Сталь 10

Марка стали 10 (заменители 08, 15, 08кп) Класс: Сталь конструкционная углеродистая качественная Вид поставки (ГОСТ сталь 10): сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, Круг: ГОСТ 2590-2006, Квадрат: ГОСТ 2591-2006, Шестигранник: ГОСТ 2879-2006, Уголок: ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, Швеллер: ГОСТ 8240-97, Балка: ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 10702-78, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77. Лист толстый: ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77. Полоса ГОСТ 1577-93, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 17305-91, ГОСТ 5663-79. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 10704-91, ГОСТ 1060-83, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Использование в промышленности: детали, работающие при температуре от -40 до 450 °С, к которым предъявляются требования высокой пластичности, после химико-термической люработки - детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности сердцевины.

Химический состав в % стали марки 10
C	0,07 - 0,14
Si	0,17 - 0,37
Mn	0,35 - 0,65
Ni	до 0,25
S	до 0,04
P	до 0,035
Cr	до 0,15
Cu	до 0,25
As	до 0,08
Fe	~98

Зарубежные аналоги марки стали 10
США	1010, 1012, 1110, C1010, Gr.A, M1010, M1012
Германия	1.0301, 1.0305, 1.0308, 1.1121, C10, C10E, Ck10, St35, ST35-8
Япония	S10C, S12C, S9CK, SASM1, STB340, STKM12A, SWMR
Франция	AF34, AF34C10, C10, C10RR, XC10
Англия	040A10, 040A12, 045M10, 10CS, 10HS, 1449-10CS, CFS3, CS10
Евросоюз	1.1121, 2C10, C10, C10D, C10E
Италия	1C10, 2C10, C10, C14, Fe360
Испания	F.1511
Китай	10
Швеция	1233, 1265
Болгария	10
Венгрия	C10
Польша	10, K10, R35
Румыния	OLC10
Чехия	11353, 12010, 12021
Швейцария	C10

Дополнительная информация и свойства

Удельный вес: 7856 кг/м3 Твердость материала: HB 10 -1 = 143 МПа Температура критических точек: Ac1 = 732 , Ac3(Acm) = 870 , Ar3(Arcm) = 854 , Ar1 = 680 Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 99-107 и σв=450 МПа, К υ тв. спл=2,1 и Кυ б.ст=1,6 Температура ковки, °С: начала 1300, конца 700. Охлаждение на воздухе. Флокеночувствительность: не чувствительна. Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Механические свойства стали 10
ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	НВ, не более
1050-88	Сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации	335	31	55
10702-78	Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой: после отжига или отпуска после сферодизирующего отпуска нагартованная без термообработки	335-450 315-410 390	8	55 55 50	143 143 187
1577-93	Полосы нормализованные или горячекатаные	335	8	55
16523-70	Лист горячекатаный (образцы поперечные) Лист холоднокатаный (образцы поперечные)	295-410 295-410	24 25
4041-71	Лист термически обработанный 1-2й категории	295-420	32		117
8731-87	Трубы горячедеформированные термообработанные	355	24		137
8733-87	Трубы холодно- и теплодеформированные термообработанные	345	24		137
	Цементация 920-950 °С. Закалка 790-810 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.	390	25	55	сердц. 137 поверхн. 57-63

Механические свойства стали 10 при повышенных температурах
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
нормализация 900-920 °С
20	260	420	32	69	221
200	220	485	20	55	176
300	175	515	23	55	142
400	170	355	24	70	98
500	160	255	19	63	78

Предел выносливости стали 10
σ-1, МПА	J-1, МПА	n	Термообработка
157-216	51	106	Нормализация 900-920 °C σ4001/10000=108 МПа, σ4001/100000=78 МПа, σ4501/10000=69 МПа, σ4501/100000=44 МПа,

Ударная вязкость стали 10 KCU, (Дж/см2)
Т= +20 °С	Т= -20(-30) °С	Т= -40(-50) °С	Т= -60 °С	Термообработка (пруток 35 мм)
235 73-265 59-245	196 203-216 49-174	157 179 45-83	78 19-42	Отсутствует Нормализация Отжиг

Прокаливаемость стали 10 (ГОСТ 4543-71)
Расстояние от торца, мм				Примечание
1,5	3	4,5	6
31	29	26	20,5	Твердость для полос прокаливаемости, HRC

Физические свойства стали 10
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	2.1			7856		140
100	2.03	12.4	57	7832	494	190
200	1.99	13.2	53	7800	532	263
300	1.9	13.9	49.6	7765	565	352
400	1.82	14.5	45	7730	611	458
500	1.72	14.85	39.9	7692	682	584
600	1.6	15.1	35.7	7653	770	734
700		15.2	32	7613	857	905
800		12.05	29	7582	875	1081
900		14.08	27	7594	795	1130
1000		12.6			666
1100		14.4			668

Расшифровка марки стали 10: цифра 10 означает, что это конструкционная сталь и в среднем в марке содержится 0,10% углерода, а остальные примеси незначительны.

Особенности конструкционной стали марки 10: среди различных методов механико-термической обработки, направленных на получение оптимальной субструктуры, обеспечивающей повышение сопротивления ползучести и жаропрочности металлов и сплавов, наибольший эффект улучшения свойств железа и стали получен в результате так называемой многократной механико-термической обработки (ММТО). Последняя заключается в многократном деформировании металла растяжением на полную длину площадки текучести, чередующемся со старением при 100-200° С (для железа и его сплавов). ММТО снижает скорость ползучести стали 10 при 400° С на несколько порядков и значительно повышает кратковременную прочность (предел текучести в 2,5 раза, предел прочности на 65-70%) в сравнении с отожженным состоянием.

Наблюдаемые эффекты авторы объясняют созданием в результате ММТО стабильной дислокационной структуры благодаря последовательному блокированию атмосферами Коттрелла приграничных дислокационных скоплений высокой плотности, возникающих после каждого цикла обработки.

В связи с эффективным влиянием ММТО на сопротивление ползучести и механические свойства ОЦК металлов было исследовано изменение сопротивления микропластическим деформациям углеродистой стали после этой обработки.

ММТО проводили на цилиндрических образцах при растяжении и сжатии, а также при растяжении на листовых образцах толщиной 0,5 мм. Из последних затем вырезали образцы для релаксационных испытаний при чистом изгибе. Помимо режима ММТО с промежуточным старением при 200° С в качестве оптимального, была исследована эффективность ММТО с дополнительным дорекристаллизационным отжигом при различных температурах.

В сравнении с исходным состоянием после трехкратной деформации на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С существенно повышаются предел упругости и предел текучести (до 60%) при незначительном увеличении предела прочности (на 6%).

Наибольшее повышение предела упругости наблюдается после дополнительного отжига образцов при 300° С (для стали 10) и 370° С (для стали 35). При этом предел упругости возрастает почти в 2 раза по сравнению со значениями после ММТО. Пределы текучести и прочности не изменяются. Повышение температуры дополнительного отжига после ММТО до 500° С приводит к понижению предела упругости в сравнении с оптимальными значениями.

Примечание. В числителе приведены значения напряжений для стали 10, в знаменателе - для стали 35.

Исследование релаксационной стойкости методом свободного изгиба показало, что образцы, подвергнутые ММТО, обладают более низкой релаксационной стойкостью при 150° С, чем в исходном состоянии (после отжига). Дополнительный отжиг образцов после ММТО при 300-500° С позволяет резко повысить релаксационную стойкость сталей 10 и 35. Падение напряжений в образцах за 3000 ч после дополнительного отжига при 400° С для стали 10 и при 500° С для стали 35 уменьшается в 10-30 раз в сравнении с образцами после ММТО без дополнительного отжига. При этом максимальная релаксационная стойкость получена при несколько более высоких температурах дополнительного отжига после ММТО, чем максимальные значения предела упругости.

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить, что низкая релаксационная стойкость образцов после ММТО связана с недостаточной стабильностью тонкой структуры металла. Дополнительный дорекристаллизационный отжиг после ММТО позволяет более полно стабилизировать структуру и, таким образом, резко повысить сопротивление металла микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях.

Исследование амплитудно-зависимого внутреннего трения подтвердило это предположение.

После дополнительного отжига понижается фон внутреннего трения и величина критической амплитуды. Для стали 10 величина последней составляет:

Более низкий фон внутреннего трения и большая величина критической амплитуды деформации после дополнительного отжига образцов свидетельствуют о том, что получена более стабильная дислокационная структура, чем после ММТО (без дополнительного отжига).

Известно, что при деформационном упрочнении металлов проявляется эффект Баушингера, заключающийся в снижении сопротивления течению при перемене направления деформирования.

Для оценки зависимости свойств от направления деформации в процессе ММТО были исследованы свойства углеродистой стали при растяжении после упрочнения как растяжением, так и сжатием, т. е. испытания образцов проводили в направлении, соответствующем и противоположном деформированию при упрочнении.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о сильной зависимости свойств образцов сталей 35 и 10 после ММТО от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. После трехкратной деформации растяжением на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С пределы упругости и текучести возрастают более чем в 1,5 раза в сравнении с исходным состоянием. После трехкратной деформации сжатием также с промежуточным старением при 200° С предел упругости и механические свойства образцов из стали 35 практически остаются без изменения, а предел упругости образцов из стали 10 понижается в сравнении с исходным состоянием.

Промежуточное старение при ММТО (при 200° С) мало изменяет указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. Эта зависимость одинаково четко проявляется на образцах после трехкратной деформации без промежуточного старения и с промежуточным старением.

Проведение дополнительного отжига после ММТО, стабилизируя тонкую структуру, а также снимая локальные перенапряжения в микрообъемах и их направленность, частично ликвидирует указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. В связи с этим после упрочнения при ММТО с дополнительным отжигом значительно повышаются предел упругости и релаксационная стойкость в сравнении с образцами без дополнительного отжига.

Таким образом, исследования показали, что посредством ММТО можно значительно повысить сопротивление стали микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях. Однако в отличие от режима ММТО, являющегося оптимальным для повышения характеристик жаропрочности, усталости и статической прочности, режим ММТО для повышения сопротивления микропластическим деформациям должен быть откорректирован в направлении дальнейшего повышения степени стабильности структуры металла. В частности, для сталей 10 и 35 проведение после ММТО дополнительного отжига при 300-500° С позволяет более полно стабилизировать тонкую структуру и значительно повысить характеристики сопротивления микропластическим деформациям металла.

По-видимому, для получения высоких показателей сопротивления микропластическим деформациям недостаточно обеспечить только блокирование дислокационных скоплений, возникающих при ММТО с промежуточным старением при 100-200° С, а необходимо произвести перераспределение дислокаций в этих скоплениях в энергетически более выгодные положения посредством более полного отдыха.