R, SAE 1049 и 1050 — как обозначения C50E. Японская S35C в паспорте DEW приведена в таблице соответствий для C35E. В конвертере марок стали для 35 и 50 заведены C35E, C50E и SAE 1035, 1050 с пометкой «ближайший»; для замены по чертежу сверяйтесь с таблицей выше и первоисточниками.