Как известно, любая сталь представляет собой твердый раствор углерода в основной структуре α-железа. При этом марка определяет процентное содержание углерода. Например, марка «сталь 65» означает, что в ее составе содержится 0,65 % С, «сталь У13» содержит около 1,3 % С, и т. д. Однако углерод — довольно химически активный, поэтому в процессе выплавки (при 1600…2000 °С) он активно связывается железом, образуя в результате цементит Fe3C. Все остальное представляет собой феррит — достаточно мягкую структурную составляющую. Большое количество феррита в малоуглеродистых сталях обуславливает их повышенную пластичность, причем даже в холодном состоянии. Кроме сталей:
• легированных, производимых по ГОСТ 4543;
• подшипниковых по ГОСТ 801;
• рессорно-пружинных по ГОСТ 2052 и ГОСТ 14959;
• всех типов инструментальных сталей как легированных, так и нелегированных.
Все виды конструкционных сталей относятся к заэвтектоидным сталям, процентное содержание углерода в которых не превышает 0,8 %.
Чтобы понять эффективность закалки, необходимо обратиться к структуре стали после выплавки и последующей горячей прокатки на необходимый профиль — полосу, пруток или специальный профиль (уголок, швеллер и т. п.).
Любая сталь имеет кристаллическую структуру, которую составляет бесконечное множество кристаллов. Если лить сталь с последующим охлаждением расплава, то эти кристаллы превращаются в многогранные образования, называемые зернами.
Поскольку при литье происходит активное насыщение кислородом, между смежными кристаллами возникают пустоты, которые в процессе охлаждения слитка постепенно заполняются серой, фосфором и прочими легкоплавкими неметаллическими включениями. Это не только снижает пластичность (фосфор и сера придают хрупкость), но и способствует появлению весьма грубых скоплений зерен, что делает плотность металла неравномерной по объему.
Обрабатывать такие изделия невозможно — слиток начнет раскалываться. Поэтому сразу после выплавки выполняется прокатка, в ходе которой исходные дефекты залечиваются, и структура становится более однородной. Соответственно, увеличивается плотность, а также исчезают поверхностные трещины.