Маркировка конструкционных легированных сталей

Обновлено: 27.04.2024

Легированная сталь — это сталь, содержащая специальные легирующие добавки, которые позволяют в значительной степени менять ряд ее механических и физических свойств. В данной статье мы разберемся, что из себя представляет классификация легированных сталей, а также рассмотрим их маркировку.

Круглый прокат из легированной стали

Классификация легированных сталей

По содержанию в составе стали углерода идет разделение на:

среднеуглеродистые стали (до 0,25% до 0,65% углерода); (более 0,65% углерода).

В зависимости от общего количества в их составе легирующих элементов, которые содержит легированная сталь, она может принадлежать к одной из трех категорий:

низколегированная (не более 2,5%);
среднелегированная (не более 10%);
высоколегированная (от 10% до 50%).

Свойства, которыми обладают легированные стали, определяет и их внутренняя структура. Поэтому признаку классификация легированных сталей подразумевает разделение на следующие классы:

доэвтектоидные — в составе присутствует избыточный феррит;
эвтектоидные — сталь имеет перлитную структуру;
заэвтектоидные — в их структуре присутствует вторичные карбиды;
ледебуритные — в структуре присутствует первичные карбиды.

По своему практическому применению легированные конструкционные стали могут быть: конструкционные (подразделяются на машиностроительные или строительные), инструментальные, а также стали с особыми свойствами.

Назначение конструкционных легированных сталей:

Машиностроительные — служат для производства деталей всевозможных механизмов, корпусных конструкции и тому подобного. Отличаются тем, что в подавляющем большинстве случаев проходят термическую обработку.
Строительные — чаще всего используются при изготовлении сварных металлоконструкций и термической обработке подвергаются в редких случаях.

Классификация машиностроительных легированных сталей выглядит следующим образом.

Улучшаемые (из категорий среднеуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, при производстве которых используют закалку, применяются для изготовления сильно нагруженных деталей, испытывающих нагрузки переменного характера. Отличаются чувствительностью к концентрации напряжения в рабочей детали.
Цементуемые (из категорий низкоуглеродистых, низко- и среднелегированных) стали, как можно понять по названию, подвергаются цементации и следующей после нее закалке. Их применяют для изготовления всевозможных шестерен, валов и других похожих по назначению деталей.

Зависимость толщины цементованного слоя от температуры и времени обработки

Классификация строительных легированных сталей подразумевает их разделение на следующие виды:

Массовая — низколегированные стали в виде труб, фасонного и листового проката.
Мостостроительная — для автомобильных и ж/д мостов.
Судостроительная хладостойкая, нормальная и повышенной прочности — хорошо противостоит хрупкому разрушению.
Судостроительная хладостойкая высокой прочности — для сварных конструкций, которым предстоит работать в условиях низких температур.
Для горячей воды и пара — допускается рабочая температура до 600 градусов.
Низкоопущенные высокой прочности — применяются в авиации, чувствительны к концентрации напряжений.
Повышенной прочности с применением карбонитритного упрочнения, создающим мелкозернистую структуру стали.
Высокой прочности с применением карбонитритного упрочнения.
Упрочненные прокаткой при температуре 700-850 градусов.

Применение инструментальных легированных сталей

Инструментальная легированная сталь широко используется при производстве разнообразного инструмента. Но помимо явного превосходства над углеродистой сталью в плане твердости и прочности, у легированной стали есть и слабая сторона — более высокая хрупкость. Поэтому для инструмента, который активно подвергается ударным нагрузкам, такие стали не всегда подходят. Тем не менее при производстве огромного перечня режущего, ударно-штампового, измерительного и прочего инструмента именно инструментальные легированные стали остаются незаменимыми.

Отдельно можно отметить быстрорежущую сталь, отличительными особенностями которой являются крайне высокая твердость и красностойкость до температуры 600 градусов. Такая сталь способна выдерживать нагрев при высокой скорости резания, что позволяет увеличить скорость работы металлообрабатывающего оборудования и продлить срок его службы.

К отдельной категории относятся легированные конструкционные стали, наделенные особыми свойствами: нержавеющие, с улучшенными электрическими и магнитными характеристиками. От того, какие элементы, а также в каких количествах преимущественно содержатся в них, они могут быть хромистыми, никелевыми, хромоникельмолибденовыми. Также они делятся на трех-, четырех- и более компонентные по числу содержащихся в них легирующих добавок.

Легирующие элементы и их влияние на свойства сталей

Маркировка легированных сталей указывает на то, какие добавки в ней содержатся, а также на их количественное значение. Но также важно знать и то, какое именно влияние на свойства металла оказывает каждый из этих элементов в отдельности.

Добавка хрома увеличивает коррозионную стойкость, повышает прочность и твердость, является основным компонентом при создании нержавеющей стали.

Добавление никеля повышает пластичность, вязкость стали и коррозионную стойкость.

Титан уменьшает зернистость внутренней структуры, повышая прочность и плотность, улучшает обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Присутствие ванадия уменьшает зернистость внутренней структуры, что повышает текучесть и порог прочности на разрыв.

Добавка молибдена дает возможность улучшить прокаливаемость, повысить коррозионную устойчивость и снизить хрупкость.

Вольфрам повышает твердость, не дает зернам увеличиваться при нагреве и снижает хрупкость при отпуске.

При содержании до 1-15% кремний повышает прочность, сохраняя вязкость. При увеличении процента содержания кремния повышается магнитопроницаемость и электросопротивление. Также данный элемент увеличивает упругость, стойкость к коррозии и сопротивляемость к окислению, но также повышает хрупкость.

Введение кобальта увеличивает ударопрочность и жаропрочность.

Добавление алюминия способствует повышению окалиностойкости.

Таблица назначения некоторых видов стали

Отдельно стоит упомянуть примеси и их влияние на свойства сталей. Любая сталь всегда содержит технологические примеси, так как полностью удалить их из состава стали чрезвычайно трудно. К такого рода примесям относятся углерод, серу, марганец, кремний, фосфор, азот и кислород.

Оказывает на свойства стали очень значительное влияние. Если его содержится до 1,2%, то углерод способствует повышению твердости, прочности, предела текучести металла. Превышение указанного значения способствует тому, что начинает значительно ухудшаться не только прочность, но и пластичность.

Если количество марганца не превышает 0,8%, то он считается технологической примесью. Он призван повысить степень раскисления, а также противостоять негативному влиянию серы на сталь.

При превышении содержания серы выше 0,65% механические свойства стали существенно снижаются, речь идет об уменьшении уровня пластичности, коррозионной стойкости, ударной вязкости. Также высокое содержание серы негативно влияет на свариваемость стали.

Даже незначительное превышение содержания фосфора выше необходимого уровня чревато повышением хрупкости и текучести, а также снижением вязкости и пластичности стали.

Азот и кислород

При превышении определенных количественных значений в составе стали вкрапления данных газов повышают хрупкость, а также способствуют понижению ее выносливости и вязкости.

Слишком большое содержание водорода в стали ведет к увеличению ее хрупкости.

Маркировка легированных сталей

К категории легированных относится большое разнообразие сталей, что и вызвало необходимость в систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке оговаривает ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы, наделенные особыми свойствами, обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. По этой букве как раз и можно определить, что сталь по своим свойствам относится к определенной группе.

Пример расшифровки маркировки легированной стали

Так, если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».

Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» (нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).

Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали

После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий.

Использование легированных сталей

Сегодня сложно найти сферу жизни и деятельности, в которых бы не использовалась легированная сталь. Из инструментальных и конструкционных сталей производится практически любой инструмент: резцы, фрезы, штампы, измерительные устройства, шестерни, пружины, подвески, растяжки и многое другое. Нержавеющие легированные стали активно используются и в быту, из них изготавливают посуду, корпуса и другие элементы многих видов бытовой техники.

Легированные стали по причине их высокой стоимости используются только для производства самых ответственных конструкций и деталей, где изделия из других металлов просто не смогут выполнить возложенные на них задачи.

Марки стали – таблица с маркировкой и расшифровкой

Любому специалисту, имеющему дело с металлом, знакомо понятие «марки стали». Расшифровка маркировки стальных сплавов дает возможность получить представление об их химическом составе и физических характеристиках. Разобраться в данной маркировке, несмотря на ее кажущуюся сложность, достаточно просто – важно только знать, по какому принципу она составляется.

Редкое производство обходится без стали, поэтому разбираться в его марках крайне важно

Обозначают сплав буквами и цифрами, по которым можно точно определить, какие химические элементы в нем содержатся и в каком количестве. Зная это, а также то, как каждый из таких элементов может влиять на готовый сплав, можно с высокой степенью вероятности определить, какие именно технические характеристики свойственны определенной марке стали.

Виды сталей и особенности их маркировки

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, при этом содержание последнего в ней составляет не более 2,14%. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким.

Одним из важнейших параметров, по которому стали делят на различные классы, является химический состав. Среди сталей по данному критерию выделяют легированные и углеродистые, последние подразделяются на мало- (углерода до 0,25%), средне- (0,25–0,6%) и высокоуглеродистые (в них содержится больше 0,6% углерода).

Включая в состав стали легирующие элементы, ей можно придать требуемые характеристики. Именно таким образом, комбинируя вид и количественное содержание добавок, получают марки, обладающие улучшенными механическими свойствами, коррозионной устойчивостью, магнитными и электрическими характеристиками. Конечно, улучшать характеристики сталей можно и при помощи термообработки, но легирующие добавки позволяют делать это более эффективно.

По количественному составу легирующих элементов различают низко-, средне- и высоколегированные сплавы. В первых легирующих элементов не более 2,5%, в среднелегированных – 2,5–10%, в высоколегированных – более 10%.

Классификация сталей осуществляется и по их назначению. Так, выделяют инструментальные и конструкционные виды, марки, отличающиеся особыми физическими свойствами. Инструментальные виды используются для производства штамповых, мерительных, а также режущих инструментов, конструкционные – для выпуска продукции, применяемой в строительстве и сфере машиностроения. Из сплавов, отличающихся особыми физическими свойствами (также называемых прецизионными), изготавливают изделия, которые должны обладать особыми характеристиками (магнитными, прочностными и др.).

Классификация сталей по назначению

Стали противопоставляются друг другу и по особым химическим свойствам. К сплавам данной группы относятся нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные и др. Что характерно, нержавеющие стали могут быть коррозионностойкими и нержавеющими пищевыми – это разные категории.

Кроме полезных элементов, сталь включает и вредные примеси, к основным из которых относятся сера и фосфор. В ней также находятся газы в несвязанном состоянии (кислород и азот), что негативно отражается на ее характеристиках.

Если рассматривать основные вредные примеси, то фосфор увеличивает хрупкость сплава, особенно сильно проявляющуюся при низких температурах (так называемая хладноломкость), а сера вызывает появление трещин в металле, нагретом до высокой температуры (красноломкость). Фосфор, ко всему прочему, значительно уменьшает пластичность нагретого металла. По количественному содержанию этих двух элементов выделяют стали обыкновенного качества (не более 0,06–0,07% серы и фосфора), качественные (до 0,035%), высококачественные (до 0,025%) и особовысококачественные (сера – до 0,015%, фосфор – до 0,02%).

Маркировка сталей также указывает на то, в какой степени из их состава удален кислород. По уровню раскисления выделяют стали:

спокойного типа, обозначаемые буквосочетанием «СП»;
полуспокойные – «ПС»;
кипящие – «КП».

О чем говорит маркировка сталей

Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной.

Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества

Конструкционная нелегированная сталь, относящаяся к категории качественных, имеет в своем обозначении две цифры, по ним определяют среднее содержание в ней углерода (исчисляется в сотых долях процента).

Прежде чем приступить к рассмотрению марок тех сталей, которые включают легирующие добавки, следует разобраться в том, как данные добавки обозначаются. Маркировка легированных сталей может включать такие буквенные обозначения:

Список используемых легирующих добавок

Обозначение сталей с легирующими элементами

Как сказано выше, классификация сталей с легирующими элементами включает несколько категорий. Маркировка легированных сталей составляется по определенным правилам, знание которых позволяет достаточно просто определить категорию конкретного сплава и основную область его применения. В начальной части названий таких марок находятся цифры (две или одна), показывающие содержание углерода. Две цифры указывают на его среднее содержание в сплаве в сотых долях процента, а одна – в десятых. Есть и стали, не имеющие в начале названия марки цифр. Это означает, что углерод в этих сплавах содержится в пределах 1%.

Пример маркировки легированной стали

Буквы, которые можно увидеть за первыми цифрами названия марки, указывают на то, из чего состоит данный сплав. За буквами, дающими информацию о том или ином элементе в его составе, могут стоять или не стоять цифры. Если цифра есть, то по ней определяется (в целых процентах) среднее содержание указанного буквой элемента в составе сплава, а если цифры нет, значит, данный элемент содержится в пределах от 1 до 1,5%.

В конце маркировки отдельных видов сталей может стоять буква «А». Это говорит о том, что перед нами высококачественная сталь. К таким маркам могут относиться и углеродистые стали, и сплавы с легирующими добавками в своем составе. Согласно классификации, к данной категории сталей причисляются те, в которых сера и фосфор составляют не более 0,03%.

Примеры маркировки сталей различных видов

Определение марки стали и причисление сплава к определенному виду – это задача, которая не должна вызывать никаких проблем у специалиста. Не всегда под рукой есть таблица, в которой дается расшифровка названий марок, но разобраться с этим помогут примеры, которые приведены ниже.

Содержание элементов в распространенных марках стали (нажмите для увеличения)

Конструкционные стали, не содержащие легирующих элементов, обозначаются буквосочетанием «Ст». Цифры, стоящие следом, – это содержание углерода, исчисляемое в сотых долях процента. Несколько иначе маркируются низколегированные конструкционные стали. К примеру, в стали марки 09Г2С 0,09% углерода, а легирующие добавки (марганец, кремний и др.) содержатся в ней в пределах 2,5%. Очень похожие по своей маркировке 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разным количеством углерода, а доля каждого легирующего элемента в них составляет не больше 1%. Именно поэтому после букв, обозначающих каждый легирующий элемент в таком сплаве, не стоит никаких цифр.

20Х, 30Х, 40Х и др. – так маркируются конструкционные легированные стали, преобладающим легирующим элементом в них является хром. Цифра в начале такой марки – это содержание углерода в рассматриваемом сплаве, исчисляемое в сотых долях процента. За буквенным обозначением каждого легирующего элемента может быть проставлена цифра, по которой и определяют его количественное содержание в сплаве. Если ее нет, то указанного элемента в стали содержится не больше 1,5%.

Можно рассмотреть пример обозначения хромокремнемарганцевой стали 30ХГСА. Она, согласно маркировке, состоит из углерода (0,3%), марганца, кремния, а также хрома. Каждого из данных элементов в ней содержится в границах 0,8–1,1%.

Как расшифровать маркировку сталей?

Чтобы расшифровка обозначения различных видов сталей не вызывала затруднений, следует хорошо знать, какими они бывают. Отдельные категории сталей имеют особенную маркировку. Их принято обозначать определенными буквами, что позволяет сразу понять и назначение рассматриваемого металла, и его ориентировочный состав. Рассмотрим некоторые из таких марок и разберемся в их обозначении.

Свойства и назначение конструкционных легированных сталей

Конструкционные стали, специально предназначенные для изготовления подшипников, можно узнать по букве «Ш», данная литера ставится в самом начале их маркировки. После нее в названии марки идет буквенное обозначение соответствующих легирующих добавок, а также цифры, по которым узнают количественное содержание этих добавок. Так, в сталях марок ШХ4 и ШХ15, кроме железа с углеродом, содержится хром в количестве 0,4 и 1,5%, соответственно.

Буквой «К», которая стоит после первых цифр в названии марки, сообщающих о количественном содержании углерода, обозначают конструкционные нелегированные стали, используемые для производства сосудов и паровых котлов, работающих под высоким давлением (20К, 22К и др.).

Качественные легированные стали, которые обладают улучшенными литейными свойствами, можно узнать по букве «Л», стоящей в самом конце маркировки (35ХМЛ, 40ХЛ и др.).

Некоторую сложность, если не знать особенностей маркировки, может вызвать расшифровка марок строительной стали. Сплавы данной категории обозначают буквой «С», которую ставят в самом начале. Цифры, следующие за ней, указывают на минимальный предел текучести. В таких марках также используются дополнительные буквенные обозначения:

литера Т – термоупрочненный прокат;
буква К – сталь, отличающаяся повышенной коррозионной устойчивостью;
литера Д – сплав, характеризующийся повышенным содержанием меди (С345Т, С390К и др.).

Нелегированные стали, относящиеся к категории инструментальных, обозначают буквой «У», она проставляется в начале их маркировки. Цифра, идущая за данной буквой, выражает количественное содержание углерода в рассматриваемом сплаве. Стали данной категории могут быть качественными и высококачественными (их можно определить по букве «А», она проставляется в конце названия марки). В их маркировке может содержаться буква «Г», что означает повышенное содержание марганца (У7, У8, У8А, У8ГА и др.).

Инструментальные стали, содержащие легирующие элементы в своем составе, маркируются аналогично с легированными конструкционными (ХВГ, 9ХВГ и др.).

Состав легированных инструментальных сталей (%)

Маркировка тех сталей, которые входят в категорию быстрорежущих, начинается с буквы «Р», за которой идут цифры, указывающие на количественное содержание вольфрама. В остальном марки таких сплавов называются по стандартному принципу: буквы, обозначающие элемент, и, соответственно, цифры, отражающие его количественное содержание. В обозначении таких сталей не указывается хром, так как его стандартное содержание в них составляет около 4%, а также углерод, количество которого пропорционально содержанию ванадия. Если количество ванадия превышает 2,5%, то его буквенное обозначение и количественное содержание проставляют в самом конце маркировки (З9, Р18, Р6М5Ф3 и др.).

Влияние некоторых добавок на свойства стали

По-особому маркируются нелегированные стали, относящиеся к категории электротехнических (их еще часто называют чистым техническим железом). Невысокое электрическое сопротивление таких металлов обеспечивается за счет того, что их состав характеризуется минимальным содержанием углерода – менее 0,04%. В обозначении марок таких сталей нет букв, только цифры: 10880, 20880 и др. Первая цифра указывает на классификацию по типу обработки: горячекатаная или кованная – 1, калиброванная – 2. Вторая цифра связана с категорией коэффициента старения: 0 – ненормируемый, 1 – нормируемый. Третья цифра указывает на группу, к которой данная сталь относится по нормируемой характеристике, принятой за основную. По четвертой и пятой цифрам определяется само значение нормируемой характеристики.

Принципы, по которым осуществляется обозначение стальных сплавов, были разработаны еще в советский период, но и по сей день успешно используются не только в России, но также в странах СНГ. Обладая сведениями о той или иной марке стали, можно не только определять ее химический состав, но и эффективно подбирать металлы с требуемыми характеристиками.

Разбираться в данном вопросе важно как специалистам, разрабатывающим и проектирующим различные конструкции из металла, так и тем, кто часто работает с различными сталями и занимается изготовлением из них деталей разного назначения.

Маркировка стали: принципы, расшифровка

Маркировка стали – это не только и не столько заморочка суровых производителей. Она необходима для конечного пользователя продукции, чтобы подобрать изделие, материал с теми характеристиками, которые требуются для конкретного вида работ, выполнения задач.

Например, конструкционная сталь не подойдет для изготовления инструментов, углеродистая будет совершенно неуместна там, где используются легированные сплавы и т. д. О том, что означает маркировка сталей, по какому принципу она наносится, вы узнаете из нашего материала.

Принципы маркировки стали

Маркировка стали – это краткое описание, дающее представление о физических и химических свойствах сплава. Разобраться в шифрах легко, если знать принципы их составления.

Маркировка состоит из букв и цифр, которые обозначают тот или иной химический элемент и его содержание в сплаве. Уметь пользоваться этой информацией важно, чтобы понимать влияние каждого компонента стали на ее свойства. Это поможет определить технические характеристики конкретной марки.

При выполнении заказа проектировщики сначала работают над конструкцией изделия. На основе свойств имеющихся материалов подбирается марка стали, удовлетворяющая требованиям по качеству. Далее проектировщики делают описание и расчеты, дающие картину того, как устройство будет вести себя в процессе движения. Это позволяет понять, какие элементы изделия испытывают повышенные нагрузки.

Если измерения и расчеты показали, что конструкция будет подвергаться сильному трению или высоким нагрузкам, требования к прочности компонентов сплава возрастают. Специалисты подбирают материалы марок по ГОСТ для конкретных условий использования. Из выбранного металла создается модель, которая тестируется по методикам, характерным для этой сферы. Если данный прототип не отвечает заявленным критериям, конструктор может изменить марку стали.

В естественной среде для железа характерны реакции с окислителями, серой, фосфором, галогенами. Раньше в качестве восстановителя использовали каменный уголь, чтобы очистить сырье и преобразовать оксидные соединения. Таким образом, в процессе горения при минимуме кислорода получался чугун. Доля углерода в нем составляет не менее 2,14 %, а оксиды и примеси присутствуют по минимуму. Чтобы получить сталь, необходимо сократить содержание углерода в сырье до 2 %.

Маркировка стали содержит буквы и цифры, описывающие состав и количественное соотношение химических элементов в нем. Важно понимать, как каждый из компонентов влияет на готовый сплав, чтобы разбираться в технических характеристиках определенной марки стали.

Работа с металлами в любой отрасли предполагает знание марок, свойств, характеристик, которые обозначены в индексе. Зашифрованная информация дает полное представление о металле и его особенностях. Для тех, кто разбирается в цифрах и буквах маркировки, обращаться к другим источникам за дополнительной информацией не требуется.

Маркировка углеродистых сталей

Углеродистые стали по составу сходны с чугуном, но концентрации компонентов в них различаются. Обработка уменьшает количество углеродов и вредных составляющих. Чтобы получить еще более прочный и устойчивый к коррозии металл, регулируют соотношение кремния и марганца.

По количеству углеродных соединений определяют несколько групп сплавов:

высокоуглеродистая (0,6–2 %);
среднеуглеродистая (0,25–0,55 %);
низкоуглеродистая (до 0,25 %).

Наличие углеродов в составе важно для укрепления структуры на молекулярном уровне и для формирования карбидов. Высокий процент углерода делает сплав устойчивым к нагрузкам, в том числе позволяет противостоять механическим ударам. Чем ниже значения углеродной составляющей, тем более пластичен материал, что позволяет изготавливать изделия повышенной точности.

Эти характеристики важны для производства инструментов (например, топоров) или малонагруженных элементов конструкций (зубчатые колеса, пружины), а также деталей, которые в процессе эксплуатации испытывают высокое напряжение (оси, арматуры).

Маркировки нержавеющих сталей включают следующие буквы:

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

Это «конструкционные» сплавы, которые можно распознать по шифрам: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.

Другая группа – «инструментальные», куда относят сплавы с содержанием углерода в 0,7 %. Для них характерно очищение состава от вредных компонентов. Маркировки стали определяет ГОСТ 1435-99:

У – углеродистая.
Цифры – содержание углерода в десятых долях %.
Г – марганец более 0,33 %.
А – повышенное качество стали, при этом минимальное количество примесей: серы – до 0,03 %, фосфора – до 0,035 %.

Маркировка инструментальных сталей включает следующие обозначения: У7; У8; У8Г; У9; У10; У11; У12; У13; У7А; У8А; У8ГА; У9А; У10А; У11А; У12А; У13А.

Чтобы стали обрели специальные свойства, осуществляют процесс легирования. Он обозначает добавление в состав различных присадок. Классификация по маркировке сталей в зависимости от наличия и соотношения легирующих компонентов включает в себя низколегированные (до 2,5 %), среднелегированные (до 10 %) и высоколегированные (до 50 %) сплавы.

Данная таблица описывает, как в маркировке стали обозначены металлы, которые присутствуют в виде легирующих добавок:

Конструкционная сталь: классификация, маркировка

Конструкционная сталь получила широкое распространение во всех областях промышленности. Ее важными характеристиками являются пластичность, прочность, устойчивость к разрушению. Таким образом, этот материал применяют там, где предъявляются высокие требования к качеству и запасу прочности.

Марки конструкционной стали отличаются по химическому составу и, соответственно, по физическим свойствам. Подробнее о том, в чем ее особенности, как она классифицируется и где применяется, читайте в нашем материале.

Применение конструкционных сталей

Из конструкционной стали производят машины, аппараты, механические узлы и сложные детали. Есть несколько видов металлов, отличающихся свойствами и применяемых для изготовления определенной продукции для сборки механизмов и оборудования.

Низколегированная сталь. Используется для производства вагонов железнодорожного транспорта, трамваев, метро, локомотивов; выпуска техники для сельскохозяйственных работ; для строительства больших объектов инженерной инфраструктуры, испытывающих постоянные нагрузки и вредное воздействие окружающей среды.
Теплоустойчивая сталь. Изделия из этого металла выдерживают большую температуру до 6000 градусов по Цельсию и не разрушаются.
Конструкционная подшипниковая сталь. Материал используют для производства подшипников, частей деталей, которые находятся в местах контакта шариков, роликов и беговых дорожек колец.
Пружинная сталь. Из пружинно-рессорного сплава производят рессоры, пружины, сильфоны и прочие аналогичные детали.
Автоматная сталь. Материал используется для выпуска мелких крепежных изделий и других элементов с помощью автоматического оборудования.

Классификация конструкционных сталей

Существуют разные виды металлов, которые отличаются химическим составом конструкционной стали, качеством, степенью раскисления, структурой, твердостью и сферой применения.

Добавка химических элементов влияет на деление металлов на углеродистые и легированные. Также сплавы бывают низкоуглеродистые ( < 0,3 % С), среднеуглеродистые (0,3–0,7 % С) и высокоуглеродистые (>0, 7 % С). Легированные металлы могут содержать хром, марганец, никель и другие примеси.

Количество включенных веществ определяет существование низко-, средне- и высоколегированных сталей. Низколегированные металлы содержат не более 5 % легирующих элементов, среднелегированные – от 5 до 10 %, высоколегированные — более 10 %.

Существует классификация по качеству: сплавы обыкновенного качества, качественные конструкционные стали, высококачественные и особо высококачественные металлы.

Качеством стали называют совокупность физических, химических и технологических параметров. Многие сплавы содержат скрытые газы (кислород, углерод, азот), примеси серы и фосфора. В зависимости от их количества у сплавов будет разная однородность, строение и технологические свойства.

Чтобы определить, какая сталь более качественная, принята норма содержания вредных примесей в металле. Сплав обыкновенного качества содержит до 0,050 % S и 0,040 % Р, качественный — не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественный — не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особо высококачественный — не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

Сплавы разделяют также по раскислению: спокойные, полуспокойные и кипящие сплавы.

Раскислением называется выделение кислорода из расплавленного металла с целью предупреждения хрупкого разрушения от воздействия температуры.

Спокойные сплавы получают при добавке раскислителя – марганца, кремния и алюминия. В них концентрируется мало кислорода, при затвердевании не отделяется газ. Кипящие сплавы раскисляют марганцем. Они содержат большое количество кислорода, часть которого, соединяясь с углеродом, выделяется в виде СО.

Множественные пузырьки создают эффект кипения стали. Такой металл стоит дешевле остальных. Он является низкоуглеводным сплавом с минимальным содержанием кремния (Si

Полуспокойные стали находятся между спокойными и кипящими металлами. Они производятся при частичном раскислении с умеренным выделением кислорода.

По структуре стали делят на несколько видов, учитывая строение металла в отожженном и нормализованном состояниях. В отожженном (равновесном) качестве конструкционные стали классифицируют на доэвтектоидные, в структуре которых большое количество железа; эвтектоидные, состав которых включает перлит; аустенитные и ферритные.

Доэвтектоидными и эвтектоидными металлами бывают только углеродистые стали. Легированные металлы производятся всех классов. Аустенитные металлы получаются при добавке в химический состав конструкционных сталей элементов Ni, Mn, увеличивающих (гамма)-область. Ферритные стали образуются при добавке Сг, Si, V, W и прочих веществ, расширяющих (альфа)-область.

После нормализации структуры стали классифицируют на перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный металл.

Перлитный класс включает в себя углеродистые и низколегированные металлы, наиболее распространенные на разных производствах. После охлаждения в открытой среде стали получают структуру перлита, сорбита или троостита. В них также может быть избыточный феррит или карбид.

К мартенситному классу относятся средне- и высоколегированные металлы, которые при охлаждении на воздухе закаливаются на мартенсит. Они обладают твердостью, сильной хрупкостью и плохо поддаются обработке.

К аустенитному классу относятся углеродистые высоколегированные конструкционные стали. В зависимости от входящих химических веществ они обладают хорошей пластичностью, вязкостью, прочностью, устойчивостью к коррозии, высокой температуре, немагнитностью и другими полезными свойствами. Такие сплавы тяжелее обрабатывать.

Аустенитные и ферритные стали совпадают по классификации в отожженном и нормализованном состояниях.

Стали конструкционного качества разделяются на металлы нормальной, средней ((сигма)В < 1000 МПа), повышенной прочности ((сигма)В < 1500 МПа) и высокопрочные ((сигма)В >1500 МПа).

В зависимости от сферы применения металлы бывают машиностроительные, из которых делают прокат конструкционной стали и изготавливают детали механизмов, машин, и строительные металлы, необходимые для возведения сооружений и металлоконструкций.

Преимущества и недостатки конструкционных сталей

Конструкционная сталь приобретает свои достоинства после воздействия высокой температуры, поэтому все изделия обрабатываются термически.

Преимущества закаливания стали:

В результате воздействия температуры увеличивается устойчивость к пластическим деформациям у деталей из конструкционной стали. Элементы, прошедшие обработку, превосходят углеродистые сплавы по своим свойствам.
Прочность конструкционной стали увеличивается в результате воздействия температуры, поэтому рационально делать внешние детали большой толщины из этого материала.
Для охлаждения деталей из конструкционной стали после термической обработки применяют масла, которые снижают риск растрескивания, коробления.

Воздействие высокой температуры и легирование придает конструкционной стали дополнительную вязкость, устойчивость к ломкости при резком понижении температуры. В результате металлические детали имеют больший срок службы.

Минусы конструкционной стали:

Большинство деталей из металла подвержено отпускной хрупкости.
Вследствие воздействия высокой температуры основные конструкционные стали становятся мягче, у них снижается сопротивление усталости.
Ковка и прокатка изменяет структуру стали, делая ее строчечной. Деформированные участки становятся неоднородными, металл тяжело поддается резке.

В легированной стали с добавлением никеля могут появляться светлые участки в местах излома. При выполнении поперечного разреза в металле видны трещины разной направленности. Это объясняется выделением водорода, растворенного в стали.

Маркировка конструкционных сталей

Существует множество марок конструкционных легирующих сталей. Они проставляются в соответствие с принятой системой. Стоит узнать о ней подробнее.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества обозначаются буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, характеризующими номера марок. Затем ставят обозначение степени раскисления: «сп» – спокойные, «пс» – полуспокойные, «кп» – кипящие.

Если конструкционная сталь имеет марку 0, то степень раскисления не указывают, но отражают количество фосфора (не более 0,07 %), серы (не более 0,06 %) и углерода (не более 0,23 %). Марки под номерами от 1 до 6 обычно полуспокойные, а от 1 до 4 – кипящие. Содержание элементов С, Мn, Si, S, P в сталях обязательно указывают.

Сталь конструкционная углеродистая качественная по ГОСТ 1050–88 обозначается двузначным числом, показывающим содержание углерода (сотые доли процента, опуская целую часть): 0, 8, 10, 20, … 60. При взгляде на номер сразу ясно, что, например, в стали 20 содержится 0,20 % углерода.

Бывают спокойные, полуспокойные, кипящие углеродистые конструкционные стали. Индекс перед спокойными не ставят. Например, номера полуспокойных металлов: 08 пс, 10 пс, 20 пс; кипящих: 08 кп, 10 кп, 20 кп.

По существующей маркировке литая структура углеродистых сталей обозначается большой буквой «Л» (сталь 60 Л).

Маркировка углеродистых легированных конструкционных сталей производится по ГОСТ 4532–71. Она включает буквы и цифры, показывающие химические элементы в металле:

алюминий – Ю;
бор – Р;
ванадий – Ф;
вольфрам – В;
кобальт – К;
кремний – С;
марганец – Г;
медь – Д;
молибден – М;
никель – Н;
ниобий – Б;
титан – Т;
хром – Х.

Наличие легирующих примесей показано цифрами. Когда углеродистые конструкционные стали в маркировке не имеют цифрового кода, значит, содержание химического элемента не превышает 1 %.

Первая цифра в маркировке означает количество углерода в легированном материале (в сотых долях процента). Например, запись «30ХН3А» означает, что в металле есть 0,30 % С, около 1 % Сr и 3 % Ni. Большая буква «А» показывает высокое качество стали. Для обозначения высококачественных сталей применяют маркировку с буквой Ш, например, 30ХГС-Ш.

Отдельные группы конструкционных сталей имеют дополнительное обозначение в начале. К примеру, автоматные металлы – букву «А», строительные – «С», подшипниковые – «Ш» (ШХ15).

Автоматный вид конструкционных сталей содержит большую концентрацию кальция, селена, серы, теллура и фосфора. По ГОСТ 1414–75 повышенное содержание отдельных элементов показывают буквами: кальций – «Ц», селен –«Е», сера – «А», свинец – «С».

Концентрация углерода обозначается двузначным числом перед буквами А, АС или АЦ и выражается в сотых долях процента. Примеры: кальций в составе – АЦ20, …, АЦ30ХН; селен – А35Е, А40ХЕ; сера – А11, А20, … А40; свинец – АС14, АС40, … АС45Г2.

Низколегированная конструкционная сталь имеет в маркировке букву «С» и число, показывающее предел текучести (мегапаскаль) – С235, С285 … С590. После номера может быть большая буква «Д», что означает антикоррозийные качества, «К» показывает особенный химический состав, «Т» сообщает об увеличенной прочности после термической обработки.

Конструкционные стали – современные материалы, отличающиеся разнообразными характеристиками, которые проявляются в металлах при включении тех или иных химических элементов. Примеси могут делать стали прочными, износостойкими, твердыми, хрупкими. Металл является недорогим и широко используемым сырьем для производства множества деталей и конструкций.

Читайте также: