Марки стали

Сталь – это деформируемый ковкий сплав железа с содержанием углерода до 2,14%, который придает сплавам прочность, с примесями других элементов.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

Углеродистая сталь – это сплав железа с углеродом с примесями кремния, серы, марганца и фосфора.
К недостаткам углеродистой стали относят:

При нагревании свыше 200^оС утрачивает прочность, твердость и режущую способность;
Обладает низкой коррозионной устойчивостью в среде электролита, в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;
Низкие показатели электротехнических свойств;
Высокий коэффициент теплового расширения.

Легированная сталь – это сплав железа, в котором наряду с обычными примесями добавляются легирующие элементы, резко улучшающие ее свойства и в значительной степени меняющие ряд ее механических и физических свойств. Так, в процессе плавки в сплав добавляют следующие легирующие элементы: азот, бор, алюминий, фосфор, кобальт, ванадий, медь, молибден, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель и ниобий. А также кремний и марганец в большом количестве. По химическому составу (ГОСТ 5200) легированная сталь делится на три группы:

Низколегированная сталь - не более 2,5% примесей;
Среднелегированная - 2,5-10%;
Высоколегированная - свыше 10%.

Основное отличие легированной стали от углеродистой состоит в том, что легированная обладает ценнейшими свойствами и не имеет недостатков как у углеродистой стали. Так изделия из легированной стали обладают следующими преимуществами:

Долгий срок службы;
Увеличение производительности;
Экономия металла и, следовательно, снижение стоимости изделия;
Упрощает процесс проектирования и монтажа.

По химическому составу углеродистые стали делятся в зависимости от содержания углерода:

Малоуглеродистые (менее 0,3% С);
Среднеуглеродистые (0,3 – 0,7% С);
Высокоуглеродистые (более 0,7% С).

Свойства стали можно изменять, применяя различные виды обработки:

Термическая - закалка, отжиг;
Химико-термическая - цементация, азотирование;
Термомеханическая - прокатка, ковка.

Качество стали определяется по содержанию примесей и делится на 4 группы:

1Обыкновенное качество. Углеродистые стали с содержанием углерода до 0,6%. Выплавляются в больших мартеновских печах либо в конвертерах с применением кислорода. Такой тип стали уступает по механическим свойствам сплавам других классов и является более дешевым.

2Качественные стали. К ним относят углеродистые и легированные сплавы, выплавленные в конвертерах или в мартеновских печах, но с соблюдением более строгих условий в процессе плавки и разливки, с более высоким требованием к исходному составу шихты. Содержание углерода в пределах марки недолжно превышать 0,08%, а содержание серы и фосфора должно быть не более 0,035%.. Качественные стали широко применяется в различных отраслях машиностроения, строительстве, автомобилестроении, судостроении, изготовлении медицинской техники и т.д.

3Высококачественные стали. Обладают улучшенными механическими свойствами, так как выплавляются преимущественно в электродуговых печах, что гарантирует повышенную чистоту по содержанию газов и неметаллическим включениям, все легирующие элементы строго регламентированы. Высококачественные стали обладают лучшей вязкостью и поэтому их чаще используют для инструментов с более тонкой режущей кромкой, а также применяют для изготовления труб, арматуры, фланцев и других деталей трубопроводов. При маркировке обозначаются буковой «А» после цифр, например 20А, 15Х2МА.

4Особовысококачественные стали представляют собой легированные стали, произведенные в электропечах методом специальной электрометаллургии. Применение электрошлакового или вакуумно-дугового переплава обеспечивает эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Такие сплавы содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора, что обеспечивает максимальную прочность. Такие стали широко применяются в машиностроении, самолетостроении и ракетостроении.

По своему назначению стали подразделяют:

Конструкционные углеродистые стали используются в машиностроении для сварных, болтовых конструкций, для изготовления рельс, колесных пар поездов, для деталей грузоподъемников, а также для кровельных работ. При маркировке используют цифры означающие содержание углерода в десятых долях:

Ст20 – малонагруженные детали (упоры, валики, копиры и т.п.);
Ст35 – выдерживающие небольшие напряжения (тяги, валы, рычаги, оси, диски);
Ст45 – требующие повышенной прочности (Муфты, оси, зубчатые рейки, валы).

Конструкционные легированные стали используют для изготовления пружин, рессор, автомобильных деталей, гусениц трактора, деталей турбин и т.д.
Конструкционные стали делят на следующие группы:

Строительные стали – это низколегированные стали с низким содержанием углерода, что обеспечивает хорошую свариваемость, высокую прочность, устойчивость к низким температурам. Используется для изготовления металлоконструкций различных сооружений, армирования железобетонных конструкций, трубопроводов и т.д. Выпускаются в виде листового, фасонного и сортового проката, поковок и штамповок;
Цементируемые стали применяются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок;
Улучшаемые стали подвергаются термообработке и закалке при температуре 820^о-880^оС, после чего принимают структуру сорбита и хорошо воспринимают ударные нагрузки;
Жаростойкие и жаропрочные сплавы обладают высокой стойкостью к химическому разрушению в газовых средах при температуре эксплуатации +950^о. Применяется при изготовлении деталей газовых турбин реактивной авиации, при перекачке нефти и нефтепродуктов, в нагревательных металлургических печах, в судовых газотурбинных установках и т.д.;
Автоматные стали используют для изготовления малонагруженных деталей массового производства (гайки, болты, винты и т.п.) Автоматные стали содержат повышенное количество серы и фосфора, поэтому лучше обрабатываются резанием, что в итоге обеспечивает ровную и чистую поверхность детали;
Износостойкие сплавы предназначены для изготовления деталей, работающих в экстремально тяжелых условиях (ковши экскаваторов, траки гусеничных машин, крестовины железнодорожных путей и т.д.). Обладают повышенной твердостью благодаря легирующим элементам, таким как марганец и способны выдержать высокое давление и удары и воздействия абразивного трения;
Коррозийно-стойкие или нержавеющие стали содержат большое количество никеля и хрома (не менее 12%). Чем больше процент содержания хрома, тем выше коррозийная стойкость, так как хром образует защитную оксидную пленку. Применяются для изготовления клапанов гидравлических прессов, лопаток турбин, пружин, дисков, труб и т.д.

Инструментальные стали

Инструментальные стали используют при производстве режущих инструментов (зубил, молотков, отверток, ножей, ножниц, сверл), а также деталей измерительных приборов и хирургических инструментов. Кроме того, такую сталь используют при изготовлении штампов горячего и холодного деформирования и деталей машин, которые испытывают повышенный износ в процессе умеренной динамической нагрузки (шариковые или роликовые подшипники, ходовые винты и зубчатые колеса, которые используются в аппаратах высокой точности и т.п.). Инструментальная сталь отличается высокой прочностью и твердостью, производится по технологии горячего проката и классифицируется по категориям:

Углеродистая (пониженной прокаливаемости);
Легированная (повышенной прокаливаемости);
Быстрорежущая.

Инструментальная легированная сталь относится к среднелегированным сталям. Высокую прочность, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры и при этом не терять твердость и другие ценные свойства придет инструментальным сталям введение марганца, кремния, никеля, хрома, вольфрама, ванадия и молибдена. Углеродистые стали более хрупкие, особенно после закалки, поэтому инструменты из такой стали теряют свою твердость при нагреве до 2000^оС. Инструментальную легированную сталь используют для производства разнообразного ударно-штампованного, измерительного, режущего и прочего инструмента.

Инструментальная легированная сталь делится на две группы:

Стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ,8Х4ВФ1; из них изготавливаю пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.
Стали для штампованного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других; применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т.д.
Быстрорежущая сталь, отличающаяся высокой твердостью и теплостойкостью. Они входят в группу высоколегированных сталей. Марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т.д. Быстрорежущую сталь отличается крайне высокой твердостью и красностойкостью до температуры 600^оС. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

Стали с особыми химическими свойствами это легированные стали, с определенными характеристиками, которые обусловлены свойствами легирующего элемента. К особым химическим и физическим свойствам стали относятся:

Магнитные и немагнитные;
Электротехническая стал;
Нержавеющие жаропрочные;
Окалийные;
С особыми температурными свойствами.

Стали разливаются по способу раскисления.

Раскисление стали – это процесс удаления оксидов кислорода из жидкого металла, путем добавления веществ, способных соединяться с кислородом. Так, хорошими раскислителеми являются С - углерод, Si-кремний, Mn-марганец. Продукты раскисления удаляются в виде газа либо всплывают в шлак. Выделяют три способа раскисления:

КП – кипящая сталь. Это малораскисленная сталь, которая интенсивно выделяет газы во время застывания. Структура такой стали неоднородная, хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Но так как производство кипящей стали обходится дешевле, то она достаточно широко применяется для изготовления наименее ответственных изделий, таких как катанка, полоса, уголок, метизы и т.п.
СП – спокойная сталь. Раскисленная сталь с минимальным количеством неметаллических включений и шлаков, с содержанием кремний не менее 0,12%. Имеет однородную плотную структуру. Отлично подходит для сваривания и обладает отличной сопротивляемостью к ударам и механическим нагрузкам. Спокойная сталь используется для возведения опорных металлоконструкций.
ПС- полуспокойная сталь. Полураскисленная сталь, кристаллизируется без кипения при этом выделяя достаточное количество газа и имеет средние показатели по механическим свойствам максимально приближенные к свойствам спокойной стали. Они находят широкое применение при производстве сортового проката, штрипса и труб.

Маркировка сталей

Маркировка сталей в России производится по ГОСТам путем сочетания букв и цифр в зависимости от химических элементов, входящих в состав сплава, процент их содержания, типа самой стали. Для того чтобы разобраться в марке стали достаточно понять принцип маркировки металла. Прежде всего, марка стали зависит от ее типа.
1Конструкционные нелигированные стали обычного качества (ГОСТ 380) обозначаются буквами Ст и однозначным или двузначным числом, которое указывает на содержание углерода. Например «Cт.10»

2Конструкционная сталь, которая используется для котлов высокого давления и прочего высокопрочного оборудования маркируют цифрой и буквой. Например «К» и «20К»

3Легированную сталь маркируют буквами, которыми обозначают элементы, входящие в состав сплава, и цифрами, которые указывают процент их содержания. В зависимости от разновидности в конце добавляются дополнительные буквы, обозначающие дополнительные характеристики. Например "10Х17Н13М2Т". Если за буквой отсутствует цифра – значит содержание данного элемента не более 1,5%.

4Строительную сталь маркируют буквой «С». Цифра обозначает предел текучести, а буква после цифры – тип стали. Например, С345Т (строительная сталь термоупрочненная) или С390К (строительная сталь с высокой коррозийной стойкостью). Буква А в конце марки, как и в углеродистой, так и в легированной стали, обозначает высококачественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Для улучшения химических и физических свойств стали добавляют следующие легирующие элементы:

Х - хром повышает прочность и твердость;
Н – никель обеспечивает коррозийную стойкость и увеличивает прокаливаемость;
Г – марганец увеличивает прочность и твердость;
С – кремний улучшаются упругие свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и стойкость к окислению при высоких температурах;
М – молибден увеличивает упругость, предел прочности на растяжение, улучшает антикоррозийные свойства и повышает устойчивость к окислению;
В – вольфрам увеличивает твердость и изменениям при высоких и низких температурах;
Т – титан повышает прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и обеспечивает стойкость к коррозии;
К – кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства и увеличивает сопротивляемость ударам;
Д – медь улучшает антикоррозийные свойства;
Ф – ванадий повышает прочность и твердость стали, увеличивает плотность и является хорошим раскислителем;
Р – бор обеспечивает твердость, износостойкость, горячую пластичность, улучшает свариваемость жаростойких аустентных сталей;
Б – ниобий улучшает стойкость к кислотам и уменьшает коррозию в сварных конструкциях;
Е – селен снижает ломкость, тем самым обеспечивая хорошую механическую обработку;
Ц – цирконий обеспечивает стойкость к коррозии за счет снижения кислорода, азота и серы и повышает механические свойства листовой углеродистой стали;
Ю – алюминий (повышает жаростойкость и окалийность);
Ч – указывает на наличие редкоземельных металлов такие как: церий, лантан, неодим и прочие.

Расшифровка марки стали например 12Х18Н10Т показывает, что в сплаве: 12 - 0,12% углерода, Х18 - 18% хрома, Н10 - 10% никеля, Т - процент титана не превышает 1,5%. Классифицируется как сталь легированная, коррозийно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная.
25Г2С – содержание углерода 0,25%, Г2 - 2% марганца и С – кремния менее 1%.. Такой сплав классифицируется как сталь низголегированная для сварных конструкций.

Буква «А» в конце марки обозначает высококачественную сталь (30ХГСА), в середине марки – азот (25Х2ГНМБАЮ-Ш), в начале марки – сталь автоматная (А35Г2).

Особо высококачественная сталь обозначается буквами Ш, ВД, ВИ, ПД и т.д. в конце наименования марки, где ВД обозначает, что сталь или сплав получен вакуумно-дуговым переплавом, Ш - электрошлаковым переплавом, ВИ - методом вакуумно-индукционной выплавки, ПД - плазменно-дуговым и т.д.

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают по порядковому номеру разработки и освоения на заводе (например, ЭИ, ЭП – «Электоросталь»).