Классификация сталей по степени раскисления

Обновлено: 02.05.2024

Для кислородно-конвертерной стали применяют глубинное (осаждающее) раскисление – в глубину металла. Для этого вводят раскислители - Это элементы, вступающие в реакцию с кислородом. Вещества, образующие при их окислении, имеют меньшую плотность, чем сталь: они всплывают в шлак.

Наиболее часто сталь раскисляют ферросплавами Mn, Si, Al.

2[Al]+3[O]=Al2O3+Q

Классификация сталей по степени раскисления:

Кипящая сталь – наименее раскисленная – получена при раскислении только одним ферромарганцем. Реакция [C]+[O]=CO не прекращается и металл “кипит”. Из слитка кислород удляют горячей прокаткой.

Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали. Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400 %, серы — 900 % от их среднего содержания. В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60 %, а по сере на 110 % превышает их среднее содержание в стали. Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора. Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали. Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т₅₀ у нее на 10–20 °С выше по сравнению с Т₅₀ для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14–20 мм и более) из кипящей стали.

Спокойная сталь – наиболее раскисленная – получается при последовательном раскислении металла FeMn, FeSi, FeAl. После введение раскислителей выделение пузырьков СО прекращается, сталь наиболее качественная и дорогая.

Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали. Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного металла слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12–16 % по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь значительно дороже кипящей.

Полуспокойная сталь – получается при раскислении ферромарганцем FeMn и уменьшенным количеством ферросилициума FeSi. Раскислители вводят не в конвертер, а на струю металла при выпуске плавки.

По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.

Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного металла. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного металла составляет около 90 %.

Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного металла слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

Разливка стали

Из разливочного ковша сталь разливают в изложницы - чугунные формы для изготовления слитков.

Слитки используют для: отливок до 25 тонн или поковок до 300 тонн.

Способы разливки

Разливка сверху (для углеродистых сталей)

Сифонная разливка (для легированных. высококачественных сталей)

3.Непрерывная разливка (машины непрерывного литья – вытягивание слитков из кристаллизаторов

Классификация сталей по степени раскисления

В производственных целях используют стальные заготовки, полученные методом холодного или горячего проката. Сталь ценится за высокую прочность и пластичность. Также стальной прокат отличается хорошей вязкостью, упругостью, твердостью и жаропрочностью. Единственным недостатком стали является низкая сопротивляемость коррозийным процессам, что объясняется ее составом.

Сталь – это продукт черной металлургии, получаемый путем добавления к железу углерода. При этом для придания материалу каких-либо отличительных черт, к нему добавляют другие элементы или меняют соотношение пропорций. Например, чтобы повысить прочностные характеристики, в состав стали вводят больше углерода. Но если его количество превышает 2,14%, вместо стали получается чугун. По химическому составу различают:

углеродистую сталь;
легированную сталь. Для получения дополнительных характеристик стальной сплав легируют кремнием, ванадием, хромом, молибденом, марганцем, никелем и др.

Благодаря исследованиям ученых, кроме указанных выше, изготавливают нержавеющую и оцинкованную стали.

Углеродистая сталь

Под углеродистыми сталями понимают низколегированные сплавы на 99,5% состоящие из железа. Дополнительные добавки определяют физико-механические свойства сплава, поэтому их дозировка строго ограниченна и должна соответствовать нормативам. В настоящее время углеродистые стали составляют порядка 80% от всего выплавляемого объема стальных композиций.

Углеродистые стали насчитывают более 2 тысяч марок, которые представляют собой инструментальные, конструкционные или обычные стали. По качественным характеристикам различаются:

обычная сталь холодного или горячего проката;
конструкционная сталь высокого качества. Производится в виде заготовок, полученных методом горячего проката, кованных изделий, круглых прутков (серебрянки) и калиброванной стали.

Последняя применяется в разных сферах промышленности, для изготовления особо прочных деталей и механизмов. В числе основных достоинств углеродистой стали:

хорошее соотношение цены и качества продукта;
высокий показатель упругости. Это позволяет применять ее при изготовлении конструкций, испытывающих повышенные нагрузки и требующих материалов особой жесткости;
закаливание стали, которое производится в температурных пределах от 200 до 6000 С в секунду повышает техническую прочность стали. При этом термическая обработки не влияет на упругость материала;
хорошо поддается обработке резкой и давлением, показывает неплохие результаты при сваривании.

Все эти преимущества делают углеродистую сталь востребованной в современном производстве при изготовлении продукции массового потребления.

Маркировка углеродистых сталей

Классификацию сталей производят по нескольким показателям, среди которых:

химический состав;
структурный состав;
качественные показатели;
степень раскисления;
область назначения.

Название и марка стали присваиваются сплаву в соответствие с его химическим составом. Но любая маркировка учитывает и другие показатели, приведенные выше. При этом марка стали несет в себе основную информацию, касаемо состава и свойств материала. Для маркировки углеродистых сталей используют две литеры и цифру. Число указывает на присутствие в составе углерода, а его значение выражается десятых долях процента.

У легированных сталей в маркировке содержаться дополнительные буквы, которые обозначают использованные при производстве присадки, влияющие на степень раскисления. Чтобы лучше ориентироваться в маркировках, существуют специальные таблицы.

Химический состав стали

В зависимости от химического состава углеродистые стали могут быть:

низкоуглеродистыми. Углерод в составе сплава составляет не более 0,25%. Такие сплавы хорошо деформируются как в холодном, так и в горячем виде;
среднеуглеродистыми. Доля углерода составляет порядка 0,3-0,6%. Эти составы отличает повышенная прочность, при хорошей пластичности и текучести;
высокоуглеродистыми. Количество углерода варьирует от 0,6 до 1,4 %. Благодаря структуре, отличается повышенной плотностью и уникальными свойствами.

На однородность, хрупкость, прочность и вязкость сплава в большой степени влияет наличие в составе элементов, имеющих неметаллическую природу. Чтобы сделать структуру стали более мелкозернистой и уменьшить количество неметаллических примесей производят раскисление стали.

Классификация по степени раскисления

Раскисление – это вывод из жидкой стали кислорода. По степени раскисления стальные сплавы могут быть:

спокойными. Для их раскисения применяется марганец, кремний или алюминий. Затвердевают такие сплавы без газовыделения (спокойно) и образовывают усадочную раковину в верхней части;
полуспокойными. Их раскисление происходит поэтапно, сначала в печи и ковше. Затем процесс продолжается в изложнице, чему способствует содержащийся в составе углерод. Ликвация в слитках стали этого типа приближается к ликвации спокойных сталей;
кипящими. Необходимой степени раскисления добиваются только марганцем. В составе высоко содержания кислорода, который в процессе затвердевания реагирует с углеродом, образуя углекислый газ. Пузыри газа выделяются с поверхности за счет чего создается ощущение кипения.

Кроме того, стали различаются:

Качеством: обыкновенные, качественные, стали высокого качества, особовысококачественные.
Способом производства: электросталь, мартеновская или конвертерная сталь.

Назначением: инструментальные, с особыми свойствами конструкционные.

Структурой. По структуре стали могут быть заэвтектоидными, доэвтектоидными или эвтектоидными.

Наглядно выразить состав углеродистой стали можно в следующей формуле:

УС = Fe + C + Si + Mn + S + Р

Железо (Fe) и углерод (С) здесь являются основными компонентами. При этом углерод оказывает непосредственное влияние на качественные характеритсики сплава. При увеличении содержания в сплаве этого элемента возрастает твердость и прочность в ущерб показателям пластичности и вязкости.

Кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (P) относятся к постоянным примесям. При этом два последних компонента представляют собой вредные примеси и внедряются в состав в процессе плавки руды и топлива.

При попадании в состав фосфора, образуются внутрикристаллические ликвации и снижается пластичность сплава. Под ликвацией понимается неоднородность химического состава сплава. Негативное влияние заключается в увеличении размера зерен, что приводит к повышению хрупкости металла, проявляющейся при обычных температурных условиях - хладноломкость.

Учитывая негативное влияние серы и фосфора на сплав, их присутствие в составе строго регламентировано и не должно превышать 0,05% от общей массы вещества. При этом для автоматных сталей с содержанием углерода не более 0,3% данные нормативы еще меньше: серы до 0,2%, фосфора не более 0,15%.

Из сталей такого типа изготавливают изделия, не подвергающиеся большим нагрузкам. В основном это крепежные элементы (болты, гайки, винты и др.), изготавливаемые в автоматическом режиме.

Содержание кремния и марганца также регулируется нормативами ГОСТа. Для марганца установлена норма 0,75%, для кремния - 0,35% от общей массы вещества. При таком количестве элементы не способны оказывать влияние на какие-либо характеристики сплава. Увеличение объема этих элементов приводит к изменениям в процессе обработки и эксплуатации. Поэтому стали с содержанием марганца и кремния свыше 1 %, причисляются к специальным.

Данные элементы вводят в состав для устранения закиси железа и повышения качества сплава. В профессиональной среде процесс называется раскислением стали. Удаление кислорода методом раскисления позволяет снизить хрупкость металла, проявляющуюся при обработке горчим методом.

Железо, используемое для производства стали бывает двух модификаций: α и γ. Вступая в химическую реакцию с углеродом, железо образует такие формы, как:

цементит. Массовая доля углерода составляет 6,67%;
аустенит. Отличается КГЦ-решеткой. Получается при смешении углерода с γ –железом;
феррит. Обладает КОЦ – решеткой. Изготавливается путем смешения углерода с α –железом.

Конструкционные и инструментальные стали

Конструкционная разновидность стали используется в промышленности для изготовления надежных элементов различных конструкций, механизмов и деталей. Могут быть представлены обычными и качественными сталями. Качественные показатели стального сплава зависят от количества и состава примесей, в частности от массовой доли фосфора и серы.

Для сталей обыкновенного качества характерно содержание серы менее 0,055%, фосфора не больше 0,07%. Для качественных сталей этот показатель составляет 0,04% для обоих элементов.

Обыкновенные стали подразделяются на группы А, Б и В:

Группа А. В нее входят сплавы с маркировкой Cт 0, Cт 1 … Cт 6. Из сплавов этой группы изготавливают различные конструкции, арматуру, крепеж, запчасти для автопрома, на которые в процессе эксплуатации не оказывается сильное механическое или химическое воздействие. Также они не предназначены для горячей обработки.

Группа Б. К ней относятся стали с маркировкой: БСт 0, БСт 1… БСт б. Эти сплавы хорошо переносят горячую обработку, используются для создания кованых изделий или при штамповке. Чтобы верно рассчитать температурный режим обработки, необходимо знать химический состав сплава. Механические свойства этих сталей регламентации не подлежат, так как в процессе обработки остаются неизменными.

Группа В. Сварные стали, свойства которых зависят от химического состава сплава. К данной группе относятся с тали с маркировкой: ВСт 2 … ВСт 5.

Инструментальная служит для производства инструментов: режущих, измерительных, штамповых и т.п.

Качественные стали также могут иметь различные физико-химические характеристики, в зависимости от процентного соотношения марганца, входящего в состав сплава. Выделяют:

нормальное содержание марганца в стальном сплаве до 0,8 %. Сталь 45;
повышенное содержание марганца в стальном сплаве 0,8% - 1,2%. Сталь 15Г. Литера «Г» в маркировке указывает на повышенный процент марганца.

В зависимости от количества углерода в составе качественных конструкционных углеродистых сталей выделяют:

Низкоуглеродистые. Содержание С до 0,25%. К данному типу сталей относятся стали 05, 08,10, 15, 20,25.

Среднеуглеродистые. Процентное содержание С в общем сплаве составляет порядка 0,25% - 0.6%. Такими показателями обладают стали 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

Высокоуглеродистые. Максимальное содержание С в составе сплава – более 0,6%. К высокоуглеродистым относятся стали 65, 70, 75, 80, 85.

Числовое значение в маркировке указывает на сотые доли углерода, входящего в состав сплава.

Расшифровка марок сталей обыкновенного качества

В маркировке группы А Cт – означает сталь, а числовое обозначение – номер марки. С возрастанием номера повышается и прочностный предел на растяжение:

Cт 1. Углеродистая сталь, конструкционного типа. Имеет обыкновенное качество и гарантированные механические свойства. Относится к группе А. Цифровое обозначение, в данном случае – 1, означает номер марки;

БСт 2 кп. Углеродистая сталь группы Б. Относится к конструкционному типу и имеет гарантированный химический состав и обыкновенное качество. Числовое обозначение (2) – является условным номером марки. Маркировка после номера обозначает степень раскисления. В данном случае «кп» – кипящая.

ВСт 4 пс. Углеродистая сталь конструкционного типа. Сплав обыкновенного качества, относится к группе Б, имеет гарантированные механические свойства и химический состав. Номер марки – 4. По степени раскисления «пс» относится к полуспокойным сталям.

Стали группы А всегда маркируются буквами Ст и не содержат литеры А. Числовой номер марки варьирует от 0 до 6.

Расшифровка марок качественных и конструкционных сталей

Читать маркировку на стальных заготовках и изделиях следует таким образом:

сталь 45. Углеродистая сталь с неграмотным содержанием марганца. Качественная, конструкционная. Содержание углерода в составе сплава составляет 0,45%;

сталь 65Г. Высокоуглеродистая сталь с содержанием С 0,65%. Литера Г говорит о повышенном содержании марганца – более 1%. Сталь углеродистая, конструкционная, качественная.

По качественным характеристикам такие стали подразделяют на качественные (марки У7… У13) и высококачественные (марки У1А … У13А). В последних максимально допустимое значение содержания серы и фосфора 0,03%. Числа в маркировке данных сталей определяют процент содержания углерода в десятых долях. Например, У8 – качественная инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8%. Литера У – читается, как углеродистая, инструментальная. Литера А указывает на высококачественную сталь.

Применение инструментальных углеродистых сталей

Чем выше процент углерода в стальном сплаве, тем больше значение твердости и, вместе с тем хрупкости металла. Стальные сплавы с низким содержанием С хорошо подходят для создания инструментов, в работе которых превалируют ударные технологии (пригодны для изготовления матриц, кувалд, слесарных молотков, пуансонов, клейм и др.

Стальные сплавы с высоким процентом С в составе используются для изготовления резцов, метчиков, фрез, напильников, разверток и т.д.

Кипящая сталь

Благодаря особой технологии изготовления, производство кипящих сталей позволяет получить годный металл с минимальным количеством отхода. Отсутствие в составе сплава Si (который необходим для получения сталей с высокой степенью раскисления), делает его пластичным. Поэтому, работая с данным типом стали применяют метод глубокой вытяжки. Кипящие стали доводят до степени раскисления, при которой доля кислорода в сплаве составляет 0,02-0,04%, а затем выливают слитки. Себестоимость кипящей стали (кп) ниже, чем у спокойной и полуспокойной. Снижение затрат достигается за счет минимального количества, вводимого в сплав раскислителя, а также благодаря сохранности верхней части слитка, которая не отправляется в лом. Кипящую сталь используют при изготовлении труб, листов, сортового проката, плит и проволоки и т.п.

Спокойная сталь

Это тип углеродистой, конструкционной стали с высокой степенью раскисления, которую получают вводя в состав алюминий, кремний и марганец. Уровень кислорода в ней максимально снижен, поэтому в ходе обработки не образовывается углекислого газа. Благодаря высокой степени раскисления сталь выделяется более плотной структурой, не дает отрицательных реакций при сваривании, устойчива к старению. В первую очередь степень раскисления влияет на однородность состава, а это в свою очередь, повышает пластичность материала и устойчивость к коррозийным процессам.

Однако, чтобы добиться высокой степени раскисления в состав сплава вводится больше элементов, что удорожает процесс производства и себестоимость продукции в целом. Сталь с высокой степенью раскисления относится к самым дорогим и используется для:

изготовления заготовок деталей трубопровода;
детали для железнодорожного полотна;
листовой прокат;
фасонный прокат и др.

Полуспокойная сталь

По степени раскисления полустойкие стали занимают промежуточное звено между кипящими и спокойными стальными сплавами. В их составе достаточно кислорода для образования и выделения углекислого газа. Однако свойства пластичности твердости при такой степени раскисления стали выражены недостаточно ярко. Затвердевание происходит без кипения, но структура сплава и химический состав неоднородны.

Полустойкую сталь получают методом переплавки (как и кипящую сталь с низкой степенью раскисления), а затем продолжают раскиление в ковше. Чтобы добиться необходимой степени раскисления в состав сплава вводят Si и Al. Из данного вида стали изготавливают: трубный прокат, круги, уголки, листовой прокат, шестигранники, закладные детали и т.д.

Сталь является самым важным металлическим материалом, широко применяемом в промышленности и быту. Стальные элементы, отличающиеся высокой прочность используют при изготовлении и сборке автомобилей, инструментов, приборов различного назначения.

Востребованность стали объясняется также приемлемой стоимостью и возможностью производства крупными партиями. При этом постоянно совершенствуется технология изготовления сплавов, становящихся еще более надежными и способными выдерживать большие нагрузки.

Все о раскислении стали

Раскисление металла сводится к удалению кислорода из жидкого металла. Кислород может присутствовать в виде оксидов. А удаляется он специальными раскислителями или восстановителями, то есть веществами, которые способны связываться с кислородом. Эта процедура считается частью рафинирования металлов.

Что это такое?

От раскисления сталей зависит и их качество. Раскисление стали – процесс по снижению уровня кислорода в ней до показателя, который полностью исключает окислительные реакции в слитке. В процессе будут образовываться жидкие, твердые либо газообразные продукты, которые надо удалить, пока слиток не затвердеет. Именно они понижают качество стали, влияют на возможности материала. Сплав раскисляют строго дозированными добавками. Это ферросилиций, алюминий, ферромарганец, также кремний и титан. Обычно эти компоненты применяются в осаждающем методе раскисления.

Куда реже убрать кислород решают способом диффузного вмешательства, вакуумного либо электрошлакового раскисления. После таких манипуляций применяться будет большая усадочная раковина, то есть цена спокойной стали возрастет. Но усадочную раковину не используют, а отрезают от основной части, потому что она считается дефектом разливки сплава. И слиток потеряет до 16% всей массы.

Алгоритм раскисления предполагает несколько этапов: растворение раскислителей в жидком металле, процессы с участием раскислителя и кислорода, а также формирование зародышей, и выпуск продуктов раскисления.

Всего существует 3 степени сталераскисления. Чтобы получить эталон выплавки слитка, кипение регулируется, либо предотвращается вовсе. И если регулируется, сталь будут называть кипящей, если останавливается – спокойной. Но так как стали подразделяются все же на 3 вида, есть еще промежуточный – полуспокойные.

Спокойные

В английском языке такой вид называется совсем иначе, чем в русском, – killed steel. Тем не менее это одна и та же сталь. У спокойного вида фактически не происходит газовыделения при отвердевании слитка после разливки. И это является итогом полного сталераскисления: из стали целиком удаляется кислород, образуется усадочная раковина вверху слитка. Потом эту часть отрезают, и отдают в лом.

Все виды легированных сталей, большая часть низколегированных сталей и многие виды углеродистых наименований используют именно в виде спокойной стали. Если говорить о непрерывной разливке, сталь также подвергают «успокоению». У этого материала гомогенная структура, химический состав ее распределен равномерно, свойства также равны. А получение данного вида требует раскисления алюминием, ферромарганцевыми сплавами, а также кремнистыми.

Бывает, применяется силицид кальция или некие иные раскислители тех же свойств. Такая степень раскисления, например, у стали 20.

Кипящие

Для такого вида, наоборот, характерен высокий уровень выделения газов во время затвердевания материала. Химический состав стали будет различаться по поперечному сечению, а также между верхней и нижней частями слитка. Как итог, в наружной слиточной оболочке формируется условно чистое железо, и сердцевина слитка имеет высокую концентрацию примесных и легирующих составляющих. В частности, это углерод, фосфор, сера и азот, имеющие низкую температуру плавления.

Наружная часть слитка получается почище, потому ее используют при прокатке. В целом же слитки из данного вида стали отлично подходят для изготовления таких ходовых изделий, как плиты, трубы, проволока. Что же до производственной технологии, так она предполагает максимум марганца и углерода. В этой стали, к слову, нет большого количества очевидных раскислителей (титана, кремния, также алюминия). И кипящая сталь существенно дешевле других вариаций в этой классификации. Верхнюю часть слитка не отправляют в лом, и раскислители используют не активно.

Полуспокойные

Выделение газов в данном случае будет подавляться не полностью, ведь стали раскисляются только частично. То есть больше, чем в спокойных газах, но значительно меньше, чем в кипящих. Это промежуточный вариант. До того момента, как газы начнут выделяться, в слитке сформируется корковый слой, довольно толстый. Если сталь полураскислена грамотно, усадочной раковины не будет. Правда, будут пузыри, широко рассеянные по толще в центре верхушки слитка. Но эти пузыри все равно заварятся при прокатке слитка.

Использование полуспокойные стали находят, как правило, в сортовом прокате, изготовлении труб и штрипса. Главное, что их отличает, – довольно неоднородный химсостав, что-то между спокойной и кипящей сталью (что и логично).

А еще отличаются они меньшей сегрегацией химэлементов по сравнению со спокойным видом. А также обязательно нужно отметить, что в верхней части слитка отслеживается тенденция к положительной химической сегрегации.

Есть еще один тип стали, которая раскислена, она называется закупоренная. Очень похожа на кипящую сталь, но по степени подавления продукции газов она будет посреди кипящей и полуспокойной. На производство таких слитков идет меньше раскислителей, чем для тех же полуспокойных. А значит, есть маневр для формирования наружного слоя слитка при затвердевании. Если стальные слитки закупоривают механически, применяются очень тяжелые чугунные крышки (сверху они герметизируют изложницу, тормозя образование наружной оболочки).

Основные способы

Главным способом по праву считается глубинное раскисление. Другое его название – осаждающее. Его используют при выплавке стали во всех агрегатах плавления стали и проводят присадкой в металл элементов, что связывают кислород в прочные окислы, потому и название такое – глубинное. Включения окислов удаляются полноценно либо относительно полноценно в ходе осаждения. То есть они всплывают, или их выносит металлопотоками и трансформацией в шлак, либо на межфазные твердые поверхности.

Другой способ раскисления – диффузионный. Он осуществляется за счет диффузий, в которых участвуют металл и шлак, что содержит менее 1% оксида железа. Этот шлак – вполне себе восстановитель относительно металла, и он способен понизить в последнем кислородный показатель. Наконец, еще один способ сводится к вакуумной обработке стали. И зависит он от того, что в вакууме равновесное с углеродом включение кислорода снижается.

Расшифровка маркировок сталей, правила обозначения

Сталь является самым распространенным сплавом. Разнообразие областей применения обуславливает большое количество разновидностей с различными требованиями, как по механическим, так и химическим характеристикам стали. Различные марки стали подразумевают не только разнообразие химического состава, но и технологию изготовления.

В основе многообразия сплавов лежит именно химический состав металла, поскольку легирующие компоненты определяют конечный результат, а технология изготовления и обработки лишь подчеркивает и выделяет отдельные характеристики. Некоторые элементы, входящие в состав, могут ухудшать характеристики, поэтому отдельные элементы маркировки могут указывать на отсутствие или низкое содержание подобных веществ.

Расшифровка маркировки позволяет определить содержание основных элементов сплава и, отчасти, технологию производства, а также оценить технические характеристики, а с ними и область возможного применения.

Кроме различий в составе и обработке, подразделяют также категории стали по механической прочности. Насчитывается 5 категорий, которые различаются методикой испытаний на соответствие механической прочности. Испытания проводятся на растяжение и ударную вязкость контрольных образцов.

Виды сталей и особенности их маркировки

Различные области применения сталей требуют наличие у нее строго определенных свойств – физических, химических. В одном случае требуется максимально высокая износоустойчивость, в других – повышенная устойчивость против коррозии, в третьих внимание уделяется магнитным свойствам.

Видов стали много. Основная масса выплавляемого металла идет в производство конструкционной стали, в которую входят такие виды:

Строительная. Низколегированная сталь с хорошей свариваемостью. Основное назначение – производство строительных конструкций.
Пружинная. Имеют высокую упругость, усталостную прочность, сопротивление разрушению. Идет на производство пружин, рессор.
Подшипниковая. Основной критерий – высокая износоустойчивость, прочность, низкая текучесть. Применяется для производства узлов и составляющих подшипников различного назначения.
Коррозионностойкая (нержавеющая). Высоколегированная сталь с повышенной стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
Жаропрочная. Отличается способностью длительное время работать в нагруженном состоянии при повышенных температурах. Область применения – детали двигателей, в том числе газотурбинных.
Инструментальная. Применяется для производства метало- и деревообрабатывающих, измерительных инструментов.
Быстрорежущая. Для изготовления инструмента металлообрабатывающего оборудования.
Цементируемая. Применяется при изготовлении деталей и узлов, работающих при больших динамических нагрузках в условиях поверхностного износа.

При расшифровке обозначений нужно учитывать, что каждому из видов соответствует строго определенная буква в маркировке.

Классификация по химическому составу

Основными легирующими добавками являются металлы. Варьируя количественный состав добавок и их массовую долю, получают большое разнообразие марок стали. Само по себе чистое железо имеет невысокие технические свойства. Малая механическая прочность, сильная подверженность коррозии, требуют введения в состав сплава дополнительных веществ, которые направлены на улучшение одного из качеств, либо сразу нескольких.

Нередко улучшение одних характеристик влечет за собой ухудшение иных. Так, высоколегированные нержавеющие стали могут иметь низкую механическую прочность, а качественные углеродистые вместе с высокой прочностью получают ослабленные коррозионные свойства.

Как уже говорилось выше, одной из классификаций марок стали является ее химический состав. Основными компонентами всех без исключения сталей являются железо и углерод, содержание которого не должно превышать 2,14 %. В зависимости от количества и пропорций добавок, содержание железа в композиции должно составлять не менее 50 %.

По количеству содержащегося углерода классифицируют три группы сталей:

Малоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25 %;
Среднеуглеродистые – 0,25-0,6 % углерода;
Высокоуглеродистые, с содержанием углерода более 0,6 %.

Увеличение процентного содержания углерода повышает твердость металла, но, вместе с тем, снижается его прочность.

Для улучшения эксплуатационных качеств, в состав сплава вводят определенное количество химических элементов. Такие стали называют легированными. Для легированных сталей также существует деление на три группы:

Низколегированные, с содержанием добавок до 2,5 %;
Среднелегированные, которые содержат от 2,5 до 10 % легирующих элементов;
Высоколегированные. Содержание легирующих примесей варьируется от 10 до 50 %.

Маркировка сталей отражает наличие и процентное содержание легирующих добавок. При расшифровке каждому элементу соответствует определенная буква, рядом с которой находится цифра, соответствующая его содержанию в процентах. Отсутствие чисел говорит о том, что добавка присутствует в сплаве в количестве менее 1-1,5%. Наличие углерода в составе не отражается, поскольку он входит во все композиции, но его содержание обозначается в самом начале маркировки.

Маркировка может говорить и о назначении сплава. Поскольку в данной классификации также используются буквенные обозначения, то регламентируется порядок их расположения – в начале, середине и конце маркировки.

Классификация по назначению

Выше уже были приведена классификация видов сталей по назначению. Маркировка конструкционных сталей включает в себя такие обозначения:

Строительная – обозначается буквой С и цифрами, характеризующими предел текучести.
Подшипниковая – обозначается буквой Ш. Далее идет обозначение и содержание легирующих добавок, в основном, хрома.
Инструментальная нелегированная – обозначается буквой У и содержанием углерода в десятых долях процента.
Быстрорежущая – обозначается буквой Р и символами легирующих компонентов.
Нелегированная конструкционная сталь имеет в обозначении символы Сп и число, показывающее содержание углерода в десятых или сотых долях процента.

Классификация стали по назначению

Остальные разновидности, в том числе и инструментальные марки из легированных сталей, не имеют специальных обозначений, кроме химического состава, поэтому расшифровку и назначение отдельных видов можно определить только по справочной литературе.

Классификация по структуре

Под структурой стали подразумевается внутреннее строение металла, которое может существенно меняться в зависимости от условий термообработки, механических воздействий. Форма и размер зерен зависят от состава и соотношения легирующих добавок, технологии производства.

Основу зерен стали составляет кристаллическая решетка железа, в которую включены атомы примесей – углерода, металлов. Углерод может образовывать твердые растворы в кристаллической решетке, а может создавать с железом химические соединения, карбиды.

Добавки металлов существуют в виде растворов, и многие из них влияют на состояние раствора углерода.

Структура стали меняется при изменениях температуры. Эти изменения называются фазами. Каждая фаза существует в определенном температурном диапазоне, но легирующие добавки могут существенно смещать границы перехода одной фазы в другую.

Насчитывают такие основные фазы состояния металла:

Аустенит. Атомы углерода находятся внутри кристаллической решетки железа. Данная фаза существует в диапазоне 1400-700 °С. При наличии в составе от 8 до 10% никеля, аустенитная фаза может сохраняться и при комнатной температуре.
Феррит. Твердый раствор углерода в железе.
Мартенсит. Пересыщенный раствор углерода. Данная фаза свойственна закаленной стали.
Бейнит. Фаза образуется при быстром охлаждении аустенита до температуры 200-500 °С. Характеризуется смесью феррита и карбида железа.
Перлит. Равновесная смесь феррита и карбида. Образуется при медленном охлаждении аустенита до температуры 727 °С.

Фазы строения металла характеризуют его физические свойства, в зависимости от которых определяется класс стали – конструкционная, литейная и так далее.

Классификация по качеству

Легированная и нелегированная сталь в пределах каждой марки отличается качеством, которое зависит от технологии производства и качества исходных материалов.

На качество стали особо влияют примеси, которые остаются в ней при восстановлении железа из рудных концентратов. В основном негативно влияют на качество стали фосфор и сера. По их содержанию классифицируют стали обыкновенного качества и высококачественную, в конце обозначения которой присутствует буква А. Содержание фосфора в высококачественной стали не превышает 0,025 %.

Классификация по способу раскисления

При выплавке стали в ней остается некоторое количество кислорода в составе окислов железа. Для снижения количества кислорода и восстановления железа из окислов применяется реакция раскисления, при которой в расплавленный металл добавляют соединения, более активные по взаимодействию с кислородом, чем железо. Во время реакции высвободившийся кислород также реагирует с углеродом, в результате чего образуется углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков.

В зависимости от количества раскислителей и продолжительности процесса можно выделить три вида итогового сплава:

Кипящая сталь. В результате минимального использования присадок и времени реакции увеличен выход готовой продукции, которая, при этом отличается низким качеством;
Спокойная сталь. Металл, в котором полностью прошли процессы раскисления. Отличается высоким качеством, но дорога в производстве в связи с высокой стоимостью реагентов и сниженным выходом продукта;
Полуспокойная сталь. Промежуточный вариант с оптимальным сочетанием качества и стоимости.

При изготовлении ассортимента марок стали из металла разной степени раскисления применяется специальная маркировка материалов, соответственно символами «сп», «кп» и «пс».

Маркировка сталей по российским стандартам

Маркировка сталей по российским стандартам позволяет определить состав металла и, частично, принадлежность к определенному виду.

При наличии углерода в стали более 1 %, его количество в маркировке не указывается. Марка стали включает буквенные обозначения легирующих добавок с указанием их количества в десятых и сотых долях процента, но если содержание компонента менее 1,5 %, то в маркировке присутствует только буквенное обозначение.

Кроме химического состава, маркировка содержит символы, характеризующие назначение стали, степень ее качества.

Маркировка сталей по американской и европейской системам

Маркировка сталей отечественного производства и на постсоветском пространстве позволяет приблизительно определить состав, назначение и характеристики, не прибегая к справочной литературе. В американских и европейских стандартах такая расшифровка, по большей части, отсутствует. Это связано с большим количеством организаций, занимающихся стандартизацией металлопродукции.

По большей части обозначение стали по американским и европейским стандартам не содержит указаний на химический состав. Виды стали по назначению характеризуются буквенным или цифровым кодом, который можно расшифровать при помощи справочной литературы.

Только в европейском стандарте EN10027 существует вариант маркировки сплавов по химическому составу, который имеет близкое сходство с отечественными обозначениями.

Обозначения легирующих элементов

Для того чтобы по маркировке стали узнать качественный и количественный состав, для легирующих элементов используют буквенные обозначения. В основном, русские буквы соответствуют названиям элементов, хотя встречаются исключения, поскольку есть элементы, которые начинаются с одинаковых букв. Таблица легирующих элементов выглядит следующим образом.

Обозначение легирующих элементов в сталях

В	Вольфрам	Б	Ниобий
К	Кобальт	Е	Селен
М	Молибден	Р	Бор
Н	Никель	Ф	Ванадий
Т	Титан	Ц	Цирконий
Х	Хром	Ю	Алюминий
Г	Марганец	А	Азот
Д	Медь	С	Кремний

Как видно из таблицы, в ней присутствуют два неметалла – кремний и азот, а углерода нет. Наличие углерода подразумевается в составе любой стали, поэтому в обозначении указывается лишь его содержание

Цветовая маркировка

Цветовая маркировка сталей применяется для обозначения проката. Это удобно при хранении материалов на складах, транспортировке. Обозначение сталей производится метками в виде точек или полос, выполненных несмываемой краской. Цвет обозначений выбирается из таблицы согласно назначениям стали. При этом группа стали и степень ее раскисления не учитываются.

Пример цветовой маркировки стали

Примеры расшифровки маркировки

Для того чтобы расшифровка была понятнее, следует привести некоторые, наиболее яркие примеры маркировки. На основании примеров, определение марки стали в сравнении с уже известными, будет являться несложной задачей. Вот некоторые виды стали с расшифровкой условных обозначений:

30ХГСА – расшифровка марки стали говорит о том, что в сплаве содержится 0,3 % углерода, о чем свидетельствует цифра в начале обозначения. Сталь содержит хром (Х), марганец (Г), кремний (С), но их содержание менее 1,5 %. Символ «А» в конце обозначения говорит о том, что сталь высококачественная.
У8ГА – инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8 %. Высококачественная с добавлением марганца.
Р6М5Ф2К8 – быстрорежущая сталь. Содержит 5 % молибдена, 2 % ванадия, 8 % кобальта. Хром содержится во всех быстрорежущих сталях в количестве около 4 %, поэтому в обозначение не входит. Вольфрам также всегда присутствует, но его содержание может изменяться, поэтому в данной марке его количество составляет 6 %.
Ст3сп5 – сталь конструкционная нелегированная, полностью раскисленная – спокойная, 5-й категории, то есть может применяться для изготовления несущих сварных конструкций.
ХВГ – сталь ХВГ имеет в составе хром, вольфрам и марганец в количестве около 1 % и дополнительные легирующие элементы, но их содержание меньше 0,5 %.

Классификация по степени раскисления.

Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО₂ создавая ложное впечатление «кипения» стали.

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частично — в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

Классификация сталей

Рис. 2.10 Схема классификации сталей

-по качеству: стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные;

-по способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

-по назначению: конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами;

-по структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

- по степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная;

- по химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р , где

(Fe и С - основные компоненты; Si, Mn , S , Р - постоянные примеси; S и Р – вредные примеси).

Железо: Fe имеет две модификации α и γ (показывает на плакате «железо-углерод»). С углеродом железо имеет химическое соединение Fe₃C - карбид железа (цементит), с содержанием углерода 6,67% в точке Д. Железо образует с углеродом твердые растворы внедрения: аустенит и феррит.

Аустенит - это твердый раствор внедрения углерода в γ -железо. Аустенит имеет КГЦ-решетку.

Феррит - это твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Феррит имеет КОЦ - решетку.

Углерод - оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются твердость и прочность и уменьшается пластичность и вязкость.

Сера - сера и фосфор являются вредными примесями, попадают в сталь при плавке из руды и топлива. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который образует эвтектику Fe - FeS.

Эта эвтектика при затвердевании в стали располагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, а при горячей обработке (ковке, прокатке) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление называется красноломкостью.

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

Фосфор - растворяясь в феррите резко снижает, его пластичность, вызывает его внутрикристаллическую ликвацию (Это слово нужно записать на доске).

Ликвация - это неоднородность сплава по химическому составу. Ликвация способствует росту зерен, что приводит хрупкости изделий при обычной температуре. Такое явление называется хладноломкостью.

В стали допускаемое содержание серы и фосфора не более 0,05% каждого.

В автоматных сталях, где углерода содержится до 0,3% допускается содержание серы - до 0,2%, что облегчается снятие стружки) и фосфора - до 0,15%

Эти стали применяются для изготовления малоответственных деталей (болты, винты, гайки, изготовляемых на станках-автоматах).

Кремний и марганец - вводят в сталь для того, чтобы освободиться от закиси железа, которая образуется при плавке и ухудшает свойства стали. Этот процесс называется раскислением стали.

Раскисление стали - это удаление из жидкого металла кислорода, иначе стали будут хрупкими при горячей обработке.

Содержание марганца не должно превышать 0,75%, а кремния - 0,35%. В таком количестве кремний и марганец не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей. Более высокое содержание кремния и марганца изменяет свойства стали и влияет на механическую и термическую обработку.

Стали, в которых содержится > 1% марганца и > 1% кремния называются специальными сталями.

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

Какие стали называются конструкционными, инструментальными? Конструкционные стали предназначены для изготовления различных деталей и конструкций машин и механизмов.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и др. инструментов.

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

На качество стали влияют сера и фосфор. Сталь обыкновенного качества содержит серы < 0,055%, фосфора < 0,07%. Сталь качественная содержит серы < 0,04%, фосфора < 0,04%).

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: группа А, группа Б. группа В.

Стали группы A: Cm 0, Cm 1, Cm 2, Cm 3 . Cm 6 предназначены для изготовления строительных конструкций, арматуры, крепежа, деталей машин, не несущих повышенных нагрузок. Стали этой группы предназначены для изделий, не подвергающихся горячей обработке (сварке, ковке). В этом случае изделия сохраняют механические свойства, полученные на металлургическом заводе и гарантируемые стандартом.

Цифра - условный номер марки.

Чем больше условный номер марки, тем больше предел прочности на растяжение и меньше относительное удлинение.

Стали группы Б: БСт 0, БСт 1, БСт 2, БСтЗ . БСт б стали этой группы применяются для изделий подвергающихся горячей обработке (ковке, штамповке). Здесь нужно знать химический состав, чтобы правильно определить режимы термообработки, а механические свойства при горячей обработке изменяются, поэтому нет необходимости их регламентировать.

Расшифровка марок:

Cm 1 - углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы А, с гарантированными механическими свойствами, 1-условный номер марки.

БСт 2 кп- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества группы Б с гарантированным химическим составом, 2 - условный номер марки, кп - кипящая по степени раскисления.

Стали группы В: ВСт 2, ВСт 3, ВСт 4, ВСт 5 широко применяются для изготовления сварных конструкций, при расчете которых важно знать и механические свойства (где нет сварки нужно знать механические свойства), а химический состав нужен для определения режимов сварки.

ВСт 4 пс- углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, группы В с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. 4 - условный номер марки, пс - полуспокойное по степени раскисления.

В сталях группы А в маркировке буква А не ставится. В обозначении слово «сталь» дается сокращенно двумя буквами Ст. Цифровое обозначение номера марки от 0 до 6

Качественные стали по содержанию марганца делятся на:

1. Стали с нормальным содержанием марганца (до 0,8 %) – сталь 45

2. Стали с повышенным содержанием марганца (0,8% - 1,2%) - сталь 15Г. Буква Г обозначает повышенное содержание марганца.

По содержанию углерода качественные углеродистые конструкционные стали делятся на:

Стали низкоуглеродистые (углерода до 0,25%)

Сталь 05, 08,10, 15, 20,25.

Стали среднеуглеродистые (углерода свыше 0,25% до 0.6%).

Сталь 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

Стали высокоуглеродистые (углерода свыше 0,6%).

Сталь 65, 70, 75, 80, 85.

Рис. 2.11 Различные виды пружин

Рис. 2.12 Рессора

Цифра в маркировке обозначает содержание углерода в сотых

Сталь 45 - углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, среднеуглеродистая, 0,45% углерода.

Сталь 65Г - углеродистая, конструкционная качественная, с повышенным содержанием марганца, высокоуглеродистая, 0,65% углерода, ~ 1% марганца.

По качеству эти стали делятся на две группы: качественные и высококачественные. В высококачественных сталях содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% каждого.

Марки качественных сталей: У7, У8, У9 ,У10, У11, У12, У13.

Марки высококачественных сталей: У7А, У8А, У9А ,У10А, УНА, У12А, У13А.

Цифра указывает на содержание углерода в десятых долях %.

Буква У - сталь углеродистая, инструментальная.

Буква А в конце марки - сталь высококачественная.

У8 - углеродистая, инструментальная, качественная, 0,8% углерода.

У 13А - углеродистая, инструментальная, высококачественная, 1,3% углерода.

Применение инструментальных углеродистых сталей.

Чем больше углерода содержится в стали, тем выше твердость, а значит и хрупкость. Следовательно, стали с меньшим содержанием углерода можно использовать для изготовления инструментов, работающих на удар. Это стали: У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А.

Из них делают зубила, кувалды, слесарные молотки, клейма, кернеры, матрицы, пуансоны и т.д.

Стали с большим содержанием углерода применяют для изготовления инструмента не подвергающегося ударным нагрузкам.

Это стали: У 10, У10А, УП, УНА, У 12, У12А, У13, У13А. Из них изготавливают резцы, сверле метчики, плашки, развертки, фрезы, калибры, напильники и т.д.

Упражнения:

Запишите марку стали по ее характеристике:

1. Углеродистая, конструкционная, обыкновенного качества, с гарантированным химическим составом, с условным номером 3, по степени раскисления полуспокойная.

Ответ: БСтЗпс

2. Углеродистая, инструментальная, высококачественная, с содержанием углерода 1,1%.

Ответ: У11А

Углеродистая, конструкционная, качественная, с нормальным содержанием марганца, низкоуглеродистая, 0,15% углерода.

Читайте также: