Глава VII. УГЛЕРОДИСТЫЕ СТАЛИ
Основной продукцией черной металлургии является сталь, причем приблизительно 90 % изготавливается углеродистой стали и 10 % легированной 1. Таким образом, основным металлическим материалом промышленности является углеродистая сталь.
Углеродистая сталь промышленного производства — сложный по химическому составу сплав. Кроме основы — железа (содержание которого может колебаться в пределах 
в ней имеется много элементов, наличие которых обусловлено технологическими особенностями производства (марганец, кремний), либо невозможностью полного удаления их из металла (сера, фосфор, кислород,
азот, водород), а также случайными примесями (хром, никель, медь и др.).
В зависимости от способа выплавки (мартеновский, конвертерный и др.) стали разных производств различаются главным образом по содержанию этих примесей. Однако один элемент, а именно — углерод, вводится в простую углеродистую сталь специально.
Углерод сильно влияет на свойства стали даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому при малом содержании всех прочих возможных примесей основным элементом, при помощи которого изменяются свойства сплава железа, является углерод. Естественно, что эти сплавы (при 
) называются углеродистыми сталями.
Структуру и свойства металлических сплавов, как уже известно, можно изменять в широких пределах с помощью термической обработки; особенно эффективна термическая обработка для стали. Однако не все свойства изменяются при такой обработке. Одни (структурно чувствительные свойства) зависят от структуры металла (это большинство свойств), и, следовательно, изменяются при термической обработке, другие (структурно нечувствительные свойства) практически не зависят от структуры. К последним относятся характеристики жесткости (модуль нормальной упругости Е, модуль сдвига б).
Твердость и прочность стали могут быть увеличены в результате термической обработки в два — три раза (если сравнивать с отожженным состоянием, медленно охлажденным), а модули упругости при этом изменяются менее чем на 5 %.
В большинстве случаев от изделия требуется жесткость. Для придания изделию необходимой жесткости конструктор выбирает надлежащую площадь и форму поперечного сечения детали. При этом обычно оказывается, что действующие в детали напряжения значительно меньше, чем предел текучести отожженной стали. Естественно, что в этом случае необходимость в упрочняющей термической обработке отпадает — прочностные свойства металла в «сыром», термически не обработанном виде достаточны.
В тех же случаях, когда прочность стали в «сыром» состоянии недостаточна, на машиностроительных заводах применяют термическую обработку. К стали, подвергаемой термической обработке, предъявляются некоторые повышенные требования (например, более узкие пределы по содержанию углерода и др.). Такая сталь называется сталью повышенного качества.
В этой главе рассмотрены свойства углеродистых сталей обычного качества, применяемых в большинстве случаев без термической обработки.
Углеродистые стали повышенного качества, высококачественные и инструментальные, подвергаемые термической обработке, будут рассмотрены совместно с легированными сталями в гл. XVI и XVII.
