Классификация и маркировка сталей

I Классификация и маркировка сталей

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержание до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят марганец, кремний, сера и фосфор; некоторые элементы могут быть введены для улучшения физико-химических свойств специально (легирующие элементы).

Стали, классифицируют по самым различным признакам. Мы рассмотрим следующие:

1. Химический состав.

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).

В свою очередь углеродистые стали могут быть:

       а) низкоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25% (0,3%);

       б)среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25…0,60% (0,3…0,7%);

        в) высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60% (0,7%). 

                    Легированные стали подразделяют на:

а) низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5% (5%);

б) среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% (от 5 до 10%) легирующих элементов;

в) высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

2. Назначение.

По назначению стали бывают:

1)      конструкционные, предназначенные для изготовления строительных и машиностроитель-ных изделий.

2)      Инструментальные, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

3)      С особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характе-ристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.

4)      С особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

                                                                    3. Качество.

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

1.       Стали обыкновенного качества, содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора.

2.       Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

3.       Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

4.       Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Стали обыкновенного качества выплавляют только углеродистыми, качественные и высококачественные — углеродистыми и легированными, а особо высококачественные—только легированными. Для повышения степени чистоты стали (по газам и S) используют: вакуумный, электрошлаковый, электроннолучевой, плазменный и другие переплавы; обработку жидкой стали синтетическими шлаками; метод внепечного вакуумирования и др.

4. Степень раскисления.

По степени раскисления (удаления из нее кислорода) стали клас-сифицируют на кипящие (кп), спокойные (сп) и полуспокойные (пс). Раскисление — это удаление из жидкой стали кислорода. Сталь раскисляют перед разливкой вводом в расплав элементов, связывающих кислород в нерастворимые в металле оксиды и переводящих их в шлак.

   Кипящую сталь (кп) раскисляют только Мn, что недостаточно для полного удаления газов. При разливке и охлаждении кипящей стали выделяются пузырьки газов (CO), создающих впечатление кипения металла. Слиток такой стали имеет большое количество газовых пор, поэтому в нем не образуется концентрированная усадочная раковина. При горячей прокатке слитка газовые поры завариваются. Кипящие стали наиболее дешевые (вследствие меньшего расхода раскислителей), однако из-за повышенной газонасыщенности они хуже свариваются и более склонны к хрупкому разрушению, в том числе и при горячей обработке давлением.

   Спокойную сталь (cп)получают, раскисляя металл в печи, а затем в ковше Мп, Si и Аl. Спокойная сталь затвердевает в изложнице без выделения газов с образованием в верхней части слитка усадочной раковины, которую впоследствии удаляют. Спокойная сталь более однородна по химсоставу в слитке и содержит меньше растворенных газов. По сравнению с кипящей в спокойной стали выше концентрация Si, она менее склонна к хрупкому разрушению.

   Полуспокойная сталь (СП) по степени раскисления и другим показателям занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталями. Раскисление осуществляется Мп и Si или Мп и Аl

   Степень раскисления (сп, кп, пс)указывается в конце марки стали.  Степень сп иногда не указывают (по умолчанию).

                                         5. По прочности стали различают:

– нормальной (средней) прочности с пределом прочности при растяжении в до 1000 Мпа;

– повышенной прочности с пределом прочности при растяжении в от 1000 до 1500 Мпа;

– высокопрочные с пределом прочности при растяжении в боле 1500 Мпа.

                              Углеродистые конструкционные стали

     Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-94)

      Это наиболее дешевые стали. В них допускается повышенное содержание вредных примесей. Они выплавляются по дешевой технологии массового производства (выплавки). Эти стали выпускаются в виде сортового проката, поковок. По поставкам они подразделяются на три группы: А, Б, В.

В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности σ, относительное удлинение δ%, предел текучести δт, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.

Стали обыкновенного качества обозначают 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. Перед маркой указывают группу стали, причем группа "А" в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.

Например:

Ст1кп2 - углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г - углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № 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 (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

             Углеродистые конструкционные качественные стали (ГОСТ 1050-88)

       У этих сталей по сравнению со сталями обыкновенного качества значительно меньше содержание примесей и неметаллических включений. Они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированными химсоставом и механическими свойствами.

            Углеродистые конструкционные качественные стали находят широкое примене-

ние в технике, т.к. в зависимости от содержания углерода  и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

         Низкоуглеродистые конструкционные качественные стали (с содержанием углерода <0,3%) по назначению подразделяются на 2 подгруппы:

1) Стали 05, 08, 10: малопрочные, высокопластичное; из-за способности к глубокой вытяжке их применяют для холодной штамповки различных изделий. Без термообрабо-

тки в горячекатаном  состоянии их используют для шайб, прокладок, кожухов и других деталей, изготовляемых холодной деформацией и сваркой.

2) Стали 15, 20, 25: цементуемые; предназначены для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни), от которых требуется повышенная  твердость, износостойкая поверхность при вязкой сердцевине. Эти стали также применяют горячекатаными и после нормализации. Они пластичны, хорошо штампуются и свариваются. Применяются при изготовлении малонагруженных деталей.

                Среднеуглеродистые конструкционные качественные стали

Стали 30, 35 отличаются большей прочностью, но меньшей пластичностью, чем низкоуглеродистые.  Их применяют после улучшения, нормализации и поверхностной закалки. После улучшения применяют при изготовлении деталей небольших размеров, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (шатуны, коленчатые валы малогабаритных двигателей, зубчатые колеса, маховики, оси и т.п.).

Стали 40, 45, 50 применяются для изготовления более крупных деталей, работающих при невысоких циклических и контактных нагрузках после улучшения, нормализации и поверхностной индукционной  закалки с нагревом ТВЧ тех мест, которые должны иметь высокую твердость поверхности (HRCэ 40 … 58) и сопротивление износу (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валиков, зубья шестерен и т.п.).

             Высокоуглеродистые конструкционные качественные стали

Стали 60, 65, 70, 75, 80, 85, а также с увеличенным содержанием Mn Стали 60Г, 65Г, 70Г преимущественно применяют в качестве пружинно-рессорных. Их подвергают закалке в масле и среднему отпуску на структуру троостита для получения высоких упругих и пластичных свойств элементов – плоских и круглых пружин, рессор, упругих колец, торсионов и т.п.

           Маркировка качественных углеродистых конструкционных сплавов

1) Пишется общее название Сталь;

2) Следующее за общим названием число обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например:

–  08 обозначает 08/100, то есть 0,08%С;

–  60 обозначает 60/100, то есть 0,60%С.

3) В марках спокойных качественных сталей раскисление пс не пишется.

Сталь 45 ГОСТ 1050-88: углеродистая конструкционная качественная сталь спокойная со средним содержанием углерода 0,45%.

Сталь 50кп ГОСТ 1050-88: углеродистая конструкционная качественная сталь кипя-щая со средним содержанием углерода 0,50%.

                                                    Легированные стали

В обозначении марок легированных сталей буквы  означают:

Р – бор В, Ю – алюминий Al, С – кремний Si, Т – титан Ti, Ф –  ванадий V, Х – хром Cr,   Г – марганец Mn, Н – никель Ni, М – молибден Mo, В – вольфрам W, К – кобальт Co, Д – медь Cu, Б – ниобий Nb. Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в целых единицах. Отсутствие цифры означает, что в марке содержится  0,8 … 1,5% этого легирующего элемента, за исключением молибдена и ванадия (содержание которых в сталях обычно до 0,2-0,3%), а также бора (в стали с буквой Р его должно быть не менее 0,001%).

Буква А в конце наименования марки обозначает «высококачественная сталь». «Особовысококачественная» сталь обозначается буквой Ш через тире в конце наименования марки. Например, качественная  –  ЗОХГС; высококачественная –

ЗОХГСА; особовысококачественная – ЗОХГС-Ш.

   Начальное число в марке стали обозначает среднее содержание углерода в сотых долях процента.

                                        Примеры марок легированных сталей:

14Г2 ГОСТ 4543-71 – низколегированная  качественная  сталь,  спокойная,  содержит приблизительно 1,4% углерода и до 2,0% марганца.

03Х16Н15М3Б ГОСТ 4543-71 - высоколегированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C; 16,0% Cr; 15,0% Ni; до З,0% Мо; до 1,0% Nb.

ЗОХГСА ГОСТ 4543-71 – высококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

30ХГС-Ш ГОСТ 4543-71 – особовысококачественная среднелегированная сталь, содержащая 0,30% углерода и от 0,8 до 1,5% хрома, марганца и кремния каждого.

            Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Легирующие элементы вводят для повышения конструкционной прочности стали. Легированные стали применяют после закалки и отпуска, так как в отожженном состоянии по механическим свойствам они практически не отличаются от углеродистых. Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на: а) свойства феррита; б) дисперсность карбидной фазы; в) устойчивость мартенсита при отпуске; г) прокаливаемость; 4) размер зерна.

В конструкционных сталях феррит – основная структурная составляющая (не менее 90% по объему), во многом определяющая их свойства. Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита Si, Mn, Ni – элементы, имеющие от Fe отличную кристаллическую решетку.

Карбидообразующие элементы Mo, W, V, Ti и частично Si задерживают выделение и коагуляцию карбидов при отпуске, увеличивая дисперсность карбидной фазы. Кроме того, они затрудняют разупрочнение закаленного феррита, замедляя тем самым снижение прочности при отпуске.

Отдельные группы сталей обозначают несколько иначе.

Шарикоподшипниковые стали маркируют буквами "ШХ", после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента:

ШХ6 - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 0,6% хрома;

ШХ15ГС - шарикоподшипниковая сталь, содержащая 1,5% хрома и от 0,8 до 1,5% марганца и кремния.

Быстрорежущие стали (сложнолегированные) обозначают буквой "Р", следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама:

Р18-быстрорежущая сталь, содержащая 18,0% вольфрама;

Р6М5К5-быстрорежущая сталь, содержащая 6,0% вольфрама 5,0% молибдена 5,0% кобольта.

Автоматные стали обозначают буквой "А" и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в сотых долях процента: