Марки металлов по группам

Обновлено: 01.05.2024

Обозначение легирование происходит от латинского ligare — связывать. Легированными называют стали, в химический состав которых добавлены другие металлы. Но недостаточно просто смешать расплав, все компоненты связываются на молекулярной уровне, формируя новые соединения и типы кристаллических решеток.

Легирование было известно человечеству давно. Некоторые месторождения были богаты железными рудами с включениями молибдена и ванадия. Из них производили дамасские и булатные клинки, самурайские мечи и другое редкое оружие. “Метеоритное железо” ценилось на вес золота и даже выше. Но управлять качествами по собственному желанию люди не могли до конца XIX в.

Железо — основа, не менее 45%;
Углерод — до 2,14% материал с более высоким содержанием причисляют к чугуну;
Полезные примеси: марганец, кремний;
Вредные: сера, фосфор.

С изменением взглядов на химию было открыто, что присадки некоторых элементов способны встраиваться в железо-углеродную структуру, изменяя ее химические и физические свойства. Первым удачным опытом легирования было получение сплава с 9% вольфрама и 2,5% марганца Р. Мюшеттом в 1858 г. Впоследствии ученый усовершенствовал разработку и на заводе в Шеффилде началось массовое сталелитейное производство. Из так называемой “самокалки” изготавливали режущий инструмент для обработки дерева и металла.

Первые эксперименты по хромированию произвел Джулиус Баур, затем его опыт расширил французский металлург Анри-Ами Брустляйн, подготовив описание 12 хромистых составов с указанием особенностей. Одновременно с этим Джеймс Райли наладил производство никелевой стали в Англии.

Сталь, усиленную никелем, начали использовать для производства велосипедных цепей и осей карет-автомобилей. Главным толчком к развитию технологии послужил автопром, новые модели на рубеже веков появлялись каждые 2-3 недели и приносили баснословные деньги. Первыми масштабными объектами строительства с применением легирования были мосты: Манхэттенский и Куинсборо. Число разработок кратно возросло с наступлением войны.

Технические характеристики

Углеродная составляющая придает твердость, но вместе с тем сплав малопластичен, легко разрушается от ударных воздействий, плохо переносит холод. Железо — один из самых активных химических элементов, и не встречается в чистом виде. Даже будучи связанным в соединениях, оно вступает в реакции с более агрессивными веществами.

Легирование решает ряд задач:

Делает структуру однородной;
Препятствует окислению;
Предотвращает водородную болезнь;
Одновременно увеличивает прочность и ударную вязкость;
Придает дополнительные физические и химические характеристики.

Сегодня к материалам предъявляют разные требования, например стойкость к истиранию и критически-низким температурам, способность длительно обеспечивать работу печного оборудования. В пищевой промышленности действует регламент по отсутствию вредных примесей.

С развитием технологий, металлурги получили возможность работать с расплавами при температуре до 20 тыс. градусов. Это дало возможность легирования тугоплавкими металлами.

Основные легирующие элементы:

Хром — увеличивает прочность и твердость без потерь пластичности, отвечает за кислотостойкость и жаростойкость;
Никель — улучшает ударную вязкость, устойчивость к окалинообразованию, термостойкость в агрессивных средах;
Кремний — стабилизирует структуру, повышает пределы прочности и текучести;
Марганец — защищает от окисления, увеличивает сопротивление истиранию;
Вольфрам — вводится в быстрорежущие и инструментальные марки;
Ванадий — карбидообразующий агент, объединяясь с углеродом усиливает стойкость к истиранию, прочность, и способность противостоять напряжениям;
Молибден — добавляют в быстрорежущие и жаропрочные материалы.

Процесс легирования начинается с очистки от примесей, обезуглероживания и раскисления, затем вводят присадки. Нередко после изготовления готовой продукции полуфабрикатам требуется дополнительная рекристаллизация.

Легирующие элементы не только встраиваются в структуру, они образуют интерметаллические включения и дисперсные частицы, упрочняющие молекулярное строение. Среди технических характеристик сталей есть такие, как термоупрочнение, упрочнение давлением.

Виды легированных сталей

Содержание углерода влияет на свойства, если оно находится в пределах 0,25-2,14% сталь называют углеродистой. Классификация производится следующим образом:

Высокоуглеродистые: 0,6-2%;
Среднеуглеродистые: 0,3-0,6%;
Низкоуглеродистые: до 0,25%.

Для того, чтобы добавить что-то, нужно удалить часть компонентов, иначе связывания не произойдет. Во время очистки снижаются концентрации вредных примесей и кислорода. Углерод удаляют выжиганием, путем выпадения карбидных соединений и другими способами. Добавлять присадки можно в любую сталь, но это не всегда дает нужный эффект.

В легированной стали углеродная составляющая обозначается в сотых долях процента. Предусмотрена классификация по общей массе присадок:

Низколегированные – до 2,5%;
Среднелегированные – 2,5-10%;
Высоколегированные – от 10%.

Введение присадок влечет за собой рекристаллизацию и образование новой структуры. Для сталей определены классы по форме кристаллической решетки:

Ферриты — магнитны, решетка неустойчива и может преобразовываться при нагревании и охлаждении в перлит, сорбит или тростит. К классу принадлежат все низколегированные и углеродистые стали. Устойчивые связи формируются при снижении углерода до 0,15% и легировании хромом.
Аустениты — образуются при высокой доле никеля, хрома и марганца. Структурное строение обеспечивает жаростойкость, коррозионную стойкость и пластичность. Класс составляют хромоникелевые нержавейки.
Мартенситы — при охлаждении после закалки происходит мартенситовое превращение, формируются кубические ячейки, которые составляют кристаллы игольчатого или реечного типа. Металл приобретает память, частично восстанавливается после деформации. Переход в такое состояние возможен для сталей с добавками хрома, молибдена, ванадия, вольфрама, ниобия и других добавок, отвечающих за жаропрочность.

Металлическая кристаллическая решетка организуется в виде фаз, обычно одновременно присутствуют две фазы. Например, сочетание аустенита и феррита. Нужную фазу увеличивают путем регулирования присадок и термических воздействий.

Название	Процент добавок
Низколегированная	Около 2,5%. Положительные качества прибавились, но при этом ковкость и прочие характеристики для металлообработки не сильно поменялись.
Среднелегированная	От 2,5% до 10%. Используется такое соединение чаще всего.
Высоколегированная	От 10% до 50%. Максимальная прочность и дороговизна – отличительные черты таких изделий.

Классификация легированных сталей

При выплавке из руды сначала получают чугун, который затем очищают от газов, оксидов и других включений. Этот процесс называют рафинированием. Удаление кислорода производится с помощью угля, шлака, марганца и других раскислителей, способных образовывать газы или тяжелые оксиды, которые выпадают в осадок.

Обезуглероживание осуществляется водородом и выгоранием карбидов с образованием угарного газа и окалины. Сегодня на некоторых предприятиях действуют передовые методы, например газокислородное рафинирование.

Результат этих процедур определяет качество стали:

Обыкновенные (рядовые): наиболее дешевый материал, углерода до 0,6% в толще присутствуют пузырьки воздуха. Самые распространенные: СтО, Ст3сп, Ст5кп.
Качественные: в структуре присутствуют кислород, азот, водород. качественными считаются спокойные, полуспокойные и кипящие марки. В кипящих концентрация газов максимальна. Сплавы могут быть углеродистыми и легированными: Ст08кп, Ст10пс, Ст20, 7ХФ, 8ХФ.
Высококачественные: выплавка преимущественно осуществляется в электропечах без использования угля. Концентрации серы и фосфора снижены до 0,03%. Примеры: 6ХВ2С, 6Х3ФС;
Особовысококачественная: расплавы подвергаются глубокой очистке от оксидов, сульфидов, неметаллических включений, содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора. Например: 30ХГС3-Ш.

Действует классификация легированных сталей по назначению:

Конструкционные — для изготовления строительных конструкций и нагруженных механизмов;
Инструментальные (режущие и штамповые) — присадки повышают прочность и сохраняют однородность, обычно металл подвергают термообработке;
С особыми свойствами ( нержавеющие, жаропрочные, износостойкие и др.) — большая группа с разными характеристиками.

Предусмотрено обозначение отдельных групп:

Шарикоподшипниковые;
Пружинно-рессорные;
Автоматные;
Быстрорежущие;
Жаростойкие/жаропрочные;
Криогенные;
Авиационные и др.

Современные сплавы — это комплексно-легированные составы, с уникальными характеристиками. Например 15Х2НМФА способна в течение 100 лет обеспечивать радиационный ресурс реакторной установки, 17ХНГТ используют для пружин специального назначения.

Маркировка легированных сталей

Согласно стандарту ГОСТ для обозначения марок действует буквенно-цифровая система. Она распространена только на территории стран СНГ, свои маркировки есть в США, азиатских и европейских странах.

Рассмотрим построение маркировки у легированных сталей на примере 25Х2МФА:

25 — округленное значение углерода в сотых долях процента, его содержание колеблется от 0,22 до 0,29%;
Х2 — хром от 2,5 до 3%, так как концентрация не всегда достигает верхнего предела, обозначают двойку;
М — марганец 0,3-0,6%, массовая доля менее 1%, цифру не указывают;
Ф — ванадий 0,25-035%;
А в конце — указывает на высокое качество, глубокую очистку от примесей.

Без цифры — когда массовая доля вещества не достигает 2%, единицу не пишут;
Буквы в конце: К- качественные нелегированные, А — высокое качество, Ш — особо высокое, Л — литейные;
Буква в конце через пробел: С — строительные, Т — термоупрочняемые, К -коррозионно-стойкие, Д- повышенное содержание меди.

Иногда маркировка указывает на предприятие, имеющее патент на выпуск определенного металлопроката, например ЭИ417, ЭП767, ЗИ8. Необычные названия, после освоения металлургическими заводами приобретают стандартные маркировки по ГОСТ.

Сварка сплавов

Легированные стали работают в широком диапазоне температур, но крайне чувствительны к термообработке. Каждый элемент имеет свои свойства, температуру плавления и рекристаллизации. Сварные соединения может выполнять только профессионал. Выбор методов сварки осуществляют после изучения технической документации, рекомендаций производителя.

При нагреве наблюдается выгорание карбидов, перераспределение присадок в толще сварного шва и одновременное окисление. Для предотвращения образования дефектов используют защитные среды и специальные терморежимы. Легирование снижает теплопроводность, без должного отвода тепла легко получить перегрев и распад некоторых химических связей.

Определение особенностей по основным легирующим добавкам:

Хромистые: содержание углерода 0,1-0,4%, для защиты от выгорания применяют покрытия или инертные газы, подбирают хромистые электроды. Предусматривается предварительный нагрев свариваемого участка током и последующая термообработка.
Марганцевые: необходимо предотвратить образование трещин, для этого сокращают время нагрева и сразу же охлаждают поверхность. Электроды с марганцем или марганцево-никелевые.
Хромоникелевые: это могут быть аустенитные или мартенситные сплавы. Производят анализ состава и назначения сварной конструкции.

Особенности сварки по количеству присадок:

Низколегированные: изделия часто закаливают, свариваемость хорошая, но швы чувствительны к концентраторам напряжений. Производят предварительный подогрев и медленное охлаждение, важно предотвратить образование холодных трещин.
Среднелегированные: в качестве добавок используют молибден, ванадий, вольфрам. Для сохранения надежности подбирают электроды с теми же элементами, но в меньших концентрациях. Требуется защита от водородной болезни, окисления, перегрева.
Высоколегированные: составы с высоким содержанием никеля и хрома и большим числом других легирующих агентов. Требования к свойствам сварных соединений определяют, учитывая назначение изделий.

Таблица основных легирующих добавок

Элемент	Влияние
Хром	Значительно защищает от коррозии, способствует повышению твердости, а также ударопрочности. Показательно то, что много хрома добавляют в нержавейку.
Никель	С добавлением данного вещества сплав становится более вязкий и пластичный, уменьшается его хрупкость, что очень важно, например, перед обработкой давлением прессованием или штамповкой.
Титан	Снижает зернистость, делает структуру более однородной, а значит, менее подверженной появлению трещин и расколов. Дополнительно улучшается восприимчивость к металлообработке и устойчивость к ржавлению.
Ванадий	Как и после внедрения титана, можно заметить менее зернистую форму. Также характерно увеличение текучести и порога прочности на разрыв.
Молибден	После него намного эффективнее процесс закалки, а также снижается хрупкость, появляется большая выносливость к ржавлению.
Вольфрам	Кроме повышения твердости, он еще и помогает при термообработке зернистость не увеличивается при нагреве, а при отпуске не сильно страдает ломкость.
Кремний	Его задача одновременное увеличение прочности и сохранение уровня вязкости. Но если его будет более 15%, то можно наблюдать за повышением магнитной проницаемости и сопротивляемости электричеству. однако нужно быть осторожным, поскольку сталь становится более хрупкой.
Кобальт	Хорошо защищает от быстрого разрушения под воздействием высоких температур; делает выше ударопрочность
Алюминий	Добавляет окалиностойкость, то есть при большом жаре не происходит быстрого окисления.

Изучение технических и проектных документов дает представление о возможных способах сварки. Например срок службы стальных деталей ступеней ракет носителей составляет всего несколько секунд, но даже краткий временной интервал в сложных условиях достигается непросто. На Земле нормативный эксплуатации конструкций превышает десятки лет.

Марки стали расшифровка

Расшифровка марок сталей не очень сложное дело, если знать какими буквами принято обозначать те или иные химические элементы, входящие в состав марки или сплава.

Например, буквой Х - обозначается хром, Н никель, К - кобальт, М - молибден, В - вольфрам, Т - титан, Д - медь, Г - марганец, С - кремний,

Ф - ванадий, Р - бор, А - азот, Б - ниобий, Е - селен, Ц - цирконий, Ю - алюминий, Ч - показывает о наличии редкоземельных металлов

Также существуют свои обозначения для разных типов сталей в зависимости от их состава и предназначения.

Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали:

КП — кипящая сталь

ПС — полуспокойная сталь

СП — спокойная сталь

Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные обозначают буквами Ст. (например, Ст.3; Ст.3кп)

Цифра, стоящая после букв, условно обозначает процентное содержание углерода в стали (в десятых долях), индекс кп указывает на то, что сталь относится к кипящей, т.е. неполностью раскисленная в печи и содержащая незначительное количество закиси железа, что обусловливает продолжение кипения стали в изложнице. Отсутствие индекса означает, что сталь спокойная.

Конструкционные нелегированные качественные стали (например, Ст.10; Сталь 20; Ст.30; Ст.45), обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода в стали 0,10%; 0,20%; и т.д.

Конструкционная низколегированная 09Г2С расшифровывается как сталь, углерода в которой около 0,09% и содержание легирующих компонентов марганца, кремния и других, составляет в сумме менее 2,5%.

Стали 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разницей углерода, в таких сталях среднее содержание каждого элемента содержится менее 1% процента, поэтому цифры за буквой не ставятся.

Конструкционные легированные стали, такие как 20Х; 30Х; 40Х обозначают буквами и цифрами, в данном случае марка показывает содержание углерода и основного легирующего элемента хрома. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится.

Содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% для каждого из этих элементов, поэтому в конце таких марок ставится буква А, что свидетельствует о дополнительных показателей качества марок, (например, 20ХН4ФА; 38ХН3МА). Также обозначаются и конструкционные рессорно-пружинные стали, такие как 60С2А, 65Г, где первые цифры показывают углерод в сотых долях процента. (0,60 и 0,65 соответственно).

Расшифровка сталей конструкционных подшипниковых, производится так, они обозначаются также как и легированные, маркировка начинается с буквы Ш (например, ШХ4; ШХ15; ШХ15СГ). Цифра 15 говорит о содержании легирующего хрома, примерная доля которого равна 1,5%, в стали ШХ4 0,4% соответственно. Существует множество других марок, подробнее о наличии в них элементов и примесей можно узнать в нашем марочнике, для этого достаточно воспользоваться поиском.

Качественные стали - для производства паровых котлов и сосудов высокого давления, обозначают как конструкционные нелегированные стали, с добавлением буквы К (например, 20К; 22К).

Литейные конструкционные стали обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л, (35ХМЛ; 40ХЛ и т.п.).

Стали строительные обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Дополнительно применяют обозначения: Т — термоупрочненный прокат, К — повышенная коррозионная стойкость, (например, С345Т; С390К и т. п.). Аналогично буквой Д обозначают повышенное содержание меди, ( С345Д; С375Д ).

Стали инструментальные нелегированные, делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода (например, У7; У8; У10) и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования (например, У8А; У10А; У12А) или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца (например, У8ГА).

Стали инструментальные легированные, обозначаются также как и конструкционные легированные. Возьмем такую марку как ХВГ, расшифровка этой марки показывает наличие в ней основных легирующих элементов: Хрома, Вольфрама, Марганца. Эта сталь отличается от 9ХВГ, повышенным содержанием в ней углерода, примерно 1%, поэтому цифра в начале марки не ставится.

Стали быстрорежущие расшифровываются следующим образом - такие марки имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама (например, Р18; Р9), затем следуют буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. (например, сталь Р6М5) цифра 5 показывает долю молибдена в этой марке. Содержание хрома не указывают, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия. Следует заметить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указывается (например, стали Р6М5Ф3).

Сталь электротехническая нелегированная АРМКО, как ее еще называют: технически чистое железо (например, 10880; 20880 и т.д.) Такие марки содержат минимальное количество углерода, менее 0,04%, благодаря чему имеют очень малое удельное электрическое сопротивление. Первая цифра указывает на вид обработки (1- кованный или горячекатаный, 2- калиброванный). Вторая цифра 0 говорит, что сталь нелегированная, без нормируемого коэффициента старения; 1 с нормируемым коэффициентом старения. Третья цифра указывает на группу по основной нормируемой характеристике. Четвертая и пятая - количество значения основной нормируемой характеристики.

Алюминиевые сплавы маркируются по следующему принципу: марки литейных сплавов имеют первую букву А, за ней Л. Сплавы для ковки и штамповки за буквой А имеют букву К. После этих двух букв ставится условный номер сплава.

Принятые обозначения деформированных сплавов такие: сплава авиаль - АВ, алюминиево-магниевого - АМг, алюминиево-марганцового - АМц. Дуралюмины обозначаются буквой Д с последующим условным номером.

Используя эти нехитрые правила довольно легко определить из чего состоит та или иная сталь. Поэтому для опытного специалиста по металлам расшифровка марок сталей представляет собой простое и понятное занятие.

В нашем марочнике Вы найдете самые ходовые и часто используемые в производстве марки и сплавы металлов, с подробными механическими свойствами, характеристиками и химическим составом.

Маркировка сталей была разработана в СССР и действуют по настоящее время на территории России и СНГ.

Автор: Администрация

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Марки стали и сплавы

Конкретную марку стали, цветного металла можно найти при помощи ПОИСКА на нашем портале. В нашем марочнике сплавов перечислены основные марки стали, марки чугуна, марки алюминия и других широко используемых в производстве металлов и их сплавов. Основы расшифровки марок сталей приведены в статье по ссылке.

Отметим, что администрация портала постоянно дополняет справочник марок сталей и цветных металлов новыми марками, с подробными описаниями их характеристик, а так же их зарубежные аналоги стали AISI.

Если Вы считаете, что какая-либо ценная марка стали отсутствует в нашем марочнике, то напишите и мы постараемся обязательно включить её описание и химические свойства в марочник.

Рассмотрим более подробно основные группы марок стали, поскольку именно стали интересуют большинство пользователей:

Прежде всего, нужно отметить, что некоторые марки в силу своего химического состава, механических свойств, условий применения и других параметров могут входить в несколько групп сразу, так например марка стали 12Х18Н10Т относится к конструкционным криогенным, конструкционным легированным, жаропрочным и нержавеющим сталям.

Марки стали для отливок - литейные стали обозначаются на конце буквой Л, в целом стали склонны к значительной усадке и образованию трещин, обладают низкой жидкотекучестью, поэтому для литья применяют специальные стали в которых эти недостатки не так заметны. Существует несколько классификаций литейных марок стали, например по назначению, хим. составу, структуре, способу выплавки, но фактически можновыделить 2 основных группы по назначению - обычные и самые часто используемые (в первую очередь недорогие 15Л-55Л и др.) и специальные стали с особыми свойствами и в основном довольно дорогостоящие, например сталь 20Х21Н46В8РЛ имеет кол-во железа менее 30%, в то время как никеля более 43%. Таким образом добавками легирующих металлов, которые в разном составе соответствующим образом влияют на аустенит, феррит и мартенсит широко регулируются свойства литейных марок стали в нужных пределах, так вышеупомянутый никель имеет 5% растворимость в твердом растворе Fe_α при 700° и 10% при 400° и неограниченную в твердом растворе Fe_γ, на феррит Ni действует повышая пластичность, твердость, удельное электросопротивление и коэрцитивную силу. Снижает магнитную индукцию и магнитную проницаемость, а также повышает ударную вязкость при содержании Ni до 2%; на аустенит Ni влияет понижая точки A₁ и А₃, повышает А₄ и сдвигает точку S влево, незначительно влияет на уменьшение склонности к росту зерна , немного увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, понижает мартенситную точку М_н и увеличивает количество остаточного аустенита. В целом никель влияет на литейные стали, значительно повышая прочность стали при небольшом повышении пластических свойств, улучшает жаропрочность и крипоустойчивость стали, поэтому никель чаще других элементов используется как легирующий элемент в сталях.

Марки конструкционной стали - самая многочисленная группа марок, которые широко применяются в изготовлении машин, механизмов, оборудования и строительных конструкций. В группу конструкционных марок стали входят также многие нержавеющие, жаропрочные и другие стали, поскольку они используются в специфических условиях эксплуатации, требующих, чтобы соответствующая марка стали имела определенные механические, физические, химические и прочие параметры, рассмотрим основные подгруппы:

• углеродистая обыкновенного качества - самые недорогие и часто используемые для производства проката сплавы стали. Существует 3 группы качества: А (регламентируются только механические свойства), Б (регламентируются только химические свойства), В (регламентируются и механические и химические свойства). Также такие стали поставляются в 3-х видах раскисления: пс - полуспокойные, сп - спокойные и кп - кипящие. Если в наименовании такой стали не указывается степень раскисления, например Ст3 - значит это сталь спокойная Ст3сп, спокойные стали используются чаще других.

• углеродистая качественная - в которых присутствует углерод в количестве от 0,05% до 0,7%, а прочие примеси минимальны. Чем больше углерода в такой марке стали, тем хуже прокат из нее поддается сварке. Марка стали с небольшим содержанием углерода 05кп - 08кп используется для штамповки, с средним содержанием - для производства проката, а с большим - для пружин и изделий с повышенной упругостью.

• легированная - дорогие сплавы стали, сюда входят некоторые нержавеющие, жаростойкие, химически стойкие, устойчивые в условиях холода и другие стали. Применяются для ответственных и нагруженных деталей. Марка стали такого типа имеет присадки хрома, никеля, титана, марганца, молибдена, вольфрама и др. металлов.

• низколегированная для сварных конструкций - сюда входят стали с сумарным содержанием легирующих элементов менее 2,5%, кроме углерода. Легирование в небольших пределах улучшает механические свойства стали, но в тоже время позволяет выполнять качественные сварные соединения.

• криогенная - марки стали, которые сохраняют свои свойства в условиях низких температур, например сталь 12Х18Н10Т имеет ударную вязкость KCU=319 при t=-75 °C, близкая к ней 12Х18Н9Т KCU=250, а обычная сталь 20 всего KCU=34 при t=-60 °C.

• подшипниковая - обладают высокой твердостью и чистотой химического состава, в качестве легирующего компонента обычно используется хром, содержание которого в десятых долях процента пишется в названии марки стали.

• рессорно-пружинная - такие стали имеют высокие предел упругости и сопротивление релаксации напряжений, что позволяет им выдерживать постоянные малые пластические деформации. Так например, сталь 65Г имеет в состоянии после закалки 800-820 °С, масло, отпуск 340-380 °С на воздухе предел прочности при растяжении σ_в=1470 МПа, предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения σ_-1=725 МПа, в то время как обычная марка стали 20 имеет σ_в~390-490 МПа, а σ_-1~206 МПа, таким образом специальная рессорно-пружинная сталь превосходит обычную в несколько раз. Качество стали повышают термообработкой.

• повышенной обрабатываемости (автоматная) - такие марки стали легче поддаются обработке резанием, меньше изнашивают инструмент и дают ломкую стружку, что позволяет обрабатывать их с большей скоростью и качеством, поэтому применяется для изготовления изделий на станках.

• высокопрочная высоколегированная - безуглеродистые сильно легированные сплавы с содержанием добавок более 25%, такие стали обладают высокими механическими свойствами, жаропрочностью, химической стойкостью и т.д., так предел прочности при растяжении большинства этих сталей колеблется в пределах σ_в=2300-3500 МПа и выше, что во много раз превышает свойства обычных сталей.

Марки инструментальной стали - Для обработки резанием используются различные виды материалов: углеродистые, легированные и быстрорежущие стали. Наибольший объем снимаемой стружки приходится на инструмент из твердых сплавов и быстрорежущих сталей.

• Инструментальная углеродистая сталь - используются для инструментов, рабочая поверхность которых не нагреваются выше 150-200 °С, удобство применения таких сталей заключается в их дешевизне и легкости изготовления/правки инструмента в отожженном состоянии сплава, после этого инструмент подвергается закалке и отпуску и его твердость приводится к рабочей.

• Инструментальная валковая сталь - обладает высокой твердостью и стойкостью к истиранию и деформациям, из этой стали делаются прокатные валки, ножи, пуансоны и др. детали подвергающиеся большим нагрузкам.

• Инструментальная штамповая сталь - если для штампов с невысокими ударными нагрузками могут применятся просто инструментальные стали, то для работы с высокими ударными нагрузками (высадка) и с горячим (раскаленным) металлом от марки стали требуется очень высокая прочность и твердость, высокая теплостойкость и вязкость, а также такое изделие должно выдерживать многократный постоянный цикл нагрев-охлаждение без образования термических трещин.

• Инструментальная быстрорежущая сталь - характерной особенностью этих марок является сильное легирование вольфрамом, а также молибденом, ванадием и т.д. Вольфрам влияет следующим образом: на феррит - повышает прочность и твердость, снижает пластичность и коэрцитивную силу; на аустенит - повышает точки А1 иА3, понижает А4, сдвигает точку S влево, Сужает γ-область, препятствует росту зерна, увеличивает прокаливаемость при повышенной температуре закалки, обеспечивающей хорошее растворение карбидов, уменьшает критическую скорость закалки, незначительно увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - повышает температуру плавления, повышает красноломкость, устраняет хрупкость при отпуске, сплавы с содержанием от 6 до 32% W способны к дисперсионному твердению, повышает крипоустойчивость стали. Вольфрам выступает основным элементов в твердых сплавах. Таким образом быстрорежущие марки стали сохраняют высокую твердость, износостойкость и сопротивление пластической деформации вплоть до высоких температур 500-600 °C, что позволяет повышать скорость резания в несколько раз по сравнению с обычными инструментальными сталями и обрабатывать стали, которые затруднительно или невозможно резать из-за повышенной твердости.

Сталь специального назначения - несмотря на то, что существует множество групп сталей предназначенных для конкретных задач, можно выделить несколько групп сталей которые больше не используются для других целей:

• Рельсовая сталь - основной легирующий элемент таких марок стали - марганец Mn. В целом Mn влияет стали следующим образом: на феррит - сильно повышает прочность, твердость, удельное электросопротивление и коэрцитивную силу; на аустенит - Понижает точки А₁ и А₃, понижает А₄, сдвигает точку S влево, расширяет γ-область, увеличивает склонность к росту зерна, сильно увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, сильно понижает мартенситную точку М_н и резко увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - уменьшает красноломкость стали при повышенном содержании серы, повышает прочность, упругие свойства и износоустойчивость, снижает ударную вязкость, увеличивает склонность к отпускной хрупкости. Снижает пластичность, ударную вязкость, магнитную индукцию и магнитную проницаемость. Также марки стали содержат кремний, и микролегирующие добавки ванадий, титан и цирконий. Особенность рельсового проката в том, что он обязательно подвергается термической обработке, которая придает эксплуатируемой поверхности рельсов высокую твердость, сопротивление износу и вязкость.

• Сталь судостроительная - марки стали для судостроения должны соответствовать механическим требованиям (в зависимости от марки и толщины): временное сопротивление разрыву σ_в=400-500 МПа, предел текучести σ_0,2=200-400 МПа, относительное удлинение δ₅>20%, ударная вязкость KCU=19-40 кДж / м 2 .

Жаропрочные марки стали - обычно, каждая такая марка стали сильно легирована тугоплавкими металлами - вольфрамом, молибденом. Несмотря на высокую стоимость применение таких сталей дает большой экономический эффект, поскольку позволяет заменить ими специальные тугоплавкие сплавы стоимость которых намного выше, например сталь ХН38ВТ применяют в качестве заменителя никелевого сплава ХН78Т, который хоть формально и относится к сталям, но имеет железа всего 6%, а никеля 70-80% и соответственно стоит.

Сталь нержавеющая (коррозионно-стойкая) - можно выделить обычные марки, коррозионно-стойкие в обычных условиях и высоколегированные жаропрочные предназначенные для специальных условий. Основная масса нержавеющих марок стали легируется хромом. Хром воздействует следующим образом: на феррит - повышает прочность, твердость, коэрцитивную силу, снижает ударную вязкость, магнитную индукцию и проницаемость; на аустенит - повышает точку А₁ и понижает А₃ и А₄. Сдвигает точку S влево, Сужает γ-область, уменьшает склонность зерна к росту, сильно увеличивает прокаливаемость, дает две зоны наименьшей устойчивости аустенита при 700-500 и 400-250 °С, уменьшает критическую скорость закалки, понижает мартенситную точку М_н, увеличивает количество остаточного аустенита; в целом - сильно повышает устойчивость против коррозии и окисления, сильно увеличивает износоустойчивость, увеличивает крипоустойчивость и в особенности жаростойкость. Также в нержавейку добавляются никель, титан, марганец, молибден.

Сталь прецезионная - к этим маркам стали относятся сплавы с четко заданными свойствами: температурным коэффициентом линейного расширения, магнитными свойствами, упругостью в сочетании с другими качествами, а также можно выделить сплавы с заданным высоким электрическим сопротивлением.

Электротехнические марки стали - можно выделить две основные подгруппы сталей: анизотропные и изотропные, первые представлены в основном сернистыми сталями с содержанием кремния до 4%, которые предназначены для использования в магнитопроводах трансформаторов и машин, где магнитное поле распространяется вдоль листа стали. Вторая подгруппа сталей имеет меньшее содержание кремния и слабое легирование другими металлами и используется для магнитопроводов, в которые магнитное поле находится под различными углами к листам стали, т.е. в двигателях, генераторах и т.д. Основным элементом, который влияет на магнитные свойства стали является кремний Si, он влияет на сталь следующим образом: на феррит - сильно повышает прочность, твердость, удельное электросопротивление, повышает магнитную проницаемость резко при содержании выше 4,5%, снижает пластичность, ударную вязкость, коэрцитивную силу, магнитную индукцию; на аустенит - повышает точки А1 и А3, понижает А4, сдвигает точку S влево, сужает γ-область, незначительно влияет на уменьшение склонности роста зерна аустенита, сильно увеличивает прокаливаемость, уменьшает критическую скорость закалки, не изменяет положения мартенситной точки, немного увеличивает количество остаточного аустенита; и в целом активно раскисляет сталь, сильно влияет на магнитные и электрические свойства стали, повышает прочность и упругие свойства стали, снижая пластичность и ударную вязкость, увеличивает жаростойкость стали.

Команда портала постоянно дополняет марочник новой информацией и если Вы считаете, что нехватает какой-то информации или присутствуют неточности, сообщите нам и мы внесем изменения.

Сталь конструкционная углеродистая

В зависимости от содержания углерода различают следующие стали:

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода

Среднеуглеродистые стали, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода

Высокоуглеродистые стали, содержащие от 0,6 до 2% углерода

К низкоуглеродистым относятся стали, не содержащие легирующих компонентов (кроме углерода). В низкоуглеродистых сталях присутствуют марганец и кремний, однако они не считаются легирующими компонентами, если содержание марганца не превышает 1% и кремния—0,8%.

Большинство сварных конструкций изготовляется из низкоуглеродистых сталей, выпускаемых в виде листов и фасонного проката — уголка, швеллеров, двутавровых балок и пр.

Стали делятся: по химическому составу — на углеродистые и легированные; по способу производства — на мартеновские, бессемеровские, конвертерные, электростали; по назначению — на конструкционые, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Такая сталь, изготовляемая в мартеновских печах, в конвертерах с продувкой кислородом сверху и в бессемеровских конвертерах, поставляется по ГОСТ 380—60.

В зависимости от назначения и гарантируемых показателей сталь подразделяется на три группы:

группа А — поставляемая по механическим свойствам;

группа Б — поставляемая по химическому составу;

группа В — поставляемая по механическим свойствам с отдельными требованиями по химическому составу.

Для стали группы А установлены следующие марки: Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Если сталь относится к кипящей, то в обозначении марки ставится индекс кп, если к полуспокойной— пс (например, Ст. Зкп, Ст. 4пс и т! д.), отсутствие индекса означает, что сталь спокойная.

Кипящей называется сталь, неполностью раскисленная в печи и содержащая некоторое количество закиси железа, что обусловливает продолжение кипения стали в изложнице. Выплавка кипящей стали обходится дешевле, но такая сталь содержит растворенные газы, например, азот, при ее сварке иногда возникают трещины.

Если сталь в печи полностью раскислена, то она не содержит закиси железа и, будучи разлита в изложницы, не кипит. Такая сталь называется спокойной. Она не содержит газов, но ее выплавка обходится дороже. Для ответственных сварных конструкций предпочтительнее применять спокойную сталь.

Полуспокойная сталь раскислена в большей степени, чем кипящая, но менее, чем спокойная. Эта сталь затвердевает в изложницах без кипения, но с выделением газов; она содержит меньше (по сравнению с кипящей) газовых пузырей, которые полностью завариваются в процессе последующей прокатки. Полуспокойная сталь преимущественно применяется как конструкционная.

Сталь группы Б изготовляют мартеновским, бессемеровским и конвертерным способами. Сталь группы Б мартеновская в обозначении марки имеет букву М, бессемеровская — букву Б, конвертерная— букву К (например, МСт. 2кп, БСт. 3, КСт. Зпс). Бессемеровскую сталь группы Б изготовляют только марок БСт. О, БСт. 3, БСт. 4, БСт. 5, БСт. 6.

Сталь группы В изготовляют мартеновским и конвертерным способами. Мартеновскую сталь группы В изготовляют марок: ВМСт. 2, ВМСт. 3, ВМСт. 4, ВМСт. 5. Конвертерную сталь В изготовляют тех же марок, но в обозначении ее ставится буква К (например, ВКСт. 2, ВКСт. 3 и т. д.). Стали всех групп с порядковыми номерами 1, 2, 3 и 4 изготовляют кп, пс и сп стали с номерами 5, 6 и 7 — только пс и сп.

Ст. О — немаркированная строительная, в которой содержание углерода и других элементов может колебаться в широких пределах. Эта сталь может содержать повышенные количества серы и фосфора. Сталь Ст. О применяют только в конструкциях неответственного назначения.

Сталь марки ВМСт. 3 содержит углерода 0,14—0,22% и имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 38— 47 кгс/мм 2 , предел текучести 22—24 кгс/мм 2 , относительное удлинение не менее 21%, ударную вязкость поперек прокатки — не менее 7 кгс-м/см 2 .

Качественные углеродистые конструкционные стали. Такие стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Они выпускаются по ГОСТ 1050—60, который гарантирует механические свойства и химический состав. Качественные углеродистые стали по ГОСТ 1050—60 маркируются цифрами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 05; 08; 15; 20 и т. д. означают, что сталь содержит в среднем углерода соответственно 0,05; 0,08; 0,15; 0,20%. Сталь по ГОСТ 1050—60 изготовляют двух групп:

группа I—с нормальным содержанием марганца (0,25— 0,80%);

группа II — с повышенным содержанием марганца (0,70— 1,20%).

В марке стали группы II ставится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Из низкоуглеродистых сталей для особо ответственных сварных конструкций наиболее пригодна сталь марки М16С (ГОСТ 6713—53), содержащая не более 0,20% углерода, 0,12—0,25% кремния, 0,4—0,7% марганца, не более 0,045% серы и не более 0,040% фосфора.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды типов Э42 и Э42А по ГОСТ 9467—60 с рутиловыми, фтористо-кальциевыми, рудно-кислыми и органическими покрытиями. Род тока, полярность и величину тока выбирают в соответствии с характером покрытия, толщины металла, типа шва и диаметром электрода. Кроме указанных в табл. 5 марок электродов, для сварки низкоуглеродистых сталей находят широкое применение электроды и других марок, например, АНО-3 с рутиловым покрытием и железным порошком; ЭКР с покрытием, содержащим целлюлозу и нечувствительным к повышенному содержанию влаги и многие другие марки электродов, выпускаемых промышленностью.

При сварке угловых швов толстого металла и первого слоя многослойного шва, когда скорость охлаждения достаточно велика, рекомендуется применять предварительный подогрев основного металла до 120—150° С для предупреждения появления закалочных структур и кристаллизационных трещин. Для исправления дефектных участков шва следует применять подварочные швы нормального (полного) сечения, длиной не менее 100 мм, так как при высоких скоростях охлаждения пластичность металла шва под-варки малого сечения понижается, что приведет к образованию трещин. Полезно перед наложением подварочного шва подогреть данный участок основного шва до 150° С. Наличие неполностью проваренных прихваток и заварка дефектов поверхностными («беглыми») швами сильно снижает пластичность металла шва в данном месте и уменьшает надежность сварной конструкции. Последующий местный отпуск или нормализация заваренного участка в данном случае менее эффективны, чем предварительный подогрев.

Среднеуглеродистые стали (С от 0,26 до 0,45%) сваривают проволокой с пониженным содержанием углерода (С от 0,08 до 0,1%), применяют швы с разделкой кромок, небольшой ток; при этом стремятся получить неглубокий провар с целью уменьшения доли основного металла в металле шва. Эти мероприятия снижают содержание углерода в металле шва и предупреждают появление кристаллизационных трещин. Применяется также предварительный и сопутствующий подогрев при сварке до температуры 250—300° С. Высокотемпературный подогрев вреден, так как вызывает появление трещин вследствие увеличения глубины провара основного металла и вызываемого этим повышения содержания углерода в металле шва. Лучшие результаты дает сварка постоянным током прямой полярности. Высокую стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и необходимую прочность сварного соединения обеспечивает применение электродов УОНИ-13/55 и УОНИ-13/45. Во избежание образования хрупких и малопластичных закалочных структур в околошовной зоне полезно замедленное остывание изделия после сварки. В ряде случаев приходится прибегать к последующей термической обработке (закалке с отпуском).

Из высокоуглеродистых сталей (С>0,46%), как правило, не изготовляют сварные конструкции. Необходимость их сварки может возникнуть при ремонтных работах, наплавке. В этом случае применяют те же приемы сварки л наплавки, что и для других плохосваривающихся сталей (предварительная и последующая термообработка, предварительный и сопутствующий подогрев, соответствующие марки электродов и режимы сварки).

Расшифровка и классификация марок сталей

Железо химически-активно и встречается в природе только в виде соединений, руды состоят из гидратов, закисей солей и оксидов. Богатая руда содержит не более 57% чистого металла, а изделия быстро корродируют. С развитием металлургии было изобретено множество сплавов на железной основе, которые превосходят его по прочности и имеют надежную молекулярную структуру. Стали классифицируют по способу раскисления, назначению и содержанию элементов. Обозначения марок сформированы разными системами стандартизации.

Для точной расшифровки марки стали воспользуйтесь нашим марочником стали

Классификация по химическому составу

В естественной среде железо реагирует с окислителями, галогенами, фосфором и серой. Для очищения сырья и преобразования оксидных соединений в роли восстановителя сначала применяли каменный уголь. Так при горении в недостатке кислорода, выплавляли чугун, из которого уже частично удалены оксиды и примеси, а доля углерода составляет не менее 2,14%. Для выплавления стали из полученной массы необходимо уменьшить его концентрацию до 2%.

Углеродистые

По составу отличаются от чугуна только концентрациями. При обработке снижается количество углерода и вредных включений. Соотношение кремния и марганца – может корректироваться для придания дополнительной прочности и стойкости к коррозии. По количеству углеродных соединений различают следующие группы:

Высокоуглеродистая (0,6-2%);
Среднеуглеродистая (0,25-0,55%);
Низкоуглеродистая (до 0,25%).

Углеродная составляющая участвует в формировании карбидов и укрепляет структуру на молекулярном уровне. Чем выше содержание, тем больше стойкость к механическим нагрузкам, особенно ударным. Понижение придает пластичность и возможность выпускать изделия повышенной точности. Из этих сплавов получают инструменты (топоры, валы), детали, испытывающие большое напряжение (оси, арматура) и малонагруженные (зубчатые колеса, пружины). Расшифровка характеристик стали производится по буквам:

Ст – сталь;
Цифра – номер, согласно регламенту, ГОСТ 380-2005;
Г – марганец выше 0,8%;
КП, ПС или СП – метод раскисления.

Группу объединяет название «конструкционные», их обозначают маркировками: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Отдельно выделяют группу с названием «инструментальные», они содержат 0,7% углерода и дополнительно очищаются от вредных составляющих. Расшифровка букв в обозначении согласно ГОСТ 1435-99:

У – углеродистая;
Цифры: углеродная концентрация в десятых долях процента;
Г – марганец выше 0,33%;
А – повышенное качество, серы не более 0,03%, фосфора – до 0,035%.

Инструментальные нелегированные стали обозначают следующими маркировками: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А.

Легированные

Для придания специальных свойств в расплав добавляют различные присадки. Процесс называют легированием. По соотношению легирующих элементов марки разделяют на низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (до 50%).

В таблице приведены металлы, включения примесей и их обозначения в маркировке:

Марганец – Mn	Г
Хром – Cr	Х
Никель – Ni	Н
Титан – Ti	Т
Молибден – Mo	М
Бериллий – Be	Л
Медь – Cu	Д
Азот – N	А
Ванадий – V	Ф
Ниобий – Nb	Б
Алюминий –Al	Ю (от ювенал)
Селен – Se	E
Кобальт – Co	К
Бор – B	P
Фосфор – P	П
Кремний –Si	С (от силициум)
Цирконий –Zr	Ц

Например, 08Х18Н10 расшифровывается как 0,08% углерода (С), 18 % хрома (Cr), 10% никеля (Ni). Обозначаются не все составляющие, а только говорящие об основных свойствах. Легирование применяется во всех случаях, когда неприемлемо использование углеродистых сплавов. Технический процесс сложнее и дороже, но присадки помогают продлить срок службы в сложных условиях или создать материал со специальными возможностями.

Также в начале маркировки могут присутствовать такие обозначения:

Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая.

У этих марок есть ряд особенностей:

в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);
в марках быстрорежущей стали после буквы Р сразу ставится число, указывающее содержание вольфрама в процентах. Также все быстрорежущие стали содержат 4% хрома (Х).

Классификация по назначению

Часто для группы со сходными химическими формулами и эксплуатационными ресурсами применяют термины, указывающие на условия применения. Как правило, такая продукция подвергается испытаниям на соответствие по нескольким одинаковым параметрам: на устойчивость к ударным нагрузкам, кислотам, экстремальным температурным режимам. Специальные обозначения в маркировке есть у нелегированных групп: строительные (С), подшипниковые (Ш), конструкционные (Сп), инструментальные (У). Отдельно выделяют режущие легированные сплавы (Р).

Классификация сталей по назначению

Конструкционные

Категория объединяет марки способные выдерживать разнонаправленные механические нагрузки: изгибающие, ударные, растягивающие. Отличительной особенностью является стойкость к усталости, они не трескаются и не истираются при сочетании различных негативных факторов. По составу могут быть углеродистыми и легированными. Применяются для изготовления конструкций и деталей повышенной прочности.

Если сталь является литейной конструкционной, то в конце маркировки ставят букву Л. Например: 40ХЛ, 35ХМЛ.

Инструментальные

Стальные изделия без легирования очень прочны, но в некоторых областях их качеств недостаточно, поэтому применяют присадки. Например, марганец участвует в формировании особо-прочной молекулярной структуры (аустенит) и увеличивает стойкость к механическим деформациям. Алмазная сталь ХВ5 долго сохраняет заточку, может резать очень твердые материалы, при этом требует ухода и легко ломается. Ее прародителями были булатные и дамасские клинки, плохо переносящие сырость и хрупкие ближе к острию.

Инструментальные нелегированные стали обозначаются буквой У. Затем ставится цифра, которая обозначает среднее содержание углерода в стали: У11; У12; У13;. Высококачественные стали дополнительно обозначают буквой А на конце — У11А; У12А; У13А.

Особого назначения

Способность выдерживать определенные физические или химические воздействия определяет область применения. К особенным свойствам относится: немагнитность, кислотостойкость, жаростойкость, жаропрочность. Появляются узкоспециальные названия: авиационные (нагрузка свыше 1300Мпа), судостроительные (стойкость в щелочной среде), криогенные (отсутствует хрупкость при –196 С о и ниже).

Классификация по способу раскисления

При плавлении руды необходимо удалить кислород, иначе готовый прокат быстро заржавеет. Так как кислород находится в несвободном состоянии, требуется разрушить оксидные и гидратные соединения. В реакции раскисления участвуют активные вещества: ферромарганец, силикомарганец, расплав алюминия и другие. Некоторые реагенты действуют только в вакуумной среде.

Для обозначения способа раскисления используют такие обозначения:

Уже более 100 лет разрабатываются методы прямого получения металла, минуя переплавку в чугун и использование кокса, загрязняющего расплав продуктами горения. В результате применения газообразных и твердых восстановителей, обработки в электропечах, реакторах, реторах, получается раствор, насыщенная газами в разной степени. Разделение не относится к легированным продуктам, так как добавление присадок требует регламентированной чистоты.

Кипящая

Для получения используют минимальное количество реагентов, поэтому остается много кислорода и углекислого газа. Слитки имеют неоднородное строение, в одной части оседают вредные примеси, поэтому до 5% готового слитка удаляется. Материал с низкими характеристиками, хрупкий. Воздух концентрируется в сердцевине, но наружная корка может иметь достаточную прочность. Возможно изготовление крепежных деталей котлов и конструкций, контактирующих с взрывоопасными средами. Главный недостаток: быстрая коррозия.

Спокойная

Благодаря сложным технологическим процессам присутствие газов и неметаллических включений минимально, а структура однородна. Из слитков изготовляют металлоконструкции, детали или используют для создания дорогостоящих сплавов.

Полуспокойная

Промежуточное состояние. Упрощенные технические циклы удешевляют производство, а свойства достаточны для выпуска несущих элементов сварных и клепаных конструкций. Из Ст5пс изготовляют болты, гайки, упоры, которые можно использовать в плюсовых температурах и низкой влажности воздуха.

Классификация по качеству

Чем меньше осталось вредных включений, тем выше качественные характеристики, но иногда это не оправдано экономически. Система стандартизации предусматривает три класса.

Качественная

К категории относят углеродистые продукты. В них больше всего фосфора, серы и газов, они недостаточно однородны. Качества удовлетворительны для производства конструкций и деталей.

Нелегированные качественные стали обозначают буквой К. Например, 20К

Высококачественная

Низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений обозначается в маркировке буквой А в конце. Из марок У8 и У8А вторая будет обладать лучшими характеристиками, изделия получатся точнее и качественнее.

Букву А в начале пишут в марках конструкционных сталей высокой обрабатываемости (А12–автоматная, А30, А40), но в таком случае она не отображает соответствие стандарту чистоты.

Особо качественные

Сплавы с минимально-возможным количеством примесей обозначаются по способу получения в конце маркировки:

ВД – вакуумно-дуговая переплавка;
Ш – электрошлаковый переплав;
ВИ – вакуумно-индукционный;
ПД – плазменно-дуговой.

Особое качество достигается легированием, так как основу, полученную из чугунного расплава, невозможно привести к таким показателям. Содержание серы снижено до 0,1%, фосфора – до 0,025%. Примеры: 30ХГСН2МА – ВД. Здесь пропущены цифры, так как концентрации присадок составляют от 0,8 до 1,2%, поэтому их доля округляется до 1.

Классификация по структуре

Легирующие элементы формируют собственные соединения и создают молекулярную решетку. Строение металлов по своей природе зернистое, подвергается изменениям при термообработке и давлении. Геометрия химических связей определяет отношение к классу: ферриты, аустениты, перлиты и мартенситы. В обозначениях эта информация не отображается, но принадлежность всегда учитывается для применения в той или иной области.

Аустенит

Атомы углерода находятся внутри ячеек кристаллической решетки металла. Легирующие элементы способны замещать атомы железа и вставать на их место. Аустениты отличаются прочностью и однородностью, не магнитны, относятся к коррозийно-стойким и жаропрочным материалам, применяются для транспортировки агрессивных веществ, работы в особо сложных условиях.

Феррит

Ферритная решетка похожа на куб правильной формы. Поликристаллическое строение делает ферриты мягкими, при переохлаждении зерна становятся крупными, увеличивается хрупкость. Представители класса являются сильными магнетиками, поэтому используются в радиотехнике и электронике для поглощения электромагнитных волн, выпуска антенн и сердечников.

Мартенсит

При закаливании и охлаждении формируется игольчатое строение, при этом атомы железа смещаются на вершины ячеек, а углеродные концентрируются в центре. Это создает внутренние напряжения. Интересно, что мартенситовое превращение происходит в определенных температурных промежутках, при котором достигается предельная твердость. Явление сопровождается возникновением «памяти метала». Сталь, находящаяся в таком состоянии способна вернуть форму после механической деформации.

Мартенсит получают различными методами термообработки и легирования, присадки помогают стабилизации решетки. Степень зависит от назначения, иногда необходимо полное прокаливание, а если этого не требуется, то воздействуют лишь на поверхностные слои. Применение осложняется дополнительными требованиями к обработке, особенно сварке. Уникальные свойства пока не изучены до конца.

Перлит

На этой стадии облегчается механическая обработка. Перлит – явление распада при охлаждении после нагрева. Зерна измельчаются или расслаиваются на пластинки. Состояние создают искусственно для пластической деформации.

Цементит

Особо устойчивое состояние. Решетка FeC₃ имеет ромбическую форму, физически цементит очень тверд и хрупок. Формируется при кристаллизации расплава чугуна. В сталях образуется при охлаждении аустенита и нагревании мартенсита (разупрочняющий отжиг).

В металлургии термообработка производится для получения лучших эксплуатационных характеристик конкретного состава и состоит из многочисленных процедур нагревов и охлаждений в разной температуре: сфероидизация, гомогенизация, изотермический отжиг, разупрочнение, стабилизация.

Классификация по способу производства

Многое зависит от применяемого оборудования. Доменные печи давно заменены на более экологичные и эффективные варианты. За прошедшее столетие появилось несколько новых технологий:

Конверторная или бессемеровская. В процессе выплавки в конвертер поступает сжатый, обогащенный кислородом воздух, углеродная составляющая выжигается. Дополнительное топливо не требуется, так во время реакции высвобождается дополнительная энергия и масса нагревается самостоятельно. До изобретения технологии невозможно было получить температуру плавления 1600 С о , поэтому производили только чугун при 1400 С о . В усовершенствованном виде способ применяется и сегодня.
Мартеновская. Ученый предложил использовать полученное тепло повторно: выходящий воздух нагревает входящий. Для этого печь была оснащена регенератором, не только восстанавливающим тепло, но улавливающим копоть и конденсат. В установках действуют термические режимы, не превышающие 2000 С о . Изобретение позволило переплавлять лом, регенераторы используются в современных установках, особенно стеклодувных и плазменных.
Электросталь – оборудование нового поколения, использующее индукцию и дуговую выплавку. В современных установках получают наиболее чистые от загрязнений продукты, затраты электричества снижаются, так как поддерживается точная температура. В плазменно-дуговых печах создают жаропрочные и тугоплавкие материалы. Появилась возможность получать стали прямым методом, без плавления чугунной основы.

Предельное повышение температуры до 20000 С о позволило получить железо, усиленное молибденом и титаном. Вместе с технологией плавления одновременно разрабатываются методы металлообработки: резки, гибки, проката.

Таблица маркировки сталей

В таблице приведено содержание элементов в распространенных марках стали.

Читайте также: