Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2,1-4%) и другими элементами. Получают, главным образом, из смеси чугуна со стальным ломом в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, называют чугуном.
Стальной прокат
| № п/п | Классификация сталей и сплавов производится: |
| 1 | по химическому составу; |
| 2 | по структурному составу; |
| 3 | по качеству (по способу производства и содержанию вредных примесей); |
| 4 | по степени раскисления и характеру затвердеванин металла в изложнице; |
| 5 | по назначению. |
По химическому составу углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на следующие группы:
| № п/п | Классификация сталей по химическому составу: |
| 1 | малоуглеродистые — менее 0,3 % С |
| 2 | среднеуглеродистые- более 0,3-0,7 % С. |
| 3 | высокоуглеродистые — более 0,7%С. |
Для улучшеиия технологических свойств стали легируют.
Легированной называется сталь, в которой, кроме обычных примесей, содержатся специально вводимые в определенных сочетаниях легирующие элементы (Cr, Ni, Мо, Wо, V, Аl, В, Ті и др.
), а также Мn и Ѕі в количествах, превышающих их обычное содержание как технологических примесей (1% и выше). Как правило, лучшие свойства обеспечивает комплексное легирование.
В легированных сталях их классификация по химическому составу определяется суммарным процентом содержания легирующих элементов:
Классификация лигированных сталей
| № п/п | Классификация по химическому составу лигированных сталей : |
| 1 | низколегированные — менее 2,б%; |
| 2 | среднелегироввнные — 2,5-10%; |
| 3 | высоколегированные — более 10%. |
Структурный состав лигированных сталей
Легированныс стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу:
| № п/п | Лсгированныс стали и сплавы делятся также на классы по структурному составу: |
| 1 | в отожжеином состоянии
|
| 2 | в нормализованиом состоянии
|
Классификация сталей по качеству
По качеству, то есть по способу производства и содержанию вредных примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы
| Наименование стали | Описание | |
| Обыкновенного качества (рядовые) | содержание серы S,% | Содержания фосфора P,% |
| менее 0,06 | менее 0,07 | |
| Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу — углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали Ст0, Ст3сп, Ст5кп. Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов. | ||
| Качественные | содержание серы S,% | Содержания фосфора P,% |
| менее 0,04 | менее 0,035 | |
| Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки. Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов | ||
| Высоко-качественные | содержание серы S,% | Содержания фосфора P,% |
| менее 0,025 | менее 0,025 | |
| Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШМ) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную частоту по неметаллическим включениям (содержанием серы и фосфора менее 0,03% и содержания газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА | ||
| Особо высоко-качественные | содержание серы S,% | Содержания фосфора P,% |
| менее 0,015 | менее 0,025 | |
| Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методами специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,026% фосфора. Например: 18ХГ-Ш, 2ОХГНТР-III. |
Классификация сталей по назначению
По назначению стали и сплавы классифицируются на
| Наименование стали | Описание |
| К строительным сталям относятся углеродистые стали обыкновенного качества, а также низколегированные стали. Основное требование к строительным сталям — их хорошая свариваемость. Например: (С255, С345Т, СЗ9ОК, С440Д). | |
| Для холодной штамповки применяют листовой прокат из низкоуглеродистых качественных марок стали О8Ю, О8пс и 08кп. | |
| Цементируемые стали применяют для изготовления деталей, работающих в условиях поверхностного износа и испытывающих при этом динамические нагрузки. К цементируемым относятся малоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,3% углерода (такие, как 15, 20, 25), а также некоторые легированные стали (15Х, 20Х, 16ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР), | |
| К улучшаемым сталям относят стали, которые подвергают улучшению — термообработке, заключающейся в закалке и высоком отпуске. К ним относятся среднеуглеродистые стали (35, 40, 45, 50), хромистые стали (40Х, 45Х, 50Х), хромистые стали с бором (30ХРА, —40ХР), хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали. | |
| Высокопрочные стали — это стали, у которых подбором химического состава и термической обработкой достигается предел прочности примерно вдвое больший, чем у обычных конструкционных сталей. Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях — таких, как 30ХГСН2А, 40ХН2МА, 30ХГСА-до 38ХНЗМ-до 03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ. | |
| Пружинистые (рессорно-пружинные) стали сохраняют в течение длительного времени упругие свойства, поскольку имеют высокий предел упругости, высокое сопротивление разрушению и усталости. К пружинным сталям относятся углеродистые стали (65, 70) и стали, легированные элементами, которые повышают предел упругости — кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором (60С2, 50ХГС, 6ОС2ХФА, 55ХГР). | |
| Подшипниковые (шарикоподшипниковые) стали имеют высокую прочность, износоустойчивость, выносливость. К подшипниковым предъявляют повышенные требования на отсутствие различных включений, макро- и микропористости. Обычно шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1%) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15), | |
| Автоматные стали используют для изготовления неответственных деталей массового производства (винты, болты, гайки и др.), обрабатываемых на станках-автоматах. Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, а также свинца, что способствует образованию короткой и ломкой стружки, а также уменьшает трение между резцом и стружкой. Недостаток автоматных сталей — пониженная пластичность. Автоматные сталям относятся такие стали, как А12, A20, А30, А-40Г, АС11, АС-40, АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20XГНМ. | |
| Износостойкие стали применяют для деталей, работающих в условиях абразивного трения, высокого давления и ударов (крестовины железнодорожных путей, траки гусеничных машин, щеки дробилок, черпаки землеройных машин, ковши экскаваторов и др.). Пример износостойкой стали — высокомарганцовистая сталь 110Г13Л. | |
Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали — легированные стали с большим содержанием хрома (не менее 12%) и никеля. Хром образует на поверхности изделия защитную (пассивную) оксидную пленку. Углерод в нержавеющих сталях — нежелательный элемент, а чем больше хрома, тем выше коррозионная стойкость. Структура для наиболее характерных сплавов этого назначения может быть: ферритно-карбидной и мартенситной (12Х13, 20Х13, 20Х17Н2,30Х13, 40Х13, 95Х18 — для слабых агрессивных сред (воздух. вода, пар); ферритной (15Х28) ~ для растворов азотной и фосфорной кислот;- аустенитной [12Х18Н10Т) — в морской воде, органических и азотной кислотах, слабых щелочах;- мартенситно-стареющей (10Х1ТН13М3Т, 00Х1бНБІО) е в фосфорной, уксусной и молочной кислотах. Сплав 06ХН28МТ может эксплуатироваться в условиях горячих (до 60°С) фосфорной и серной (концентрации до 20%) кислот. Коррозионностойкие стали и сплавы классифицируют в зависимости от агрессивности среды, в которой они используются, и по их основному потребительскому свойству на собственно
|
|
| Изделия из собственно коррозионностойких сталей (лопатки турбин, клапаны гидравлических прессов, пружины, карбюраторные иглы, диски, валы, трубы и др.) работают при температуре эксплуатации до 550°С | |
Жаропрочные стали способны работать в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и при этом обладают достаточной жаростойкостью. Данные стали и сплавы применяются для изготовления труб, клапанных, паро- и газотурбинных деталей (роторы, лопатки, диски и др.).Для жаропрочных и жаростойких машиностроительных сталей используются малоуглеродистые (0,1-0,45%С) и высоколегированные (Ѕі,Ст, Ні, Со и др.).Жаропрочные стали и сплавы в своем составе обязательно содержат никель, который обеспечивает существенное увеличение предела длительной коррозионной прочности при незначительном увеличении предела текучести и временного сопротивления, и марганец. Они могут дополнительно легироваться молибденом, вольфрамом, ниобием, титаном, бором, иодом и др. Так, микролегирование бором, а также редкоземельными и некоторыми щелочноземельными металлами повышает такие характеристики, как число оборотов при кручении, пластичность и вязкость при высоких температурах, Рабочие температуры современных жаропрочных сплавов составляют примерно 45-80% от температуры плавления. Эти стали классифицируют по температуре эксплуатации (ГОСТ 20072-74):
|
|
| Жаростойкие (окалиностойкие) стали обладают стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах, в том числе серосодержащих, при температурах +550-1200 °С в воздухе, вечных газах (15ХМ, 15Х6СМ, 40Х9С2, 30Х13Н7С2, 12Х17, 15Х28), окислительных и науглероживающих средах (20Х20Н14С2, 20Х2ЗН18) и работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии, так как могут проявлять ползучесть при приложении больших нагрузок. Жаростойкие стали характеризуют по температуре начала интенсивного окисления. Величина этой температуры определяется содержанием хрома в сплаве. Так, при 15% Сг температура эксплуатации изделий составляет +960°С, а при 25% Сг до +1300°С. Жаростойкие стали также легируют никелем, кремнием, алюминием. | |
| Криогенные машиностроительные стали и сплавы (ГОСТ 5632-72) по химическому составу являются низкоуглеродистыми (О,10% С) и высоколегированными (Сг, Ni, Мn и др.) сталями аустенитного класса (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х20Н16АГ6, 03Х13АГ19 и др.).Основными потребительскими свойствами этих сталей являются пластичность и вязкость, которые с понижением температуры (от +20 до -196°С) либо не меняются, либо мало уменьшаются, т.е. не происходит резкого уменьшения вязкости, характерного при хладноломкости. Криогенные машиностроительные стали классифицируют по температуре эксплуатации в диапазоне от -196 до -296°С и используют для изготовления деталей криогенного оборудования. |
Инструментальные стали по назначению делят на
- стали для режущих
- измерительных инструментов
- штамповые стали
Стали для режущих
Стали для режущих инструментов должны быть способными сохранить высокую твердость и режущую способность продолжительное время, том числе и при нагреве. В качестве сталей для режущих инструментов применяют
- углеродистые
- легированные инструментальные
- быстрорежущие стали.
| Стали | Описание |
| Углеродистые инструментальные стали содержат 0,65-1,32% углерода. Например, стали марок УТ, УТА, У13, У13А. К данной группе, помимо нелегированных углеродистых инструментальных сталей, условно относят также стали с небольшим содержанием легирующих элементов которые не сильно отличаются от углеродистых | |
| В данную группу сталей входят стали, содержащие легирующие элементы в количестве 1-3%. Легированные инструментальные стали имеют повышенную (по сравнению с углеродистыми инструментальньтми сталями) теплостойкость — до +300°С. Наиболее широко используют стали ЭХС (сверла, фрезы, зенкеры), ХВГ (протяжки, развертки), ХВГС (фрезы, зенкеры, сверла больших диаметров) | |
| Быстрорежущие стали применяют для изготовления различного режущего инструмента, работающего на высоких скоростях резания, так как они обладают высокой теплостойкостью — до +бб0″С, Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали марок Р9, Р18, Р6М5,Р9Ф5, Р10К5Ф5. |
Стали для измерительных инструментов
Инструментальные стали для измерительных инструментов (плиток, калибров, шаблонов) помимо твердости и износостойкости должны сохранять постоянство размеров и хорошо шлифоваться. Обычно применяют стали У3…У12, Х, 12Х1, ХВГ, Х12Ф1.
Измерительные скобы, шкалы, линейки и другие плоские и длинные инструменты изготовляют из листовых сталей 15, 15Х. Для получения рабочей поверхности с высокой твердостью и износостойкостью инструменты подвергают цементацни и закалке.
Штамповые стали
Штамповые стали обладают высокой твердостью и износостойкостью, прокаливаемостью и теплостойкостью.
Стали для штампов холодного деформирования
Эти стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью, также должны быть теплостойкими, Например Х12Ф1, Х12М, ХБВФ, БХБВЗМФС, ТХГЗБМ. Во многих случаях для изготовления штампов для холодного деформирования используют быстрорежущие стали.
Стали для штампов горячего деформирования
Эти стали должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать износостойкостью, окалиностойкостьто, разгаростойкостью и высокой теплопроводностью. Примером таких сталей могут служить стали БХНМ, БХНВ, 4Х3ВМФ, 4Х5В2ФС, ЗХЗВЅФ, 4Х2В5МФ.
Валковые стали
Данные стали применяют для рабочих, опорных и прочих валков прокатных станов, бандажей составных опорных валков, ножей для холодной резки металла, обрезных матриц и пуансснов. Е валковым сталям относят такие стали, как 9Х1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.
Классификация сталей
Стали классифицируют по химическому составу, способу производства, назначению, качеству, степени раскисления, структуре (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Классификация сталей
По способу производства различают конверторные, мартеновские, электростали и стали особых методов выплавки.
По назначению стали классифицируют на конструкционные, инструментальные, строительные и стали специального назначения с особыми свойствами. ■
По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и оёобо высококачественные. Качество стали зависит от количества вредных примесей, преимущественно серы и фосфора. Содержание этих элементов в сталях различного качества приведено в табл. 5.1. — ■ ■
Качество углеродистой стали отражается в маркировке. Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (например, СтЗ). В конце маркировки высококачественных сталей ставится буква А (например, У12А). Отсутствие букв Ст в начале и буквы А в конце маркировки означает, что углеродистая сталь является качественной (45, У12 их д.). Все легированные стали производят, как минимум, качественными.
Таблица 5.1
Содержание серы и фосфора в сталях разного качества, %
| Стали | S | Р |
| Обыкновенного качества | 0,04…0,06 | 0,04…0,08 |
| Качественные | 0,03…0,04 | 0,03…0,04 |
| Высококачественные | 0,03 | 0,025…0,03 |
| Особо высококачественные | До 0,015 | 0,015 |
Для производства особо высококачественных сталей применяют специальные виды улучшающей обработки, которые могут быть указаны в марках сталей: ВИ (ВИП) — переплав в вакуумных индукционных печах; Ш (ЭШП) — электрошлаковый переплав; ВД (ВДП) — переплав в вакуумных дуговых печах; ШД — вакуумно-дуговой переплав стали после электрошлакового переплава; ОДП — обычная дуговая плавка; ПДП — плазменно-дуговая плавка.
По степени раскисления различают спокойную сталь, которая раскислена марганцем, кремнием и алюминием; полуспокойную — марганцем и алюминием и кипящую — марганцем. Кипящая сталь уступает по качеству спокойной, так как содержит больше кислорода.
По структуре в равновесном состоянии стали классифицируют на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные (перлитного класса), ледебуритные, аустенитные и ферритные. По структуре в неравновесном состоянии после охлаждения на воздухе — на перлитные,, мартенситные vi аустенитные.
В ГОСТах на стали принята следующая система для обозначения марок сталей. Обозначения состоят из комбинации цифр и букв.
Первые цифры в маркировке указывают на содержание углерода в стали: если число однозначное — в десятых долях процента, если двузначное — в сотых долях процента. В случае, когда первые цифры (цифра) отсутствуют, углерода в стали не менее 1 % (например Х12, Х6ВФ).
Для обозначения легирующих элементов, входящих в состав стали, каждому из них присвоена своя буква: Ni — Н, Си — Д, N — А, Сг-Х, В-Р, Р-П, Со-К, Nb-Б, Мо-М, Zr-Ц, Ti — Т, Мп — Г, Si — С, V — Ф, W — В, А1 — Ю.
Для указания количества легирующего элемента в составе стали после соответствующей буквы в марке ставится число, равное процентному содержанию элемента. Если числа нет, то содержание элемента меньше 1…
1,5 % (например, 5ХЗВЗМФС).
Степень раскисления стали обозначается буквами в конце маркировки стали: сп — спокойная; пс — полуспокойная; к — кипящая.
Помимо указанных, для некоторых сталей употребляются специальные условные обозначения. Например, обозначение быстрорежущих сталей начинается с буквы Р, цифры за которой показывают содержание вольфрама в процентах (Р18, Р6М5К5); шарикоподшипниковых сталей — с буквы Ш (ШХ9, ШХ15СГ), где цифры (9 и 15) указывают на содержание хрома в стали в десятых долях процента.
Марки стали – виды и классификация сталей по ГОСТ
Сталь представляет собой сплав, основными элементами которого являются железо и углерод.Его массовая доля теоретически не превышает 2,14% (на практике – не более 1,5%). В состав также входят постоянные и случайные примеси, оказывающие различное влияние на качество материала (сера, фосфор, марганец, кремний), могут добавляться другие элементы.
Сталь производят переработкой передельного чугуна и лома. Во время этого процесса снижается содержание углерода и ненужных примесей, вводятся необходимые дополнительные компоненты, обеспечивающие требуемые свойства материала.
Виды сталей и их классификация
Черная металлургия производит множество видов стали с различными характеристиками, материалы классифицируют по способу производства,химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления, структуре.
По способу производства
Свойства стального сплава во многом зависят от технологии изготовления.
Традиционный способ переплавки передельного чугуна и лома – ведение процесса в мартеновских печах, основными недостатками которых были длительность плавки и значительные выбросы в атмосферу вредных веществ.
Постепенно мартены заменялись кислородными конвертерами и электропечами. Высококачественные легированные стальные сплавы получают только по технологии электрошлаковой переплавки.
По химическому составу
По химсоставу стали разделяют на углеродистые, применяемые в стандартных эксплуатационных условиях, и легированные, используемые при высоких температурах и/или в агрессивных средах. Углеродистые и легированныестали классифицируют по содержанию углерода на следующие типы:
- низкоуглеродистые – содержат менее 0,3%C;
- среднеуглеродистые – содержание C в интервале 0,3-0,7%;
- высокоуглеродистые – доля углерода превышает 0,7%.
Процентное содержание существенно влияет на технические характеристики как легированных, так и нелегированных стальных сплавов. Чем оно больше, тем выше твердость и хрупкость материала, тем хуже обрабатываемость резанием, свариваемость, способность к деформированию.
Для холодной штамповки изделий сложной формы выбирают сплавы, в которых содержание Cне превышает 1%. Низкоуглеродистые стали свариваются без ограничений, то есть не требуют предварительного подогрева и особых условий охлаждения.
При сварке средне- и высокоуглеродистых сплавов во избежание трещинообразования применяют дополнительные технологические операции.
Углеродистые стали содержат железо, углерод, постоянные и случайные примеси; легированные, помимо этих компонентов, – добавки, обеспечивающие требуемые технические характеристики. Распространенные легирующие элементы и их действие:
- Хром (Cr). Дешевый и распространенный элемент, введение которого в состав стальных сплавов повышает их прочность, твердость и прокаливаемость. При содержании в количестве 13% и более повышают коррозионную стойкость материала.
- Никель (Ni). Дефицитнаядобавка, вводимая обычно в количестве не более 5%. Часто используется в коррозионностойких сталях совместно с хромом. Служит для снижения порога хладноломкости, обеспечения прочности и ударной вязкости. Обеспечивает малый линейный и объемный коэффициент термического расширения. В настоящее время уделяется внимание разработке безникелевых коррозионностойких марок.
- Молибден (Mo) и вольфрам (W). Дорогостоящие лигатуры, применяемые при производстве быстрорежущих сталей для повышения их теплостойкости. Эти элементы увеличивают красностойкость, износостойкость, ударную вязкость.
- Марганец (Mn). В количестве до 0,6% является постоянной примесью. При искусственном повышении процентного содержания марганец выполняет функции более дешевой альтернативы никеля. Он повышает ударную вязкость, износостойкость и твердость при сохранении хорошей пластичности. Mn связывает серу и, тем самым, нейтрализует ее негативное воздействие на качество материала. Минус марганца – повышение чувствительности сплава к перегреву.
- Кремний (Si). Как и марганец, является постоянной примесьюв количестве до 0,4 %. Искусственное повышение его содержания позволяет повысить упругость и прочность материала. Высокий процент Si сообщает сплаву особые свойства, необходимые в электротехнической индустрии, при производстве рессорно-пружинных, кислото- и окалиностойких марок.
- Титан (Ti). Обеспечивает комплекс ценных эксплуатационных характеристик – прочности, твердости и пластичности, повышает теплостойкость материала.
Классификация легированных марок стали по количеству легирующих добавок:
- низколегированные – до 5%;
- легированные – 5-10%;
- высоколегированные – выше 10%.
По назначению
По областям применения все марки стали условно разделяют на следующие виды:
- Конструкционные. Наиболее обширная категория, используемая в строительстве при создании сварных металлоконструкций, в машиностроении, для сооружения сетей инженерных коммуникаций. К ней относятся – стали обыкновенного качества, качественные углеродистые, низко- и среднелегированные марки. Конструкционные стальные сплавыподвергаются различным видам термической (ТО) и химико-термической обработки (ХТО).
- Инструментальные. Используются при производстве режущего, измерительного, штамповочного инструмента. К ним предъявляются высокие требования по прокаливаемости, способности сохранять прочность и износостойкость при нагреве.
- Специального назначения. Это конструкционные легированные сплавы с особыми свойствами –кислотостойкие, жаростойкие, жаропрочные, с высоким электросопротивлением.
Таблица условных обозначений химических элементов в маркировке
| Наименование элемент | Условное обозначение | Наименование элемента | Условноеобозначение |
| Хром | Х | Азот | А |
| Кремний | С | Никель | Н |
| Титан | Т | Кобальт | К |
| Медь | Д | Молибден | Мо |
| Вольфрам | В | Алюминий | Ю |
| Ванадий | Ф | Марганец | Г |
По качеству
Качество – это совокупность характеристик, которые определяются особенностями производства, составом сырья, дополнительными технологическими приемами. Категории качества:
- Обыкновенного качества. К этой группе относятся только нелегированные марки. Количество серы не превышает 0,06%, фосфора – 0,07%.
- Качественные. Бывают нелегированными и легированными. S – не более 0,04%, P – до 0,04%.
- Высококачественные – нелегированные и легированные. Количество серы до 0,02%, фосфора – 0,03%.
- Особовысококачественные. Это легированные марки, полученные способами электрошлакового или электродугового переплава, содержат минимально возможное количество вредных примесей: серы – не более 0,15%, фосфора – до 0,025%.
По степени раскисления
Раскисление – это операция, при которой из сплава удаляется кислород, вызывающий его хрупкое разрушение при высокотемпературных деформациях. Элементы, используемые для раскисления: алюминий, марганец, кремний.Классификация марок стали по степени раскисления, влияющей на технологические свойства материала:
- Кипящие. По мере твердения выделяются газы, создающие имитацию кипения состава. Для раскисления в этом случае используется марганец. Обычно к этой категории относятся малоуглеродистые марки. Их выгружают из печи практически сразу после внесения раскислителей. В отдельных случаях расплав раскисляют в ковше. Из кипящих сплавов производят прокат крупного сечения, который затем переплавляют на материал более высокого качества или подвергают горячей деформации для получения проката меньших размеров сечения.
- Полуспокойные. Бывают только углеродистыми. Отличаются хорошей ковкостью. Для раскисления используются марганец и алюминий.
- Спокойные. Качественные легированные марки производят только спокойными. Для раскисления применяют марганец, кремний, алюминий. Кислород в этих сплавах практически весь связывается раскислителями, образовавшимися в результате окислительных реакций,поднимается наверх и удаляется вместе со шлаком. Расплав охлаждается и не сопровождается выделением газов.
По структуре
Структурная форма стали зависит от химического состава, способа производства, дополнительных технологических операций. Различают структуру материала в отожженном и нормализованном состояниях. В отожженном состоянии возможно 6 типов структуры:
- Доэвтектоидная. В структуре имеются феррит и перлит, который является смесью двух фаз – феррита и цементита (или карбидов). К ферритному классу относятся все углеродистые и низколегированные стальные сплавы.
- Эвтектоидная. Перлитная структура обеспечивает хорошую обрабатываемость стального сплава. Ее дисперсные виды – троостит и сорбит.
- Заэвтектоидная. Перлит и цементит, который является представителем фаз внедрения.
- Ледебуритная. Первичный ледебурит (эвтектическая смесь перлита и цементита).
- Аустенитная. Это твердые растворы, пересыщенные углеродом. Сплавы этого класса образуются при высоких концентрациях хрома, никеля и марганца. Они отличаются высоким уровнем ударной вязкости.
- Ферритная. Представляет собой твердые растворы, слабо насыщенные углеродом.
Углеродистые стали могут иметь структуру одного из трех первых классов, легированные – всех шести. После нормализации возможны 4 структурных состояния: ферритное, перлитное, аустенитное и мартенситное. Мартенситная структура, присущая средне- и высоколегированным сталям, характеризуется высокими прочностными характеристиками и мелкозернистостью.
Принципы классификации и маркировки стали по российской системе
В России используются буквенно-цифровые маркировки, конкретный тип которых зависит от качества сплава.
- Стали обыкновенного качества обозначаются буквами ст, после которых указывается индекс марки (0-6) и уровень раскисления. Сп – спокойные, пс – полуспокойные, кп – кипящие. Впереди может стоять буква А (сплав обладает гарантированными механическими параметрами, часто его на ставят), Б– гарантированным химсоставом, В – с гарантированными механическими характеристиками и химсоставом. Пример: Ст3 – сталь обыкновенного качества с гарантированными механическими свойствами и условный индекс 3, для которого содержание углерода составляет 0,14-0,22%.
- В качественных сталях буквы вначале маркировки отсутствуют. Количество углерода указывается в сотых долях процента. В конце ставится уровень раскисления. Пример: 08кп. Содержание углерода – 0,08%.
- Качественные инструментальные стали в начале маркировки имеют букву У, далее следует количество C в сотых долях процента. В конце обозначения высококачественного сплава ставится буква А. Например, маркировка У7А расшифровывается как высококачественная углеродистая сталь с содержанием углерода 0,07%.
- В быстрорежущих сталях маркировка начинается с буквы Р, после которой указывается количество вольфрама в процентах. Например, Р17 – быстрорежущий сплав, содержащий 17% W.
- В конструкционных легированных сталях содержание углерода проставляется в сотых долях процента. Далее указывается условное обозначение элементов и их содержание в процентах. Пример: 12Х18Н10Т. Такая сталь содержит 0,12% углерода, хрома – 18%, никеля – 10%, титана – примерно 1%.
Как расшифровать марку стали в европейской и американской системах
Для коррозионностойких сталей в Европе и Америке часто используют систему маркировки AISI. Она предусматривает наличие трех цифр, одной или нескольких букв. Первая цифра в маркировке металла обозначает класс стали. Следующие две цифры соответствуют порядковому номеру сплава в группе. Значение букв, используемых в маркировке стальных сплавов:
- содержание углерода менее 0,03%;
- содержание Св пределах 0,03-0,08%;
- сплав содержит азот;
- малоуглеродистые стали, содержащие азот;
- высокая концентрация серы и фосфора;
- содержится селен, B – кремний, Cu – медь.
В США могут применяться и другие системы маркировки. В Европе существует система, во многом похожая на российскую систему маркировки. Содержание углерода указывается в сотых процента.
Отличия заключаются в том, что сначала идет перечисление легирующих элементов, а затем в том же порядке следует их процентное содержание, лигатуры указываются в соответствии с таблицей Менделеева.
Если какой-то элемент присутствует в количестве более 5%, то перед маркировкой ставится буква X. Например: X5CrNi18-10. В этой стали содержится 0,05% углерода, 18% хрома и 10% никеля.
Таблица обозначений легированных сталей в разных системах маркировки
| Стандарт США ASTM A240 | Европейские стандарты EN10088-2 и EN 10095 | Российский стандарт ГОСТ 5632-2014 | Химический состав, % | ||||
| C max | Cr | Ni | Mo | Ti | |||
| Аустенитный класс | |||||||
| Коррозионностойкие | |||||||
| AISI304 | 1.4301 | 12Х18Н9 | 0,07 | 17-19 | 8-10 | ||
| AISI 304DDQ | 1.4301 | 08Х18Н10 | 0,07 | 17-19 | 9-10 | ||
| AISI 304L | 1.4307 | 04Х18Н10 | 0,03 | 18-19 | 8-10 | ||
| AISI 316 | 1.4401 | 03Х17Н14М2 | 0,03 | 16,5-18,5 | 10-13 | 2-2,5 | |
| AISI 316L | 1.4432 | 03Х17Н14М3 | 0,03 | 16,5-18,5 | 10,5-13 | 2,5-3 | |
| AISI 316Ti | 1.4571 | 08Х17Н13М2Т | 0,08 | 16,5-18,5 | 10,5-13,5 | 2-2,5 | 5*C-0,7 |
| AISI 321 | 1.4541 | 12Х18Н10Т | 0,08 | 17-19 | 9-12 | 5*C-0,7 | |
| Жаростойкие и жаропрочные | |||||||
| AISI 309S | 1.4833 | 20Х23Н13 | 0,15 | 22-24 | 12-14 | ||
| AISI 310 S | 1.4845 | 20Х23Н18 | 0,10 | 24-26 | 19-22 | ||
| Ферритный класс | |||||||
| Коррозионностойкие стальные сплавы | |||||||
| AISI 410S | 1.4000 | 08Х13 | 0,08 | 12-14 | |||
| AISI 430 | 1.4016 | 12Х18 | 0,12 | 16-18 | |||
| AISI 430Ti | 1.4510 | 08Х17Т | 0,08 | 16-18 | До 0,8 | ||
| AISI 409 | 1.4512 | 08Х13 | 0,08 | 0,5-11,75 | |||
| Мартенситный класс | |||||||
| Коррозионностойкие стальные сплавы | |||||||
| AISI 410 | 1.4006 | 12Х13 | 0,08-0,15 | 11,5-13,5 | |||
| AISI 420L | 1.4021 | 20Х13 | 0,16-0,25 | 12-14 | |||
| AISI 420 | 1.4028 | 30Х13 | 0,26-0,35 | 12-14 | |||
| AISI 420 | 1.4031 | 40Х13 | 0,36-0,42 | 12,5-14,5 | |||
| AISI 420 | 1.4034 | 45х13 | 0,43-0,5 | 12,5-14,5 |
Классификация сталей
Данная статья новичку покажется очень сложной. Здесь будет использовано много не понятных терминов, но без этого невозможно раскрыть всю суть о классификации сталей. Ваша задача – прочесть и понять в общих чертах как делятся стали, какие они бывают и для чего они применяются.
Классифицируются стали по следующим пунктам:
- химическому составу;
- структурному составу;
- качеству;
- степени раскисления;
- назначению.
Химический состав
По химическому составу стали делятся на:
- углеродистые;
- легированные.
Углеродистые делятся на:
- низкоуглеродистые — содержат до 0,25% С;
- среднеуглеродистые — содержат от 0,25 до 0,6% С;
- высокоуглеродистые – содержат от 0,6 до 0,2% С.
Легированные делятся на:
- низколегированные — содержанию легирующих элементов до 0,25%;
- среднелегированные — содержанию легирующих элементов 0,25 — 10,0%;
- высоколегированны — содержанию легирующих элементов более 10,0%.
По структуре в отожженном состоянии стали делятся на следующие классы:
- доэвтектоидный;
- заэвтектоидный;
- ледебуритный (карбидный);
- ферритный;
- аустенитный.
Процесс отжига заключается в нагреве стали до определённой температуры. Далее идёт выдержка её в течение определенного времени и последующее охлаждения до комнатной температуры.
Структурный состав
По структуре после нормализации стали делятся на следующие классы:
- перлитный;
- мартенситный;
- аустенитный;
- ферритный.
Нормализацией стали называют процесс нагрева и выдержки материала с последующим охлаждением на воздухе. Нормализация стали по сравнению с отжигом, является более коротким процессом термической обработки и использует другие температурные режимы.
Классификация по качеству
По качеству стали классифицируются:
- обыкновенного качества;
- качественные;
- высококачественные;
- особокачественные.
Стали обыкновенного качества массово применяются в разных отраслях по причине их дешевизны. Не обладает особыми свойствами. Содержат углерод до 0,6%.
Качественные стали бывают углеродистые и легированные. Применяются для изготовления ответственных деталей и узлов. Имеют высокую стоимость.
Высококачественные стали применяется в особо ответственных узлах. Имеют низкого содержания вредных примесей (серы и фосфора).
Особокачественные стали имеют очень низкое содержание серы и фосфора. Применяются в ответственных узлах, которые испытывают высокие динамические нагрузки.
Классификация по степени раскисления
По степени раскисления стали делятся:
- спокойные (сп);
- полуспокойные (пс);
- кипящие (кп).
Спокойные стали содержат малое количество кислорода. Затвердевание происходит спокойно без газовыделения. Спокойные стали массово применяют в сварочном производстве.
Полуспокойные стали затвердевают без кипения, но выделяют большое количество газов. По качеству очень приближены к спокойным сталям и могут их заменить.
Кипящие стали содержат в своём составе большое количество вредных примесей. Они очень хрупкие и плохо свариваются.
Классификация стали по назначению
Конструкционные стали делятся на:
- строительные;
- стали для холодной штамповки;
- цементируемые;
- улучшаемые;
- высокопрочные;
- пружинно-рессорные;
- подшипниковые;
- автоматные;
- коррозионностойкие;
- износостойкие;
- жаропрочные и жаростойкие.
- Строительные
- Применяются для изготовления конструкций любой сложности, имеют хорошую свариваемость.
- Стали для холодной штамповки
- К таким сталям относятся низкоуглеродистые стали обладающие высокой пластичностью.
- Цементируемые стали
- Это стали с содержанием углерода в пределах 0,1-0,3% и работающие при повышенных динамических нагрузках.
- Улучшаемые
- К улучшаемым относятся среднеуглеродистые и хромистые стали которые подвергаются термообработке (закалке и высоком отпуску).
- Высокопрочные стали
- К ним относятся стали имеющие специальный химический состав, который при термообработке увеличивают прочностные свойства в разы.
- Пружинно-рессорные стали
- Применяются в машиностроении для изготовления амортизаторов и рессор высоконагруженных машин.
- Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые)
К данным сталям предъявляют повышенные требования по прочности, износоустойчивости и выносливости.
Данные свойства достигаются за счёт содержания хрома в пределах 1,5%. Ярким примером такой шарикоподшипниковой стали является сталь ШХ15.
Автоматная сталь
Данная сталь используется для изготовления крепёжных деталей на металлообрабатывающих станках. В связи с этим данная сталь должна хорошо обрабатываться на станке путём резания, образовывая легко обламывающуюся стружку. Минусом автоматные стали является низкая пластичность.
Износостойкая сталь
Основное применение — траки гусеничных машин, ковши экскаваторов и землеройных машин. Износостойкость достигается, за счёт введение в сталь марганца.
Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
Эти стали содержат хром в пределах от 14%. За счёт хрома происходит образование на поверхности стали оксидной плёнки, что защищает сталь от разрушения в агрессивной среде.
Коррозионностойкие стали делятся:
- Коррозионностойкие. Из них изготавливают различные узлы, которые эксплуатируются при температуре до 600°С.
- Жаропрочные. Из них изготавливают клапаны, роторы, лопатки турбин, работающие при высоких температурах (80% от температуры плавления) в течение длительного времени.
- Жаростойкие. Изготавливают ответственные узлы, работающие при высоких температурах (1200°С).
- Криогенные. Применяется для изготовления деталей холодильных установок, работающих при температуре до -200°С.
Инструментальная сталь по назначению делится:
- для режущего инструмента;
- для измерительного инструмента;
- сталь для штампов.
- Сталь для режущего инструмента
- Имеет высокую твердость и термостойкость, Должна длительное время сохранять режущие свойства, а также выдерживать большие механические нагрузки в процессе эксплуатации.
- Сама сталь для режущего инструмента бывают 3 -х типов:
- быстрорежущие стали;
- углеродистые;
- легированные инструментальные.
Быстрорежущие стали (рапид)
Быстрорежущая сталь (рапид) используют для изготовления режущего инструмента, работающего на высоких оборотах. Обозначается «Р». Пример Р9, Р18.
Углеродистые инструментальные стали
Содержат в себе углерода до 1,3%. Применяются в слесарном инструменте и имеют обозначение «У». Пример: У7, У10, У12.
Легированные инструментальные стали
Содержат легирующие добавки в приделах до 3%. Применяется для изготовления свёрл, фрез и др. режущего инструмента. Пример: 11ХФ.
Стали для измерительных инструментов
Должна обладать твёрдостью и износостойкостью. К такому инструменту относят: штангенциркуль, линейки, калибры, шаблоны и т. д. Для повышенных классов точности применяют стали X, ХВГ, ШХ15. Для пониженных — сталь У10А, УПА, У12А.
- Штамповочные стали
- Главная задача штамповочной стали обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.
- Делятся штамповочные стали на:
- стали для штампов холодного деформирования;
- стали для штампов горячего деформирования.
- Сталь для штампов холодного деформирования
- Обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, для обеспечения точного размера заготовки при штамповке.
- Сталь для штампов горячего деформирования
- Должна обладать всеми свойствами, что и стали холодного деформирования, а также работать в условиях высоких температур (до 600°С).
Загрузка...
