Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
INNER — производство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
INNER
Контакты

Сталь 50: характеристики, химический состав, свойства по ГОСТ 1050-2013

Сталь 50: справочные таблицы

Широкие таблицы прокручиваются по горизонтали, первая колонка при этом остаётся на месте.

Таблица 1. Сталь 50: обозначение, класс и нормативные документы

ПараметрЗначениеДокумент
Марки50 и 50А (с пониженными серой и фосфором); только спокойныеГОСТ 1050-2013, табл. 1
Расшифровка«50» — средний углерод в сотых долях процента (около 0,50 %); «А» — пониженное содержание серы и фосфораГОСТ 1050-2013, табл. 1
КлассНелегированная специальнаяГОСТ 1050-2013, табл. 1
Твёрдость после закалкиНормируется по коду ТВ4: не менее 51 HRCП. 7.2.38, табл. 8
Нормы после улучшенияПо коду М5, сечения до 100 ммТабл. 10
Ударная вязкость после улучшенияПо коду КУВ1, не менее 39 Дж/см²Табл. 11
Прокат под закалку ТВЧОграничение обезуглероживания по кодам 1С, 2С, 3СПп. 7.2.29, 7.2.30
Полоса прокаливаемостиНе предусмотренаП. 7.2.52
Патентированная проволокаОсобый состав по марганцу и остаточным элементамП. 5.1.2
Прокат для холодной высадкиСталь 50 в перечне; нормирована твёрдость после термообработкиГОСТ 10702-2016

ГОСТ 1050-2013 действует с 01.01.2015 взамен ГОСТ 1050-88, с поправками. Требования раздела 7.2 действуют только при указании кода в заказе.

Таблица 2. Химический состав сталей 50 и 50А по ГОСТ 1050-2013, % масс.

Элемент50, ковшевая проба50А, ковшевая пробаОтклонение в прокате, табл. 350 в готовом прокате (расчёт)
Углерод C0,47–0,550,47–0,55±0,010,46–0,56
Кремний Si0,17–0,370,17–0,37±0,020,15–0,39
Марганец Mn0,50–0,800,50–0,80±0,030,47–0,83
Фосфор P≤0,030≤0,025+0,005≤0,035
Сера S≤0,035≤0,025+0,005≤0,040
Хром Cr≤0,25≤0,25—≤0,25
Никель Ni≤0,30≤0,30—≤0,30
Медь Cu≤0,30≤0,30—≤0,30
Мышьяк As≤0,08 (п. 5.1.8)—≤0,08

Азот — по способу выплавки (п. 5.1.1): от 0,008 % для конвертерной стали без внепечной обработки до 0,012 % для электростали. При выплавке из лома хром и никель допускаются до 0,40 % каждого с указанием в документе о качестве (п. 5.1.7). Для элементов, ограниченных только сверху, применяется лишь плюсовое отклонение.

Таблица 3. Опции состава стали 50 по заказу

Опция или случайТребование, %Пункт ГОСТ 1050-2013
Патентированная проволокаMn 0,30–0,60; Ni ≤0,15; Cr ≤0,15; Cu ≤0,20 (указывается в заказе)5.1.2
Сера в диапазонеS 0,020–0,0407.2.7
Пониженные сера и фосфор, вариант 1S ≤0,015 и P ≤0,0157.2.8
Пониженные сера и фосфор, вариант 2S ≤0,025 и P ≤0,0257.2.9
Ограничение остаточных элементовCr, Ni, Cu ≤0,15 каждого7.2.14
Гарантия свариваемостиУглеродный эквивалент и формулу согласуют в заказе (код ГС)7.2.18

Пределы серы и фосфора по опции 7.2.9 (не более 0,025 %) совпадают с нормой марки 50А; разница в том, что 50А — самостоятельная марка таблицы 1, а опция применяется к стали 50 по заказу.

Таблица 4. Механические свойства стали 50 после нормализации по ГОСТ 1050-2013, не менее

ПоказательДо 80 ммСв. 80 до 180 ммСв. 180 ммПо согласованию
Предел текучести σт, Н/мм²375375375375
Временное сопротивление σв, Н/мм²630630630610
Относительное удлинение δ5, %14121116
Относительное сужение ψ, %40353040

Нормы — табл. 4 (код М1). Снижение пластичности для крупных сечений — п. 7.1.17.1; колонка «По согласованию» — примечание к табл. 4 (σв на 20 Н/мм² ниже при удлинении на 2 % выше). Значения в колонках рассчитаны по этим правилам. Образцы — от нормализованных заготовок 20–25 мм.

Таблица 5. Твёрдость стали 50 в состоянии поставки, HB, не более

Состояние поставкиГОСТ 1050, ТВ1 (без кода)ГОСТ 1050, ТВ2 (табл. 6)ГОСТ 1050, ТВ3ГОСТ 10702-2016
Горячекатаная без термообработки255241—Не нормируется
Горячекатаная после отжига или высокого отпуска—207—217
Калиброванная нагартованная269255270Не нормируется
Калиброванная после отжига или высокого отпуска—217—217

ГОСТ 1050-2013: ТВ1 — п. 7.1.16, ТВ2 — табл. 6, ТВ3 — п. 7.2.35 (на 15 HB выше табл. 6). ГОСТ 10702-2016: табл. 5 — для термообработанного проката; в табл. 4 стали 50 нет.

Таблица 6. Калиброванный прокат из стали 50 по ГОСТ 1050-2013 (код М2), не менее

Состояниеσв, Н/мм²δ5, %ψ, %Твёрдость при ТВ2, HB, не более
Нагартованный660630255
Отожжённый или высокоотпущенный5601240217

Источник — ГОСТ 1050-2013, табл. 9 и 6. Нагартовка поднимает σв на 100 Н/мм² и вдвое снижает удлинение. Код М4 — те же нормы без требования к сужению.

Таблица 7. Сталь 50 после улучшения: нормы ГОСТ 1050-2013, табл. 10 (код М5)

Диаметр или толщина, ммσт, Н/мм², не менееσв, Н/мм²δ5, %, не менееKUПрирост σт к нормализации (расчёт)
До 16 включ.520750–90013Для накопления данных+145 Н/мм² (+39 %)
Св. 16 до 40 включ.460700–85015Для накопления данных+85 Н/мм² (+23 %)
Св. 40 до 100 включ.400650–80016Для накопления данных+25 Н/мм² (+7 %)

Знак «+» в графе KU табл. 10 означает, что работу удара определяют для накопления статистических данных, но не нормируют. Прирост рассчитан к норме σт 375 Н/мм² после нормализации (таблица 4).

Таблица 8. Твёрдость стали 50 после закалки по ГОСТ 1050-2013 (код ТВ4)

ПараметрСталь 50 и 50АДля сравнения: сталь 45Место в стандарте
Твёрдость после закалки, не менее51 HRC46 HRCТабл. 8, п. 7.2.38
Температура закалки образцов850 ± 10 °C860 ± 10 °CПрил. Е
Охлаждающая средаМасло температурой 65 ± 10 °C—Прил. Е
Выдержка при нагреве20 мин—Прил. Е

Норма таблицы 8 гарантируется только при заказе с кодом ТВ4 и определяется на образцах, закалённых по режиму приложения Е. Это норма закаливаемости металла, а не твёрдость детали: твёрдость детали зависит от её сечения, режима и среды охлаждения. Прочерк — на странице не приводится.

Таблица 9. Режимы термообработки образцов стали 50 по ГОСТ 1050-2013

НазначениеРежимПриложение
Нормализация образцов для табл. 4850 °C, охлаждение на воздухеЖ
Образцы для ударной вязкости KCU (табл. 11)Закалка 830 °C в воде; отпуск 600 °C, охлаждение на воздухеЖ
Образцы для норм улучшения (табл. 10)Закалка 810–850 °C; отпуск 550–600 °C, охлаждение на воздухеИ
Образцы для твёрдости после закалки (табл. 8)850 ± 10 °C, выдержка 20 мин, масло 65 ± 10 °CЕ

Охлаждающая среда при закалке по приложению И в доступных копиях стандарта прочитывается по-разному, поэтому на странице не указана; её уточняют по официальному изданию. Приложения относятся к образцам для контроля свойств; режим для детали назначают по технологической документации.

Таблица 10. Ударная вязкость стали 50 и соседних марок по ГОСТ 1050-2013

ПоказательНормаУсловияДокумент
KCU при +20 °C после улучшения, сталь 50Не менее 39 Дж/см²Код КУВ1Табл. 11
KCU тех же условий: 25; 30; 35; 40; 4588; 78; 69; 59; 49 Дж/см²Для сравненияТабл. 11
KU после улучшения, сталь 50Не нормируется, определяется для накопления данныхКод М5Табл. 10
KCU при −40 °CПо согласованиюКод КУВ2П. 7.2.44
KCV при +20, −20, −40 или −70 °CПо согласованиюКод КУВ3П. 7.2.45

У стали 50 наименьшая норма ударной вязкости среди марок табл. 11 — 39 Дж/см², в 2,3 раза ниже, чем у стали 25. Это прямое следствие высокого углерода.

Таблица 11. Прокат из стали 50 под закалку ТВЧ: допустимая глубина обезуглероживания на сторону, мм (расчёт)

Диаметр или толщина, мм1С — не более 1,5 %3С — не более 1,0 %2С — не более 0,5 %
200,300,200,10
320,480,320,16
450,680,450,23
560,840,560,28
701,050,700,35
901,350,900,45
1201,801,200,60

Коды 1С и 2С — ГОСТ 1050-2013, п. 7.2.29 (прокат для закалки ТВЧ, сталь 50 входит в перечень); код 3С — п. 7.2.30, для сталей с нижним пределом углерода не менее 0,30 %. Проценты — от диаметра или толщины на сторону; миллиметры рассчитаны.

Таблица 12. Прокаливаемость в ГОСТ 1050-2013: для каких марок она нормируется

КодМаркиСталь 50
ПР135, 40, 45Не входит
ПР260пп, 50Г, 30Г2–50Г2Не входит
ТВ4 — твёрдость после закалки45, 50, 50АВходит: не менее 51 HRC

Источник — ГОСТ 1050-2013, пп. 7.2.38, 7.2.52, табл. 8. Для стали 50 стандарт гарантирует твёрдость после закалки образца, но не полосу прокаливаемости: глубину закалки детали из стали 50 по стандарту на металл не проверяют.

Таблица 13. Сталь 40, 45 или 50: сравнение по ГОСТ 1050-2013

Показатель404550
Углерод, %0,37–0,450,42–0,500,47–0,55
σт / σв после нормализации, Н/мм², не менее335 / 570355 / 600375 / 630
δ5 / ψ, %, не менее19 / 4516 / 4014 / 40
HB горячекатаной без ТО (ТВ2), не более217229241
Твёрдость после закалки (ТВ4), не менееНе нормируется46 HRC51 HRC
KCU после улучшения, Дж/см², не менее594939
Полоса прокаливаемости ПР1ЕстьЕстьНет
CE при среднем составе (расчёт)0,520,570,62
Доля перлита (расчёт)Около 50 %Около 56 %Около 63 %

Нормы — ГОСТ 1050-2013, табл. 1, 4, 6, 8, 11, п. 7.2.52. CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 для середины диапазонов без остаточных элементов; доля перлита — по правилу отрезков (C − 0,02)/(0,80 − 0,02).

Таблица 14. Сталь 50 в ГОСТ 10702-2016 (прокат для холодной объёмной штамповки)

ТребованиеСталь 50Место в стандарте
Наличие в перечне марокЕстьП. 4.1
Ограничение Si ≤0,20 и Mn ≤0,60 %Не распространяется: установлено для марок 25–45П. 4.2
HB горячекатаного без ТО и нагартованногоНе нормируется (в табл. 4 марки нет)Табл. 4
HB горячекатаного после ТО, не более217Табл. 5
HB калиброванного после ТО, не более217Табл. 5
σв и ψ термообработанного прокатаОпределяются для накопления данных, не нормируютсяТабл. 6
ОбезуглероживаниеТребование распространяется (нижний предел C ≥0,30 %)П. 6.16

Для стали 50 ГОСТ 10702-2016 нормирует меньше характеристик, чем для сталей 30–45: только твёрдость термообработанного проката, а прочность и пластичность определяют для накопления данных.

Таблица 15. Критические точки стали 50: расчётная оценка по эмпирическим формулам

ТочкаФормула, °C (содержание элементов в %)Средний состав, °CПо пределам состава, °C
Ac1723 − 10,7Mn − 16,9Ni + 29,1Si + 16,9Cr724714–733
Ac3910 − 203√C − 15,2Ni + 44,7Si777762–787
Mн539 − 423C − 30,4Mn − 17,7Ni − 12,1Cr304274–325

Расчёт по формулам К. У. Эндрюса; оценка, а не норма. Средний состав: C 0,51; Si 0,27; Mn 0,65 %; диапазон — сочетание крайних пределов табл. 1 ГОСТ 1050-2013 с остаточными Cr ≤0,25 и Ni ≤0,30 %. Табличные значения из справочников на странице не приводятся.

Таблица 16. Углеродный эквивалент стали 50 (расчёт)

Вариант составаC + Mn/6CE (IIW)
Нижние пределы C и Mn0,550,55
Середина диапазонов0,620,62
Середина + Cr 0,25, Ni и Cu 0,300,620,71
Все пределы по максимуму0,680,77
Для сравнения: 45, середина0,570,57

CE (IIW) = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 по пределам ГОСТ 1050-2013. Расчёт — оценка, а не норма; гарантию свариваемости заказывают кодом ГС (п. 7.2.18).

Таблица 17. Где сталь 50 прямо названа в ГОСТ 1050-2013 и где нет

ТребованиеСталь 50Пункт
Патентированная проволокаПредусмотрена (марки 35–60)5.1.2
Пониженные сера и фосфор по заказуПредусмотрены7.2.8, 7.2.9
Прокат под закалку ТВЧ (1С, 2С)Предусмотрен7.2.29
Код 3СПрименим (нижний предел C не менее 0,30 %)7.2.30
Твёрдость после закалки ТВ4Не менее 51 HRC7.2.38, табл. 8
Свойства после улучшения М5Сечения до 100 ммТабл. 10
Ударная вязкость КУВ1Не менее 39 Дж/см²Табл. 11
Полоса прокаливаемости ПР1, ПР2Не предусмотрена7.2.52

Применение стали 50 в конкретных изделиях — по стандартам на эти изделия; на странице приведены только требования ГОСТ 1050-2013 и ГОСТ 10702-2016.

Таблица 18. Входной контроль: что проверить в документе о качестве на сталь 50

Что проверитьКак должно бытьОснование
СтандартГОСТ 1050-2013, а не ГОСТ 1050-88Предисловие
Марка50 или 50А; у 50А сера и фосфор не более 0,025 %Табл. 1
СоставC 0,47–0,55; Mn 0,50–0,80; P ≤0,030; S ≤0,035 %Табл. 1
Способ выплавки и внепечная обработкаУказаны — от них зависит норма азотаП. 5.1.1, 8.1.1
Остаточные Cr и Ni при выплавке из ломаФактические значения до 0,40 %П. 5.1.7
Коды заказаТВ4, М5, КУВ1, 1С/2С/3С, ТВ2 — по договору, с результатами испытанийРаздел 7.2
Твёрдость после закалки (ТВ4)Не менее 51 HRC на образцах по приложению ЕТабл. 8
Отличие от стали 45Только по углероду; диапазоны перекрываются в интервале 0,47–0,50 %Табл. 1

Углерод определяют оптико-эмиссионным спектральным или химическим анализом; портативные рентгенофлуоресцентные анализаторы углерод не измеряют. Методы анализа — по п. 9.1 ГОСТ 1050-2013.

Таблица 19. Теоретическая масса круга из стали 50

Диаметр, ммМасса 1 м, кгМетров в 1 тПруток 6 м, кг
202,46640514,80
253,85326023,12
326,31315837,88
409,86510159,19
5015,4136592,48
6022,19545133,17
7030,21033181,26
8039,45825236,75
10061,65416369,92
12088,78111532,69
140120,8418725,05
160157,8346947,00
200246,61541479,69
250385,33632312,02

Расчёт по плотности 7,85 г/см³, принятой в ГОСТ 2590-2006: m = 0,006165 · d² кг/м.

Таблица 20. Теоретическая масса квадрата из стали 50

Сторона квадрата, ммМасса 1 м, кгМетров в 1 тПруток 6 м, кг
203,14031818,84
307,06514242,39
4012,5608075,36
5019,62551117,75
6028,26035169,56
8050,24020301,44
10078,50013471,00
120113,0409678,24
150176,62561059,75
200314,00031884,00

Расчёт по плотности 7,85 г/см³: m = 0,00785 · a² кг/м. Значения теоретические.

Оглавление статьи 18 разделов

Что такое сталь 50: расшифровка марки, класс и сталь 50А

Сталь 50 — нелегированная конструкционная сталь с содержанием углерода 0,47–0,55 % по ГОСТ 1050-2013, самая высокоуглеродистая из распространённых марок ряда 35–45–50. Число «50» означает средний углерод в сотых долях процента. В стандарте есть и марка 50А: состав тот же, но сера и фосфор ограничены строже — не более 0,025 % каждого против 0,035 и 0,030 % у стали 50. Обе выпускаются только спокойными и относятся к классу нелегированных специальных сталей.

Главное, что отличает сталь 50 от соседних марок по стандарту, — гарантированная твёрдость после закалки. По коду ТВ4 ГОСТ 1050-2013 нормирует для неё не менее 51 HRC (таблица 8) — на 5 HRC больше, чем для стали 45. Цена высокой твёрдости — наименьшая среди марок стандарта норма ударной вязкости после улучшения, 39 Дж/см², и плохая свариваемость.

Структура стали 50 в нормализованном состоянии — преимущественно перлит: по правилу отрезков на диаграмме железо — углерод его доля при 0,51 % углерода около (0,51 − 0,02)/(0,80 − 0,02) ≈ 63 %. Справочные таблицы в начале страницы: состав и опции — 2–3, свойства в поставке и после нормализации — 4–6, улучшение и закалка — 7–9, вязкость, ТВЧ и прокаливаемость — 10–12, сравнение, высадка, расчёты и входной контроль — 13–18, масса — 19–20.

Химический состав стали 50 по ГОСТ 1050-2013

По таблице 1 ГОСТ 1050-2013 сталь 50 содержит 0,47–0,55 % углерода, 0,17–0,37 % кремния, 0,50–0,80 % марганца, не более 0,030 % фосфора и 0,035 % серы, не более 0,25 % хрома и по 0,30 % никеля и меди (таблица 2). У стали 50А фосфор и сера не более 0,025 %. Мышьяк ограничен 0,08 %, азот — от 0,008 до 0,012 % в зависимости от способа выплавки; при выплавке из лома хром и никель допускаются до 0,40 % каждого с указанием фактических значений в документе о качестве.

Пределы в готовом прокате с учётом отклонений таблицы 3 стандарта: углерод 0,47 − 0,01 = 0,46 % … 0,55 + 0,01 = 0,56 %; марганец 0,47–0,83 %; кремний 0,15–0,39 %; фосфор до 0,035 %, сера до 0,040 %. Поскольку уже по ковшевой пробе диапазоны углерода сталей 45 и 50 перекрываются в интервале 0,47–0,50 %, пруток с 0,48 % углерода может оказаться как сталью 45, так и сталью 50 (раздел 16).

Опции состава и сталь 50 для патентированной проволоки

Сталь 50 входит в группу марок 35–60, для которых п. 5.1.2 ГОСТ 1050-2013 предусматривает особый состав для патентированной проволоки: марганец 0,30–0,60 %, никель и хром не более 0,15 %, медь не более 0,20 %. Такое исполнение указывают в заказе. Патентирование — термическая обработка проволоки перед волочением; для этого применения стандарт сужает интервал марганца и строже ограничивает остаточные элементы.

По заказу сталь 50 поставляют также с серой 0,020–0,040 % (п. 7.2.7), с пониженными серой и фосфором — не более 0,025 % или 0,015 % каждого (пп. 7.2.8 и 7.2.9), с ограничением хрома, никеля и меди 0,15 % каждого (п. 7.2.14) и с гарантией свариваемости (код ГС, п. 7.2.18). Опция 7.2.9 даёт стали 50 те же пределы серы и фосфора, что у марки 50А, но 50А — самостоятельная марка таблицы 1, и в документе о качестве это разные записи (таблица 3).

Механические свойства стали 50 после нормализации

По таблице 4 ГОСТ 1050-2013 сталь 50 после нормализации должна иметь предел текучести не менее 375 Н/мм², временное сопротивление не менее 630 Н/мм², удлинение не менее 14 % и сужение не менее 40 % (таблица 4 этой страницы). Образцы — от заготовок 20–25 мм, нормализованных при 850 °C. Для проката 80–180 мм нормы пластичности снижаются до 12 % и 35 %, для проката свыше 180 мм — до 11 % и 30 %; по согласованию допускается σв 610 Н/мм² при удлинении 16 %.

В ряду 40–45–50 нормы растут ровными шагами: σт 335 → 355 → 375 Н/мм², σв 570 → 600 → 630 Н/мм² — по 20 и 30 Н/мм² на каждые 0,05 % углерода. Удлинение при этом падает с 19 до 16 и 14 %. Пример оценки: стержень диаметром 30 мм (707 мм²) при нормативном σт 375 Н/мм² воспринимает около 265 кН до начала текучести; это иллюстрация нормы, а не допускаемая нагрузка.

Твёрдость стали 50 в состоянии поставки и калиброванный прокат

Марочная твёрдость стали 50 по таблице 6 ГОСТ 1050-2013 (код ТВ2): не более 241 HB для горячекатаного металла без термообработки, 207 HB — после отжига или высокого отпуска, 255 HB — для калиброванного нагартованного и 217 HB — для калиброванного после отжига (таблица 5). Без кода действуют общие пределы ТВ1 — 255 и 269 HB. Код ТВ3 допускает для нагартованного металла до 270 HB. Для механической обработки и высадки сталь 50 удобнее заказывать в отожжённом состоянии: разница между горячекатаным и отожжённым металлом по нормам — 34 HB.

Калиброванный прокат по коду М2 (таблица 6) в нагартованном состоянии имеет σв не менее 660 Н/мм² при удлинении 6 % и сужении 30 %, в отожжённом — 560 Н/мм², 12 % и 40 %. Нагартовка поднимает прочность на 100 Н/мм² и вдвое снижает удлинение.

Твёрдость стали 50 после закалки: норма 51 HRC по ГОСТ 1050-2013

ГОСТ 1050-2013 нормирует твёрдость после закалки только для трёх марок: 45 — не менее 46 HRC, 50 и 50А — не менее 51 HRC (табл. 8, код ТВ4, п. 7.2.38). Норма проверяется на образцах, закалённых по режиму приложения Е: для стали 50 — нагрев до 850 ± 10 °C, выдержка 20 мин, охлаждение в масле температурой 65 ± 10 °C (таблица 8 этой страницы). Для стали 45 температура закалки образцов — 860 ± 10 °C.

51 HRC — это гарантия закаливаемости металла, то есть способности конкретной плавки набрать твёрдость при стандартной закалке образца. Это не твёрдость готовой детали: деталь большего сечения, закалённая в масле, в сердцевине будет мягче, а поверхность после закалки ТВЧ — твёрже или мягче в зависимости от режима. Требуемую твёрдость детали указывают в чертеже и проверяют на деталях.

Эмпирическая оценка максимальной твёрдости мартенсита по формуле HRC ≈ 20 + 60√C для среднего углерода 0,51 % даёт около 63 HRC, для 0,47 % — около 61 HRC. Нормативные 51 HRC на образце, закалённом в масле, существенно ниже этой оценки: стандарт задаёт уровень, который должна гарантированно показать любая плавка в пределах марки.

Улучшение стали 50: нормы по сечениям

После закалки и высокого отпуска сталь 50 по коду М5 должна иметь (таблица 7): до 16 мм — σт не менее 520 Н/мм², σв 750–900 Н/мм², удлинение 13 %; 16–40 мм — 460 Н/мм², 700–850 Н/мм², 15 %; 40–100 мм — 400 Н/мм², 650–800 Н/мм², 16 %. Работа удара KU для стали 50 в таблице 10 не нормируется, а определяется для накопления данных.

Прирост предела текучести к нормализации (375 Н/мм²): до 16 мм — 145 Н/мм², или 39 %; 16–40 мм — 85 Н/мм², или 23 %; 40–100 мм — 25 Н/мм², или 7 %. Как и у других углеродистых сталей, выигрыш от улучшения быстро падает с ростом сечения. Для деталей диаметром 40–100 мм, которым нужна высокая прочность по всему сечению, применяют легированные стали — например, 40Х или 40ХН.

Режимы термообработки стали 50 по приложениям Е, Ж и И ГОСТ 1050-2013

ГОСТ 1050-2013 приводит для стали 50 четыре режима термообработки образцов (таблица 9). Нормализация для испытаний по таблице 4 — 850 °C с охлаждением на воздухе. Образцы на ударную вязкость по таблице 11 закаливают с 830 °C в воде и отпускают при 600 °C. Для норм улучшения по таблице 10 — закалка с 810–850 °C и отпуск при 550–600 °C с охлаждением на воздухе. Для твёрдости после закалки по таблице 8 — 850 ± 10 °C, выдержка 20 мин, масло 65 ± 10 °C.

По расчёту по формулам Эндрюса (таблица 15) Ac3 стали 50 лежит около 762–787 °C — ниже, чем у сталей 40 и 45. Поэтому и рекомендуемые температуры закалки ниже: 810–850 °C для стали 50 против 830–870 °C для стали 40. Нагрев на 25–90 °C выше расчётной Ac3 обеспечивает полную аустенизацию. Как используют точки Ac1 и Ac3 — в статье о критических точках стали.

Среда закалки в приложении И для стали 50 в доступных копиях стандарта читается по-разному, поэтому на странице она не указана. Для высокоуглеродистой стали выбор между водой и маслом определяется сечением и формой детали: вода закаливает глубже, но резко повышает риск закалочных трещин.

Ударная вязкость стали 50

После улучшения сталь 50 должна иметь KCU не менее 39 Дж/см² при +20 °C (табл. 11, код КУВ1) — это наименьшая норма в таблице, которая начинается с 88 Дж/см² у стали 25 и снижается примерно на 10 Дж/см² с каждой следующей маркой (таблица 10). Работа удара KU в нормах улучшения не устанавливается. Испытания при −40 °C (код КУВ2) и по образцам с V-образным надрезом (код КУВ3) проводят только по согласованию.

Практически это означает, что сталь 50 выбирают для деталей, где важнее твёрдость и износостойкость, чем сопротивление удару. Для деталей с ударными нагрузками и концентраторами напряжений ГОСТ 1050-2013 даёт более вязкие варианты: 45 (49 Дж/см²), 40 (59 Дж/см²) или 35 (69 Дж/см²).

Закалка ТВЧ стали 50 и обезуглероживание проката

Поверхностная закалка токами высокой частоты позволяет получить на детали из стали 50 твёрдый износостойкий слой при более вязкой сердцевине. ГОСТ 1050-2013 включает сталь 50 в перечень марок проката под закалку ТВЧ (п. 7.2.29) и предусматривает коды ограничения обезуглероживания на сторону: 1С — не более 1,5 % диаметра или толщины, 2С — не более 0,5 %, а также 3С — не более 1,0 % для сталей с нижним пределом углерода не менее 0,30 % (п. 7.2.30).

Пример: шток из круга 45 мм. По коду 1С допускается обезуглероженный слой до 0,015 · 45 = 0,68 мм на сторону, по 3С — 0,45 мм, по 2С — 0,23 мм (таблица 11). Если припуск на шлифование под ТВЧ — 0,3 мм на сторону, то при заказе по 1С или 3С на поверхности может остаться обезуглероженный металл, который не наберёт твёрдости. Для такого припуска заказывают 2С.

Норму твёрдости поверхности после ТВЧ ГОСТ 1050-2013 не устанавливает; гарантированная закаливаемость металла подтверждается кодом ТВ4 (не менее 51 HRC на образце). Твёрдость закалённого слоя детали задают в чертеже и контролируют на деталях.

Почему у стали 50 нет полосы прокаливаемости

В ГОСТ 1050-2013 прокаливаемость нормируется двумя кодами (таблица 12): ПР1 — для марок 35, 40 и 45, ПР2 — для 60пп, 50Г и марганцовистых сталей 30Г2–50Г2. Стали 50 нет ни в одном из перечней (п. 7.2.52). Стандарт гарантирует для неё другое — твёрдость после закалки образца по коду ТВ4.

Разница между этими гарантиями существенна. ТВ4 подтверждает, что поверхность закалённого образца наберёт не менее 51 HRC. Полоса прокаливаемости показывала бы, как твёрдость падает вглубь от охлаждаемой поверхности, то есть на какую глубину сталь закаливается. Для стали 50 такой гарантии стандарт не даёт, поэтому глубину закалки деталей из неё подтверждают испытаниями при отработке технологии. Если нужна гарантированная прокаливаемость углеродистой стали, по ГОСТ 1050-2013 её можно заказать для стали 45 или 40 с кодом ПР1.

Свариваемость стали 50 и углеродный эквивалент

Сталь 50 плохо сваривается. Расчётный углеродный эквивалент C + Mn/6 по пределам ГОСТ 1050-2013 составляет 0,55–0,68 %, а по формуле Международного института сварки с остаточными элементами на верхних пределах — до 0,77 % (таблица 16). Это заметно выше, чем у стали 45 (около 0,57 % в середине диапазона). При таком эквиваленте в зоне термического влияния образуется мартенсит, и без специальных мер появляются холодные трещины.

Средний состав C 0,51; Mn 0,65 %: C + Mn/6 = 0,51 + 0,108 = 0,62 %. С остаточными Cr 0,25, Ni 0,30 и Cu 0,30 %: 0,62 + 0,05 + 0,04 = 0,71 %. Опция п. 7.2.14 (Cr, Ni, Cu не более 0,15 % каждого) снижает эту оценку примерно на 0,04 %, но эквивалент остаётся высоким.

Если деталь из стали 50 всё же приходится сваривать, применяют подогрев, сварочные материалы с низким содержанием водорода, замедленное охлаждение и последующую термообработку узла; режимы подбирают по методикам стандартов на сварку с учётом толщины и фактического состава. Конкретных температур подогрева для стали 50 стандарт на металл не устанавливает. Гарантия свариваемости возможна только по согласованию — кодом ГС с формулой и пределом эквивалента в заказе.

Сталь 50 для холодной высадки по ГОСТ 10702-2016

Сталь 50 входит в перечень марок ГОСТ 10702-2016, но нормирована в нём заметно скромнее, чем стали 30–45 (таблица 14). Ограничение кремния 0,20 % и марганца 0,60 % для холодной высадки установлено для марок 25–45 и на сталь 50 не распространяется. В таблице твёрдости для горячекатаного металла без термообработки и для нагартованного проката стали 50 нет; для термообработанного проката — и горячекатаного, и калиброванного — твёрдость не более 217 HB. Временное сопротивление и сужение термообработанного проката определяют для накопления данных, но не нормируют.

Требование к глубине обезуглероженного слоя (п. 6.16) на сталь 50 распространяется: оно установлено для сталей с нижним пределом углерода не менее 0,30 %. Для высадки сталь 50 — наиболее трудная марка ряда: максимальная прочность и минимальная пластичность. Если конструкция допускает, для высаживаемых деталей выбирают сталь 35 или 40.

Сталь 50 или 45: что выбрать

Стали 45 и 50 — соседи с перекрывающимися диапазонами углерода (0,42–0,50 % и 0,47–0,55 %). Сравнение по ГОСТ 1050-2013 — в таблице 13.

  • Твёрдость после закалки. Гарантия по ТВ4: 51 HRC у стали 50 против 46 HRC у стали 45. Если чертёж требует высокой твёрдости поверхности с гарантией по стандарту на металл, сталь 50 даёт запас.
  • Вязкость. KCU после улучшения 39 Дж/см² у стали 50 против 49 Дж/см² у стали 45. Для деталей с ударом выбирают 45 или ещё более вязкие 40 и 35.
  • Прокаливаемость. Для стали 45 её можно гарантировать кодом ПР1, для стали 50 — нет.
  • Прочность. После нормализации у стали 50 σт выше на 20 Н/мм², σв — на 30 Н/мм²; после улучшения до 16 мм — σт не менее 520 Н/мм².
  • Свариваемость и высадка. У стали 45 они лучше: ниже углеродный эквивалент, для высадки по ГОСТ 10702 нормировано больше характеристик.

Практическое правило: сталь 50 — для износостойких деталей, закаливаемых на высокую твёрдость, где ударные нагрузки невелики; сталь 45 — универсальная марка под закалку и улучшение; при крупных сечениях и требовании прочности по всему сечению — легированная 40Х.

Аналоги стали 50: что можно утверждать

Близкие по назначению марки есть во всех крупных системах стандартов: C50E и C50R в европейском и международном стандарте на стали для закалки и отпуска EN ISO 683-1, SAE 1050 в американской системе, S50C в японском JIS G4051. Составы и нормы этих марок на странице не приводятся: тексты зарубежных стандартов для них не сверены. Поэтому корректно говорить о близких по назначению, а не о полностью совпадающих марках.

При замене стали 50 зарубежным металлом сравнивают не название, а требования к конкретному изделию: фактический состав плавки, твёрдость после закалки, нормы после улучшения и ударную вязкость, если она важна. Соответствие подтверждают сертификатом и испытаниями по нормам ГОСТ 1050-2013.

Входной контроль, плотность и масса проката из стали 50

Перечень проверок — в таблице 18. Ключевые пункты: ссылка на ГОСТ 1050-2013, марка 50 или 50А (у 50А сера и фосфор не более 0,025 %), состав плавки, способ выплавки для оценки азота, коды заказа и результаты испытаний по каждому — прежде всего ТВ4 (не менее 51 HRC), если твёрдость после закалки важна. От стали 45 сталь 50 отличается только углеродом, а диапазоны перекрываются в интервале 0,47–0,50 %; решает документ о качестве и, при необходимости, оптико-эмиссионный или химический анализ. Портативные рентгенофлуоресцентные анализаторы углерод не измеряют.

Массу проката рассчитывают по плотности 7,85 г/см³, принятой в ГОСТ 2590-2006. Масса круга — в таблице 19, квадрата — в таблице 20.

Круг: m = 0,006165 · d² кг/м. Пример: заготовка шестерни из круга 140 мм длиной 120 мм — 0,006165 · 19 600 · 0,12 = 14,50 кг. Квадрат: m = 0,00785 · a² кг/м; квадрат 60 мм длиной 2 м — 0,00785 · 3600 · 2 = 56,52 кг.

Значения теоретические и отличаются от фактической массы на величину допусков сортамента. Режимы точения и сверления стали 50 в отожжённом и улучшенном состоянии можно подобрать в тренажёре режимов резания.

Вопросы и ответы о стали 50

Какая твёрдость у стали 50 после закалки?

По ГОСТ 1050-2013 при заказе с кодом ТВ4 — не менее 51 HRC на образцах, закалённых с 850 ± 10 °C в масле по приложению Е. Это гарантия закаливаемости металла; твёрдость конкретной детали зависит от сечения, режима и среды охлаждения и задаётся чертежом.

Чем сталь 50А отличается от стали 50?

Содержанием серы и фосфора: у 50А не более 0,025 % каждого, у стали 50 — не более 0,035 % серы и 0,030 % фосфора. Углерод, кремний, марганец и норма твёрдости после закалки (не менее 51 HRC) у обеих марок одинаковы.

Есть ли у стали 50 полоса прокаливаемости?

Нет. По п. 7.2.52 ГОСТ 1050-2013 полоса ПР1 предусмотрена для сталей 35, 40 и 45, ПР2 — для 60пп, 50Г и 30Г2–50Г2. Для стали 50 стандарт гарантирует твёрдость после закалки (ТВ4), но не глубину закалки.

Можно ли сваривать сталь 50?

Сталь 50 плохо сваривается: расчётный углеродный эквивалент 0,55–0,68 % по C + Mn/6 и до 0,77 % с остаточными элементами. Сварка возможна только с подогревом, низководородными материалами и последующей термообработкой по технологии, разработанной для конкретного узла.

При какой температуре закаливают сталь 50?

ГОСТ 1050-2013 рекомендует для образцов: под нормы улучшения — закалку с 810–850 °C и отпуск при 550–600 °C; под норму твёрдости ТВ4 — 850 ± 10 °C с охлаждением в масле. Режим детали назначают по её сечению и форме.

Что лучше: сталь 50 или 45?

Сталь 50 — когда нужна более высокая гарантированная твёрдость после закалки (51 против 46 HRC) и износостойкость. Сталь 45 — когда важнее вязкость (KCU 49 против 39 Дж/см²), свариваемость и гарантированная прокаливаемость, которую для стали 45 можно заказать кодом ПР1.

Какие свойства у стали 50 после улучшения?

По табл. 10 ГОСТ 1050-2013: до 16 мм — σт не менее 520 Н/мм², σв 750–900 Н/мм²; 16–40 мм — 460 и 700–850 Н/мм²; 40–100 мм — 400 и 650–800 Н/мм². Ударная вязкость KCU после улучшения — не менее 39 Дж/см².

Какой зарубежный аналог у стали 50?

Близкие по назначению марки — C50E и C50R (EN ISO 683-1), SAE 1050, S50C (JIS G4051). Полностью совпадающей марки нет; замену подтверждают сертификатом с проверкой состава и свойств по нормам ГОСТ 1050-2013.

Источники

  1. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия (с поправками; табл. 1, 3, 4, 6, 8–11, пп. 5.1.1, 5.1.2, 5.1.7, 7.1.16, 7.1.17.1, 7.2.7–7.2.9, 7.2.14, 7.2.18, 7.2.29, 7.2.30, 7.2.35, 7.2.38, 7.2.52, прил. Е, Ж, И).
  2. ГОСТ 10702-2016. Прокат из качественной конструкционной углеродистой и легированной стали для холодной объёмной штамповки. Общие технические условия (пп. 4.1, 4.2, 6.16, табл. 4–6).
  3. ГОСТ 2590-2006. Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый. Сортамент (плотность для расчёта массы).
  4. Andrews K. W. Empirical formulae for the calculation of some transformation temperatures // Journal of the Iron and Steel Institute. 1965. Vol. 203 — формулы критических точек.
  5. Just E., 1969 — эмпирическая зависимость максимальной твёрдости мартенсита от содержания углерода, приводимая в литературе по прокаливаемости сталей.

Материал носит ознакомительный характер. Нормативные значения приведены по указанным стандартам; расчётные величины (пределы состава в готовом прокате, прирост прочности, глубина обезуглероживания в миллиметрах, критические точки, углеродный эквивалент, доля перлита, оценка твёрдости мартенсита, масса) получены по приведённым формулам и не являются нормами. Информация не заменяет действующие стандарты, конструкторскую и технологическую документацию. Перед выбором материала, назначением режимов закалки, отпуска и сварки и расчётами сверяйтесь с актуальными редакциями стандартов и сертификатами на конкретную продукцию. Автор и администрация сайта не несут ответственности за последствия использования информации без такой проверки.

Заказать товар

ООО «Иннер Инжиниринг»