Классификатор сталей и сплавов
Классификатор сталей и сплавов
Что же такое Сталь? Многие полагают, что это просто железо, но железо это всего лишь химический элемент.
На самом деле Сталь — это сплав железа (Fe — Ferrum) с углеродом (C – Carboneum), в пропорциях Углерода от 0,02 до 2,14 % и Железа не менее 45%, остальное другие химические элементы.
Общей классификации сталей и сплавов не существует, потому что многие из них можно применять в самых различных областях промышленности, поэтому стали обычно классифицируют по данным признакам:
По химическому составу: углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, легированные, высоколегированные.
По качеству: сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная и особо качественная.
Главными критерием по качеству являются более жесткие требования по химическому составу и, главное по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.
Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:
- А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
- Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
- В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).
По требованиям к испытаниям механических свойств сталь подразделяют на пять категорий:
- Iкатегория — Без испытания механических свойств на растяжение и ударную вязкость. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
- IIкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметр или сторона квадрата). Горячекатаная, кованая, калиброванная.
- IIIкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
- IVкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из термически обработанных (закалка + отпуск) заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
- Vкатегория — С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из сталей в нагартованном или термически обработанном состоянии (отожженной или высокоотпущенной). Калиброванная.
Легированную сталь по степени легирования разделяют: низколегированная (легирующих элементов до 2,5%), среднелегированная (от 2,5 до 10%), высоколегированная (от 10 до 50%).
Легирующие элементы — химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств.
Основными легирующими элементами в сталях являются:
| Mn | Марганец | Cu | Медь |
| Si | Кремний | Ti | Титан |
| Cr | Хром | V | Ванадий |
| Ni | Никель | Zn | Цинк |
| Mo | Молибден | Nb | Ниобий |
| W | Вольфрам | Al | Алюминий |
| Co | Кобальт | B | Бор |
В некоторых сталях легирующими элементами могут быть также P (Фосфор), N (Азот), Se (Селен), Pb (Свинец) и др. Перечисленные элементы, а также H (Водород), O (Кислород), Sn (Олово), Sb (Сурьма), Bi (Висмут) могут быть и примесями в стали. Содержание легирующих элементов может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов.
Отнесение химических элементов к примесям или легирующим элементам зависит от их количества и роли в стали.
Легированные сталь — это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработки требуемую структуру и свойства. В легированных сталях содержание отдельных элементов больше, чем этих же элементов в виде примесей.
Такие легирующие элементы, как V, Nb, Ti, Zn, B — могут оказывать существенное влияние на структуру и свойства стали при их содержании в стали в сотых долях процента. Иногда такие стали называют микролегированными.
К высоколегированным относят:
- коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
- жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 гр. С, работающие в не нагруженном и слабонагруженном состоянии;
- жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.
Электротехническую тонколистовую сталь разделяют:
а. по структурному состоянию и виду прокатки на классы:
- горячекатаная изотропная;
- холоднокатаная изотропная;
- холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;
- по содержанию кремния:
- 0 — до 0,4 %;
- 1 — св. 0,4 до 0,8 %;
- 2 — св. 0,8 до 1,8 %;
- 3 — св. 1,8 до 2,8 %;
- 4 — св. 2,8 до 3,8 %;
- 5 — св. 3,8 до 4,8 %;
химический состав стали не нормируется;
- по основной нормируемой характеристике на группы:
- 0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50);
- 1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50);
- 2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400);
- 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4);
- 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).
Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят на качественную, высококачественную А и особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).
По видам обработки при поставке сталь бывает горячекатаная, кованая, калиброванная, серебрянка.
По назначению изготовляют прокат: для горячей обработки давлением и холодного волочения (прокат) и для холодной механической обработки.
Полезная информация
Марки стали. Расшифровка обозначений, применение, ГОСТы на производство
Пример расшифровки стали 12Х18Н10Т (X12CrNiTi18-10):
- 12 — содержание Углерода 0,12%;
- Х18 — содержание Хрома (Cr) 18%
- Н10 — содержание Никеля (Ni) 10%;
- Т — содержание Титана (Ti) не более 1-1,5%, поэтому цифра не указана.
Пример расшифровки стали 09Г2С:
- 09 — содержание Углерода 0,09%;
- Г2 — содержание Марганца (Mn) 2%;
- C — содержание Кремния (Si) не более 1-1,5%, поэтому цифра не указана.
Пример расшифровки стали 20ЮЧ и 20ЮЧА:
- 20 — углерода 0,2%
- Ю — содержанию Алюминия (Al) 0,03-0,1%
- Ч — содержание редкоземельных металлов РЗМ, цирконий Zr, титан Ti, кальций Ca, церий Ce с целью глобуляризации сульфидных неметаллических включений.
- А — стоит в конце марки стали и означает, что сталь высококачественная, т.е. концентрация серы и фосфора в ней не должно превышать 0,025 %
Расшифровка обозначений марки стали.
- Ст — обыкновенная нелегированная сталь. Пример Ст 3 — углерода 0,3% (в десятых доля процента), Ст3кп (кипящая сталь), ст3сп (спокойная сталь), ст3пс (полуспокойная сталь), ст3св (свариваевамя сталь). Отутствие букв — означает спокойная сталь.
- группа А — сталь с гарантируемыми механическими свойствами (поставляемая сталь не подвергается термической обработке). Пример ст 0 — ст 6.
- группа Б — сталь гарантированного состава (подвергаются термической обработке у потребителя). Пример БСт3.
- группа В — сталь с гарантированными составом и механическими свойствами (для сварных конструкций). Пример ВСт3сп.
- Пп — пониженная прокаливаемость. Пример ст 58пп. Применяют для изготовления деталей тонких сечений, требующих высокой поверхностной твердости и подвергаемых термической обработке с нагревом ТВЧ.
- Качественная нелегированная сталь. Пример ст 20 — углерода 0,2% (в сотых долях процента), аналогично ст 10, ст 45, ст 65.
- К — качественная углеродистая сталь. Если буква К стоит в конце марки стали. Пример сталь 20К, сталь 15К. Используется для производства днищ, котлов, сосудов высокого давления.
- Л — литейная конструкционная сталь. Если буква Л стоит в конце маркировки. Пример сталь 110Г13Л – содержит 1,1 % С, около 13 % Mn, литейная. Метод производства этой стали — литьё.
- Конструкционная низколегированная сталь. Пример ст 09Г2С углерода 0,09% (в сотых долях процента), содержание Марганца (Mn) 2%, содержание Кремния (Si) не более 1-1,5%, поэтому цифра не указана.
- С — строительная сталь. Если буква С стоит в начале маркировки. После неё указывается минимальный предел текучести стали. Также применяются дополнительные обозначения: К — повышенная коррозионная стойкость (С390К, С375К); Т — термоупрочнённый прокат (С345Т, С390Т); Д — повышенное содержание меди (С345Д, С375Д).
- Е — сталь с особыми магнитными свойствами. Если буква Е стоит в начале маркировки. Например, сталь марки ЕХ9К5, из которой изготавливают мощные постоянные магниты.
- У — углеродистая инструментальная сталь. Пример сталь У8ГА углерода 0,08%, буква Г — означает повышенное содержание марганца, А — высококачественная сталь.
- А — высококачественная сталь. Если буква А стоит в конце маркировки. Пример сталь 40А, означает, что сталь содержит около 0,40 % углерода и относится к сталям высокого качества.
- Э — электротехническая сталь ЭТС. Её называют технически чистым железом. Тонколистовая сталь, используемая при изготовлении шихтованных магнитопроводов электротехнического оборудования — электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей. Пример 10880, 21880 и т. д. Первая цифра показывает вид обработки: 1 — кованный или горячекатаный; 2 — калиброванный. Вторая цифра — наличие/отсутствие нормируемого коэффициента старения: 0 — без коэффициента; 1 — с коэффициентом. Третья цифра — это группа по основной нормируемой характеристике. Две последние связаны со значениями основной нормируемой характеристики.
- А — автоматная сталь. Если буква А стоит в начале марки стали. Пример АС20ХГНМ, А12, А20. Сталь с пониженной пластичностью Используется для производства неответственных деталей, шпилек, больтов, гаек массового производства.
- АС – автоматная легированная свинцом (АС35Г2 содержит 0,35 % С, 2 % марганца и свинец менее 1%).
- Р — быстрорежущая инструментальная сталь. Если буква Р стоит в начале марки стали. Пример сталь Р6М5 — вольфрама 6%, молибдена 5%.
- Ш — подшипниковая сталь. Пример сталь ШХ9 — хрома 0,9%, высокое содержание углерода около 1%. Шарикоподшипниковые стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость.
Таблица 1. Расшифровка химических элементов в обозначении марки стали.
Элемент
Элемент в таблице Менделеева
Буква в марке стали
Таблица 2. ГОСТы на производство стали.
Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.
Классификация и маркировка стали
- Принципы классификации стали
- По химическому составу
- По структуре
- По назначению
- По качеству и способу производства
- По степени раскисления
- Расшифровка сталей в материаловедении
- ХВГ расшифровка
Принципы классификации стали
Классификация и маркировка стали происходит по следующим параметрам:
- структура;
- назначение;
- качество и способ производства;
- степень раскисления.
По химическому составу
В зависимости от химического состава этот металл разделяют на два типа: углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые делят на:
- низкоуглеродистые (содержание углерода ниже 0,2%);
- среднеуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2% — 0,45%);
- высокоуглеродистые (содержание углерода выше 0,5%).
Легированные стали классифицируют по общему суммарному количеству легирующих элементов (при этом содержание углерода не суммируют, марганец начинает считаться легирующим элементом при его содержании в сплаве более 1%, кремний — более 0,8%). Различают такие:
- низколегированные (ниже 2,5%);
- среднелегированные (в пределах 2,5% — 10%);
- высоколегированные (более 10%).
По структуре
Такой классификационный признак, как структура материала считается менее устойчивым, так как имеет зависимость от скорости охлаждения, легирования, способа термообработки и некоторых других непостоянных факторов. Однако структура у готового материала все же позволяет провести объективную оценку его качества. Классификацию стали по структуре в состояниях отжига и нормализации. В состоянии отжига различают такие:
- эвтектоидная — структура состоит из перита;
- заэвтектоидная — содержит в структуре вторичные карбиды (в большинстве своем используется при изготовлении инструмента);
- карбидная (или ледебуритная) — структура содержит первичные карбиды (например, быстрорежущие);
- ферритная (нержавеющие, жаропрочные и прочие);
- аустенитные.
После процесса нормализации стали разделяют на такие классы:
- перлитные — содержат низкое количество элементов легирования, структура после нормализации: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
- мартенситные — содержат высокое количество легирующих элементов, а также относительно низкую критическую скорость закалки;
- аустенитные — отличаются повышенным содержанием легирующих элементов, структура: аустенит, аустенит + карбид.
По назначению
По такому признаку, как назначение стали разделяются на конструкционные, инструментальные и специального назначения (имеющие специальные свойства).
Конструкционные используются для изготовления всевозможных деталей в устройствах, в машинах, элементах строительных конструкций. Между собой делятся на:
- обыкновенного качества;
- улучшаемые;
- цементируемые;
- автоматные;
- высокопрочные;
- рессорно-пружинные.
Инструментальные используются для изготовления режущих, измерительных и других инструментов. Подразделяются на такие группы:
- для изготовления режущего инструмента;
- для изготовления измерительного инструмента;
- для изготовления штампово-прессовой оснастки.
Специального назначения — это сплавы имеющие особые физические и/или механические свойства. Различают:
- жаростойкие;
- жаропрочные;
- износостойкие;
- магнитные;
- немагнитные и т. д.
По качеству и способу производства
В этом случаи под качеством понимают всю совокупность свойств металла, которые определяются металлургическим процессом его изготовления. Качество стали определяется присутствием в ней вредных примесей. В первую очередь — это химические элементы сера и фосфор. В зависимости от их содержание разделяют на:
- обыкновенного качества — содержащие до 0,06% серы и 0,07% фосфора;
- качественные — до 0,035% серы и 0,035% фосфора;
- высококачественные — не более 0,025% серы и 0,025% фосфора.
- особо высококачественные — не более 0,015% серы и 0,025% фосфора.
По степени раскисления
Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого сплава. Нераскисленная сталь имеет относительно малую пластичность и сильнее подвержена хрупкому разрушению при термической обработке давлением. По степени раскисления разделяют на:
- спокойные;
- полуспокойные;
- кипящие.
Процесс раскисления спокойных сталей в плавильной печи/или ковше с помощью марганца, алюминия и кремния. Затвердевание в изложнице происходит спокойно, без газовыделения. В верхней части слитков образуется усадочная раковина. Данный тип обладает анизотропией, то есть механические свойства различны и зависят от направления — пластические свойства в поперечном направлении (по направлению прокатки) значительно ниже, чем в продольном направлении. Кроме того, в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода повышенное, а в нижней части — пониженное. Это значительно ухудшает свойства изделия, иногда даже до отбраковки.
Раскисление в кипящих происходит только за счет марганца. Избыточное количество кислорода при затвердевании частично реагирует с углеродом, выделяясь в виде газовых пузырей (окись углерода). Отсюда и создается впечатление «кипения». В этом типе практически отсутствуют неметаллические включения, возникающие из продуктов раскисления. Является низкоуглеродистым сплавом, с минимальным содержанием кремния и большим содержанием газообразных примесей. Используется при изготовлении деталей кузовов автомобилей и т. п. Обладает хорошей штампуемостью в холодном состоянии.
Полуспокойные стали занимают срединное положение между спокойными и кипящими сталями. Раскисление производят в два этапа: частично в плавильной печи и ковше, заключительно — в изложнице. В изложнице раскисление происходит засчет углерода, который содержится в металле.
Расшифровка сталей в материаловедении
Принадлежит к классу: конструкционные углеродистые качественные. Химический состав: углерод — 0,17−0,24%; кремний — 0,17−0,37%; марганец — 0,35−0,65%; сера — до 0,04%; фосфор — до 0,04%. Широко применяется в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того, промышленность выпускает пруток, лист.
ХВГ расшифровка
Принадлежит к классу: инструментальные легированные. Применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, метчиков, протяжек.
Марки стали – расшифровка, виды, таблица с разъяснениями
Принимаясь за создание какого-либо изделия, проектировщики разрабатывают его конструкцию, и подбирают марки сталей, анализируют их по расшифровкам свойств. От механизма требуется, чтобы она могла работать в заданных условиях. Рассматривая конструктив в динамике, стараются установить, какие нагрузки будут возникать в той или иной части.
На основании расчетов определяют требования к прочности элементов. Потом осуществляется подбор материала, способного испытывать многократное нагружение, а также истирающее воздействие. Чем выше нагрузка, тем менее широкий выбор есть у конструктора. Итогом проектирования является создание реального прототипа в металле, его испытывают по методикам, принятым в отрасли. При необходимости корректируется подбор сталей, закладываемых на стадии конструирования. На практике самыми распространенными материалами, применяемыми для создания машин, устройств и сложных механизмов, являются стали.
- Общие характеристики стали
- Классификация сталей
- Классификация по структуре
- Особенности маркировки сталей
- Конструкционные стали
- Таблица 1: Химический состав и маркировка на торцах металлопроката конструкционных сталей обычного качества
- Легированная сталь
- Таблица 2: Легирующие элементы в составе сплава
- Таблица 3: Марки сталей и химический состав
- Таблица 4: Маркировка сталей из КНР
- Таблица 5: Жаропрочные стали, маркировка и химический состав
Общие характеристики стали
Металлурги определяют условие существования стали – это наличие в составе механической смеси железа и углерода не более 2,14 % С, Сплавы, имеющие большую концентрацию, называют чугунами.
Из всех металлов наиболее привлекательными свойствами обладает именно сплав железа и углерода. Этот материал используется для изготовления:
- корпусов транспортных средств, трансмиссии и силовых агрегатов;
- металлокаркасов, арматуры и иных систем, обеспечивающих прочность строений;
- инструмента, узлов машин и механизмов.
Универсальность использования стали объясняется широкими возможностями в регулировании свойств. Их можно скорректировать так, чтобы приспособить для создания устройств, выполняющих разные задачи. Даже самое лучшее оружие изготавливается с использованием этого универсального металла.
На сегодняшний день разработаны несколько тысяч вариантов сталей. Но в реальной практике чаще используют около десятка основных типов, остальные созданы для решения специальных задач. Ими пользуются довольно редко.
Классификация сталей
Чтобы разобраться с маркировками, необходимо разобраться, как классифицируют стальные сплавы по назначению. Принято определять свойства по нескольким параметрам:
- Химический состав определяет прочностные показатели. Здесь свойства определяются соотношениями в составе между железом и углеродом. Попутно изменения характеристик зависит от наличия легирующих элементов или веществ, ухудшающих показатели.
- В зависимости от способов производства меняется структура. Кованые изделия прочнее, литые могут образовывать поры или иные дефекты. При прокатывании через вальцы добиваются упрочнения и получения нужной формы.
- Для правильного использования определяют те или иные марки по назначению. Особенно важна подобная информация для сталей специального использования. В них даже небольшие изменения в химическом составе могут заметно изменять поведение при нагрузке или эксплуатации в агрессивной среде.
- Качество стальных слитков зависит от содержания вредных компонентов. Сера и фосфор приводят к хладноломкости и красноломкости, поэтому металлурги стараются удалять из сплавом ухудшающие ингредиенты.
- Кислород в стальных изделиях изменяет структуру. Для удаления в расплавленную массу вносят раскислители, они образуют окислы, не вносят негативные изменения металл.
Классификация сталей по основным показателям
Классификация по структуре
Структура исследуется на специальных шлифах. Их рассматривают под микроскопом, предварительно обработав полированную поверхность серной кислотой. Принято определять следующие состояния:
- доэвтектоидные характеризуются высоким содержанием феррита. Низкое содержание углерода не позволяет металлу проявлять достаточное сопротивление при механических нагрузках;
- эвтектоидные соответствуют наилучшим соотношением между прочностными и пластичными свойствами;
- заэвтектоидные стали используют при изготовлении инструмента. Их отличают высокая поверхностная твердость, а также сопротивляемость нагружениям;
- ледебуритные содержат карбиды. Металл проявляет излишнюю хрупкость;
- ферритные показатели соответствуют свойствам, присущим чистому железу.
Ледебурит. Видны включения карбида железа
Для улучшения свойств проводят нормализацию. Она заключается в снятии напряжений из деталей, имевших термообработку, связанную с улучшением свойств. Длительный нагрев и выдержка при температуре выше 720…750 °С, а последующее охлаждение приводит к отжигу. Зерна металла изменяют свой вид.
Верхний ряд показывает шлифы до нормализации, а нижний – после
Особенности маркировки сталей
Конструкционные стали
В обычных сталях содержится углерод. Присутствие легирующих элементов не контролируется. На практике чаще всего применяют конструкционные стали обычного качества. Они применяются повсеместно. Их используют для производства металлопроката. Обозначают путем указания приблизительного содержания углерода в составе сплава. Самые распространенные марки показаны в табл. 1.
Таблица 1: Химический состав и маркировка на торцах металлопроката конструкционных сталей обычного качества
| Марка стали | Содержание углерода, % | Предельное содержание серы (не более), %. Определяется по результатам анализа | Допустимое содержание фосфора (не более), %. Определяется по результатам анализа | Цветовая маркировка на торце металлопроката |
| Ст0 | 0,12±0,07 | 0,070±0,005 | 0,055±0,005 | Белый |
| Ст1 | 0,09±0,03 | 0,045±0,005 | 0,055±0,005 | Белый + желтый |
| Ст2 | 0,12±0,03 | 0,045±0,005 | 0,055±0,004 | Желтый |
| Ст3 | 0,18±0,04 | 0,045±0,004 | 0,055±0,004 | Красный |
| Ст4 | 0,22±0,04 | 0,045±0,004 | 0,055±0,004 | Красный + зеленый |
| Ст5 | 0,32±0,05 | 0,045±0,004 | 0,055±0,003 | Зеленый |
| Ст6 | 0,43±0,06 | 0,045±0,003 | 0,055±0,003 | Синий |
| Ст7 | 0,56±0,06 | 0,045±0,003 | 0,055±0,003 | Синий + белый |
Легированная сталь
Легирующие добавки улучшают показатели. Каждому элементу свойственна определенная буква. Она указывает, сколько процентов того или иного вещества имеется в составе сложного сплава (табл. 2).
Таблица 2: Легирующие элементы в составе сплава
| № | Маркировка элементов в сталях | Химическое название | Обозначение химического элемента | № | Маркировка элементов в сталях | Химическое название | Обозначение химического элемента |
| 1 | Л | Бериллий | Be | 14 | Д | Медь | Сu |
| 2 | Р | Бор | B | 15 | Гл | Галлий | Ga |
| 3 | А | Азот | N | 16 | Е | Селен | Se |
| 4 | Ш | Магний | Mg | 17 | Ц | Цирконий | Zr |
| 5 | Ю | Алюминий | Al | 18 | Б | Ниобий | Nb |
| 6 | С | Кремний | Si | 19 | М | Молибден | Mo |
| 7 | П | Фосфор | P | 20 | Кд | Кадмий | Cd |
| 8 | Т | Титан | Ti | 21 | В | Вольфрам | W |
| 9 | Ф | Ванадий | V | 22 | и | Иридий | Ir |
| 10 | Х | Хром | Cr | 23 | АС | Свинец | Pb |
| 11 | Г | Марганец | Mn | 24 | Ви | Висмут | Bi |
| 12 | К | Кобальт | Co | 25 | Ч | Редкоземельные металлы | |
| 13 | Н | Никель | Ni |
В табл. 3 представлены наиболее распространённые марки сталей.
Маркировка стали — марка 30ХГСА, расшифровка с разъяснениями
Сталь является основным металлическим материалом, применяемым в производстве машин, инструментов и приборов. Ее широкое использование объясняется наличием в этом материале целого комплекса ценных технологических, механических и физико-химических свойств. К тому же, сталь имеет относительно невысокую стоимость и может изготавливаться значительными партиями. Процесс производства этого материала постоянно совершенствуется, благодаря чему свойства и качество стали могут обеспечивать безаварийную эксплуатацию современных машин и приборов при высоких рабочих параметрах.
Классификация сплавов
По содержанию углерода и добавок (легирующих) стали делятся:
- Среднелегированные (до 11%).
- Высоколегированные (свыше 11%).
- При содержании углерода больше 0,6% стали относятся к высокоуглеродистым.
- Среднеуглеродистые имеют до 0,55% углерода в своём составе.
- Низкоуглеродистые — не более 0,25%.
Общие принципы классификации марок сталей
Основные классификационные признаки сталей: химический состав, назначение, качество, степень раскисления, структура.
- Стали по химическому составу подразделяют на углеродистые и легированные. По массовой доле углерода и первая, и вторая группы сталей делят на: низкоуглеродистые (менее 0,3% С), среднеуглеродистые (концентрация С находится в пределах 0,3-07%), высокоуглеродистые – с концентрацией углерода более 0,7%.
Легированными называются стали, содержащие, помимо постоянных примесей, добавки, вводимые для повышения механических свойств этого материала.
В качестве легирующих добавок используют хром, марганец, никель, кремний, молибден, вольфрам, титан, ванадий и многие другие, а также сочетание этих элементов в различных процентных соотношениях. По количеству добавок стали делят на низколегированные (легирующих элементов менее 5%), среднелегированные (5-10%), высоколегированные (содержат более 10% добавок).
- По своему назначению стали бывают конструкционными, инструментальными и материалами специального назначения, обладающими особыми свойствами.
Наиболее обширным классом являются конструкционные стали, которые предназначаются для изготовления строительных конструкций, деталей приборов и машин. В свою очередь, конструкционные стали подразделяют на рессорно-пружинные, улучшаемые, цементуемые и высокопрочные.
Инструментальные стали различают в зависимости от назначения произведенного из них инструмента: мерительного, режущего, штампов горячей и холодной деформации.
Стали специального назначения разделяют на несколько групп: коррозионностойкие (или нержавеющие), жаростойкие, жаропрочные, электротехнические.
- По качеству стали бывают обыкновенного качества, качественными, высококачественными и особо качественными.
Под качеством стали понимают сочетание свойств, обусловленных процессом её изготовления. К таким характеристикам относятся: однородность строения, химического состава, механических свойств, технологичность. Качество стали зависит от содержания в материале газов – кислорода, азота, водорода, а также вредных примесей – фосфора и серы.
- По степени раскисления и характеру процесса затвердевания стали бывают спокойными, полуспокойными и кипящими.
Раскислением называют операцию удаления из жидкой стали кислорода, который провоцирует хрупкое разрушение материала при горячих деформациях. Спокойные стали раскисляют с помощью кремния, марганца и алюминия.
- По структуре разделяют стали в отожженном (равновесном) состоянии и нормализованном. Структурные формы сталей – феррит, перлит, цементит, аустенит, мартенсит, ледебурит и другие.
Пример расшифровки марки стали 12Х18Н10Т
12Х18Н10Т — это популярная сталь аустенитного класса, которая применяется в сварных аппаратах, работающих в разбавленных растворах кислот, в растворах щелочей и солей, а также в деталях, работающих под большим давлением и в широком диапазоне температур. Итак, что же означают эти загадочные символы, стоящие в названии, и как их правильно объединить?
Две цифры, стоящие в самом начале марки легированной стали, — это среднее содержание углерода в сотых долях процента. В нашем случае, содержание углерода 0,12%. Иногда вместо двух цифр стоит всего одна: она показывает, сколько углерода (C) содержится в десятых долях процента. Если же цифр в начале марки стали вовсе нет, это означает, что углерода в ней довольно приличное число — от 1% и выше.
Буква Х и следующая за ней цифра 18 говорят о том, что в данной марке содержится 18% хрома. Обратите внимание: соотношение элемента в долях процента выражает только первое число, стоящее в начале марки, и это относится только к углероду! Все остальные числа, присутствующие в названии, выражают количество конкретных элементов в процентах.
Далее следует комбинация Н10. Как Вы уже догадались, это 10% никеля.
В самом конце стоит буква Т без каких-либо цифр. Это значит, что содержание элемента слишком мало, чтобы уделять этому внимание. Как правило, около 1% (иногда — до 1,5%). Получается, в данной марке легированной стали количество титана не превышает 1,5%. Если вдруг в самом конце марки Вы обнаружите скромно стоящую букву А, помните, что она играет очень важную роль: таким образом обозначается высококачественная сталь, содержание фосфора и серы в которой сведено к минимуму. Две буквы А в самом конце (АА) говорят о том, что данная марка стали особо чистая, т. е. серы и фосфора здесь практически нет.
В ходе несложного анализа сочетаний букв и цифр мы выяснили, что марка стали 12Х18Н10Т (конструкционная криогенная, аустенитного класса) сообщает о себе следующие сведения: 0,12% углерода, 18% хрома (Х), 10% никеля (Н) и небольшое содержание титана (Т), не превышающее 1,5%.
Физические свойства
Особенностью 30ХГСА является наличие характерного зеленого оттенка. Плотность 7850 кгм3. Температура плавления около 1500 ºС.
Теплопроводность находится в пределах 30-38 Втм К в зависимости от значения температуры. Коэффициент линейного расширения в среднем составляет 12,2 106 1град. Электросопротивление 210 мкОм мм.
О чем говорит маркировка сталей
Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной.
Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества
Конструкционная нелегированная сталь, относящаяся к категории качественных, имеет в своем обозначении две цифры, по ним определяют среднее содержание в ней углерода (исчисляется в сотых долях процента).
Прежде чем приступить к рассмотрению марок тех сталей, которые включают легирующие добавки, следует разобраться в том, как данные добавки обозначаются. Маркировка легированных сталей может включать такие буквенные обозначения:
Список используемых легирующих добавок
Механические характеристики
Марка 30ХГСА от обычных конструкционных сталей отличается повышенным значением прочности и устойчивости к ударным нагрузкам. Предел текучести равен 820 МПа. Для сравнения, нержавейка 12Х18Н10Т «течет» уже при 400 МПа. Полное разрушение стали происходит при нагрузке 980 МПа. Ударная вязкость составляет 127 КДжм2.
Обладает высокими пластичными свойствами: относительное удлинение 11%, а сужение 50%. Устойчива при работе в условиях переменных нагрузок. Предел выносливости 30ХГСА больше стали 45 ровно в 2 раза и имеет значение 490 МПа. Износоустойчива. Твердость находится в пределах 45-50 единиц по шкале Роквелла.
Сталь сохраняет свои механические характеристики при температуре вплоть до 400 С.
Примеры маркировки сталей различных видов
Определение марки стали и причисление сплава к определенному виду – это задача, которая не должна вызывать никаких проблем у специалиста. Не всегда под рукой есть таблица, в которой дается расшифровка названий марок, но разобраться с этим помогут примеры, которые приведены ниже.
Содержание элементов в распространенных марках стали (нажмите для увеличения)
Конструкционные стали, не содержащие легирующих элементов, обозначаются буквосочетанием «Ст». Цифры, стоящие следом, – это содержание углерода, исчисляемое в сотых долях процента. Несколько иначе маркируются низколегированные конструкционные стали. К примеру, в стали марки 09Г2С 0,09% углерода, а легирующие добавки (марганец, кремний и др.) содержатся в ней в пределах 2,5%. Очень похожие по своей маркировке 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разным количеством углерода, а доля каждого легирующего элемента в них составляет не больше 1%. Именно поэтому после букв, обозначающих каждый легирующий элемент в таком сплаве, не стоит никаких цифр.
20Х, 30Х, 40Х и др. – так маркируются конструкционные легированные стали, преобладающим легирующим элементом в них является хром. Цифра в начале такой марки – это содержание углерода в рассматриваемом сплаве, исчисляемое в сотых долях процента. За буквенным обозначением каждого легирующего элемента может быть проставлена цифра, по которой и определяют его количественное содержание в сплаве. Если ее нет, то указанного элемента в стали содержится не больше 1,5%.
Можно рассмотреть пример обозначения хромокремнемарганцевой стали 30ХГСА. Она, согласно маркировке, состоит из углерода (0,3%), марганца, кремния, а также хрома. Каждого из данных элементов в ней содержится в границах 0,8–1,1%.
Маркировка сталей по американской и европейской системам
Собираетесь купить металлопрокат? В нашем магазине разумные цены и качество производителя.
В США существует несколько систем маркировки сталей, разработанных различными организациями по стандартизации. Для нержавеющих сталей, чаще всего, применяют систему AISI, которая действует и в Европе. Согласно AISI, сталь обозначается тремя цифрами, в отдельных случаях после них идут одна или несколько букв. Первая цифра говорит о классе стали, если она – 2 или 3, то это аустенитный класс, если 4 – ферритный или мартенситный. Следующие две цифры обозначают порядковый номер материала в группе. Буквы обозначают:
- L – низкую массовую доля углерода, менее 0,03%;
- S – нормальную концентрацию С, менее 0,08%;
- N – означает, что добавлен азот;
- LN – низкое содержание углерода сочетается с добавкой азота;
- F – повышенную концентрацию фосфора и серы;
- Se – сталь содержит селен, В – кремний, Cu – медь.
Если легированные стали, конструкционные и инструментальные, кроме быстрорежущих, включают более 5% хотя бы одной легирующей добавки, перед содержанием углерода ставят букву «Х».
Страны ЕС применяют маркировку EN, в некоторых случаях параллельно указывая национальную марку, но с пометкой «устаревшая».
Как происходит маркировка на практике
Бывает и такое, что в нормативы по химическому составу не укладываются. Тогда металл маркируют другой маркой. Заказчик должен быть уверен, что он получит именно ту продукцию, которую заказал. От этого зависит качество изделий. Заводская система технического контроля завода строго следит за этим.
Материаловедение
Сталь
Все известные в природе металлы относят к двум группам — черные и цветные металлы. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун). Кроме того, к черным металлам относят марганец — металл серебристо-белого цвета; но в металлургии и в бытовом сленге этот элемент в перечне черных металлов упоминается редко.
Такая классификация обусловлена рядом причин, в первую очередь, химико-механическими свойствами железосодержащих металлов и сплавов, обладающих низкой коррозийной стойкостью (кроме некоторых сталей со специфическими добавками) и магнетизмом. Черные металлы привлекают машиностроителей хорошей податливостью к обработке, механической прочностью, а также низкой ценой.
Цветные металлы обладают рядом уникальных свойств — высокой электропроводностью, устойчивостью к коррозии, небольшим удельным весом при высокой прочности, а в некоторых случаях и высокими эстетико-ювелирными качествами. Как правило, цветные металлы являются более дорогостоящими из-за их относительной редкости в природе, а также сложности выделения из породы.
Цветные металлы, чаще всего, классифицируют на легкие, тяжелые и благородные металлы.
Итак, основой черных металлов является железо . Однако в чистом виде этот металл в природе практически не встречается из-за относительно низкой коррозийной стойкости, поэтому железо в чистом виде в машиностроении не применяется, а используются сплавы, основу которых составляют соединения железа с углеродом — стали и чугуны.
Сталями называют многокомпонентные сплавы с содержанием углерода до 2,14 %.
Чугун – сплав железа с углеродом при содержании углерода более 2,14 %.
Стали и чугуны очень широко используются в машиностроении. При этом незначительные добавки цветных металлов или неметаллических элементов в стальные или чугунные сплавы позволяют существенно изменять их химико-механические свойства в зависимости от потребностей машиностроителей, незначительно влияя, при этом, на стоимость полученного сплава.
Свойства, классификация и маркировка сталей
В основу классификации сталей заложены их химический состав, структура, назначение, технологическая обрабатываемость, качество.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).
По структуре — доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные, феррито-перлитная, аустенитная, мартенситная.
По назначению — конструкционные, машиностроительные и инструментальные.
Углеродистые стали, в зависимости от содержания в них углерода, могут быть:
- малоуглеродистыми , содержащими углерода менее 0,25%;
- среднеуглеродистыми , содержание углерода составляет 0,25…0,60%;
- высокоуглеродистыми , в которых концентрация углерода превышает 0,60%.
Легированные стали подразделяют на:
- низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%;
- среднелегированные , в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
- высоколегированные , которые содержат свыше 10% легирующих элементов.
Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
Стали с особыми физическими свойствами: с определенными магнитными характеристиками (электротехническая сталь) или с малым коэффициентом линейного расширения (суперинвар).
Стали с особыми химическими свойствами: нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные стали.
Качество стали зависит от содержания вредных примесей: серы и фосфора. Стали обыкновенного качества, содержат до 0.06% серы и до 0,07% фосфора; качественные – до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно; высококачественные – до 0,025% серы и фосфора; особо высококачественные – до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
По степени удаления кислорода из стали, т. е. по степени её раскисления, существуют:
- спокойные стали , т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «СП» в конце марки (иногда буквы опускаются);
- кипящие стали – слабо раскисленные; маркируются буквами «КП»;
- полуспокойные стали , занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «ПС».
Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:
- сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
- сталь группы Б – по химическому составу;
- сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.
Конструкционные стали
Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества обозначают по ГОСТ 380-94 буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали.
Например:
Ст1КП2 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 1, кипящая второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);
ВСт5Г – углеродистая сталь с повышенным содержанием марганца, спокойная, номер марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
БСт0 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории.
Таблица 1. Содержание углерода в стали: