Сталь 4 сталь 5

Обновлено: 09.05.2024

Инструментальная хромоникелевая сталь 5ХНМ относится к группе штамповых полутеплостойких сталей и является наиболее распространенной и наилучшей сталью деформирующих металл в горячем состоянии. Данная сталь сохраняет твердость 45 HRC и предел текучести 1000 МПа при нагреве до 350-375 °C.

Чаще всего сталь 5ХНМ применяют для очень крупных штампов горячего деформировани (стороной до 800-900 мм); молотовых, работающих с динамическими нагрузками; для контейнеров, матриц. Такие стали должны сохранять повышенную вязкость (>0,4 МДж/м 2 на образцах с надрезом) в крупных сечениях в продольном и в поперечном направлении.

Сталь 5ХНМ сочетает большую вязкость с высокой прокаливаемостью. Повышенная вязкость в стали достигается легированием никелем, а высокая прокаливаемость марганцем, хромом. Из-за влияния молибдена сталь 5ХНМ мало чувствительна к хрупкости второго рода, возникающей после отпуска при 500-560 °C, принимаемого для штампов, обрабатываемых на твердость 40-60 HRC.

Твердость стали 5ХНМ в середине блока размером 400х300х300 мм лишь на 1-2 HRC ниже, что связано с высокой устойчивостью переохлажденного аустенита.

Примерное назначение инструментальной легированной стали 5ХНМ (ГОСТ 5950-2000)

  • Для молотовых штампов паровоздушных и пневматических молотов массой падающих частей > 3т;
  • прессовых штампов и штампов машинной скоростной штамповки при горячем деформировании легких цветных сплавов;
  • блоки матриц для вставок горизонтально-ковочных машин;
  • ножи для горячей резки металла. [1]

Температура критических точек, °C [1]

Химический состав, % (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали Массовая доля элемента, %
углерода кремния марганца хрома вольфрама ванадия молибдена никеля
5ХНМ 0,50-0,60 0,10-0,40 0,50-0,80 0,50-0,80 — — 0,15-0,30 1,40-1,80

Температурный режим предварительной термической обработки стали 5ХНМ для улучшения обработки резанием [3]

Режим отжига Режим смягчающего отпуск
температура
нагрева, C°		 температура
изотермической
выдержки, C°		 твердость HB,
не более		 температура
нагрева, C°		 твердость HB,
не более
5ХНМ 760-790 197-241 500-580 325-446

Температура отжига и высокого отпуска стали 5ХНМ для штампов горячего деформирования [1]

Марка стали Отжиг Высокий отпуск
температура нагрева, C° твердость HB температура, C° твердость HB, не более
5ХНМ 760-790 197-241 650-690 241

Режимы окончательной термической обработки деталей штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Режимы азотирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Марка
стали		 температура, C° Продолжительность, ч Среда Диффузионный слой
глубина, мм микротвердость,
кгс/мм 2
5ХНМ 480-500 25-50 Аммиак
(α=25-35%)		 0,2-0,40 890-570

Режимы цианирования штампового инструмента из стали 5ХНМ [1]

Марка
стали		 температура, C° Продолжительность, ч Диффузионный слой
глубина, мм микротвердость,
кгс/мм 2
В расплаве 50% KCN+50% NaCN
5ХНМ 560 2 0,2-0,25 570-350

Твердость в состоянии поставки металлопродукции, предназначенной для холодной механической
обработки (ГОСТ 5950-2000)

Марка
стали		 Твердость HB,
не более		 Диаметр отпечатка, мм,
не менее
5ХНМ 241 3,9

Твердость образцов металлопродукции из стали 5ХНМ после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)

Температура, °C и среда закалки образцов Температура отпуска, °C Твердость HRCэ(HRC), не менее
5ХНМ 840-860, масло 550 36 (35)

Твердость после закалки инструментальной легированной стали

Марка стали Температура, °C, и среза закалки образцов Твердость HRCэ(HRC), не менее
5ХНМ 830-860, масло 57 (56)

Механические свойства в зависимости от сечения [4]

Сечение, мм σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость
поверхности HRCэ сердцевины НВ
До 100 — — — — — 57 —
100-200 1420 1570 9 35 34 42-47 375-429
200-300 1270 1470 11 38 44 40-44 352-397
300-500 1130 1320 12 36 49 37-42 321-375
500-700 930 1180 15 40 78 35-39 302-341

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °C в масле; отпуск при 460-520 °C.

Твердость стали в зависимости от температуры отпуска [4]

tотп, °C σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость НВ, HRCэ
Закалка с 850 °C в масле; выдержка при отпуске 2 ч
400 1370 1570 10 40 33 (47)
450 1400 1490 — 36 37 (45)
500 1270 1370 — 36 46 (43)
550 1180 1310 — 35 59 (40)
Закалка с 840-860 °C в масле или воде-масле
450-510 — — — — — 415-477
500-550 — — — — — 341-388
660-600 — — — — — 285-321

Твердость стали в зависимости от температуры испытания [5]

tисп, °C Твердость HRCэ tисп, °C Твердость HRCэ
Закалка 850 °C; отпуск при 450 °C Закалка с 850 °C; отпуск при 500 °C
400 43 400 39
500 39 500 28
550 37 550 —
600 26 600 26

Механические свойства при комнатной температуре (после закалки и отпуска при 550 °C) [6]

Механические свойства при 600 °C [6]

Марка
стали		 σв, МПа σ0,2, МПа ψ, % a1, кДж/м, 2
5ХНМ 350 250 65 800

Температурные интервалы ковки стали 5ХНМ [1]

Марка
стали		 Температурный интервал ковки, C°
начало окончание
5ХНМ 1150-1180 850-880

Ударная вязкость после отпуска при 500 °C, кДж/м 2 , [6]

Марка
стали		 Охлаждение
после отпуска		 Степень
охрупчивания *
быстрое медленное
5ХНМ 700 6,2 0,8

* Разница в ударной вязкости после отпуска с быстрым и медленным охлаждением.

Сталь 4Х5МФС инструментальная штамповая

Сталь марки 4Х5МФС относится к легированным теплостойким инструментальным штамповым сталям деформирующим металл в горяем состоянии. Теплостойкость стали 4Х5МФС (для твердости 45 HRC) составляет 590-610 °C.

Сталь 4Х5МФС является одной из основных для разнообразных штампов деформирования стали и цветных металлов и для форм литья под давлением алюминиевых и магниевых сплавов диаметром (стороной) до 70-80 мм.

Разгаростойкость этой стали значительно лучше, чем у широко применявшейся ранее вольфрамовой стали 3Х2В8Ф . Кроме того, из за влияния повышенного содержания хрома, взаимодействие с заливаемым металлом и растворимость в нем у стали 4Х5МФС меньше, чем у более легированной стали ЗХ2В8Ф. Соответственно и стойкость форм из стали 4Х5МФС в 1,5-2 раза выше.

Сталь марки 4Х5МФС по свойствам и назначению близка к стали марки 4Х5В2ФС; однако благодаря повышенным сопротивлению хрупкому разрушению, разгаростойкости и прокаливаемости её целесообразно применять для изготовления более крупного и сложного прессового инструмента, работающего в условиях интенсивного охлаждения (пуансоны, матрицы, вставки, прессформы).

Крупные формы для литья под давлением алюминиевых и цинковых сплавов из стали 4Х5МФС закаливают от температуры на 20-30 °C ниже принятой. Рекомендуется ступенчатая закалка, охлаждение в соляной ванне в области температур максимальной устойчивости аустенита, далее на спокойном воздухе.

Применение

  • мелкие молотовые штампы,
  • крупные (толщиной или диаметром более 200 мм) молотовые и прессовые вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных сплавов в условиях крупносерийного и массового производства,
  • пресс-формы литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.

Температура критических точек, °С [4]

Ас1 Ас3 (Аcm) Ar3 (Arm) Ar1 Мн Мк
840 870 810 735 300 110

Химический состав (ГОСТ 5950-2000)

Марка стали Массовая дата элемента. %
углерода кремния марганца хрома вольфрама ванадия молибдена никеля
Группа II
4Х5МФС 0,32-0,40 0,90-1,20 0,20-0,50 4,50-5,50 — 0,30-0,50 1,20-1,50 —

ПРИМЕЧАНИЕ:
Группа II — означает, что металлопродукция предназначена для изготовления инструмента, используемого в дальнейшем у потребителя для обработки металлов давлением при температурах выше 300 °С;

Температуры отжига и высокого отпуска стали 4Х5МФС [4]

Отжиг Изотермический
отжиг		 Высокий
отпуск
температура
нагрева, °C		 твердость HB температура, °C твердость HB,
не более		 температура
нагрева, °C		 твердость HB,
не более
нагрева изотермической
выдержки
830-850 207-255 830-850 660-680 241 730-760 269

Режимы окончательной термической обработки (зкалка, отпуск) штампового инструмента из стали 4Х5МФС для горячего деформирования [4]

  • I — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в масле до 200-230 °C, далее на воздухе;
  • II — подстуживание на воздухе до 900-950 °C, затем охлаждение в смеси расплавленных солей при температуре 450-500 °C с выдержкой до полного выравнивания температуры по сечению, после чего охлаждение в масле до 200-230 °C и далее на воздухе;

Температуры отжига с непрерывным охлаждением, изотермического отжига, высокого отпуска и твердость (HB) штамповой стали 4Х5МФС после этих видов термической обработки [3]

Изотермический
отжиг		 Отжиг с
непрерывным
охлаждением		 Высокий
отпуск
Температура, °C Твердость HB Температура
нагрева, °C		 Твердость HB Температура
нагрева, °C		 Твердость HB
нагрева изотермической
выдержки
840-860 670-690 197-241 840-860 229-241 760-780 241-255

Режимы закалки и отпуска деталей штампового инструмента горячего деформирования, величина зерна и твердость после окончательной термической обработки [3]

Закалка Балл
зерна		 Твердость HRC Отпуск
Температура, °C Температура
нагрева, °C		 Твердость HRC
подогрева окончательного
нагрева
700-750 1000-1020 10 50-52 530-560 47-49

Режимы азотирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]

Марка стали Температура, °C Продолжительность, ч Среда Диффузионный слой
глубина, мм микротвердость, кгс/мм 2
4Х5МФС 530-550 12-20 Аммиак (α = 30-60%) 0,15-0,20 960-550

Режимы цианирования штампового инструмента из стали 4Х5МФС [4]

Температура, °C Продолжительность, ч Диффузионный слой
глубина микротвердость, кгс/мм 2
В расплаве 50% KCN+50% NaCN
560 2 0,06 710-600
В смеси саратовского газа и аммиака
580 8 0,23-0,27 900-660

Твердость стали после термообработки (ГОСТ 5950-73) [5]

Состояние поставки Твердость НВ,
HRCэ
Пруток и полоса отожженные
или высокоотпущенные		 До НВ 241
Образцы.
Закалка с 1000-1020 °С в масле;
отпуск при 550 °С		 Св. 48
Подогрев 700-750 °С.
Закалка с 1000-1020 °С в масле;
отпуск при 530-560 °С,
отпуск при 500-520 °С
(окончательная термообработка)		 49-51

Твердость в состоянии поставки металлопродукции из стали 4Х5МФС, предназначенной для холодной механической обработки (ГОСТ 5950-2000)

Марка
стали		 Твердость НВ,
не более		 Диаметр
отпечатка, мм,
не менее
4Х5МФС 241 3,9

Твердость образцов металлопродукции из стали 4Х5МФС после закалки и закалки с отпуском (ГОСТ 5950-2000)

Марка
стали		 Температура, °С,
и среда закалки
образцов		 Температура
отпуска, °С		 Твердость
HRCэ (HRC),
не менее
4Х5МФС 1010-1030, масло 550 48 (47)

Твердость после закалки (ГОСТ 5950-2000)

Марка
стали		 Температура, °С,
и среда закалки
образцов		 Твердость
HRCэ (HRC),
не менее
4Х5МФС 1000-1020, масло 51 (50)

Механические свойства в зависимости от температуры испытания [5]

tисп., °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU,
Дж/см 2		 Твердость HRCэ
20 1570 1710 12 54 51 50
300 1320 1540 12 48 61 50
400 1270 1470 12 49 62 52
500 1130 1370 10 52 55 47
550 1160 1290 12 50 50 44

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; отпуск при 560 °С 2 ч

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска [5]

tотп., °С σ0,2, МПа σв, МПа δ5, % ψ, % KCU, Дж/см 2 Твердость HRCэ
500 1420 1720 12 45 49 50
550 — 1670 10 50 56 48
600 1350 1490 13 53 59 45
650 960 1080 15 60 79 34

ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 1000 °С в масле; выдержка при отпуске 2 ч.

Ударная вязкость KCU

Термообработка KCU, Дж/см 2 , при температуре, °С
+20 -40 -70
Закалка; отпуск при 600 °С 29 20 10

Технологические свойства [5]

Температура ковки, °С: начала 1180, конца 850. Охлаждение замедленное в колодцах.

Марки сталей

Любой мастер, работающий с металлическими изделиями, знает, что такое «марка стали». Ее расшифровка позволяет получить представление о химическом составе и физических параметрах, что является основополагающими сведениями для создания каких-либо предметов из металла. Многие считают, что маркировка стали, металлопроката — это сложный процесс, требующий наличия специальных знаний. Однако несмотря на мнимую сложность, разобраться в ней достаточно просто. Для этого потребуется знать лишь принцип ее составления и как она классифицируется, о чем наша компания и расскажет.

Сплав маркируется буквами и цифрами, благодаря чему удается максимально точно установить наличие химических элементов и их объем. На основании этих данных, а также знаний о том, как разные химикаты взаимодействуют с металлической основой, можно с максимальной точностью понять, какие технические свойства относятся к определённой стальной марке.

Разновидности сталей и особенности нанесения маркировки

Сталь — это железо-углеродный сплав, количество которого не превышает 2,14%. Углеродная составляющая необходима для достижения твердости, но крайне важно следить за его концентрацией. Если он превысит показатель в 2,2%, то металл станет очень хрупким, из-за чем с ним будет практически невозможно работать.

При добавлении любых легирующих элементов можно добиться необходимых характеристик. Именно при помощи комбинации вида и объём добавок получаются марки, которые имеют лучшие механические свойства, устойчивость к воздействию коррозии. Безусловно, улучшить показатели качества можно и посредством тепловой обработки, однако использование легирующих добавок значительно ускоряет этот процесс.

Базовыми классификационными признаками являются следующие показатели.

Степень раскисления.Что показывает маркировка

Для того чтобы расшифровать указанную информацию, не требуется обладать профессиональными навыками и специальными знаниями. Конструкционная сталь, которая имеет обычное качество, а также не содержит легирующие элементы, получила отметку «Ст». Цифра, расположенная далее, отражает количество углерода. После них могут располагаться буквы «КП», которые оповещают о незаконченном раскислении в печи, поэтому подобный сплав считается кипящим. Если подобной аббревиатуры нет, то он считается спокойным типом.

Маркировка и классификация стали по химическому составу

Как упоминалось ранее, одно из главных разделений этого материала основано на ее химическом составе. Базовыми составляющими материала служат железобетон и углерод (его концентрация меньше 2,14%). На основании концентрации и пропорций используемых добавок на объем железа приходится минимум половина.

На основании уровня содержания углерода стальные изделия делятся.

Малоуглеродистые — углерод не более 0,25%.

Среднеуглеродистые — от 0,25 до 0,6%.

Высокоуглеродистые — от 0,6%.

Повышение углеродного компонента способствует повышению металлической твердости, но одновременно снижает его прочность. Для улучшения эксплуатации сплавов в них добавляются разные химические элементы, после чего они превращаются в легированные стали. Они бывают трёх типов.

Маркировка и классификация сталей

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2% углерода). По химическому составу сталь разделяют на:

По качеству сталь разделяют на:

  • сталь обыкновенного качества;
  • качественную;
  • повышенного качества;
  • высококачественную.

Сталь это сплав железа с углеродом

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

  • А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
  • Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
  • В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на:

  • горячекатаную и кованую;
  • калиброванную;
  • круглую со специальной отделкой поверхности, серебрянку.

Легированную сталь по степени легирования разделяют:

  • низколегированная (легирующих элементов до 2,5%);
  • среднелегированная (от 2,5 до 10%);
  • высоколегированная (от 10 до 50%).

В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14 групп.

К высоколегированным относят:

  • коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
  • жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °C, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
  • жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят:

  • качественная;
  • высококачественная А;
  • особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке различают сталь:

  • горячекатаная;
  • кованая;
  • калиброванная;
  • серебрянка.

По назначению изготовляют прокат:

  • для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат);
  • для холодной механической обработки.

2. Классификация углеродистых сталей

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные. Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

  • группа А — по механическим свойствам;
  • группа Б — по химическому составу;
  • группа В — по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

  • группа А — Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;
  • группа Б — БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;
  • группа В — ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение:

  • кп — кипящая,
  • пс — полуспокойная,
  • сп — спокойная.

Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07%, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием, и содержит кремния (Si) не менее 0,12%; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1—5 выплавляют с нормальным и с повышенным содержанием марганца, примерно до 1%. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степеней раскисления выпускаются с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с ГОСТ 1060—74. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04%). Стали с содержанием углерода до 0,20%, включительно, могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали — только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр, буквы «сп» не ставят.

Углеродистые стали в соответствии с ОСТ 14-1-142—84 подразделяются на три подкласса:

  • низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%;
  • среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60%);
  • высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60%.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о свариваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы:

  • I — хорошо сваривающиеся;
  • II — удовлетворительно сваривающиеся, т. е. для получения качественных сварных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, определенные температурные условия, а в некоторых случаях — подогрев, термообработка;
  • III — ограниченно сваривающиеся, для получения качественных сварных соединений необходим дополнительный подогрев, предварительная или последующая термообработка;
  • IV — плохо сваривающиеся, т. е. сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующими способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях, для предупреждения появления трещин, применяют предварительный подогрев до 120—200 °C.

В табл. 1. приведено обозначение химических элементов в марке легированной стали, а в табл 2 — состав некоторых марок сталей. В табл. 3 приведено примерное назначение различных марок сталей.

Таблица 1. Обозначение химических элементов в марке легированной стали

Таблица 2. Массовая доля химических элементов в различных марках стали в %

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:

  1. в шарикоподшипниковых сталях содержание хрома указывается в десятых долях процента (например, сталь ШХ4 содержит 0,4% хрома);
  2. 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: