Сталь у16 химический состав

Обновлено: 18.05.2024

К литейным сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14 % С и другие элементы (Mn, Si, Р, S, Cr, Ni, W, Mo, V и т. д.), попавшие в сталь из шихтовых материалов либо специально введенные в нее в определенных количествах для придания сплаву необходимых эксплуатационных и технологических свойств.

В настоящее время стальные отливки используют во всех отраслях машиностроения; по объему производства они занимают второе место после чугунов. Из сталей отливают обычно детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации. Литейные стали классифицируют в основном по способу выплавки, химическому составу, структуре, назначению.

Литейные стали по химическому составу подразделяют на:

Углеродистые стали по химическому составу подразделяют на:

  • низкоуглеродистые (0,09…0,2 % С);
  • среднеуглеродистые (0,2…0,45 % С);
  • высокоуглеродистые (0,5…1,0 % С).

Легированные литейные стали подразделяют на:

  • низколегированные (сумма легирующих элементов до 2,5 %);
  • среднелегированные (сумма легирующих элементов 2,5…10 %);
  • высоколегированные (сумма легирующих элементов более 10 %).

Стальные отливки (ГОСТ 977-88) изготовляют всеми способами литья из конструкционных нелегированных (15Л; 20Л; 25Л; 30Л; 35Л; 40Л; 45Л; 50Л), конструкционных легированных (20ГСЛ; 30ГСЛ; 35ГЛ; 40ХЛ; 20ФЛ; 30ХГСФЛ; 30ХНМЛ; 32Х06Л и других) и легированных со специальными свойствами (20X1ЗЛ – коррозионностойкие; 40Х9С2Л – жаростойкие; Р6М4Ф2Л – быстрорежущие; 110Г13Л – износостойкие и других) сталей.

Отливки по качественным показателям делят на три группы:

  1. – обычного назначения и качества;
  2. – ответственного назначения и повышенного качества;
  3. – особо ответственного назначения и повышенного качества.

Маркировка сталей буквенно-цифровая:

  • буква «Л» означает, что сталь литейная;
  • первые цифры указывают среднюю и максимальную (при отсутствии нижнего предела) массовую долю углерода в сотых долях процента;
  • буквы за цифрами означают:
    • А – азот;
    • Б – ниобий;
    • В – вольфрам;
    • Г – марганец;
    • Д – медь;
    • М – молибден;
    • Н – никель;
    • Р – бор;
    • С – кремний;
    • Т – титан;
    • Ф – ванадий;
    • X – хром;
    • Ю – алюминий;
    • Л – литейная.

    Цифры, стоящие после букв, указывают примерную массовую долю легирующего элемента в процентах.

    Таблица 1. Классификация литейных сталей

    1. Литейные углеродистые стали

    Для получения отливок используются углеродистые стали, содержащие 0,12–0,60 % С. Они маркируются числом, обозначающим среднее содержание углерода (в сотых долях процента) и буквой «Л» (табл. 2). Литейные стали отличаются от деформируемых большим допуском на содержание примесей, а также несколько пониженной пластичностью.

    Таблица 2. Механические свойства конструкционной нелегированной стали

    В зависимости от назначения и предъявляемых требований все отливки из углеродистых и легированных сталей подразделяют на три группы:

    1. – отливки общего назначения, контролируемые по внешнему виду, размерам и химическому составу;
    2. – отливки ответственного назначения, контролируемые, кроме того, по прочности (σв или σт) и относительному удлинению;
    3. – отливки особо ответственного назначения, контролируемые дополнительно к указанным характеристикам по ударной вязкости.

    В числе контролируемых параметров могут включаться также микроструктура, пористость, герметичность и другие специальные характеристики.

    Химический состав сталей полностью не приводится, так как существенно изменяется только содержание углерода, которое определяет марку стали и ее основные свойства.

    Марганец (0,3–0,9 %) раскисляет сталь и нейтрализует вредные примеси серы, а также несколько повышает прочность стали. С железом сера образует сульфид FeS и легкоплавкую эвтектику Fe-FeS по границам зерен, в результате чего возникает красноломкость и склонность к образованию горячих трещин. При введении марганца в соотношении % Мn >1,71 % S образуются более тугоплавкие сульфиды MnS, располагающиеся в виде неметаллических включений внутри зерна; в результате красноломкость исчезает.

    Кремний (0,2–0,5 %) вводится в сталь как раскислитель и дегазатор. Даже в небольших количествах он заметно упрочняет феррит и снижает пластичность стали.

    Требования по содержанию марганца и кремния в литейных углеродистых сталях рассматриваются как факультативные: отклонения от них не являются признаком брака.

    Сера и фосфор в сталях, за редким исключением, являются вредными примесями. Их содержание ограничивается в пределах 0,45– 0,06 % S и 0,04–0,08 % Р, в зависимости от группы и габаритных размеров отливок; с увеличением размеров требования ужесточаются. Как уже упоминалось, сера вызывает красноломкость стали, а фосфор – снижение пластичности при комнатной температуре.

    Механические свойства сталей определяются содержанием углерода; по мере его увеличения от 0,15 до 0,55 % σв возрастает от 400 до 600 МПа, а δ снижается с 24 до 10 %, уменьшается также ударная вязкость с 0,49 до 0,24 МДж/м 2 . Это изменение свойств объясняется возрастанием доли перлита в микроструктуре стали.

    Область применения литейных нелегированных сталей:

    1. 15Л; 20Л; 25Л – копровые бабы, блоки, ролики, корпусы, поводки, захваты, арматура, фасонные отливки, шкивы, траверсы, поршни, буксы, крышки цилиндров, корпусы подшипников.
    2. 35Л; 40Л; 45Л – рычаги, балансиры, корпусы редукторов, муфты, шкивы, кронштейны, станины, балки, опорные кольца, бандажи, маховики, зубчатые колеса, тяги, валики.
    3. 50Л; 55Л – шестерни, бегунки, колеса, зубчатые колеса подъемно-транспортных машин.

    Особенности литейных свойств углеродистых сталей.

    Литейные свойства углеродистых сталей значительно хуже литейных свойств чугуна и других сплавов. Низкая жидкотекучесть сталей объясняется, главным образом, самой высокой (кроме титановых сплавов) температурой ликвидуса и соответственно низкой температурой заливки. Суммарная объемная усадка затвердевания и усадка в жидком состоянии составляет 6,0 %. Поэтому стальные отливки, как и отливки всех других сплавов, кроме чугуна, необходимо получать с прибылями.

    Для стальных отливок характерно развитие пористости, в них чаще, чем в отливках из других сплавов, образуются горячие трещины, даже в случаях литья в песчано-глинистые формы. В то же время холодные трещины в стальных отливках возникают реже, чем в чугунных отливках. К насыщению газами и неметаллическим включениям стали более склонны, но и требования для них выше, чем для чугунов. К ликвации, особенно по сере и фосфору, склонны стальные отливки с толщиной стенки более 80 мм. Как правило, ликвации подвергнуты слитки, имеющие существенно большую толщину.

    К изменению механических свойств, в зависимости от толщины стенок, литейные углеродистые стали менее чувствительны, чем другие сплавы, особенно, учитывая обязательную их термическую обработку.

    2. Легированные литейные стали

    Легирование литейных углеродистых сталей проводится с целью повышения механических свойств и приобретения ими специальных служебных свойств.

    К легированным сталям относят низко- и среднелегированные стали с содержанием легирующих компонентов, соответственно, до 2,5 и от 2,5 до 10 %. Химический состав легированных сталей в соответствии с ГОСТ 977-88 приведен в табл. 3, а их механические свойства после термической обработки (закалки (нормализации) и отпуска) – в табл. 4.

    Чаще других применяют стали, легированные кремнием, марганцем, хромом и никелем, медью и др. Известно много композиций марганцевой стали, различающихся содержанием углерода и марганца. Обычно их содержание колеблется в пределах, соответственно, 0,17…0,4 % С и 1,0…2,0 % Mn. Марганцевые стали отличаются более высокой прочностью и особенно большей прокаливаемостью, чем углеродистые. Марганцевые стали широко используются при изготовлении отливок для железнодорожного транспорта, экскаваторов и других машин.

    Таблица 3. Средний химический состав легированных сталей, мас. %

    Содержание S и Р не более 0,03…0,05 % каждого.

    Таблица 4. Механические свойства легированных сталей

    У хромовых сталей (40ХЛ и др.) также повышенные, по сравнению с углеродистой сталью, механические свойства и прокаливаемость. Для улучшения их структуры и свойств используют небольшие добавки молибдена, устраняющие склонность к отпускной хрупкости. Хромовые стали применяют для получения отливок, работающих в условиях абразивного износа.

    Большая прокаливаемость достигается при легировании стали одновременно марганцем, хромом и кремнием (30ХГСЛ, хромансил). Одновременное легирование хромом и никелем проявляется в измельчении зерна, в значительном увеличении прокаливаемости, что позволяет изготовлять из этих сталей крупногабаритные отливки (30ХНМЛ и др.). Стали, легированные медью, подвержены дисперсионному твердению, которое обеспечивает однородные свойства в тонких и толстых сечениях отливок. Некоторые марки легированных сталей модифицируют бором, кальцием, церием и другими РЗМ. В результате улучшаются механические и литейные свойства стали.

    Как правило, добавки вводятся в малых количествах. Так, например, достаточно иметь 0,001…0,002 % В в стали, чтобы получить резкое увеличение прокаливаемости и пластичности. В одних случаях действие добавок связывается с модифицированием, в других – с микролегированием. Графитизированная сталь, также относящаяся к легированным, содержит 0,9…1,5 % С, 1,0…1,4 % Si, 0,5 % Mn.

    В литом состоянии ее структура представлена перлитом и цементитом, т. е. весь углерод находится в связанном состоянии. При термической обработке (отжиг с нагревом до 900 °С и последующее медленное охлаждение в интервале температур 800…700 °С) происходит распад структурно свободного цементита с выделением графита. Окончательная структура стали – перлит + графит. Такая графитизированная сталь обладает повышенными антифрикционными свойствами и используется для втулок, вкладышей, работающих в условиях абразивного износа.

    Высоколегированные стали. В соответствии с ГОСТ 2176-77, высоколегированные стали, содержащие более 10 % легирующих элементов, подразделяются по структуре на шесть классов: мартенситный; мартенсито-ферритный; ферритный; аустенито-мартенситный; аустенито-ферритный; аустенитный. Смена классов происходит по мере увеличения легированности. На практике чаще пользуются названиями сталей по основным служебным свойствам: коррозионностойкая, кислотостойкая, жаростойкая, жаропрочная, износостойкая.

    Большой класс высоколегированных сталей составляют так называемые коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие хорошей стойкостью против коррозионного воздействия агрессивных сред. Прежде всего к ним относятся высоколегированные хромовые стали ферритного класса (12Х18ТЛ, 15Х20ТЛ), обладающие хорошей пластичностью. Добавка титана связывает углерод и повышает стойкость против межкристаллитной коррозии.

    Для получения высокой твердости и износостойкости хромовых сталей (Х28Л, Х34Л) содержание углерода увеличивают до 0,5…2,0 % и получают феррито-карбидную структуру. Хромовые коррозионностойкие стали мартенситного и феррито-мартенситного классов характеризуются сравнительно широким диапазоном содержания углерода и возможным наличием никеля, меди, ниобия и других элементов.

    К сталям этого класса можно отнести стали марок 10Х14НДЛ и 09ХН4БЛ (Б – ниобий). Наивысшей коррозионной стойкостью рассматриваемые стали обладают в том случае, когда карбиды в свободном состоянии отсутствуют и полностью переведены в твердый раствор. Хромовые стали отличаются пониженной, по сравнению с углеродистой сталью, теплопроводностью, повышенной окисляемостью, склонностью к пленообразованию, образованию пригара при заливке в формы на основе кварцевого песка, к образованию усадочных раковин, горячих и холодных трещин.

    В качестве кислотoстойких сталей применяют высоколегированные стали аустенитного, аустенито-ферритного и феррито-аустенитного классов. Основными легирующими элементами для них являются хром и никель. При этом никель необходим для получения однофазной аустенитной структуры.

    Кислотостойкая хромоникелевая сталь, содержащая 18 % Cr и 8 % Ni, широко используется для отливок деталей насосов, фиттингов и т. п. Чаще других стали этого типа легируют титаном и молибденом (12Х18Н9ТЛ, 12Х18Н12МЗТЛ).

    Хромоникелевые стали так же, как и хромовые, обладают пониженными литейными свойствами. Сложнолегированные хромоникелевые стали характеризуются высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Жаропрочными называют стали, способные сопротивляться нагрузкам и разрушению при температурах выше 550 °С. Стали, обладающие высокой стойкостью против коррозии и образования окалины при температурах до 1200 °С, называют жаростойкими.

    Основным фактором, предопределяющим жаропрочность сталей, является легированный аустенит. Практическое применение для изготовления отливок из жаропрочных сталей получили аустенитные стали типа 12Х18Н9ТЛ (для жаропрочных отливок энергетического, химического и нефтяного машиностроения) и 12Х20Н12ТЛ (для турбинных лопаток, работающих при температурах до 600 °С). В стали 15Х18Н22В6М2Л высокая жаропрочность обеспечивается за счет введения добавок вольфрама и молибдена.

    Высокомарганцевая износостойкая сталь 110Г13Л (так называемая «сталь Гадфильда») относится к аустенитному классу. Особенностью отливок из этой стали является способность упрочняться условиях ударной нагрузки и принимать наклеп, повышающий поверхностную твердость от НВ 170…200 до НВ 600…800 и износостойкость в условиях абразивного изнашивания. При отсутствии наклепа ее износостойкость находится на уровне углеродистой стали. В литом состоянии структура стали – аустенит и карбиды, располагающиеся по границам зерен. Данная сталь используется после закалки в воде с температурой 1100 °С, когда отливки приобретают однородную аустенитную структуру.

    Температура заливки стали 110Г13Л ниже, чем у других сталей, и колеблется в пределах 1330…1370 °С. Сталь 110Г13Л характеризуется повышенной склонностью к усадочным дефектам, образованию горячих трещин, пригару при литье в формы на основе кварца. Особо следует отметить, что сталь 110Г13Л очень плохо обрабатывается режущим инструментом.

    Все о стали У12 и У12А

    Стали типа У12 и У12А изготавливаются не только на территории нашей страны, но и на Украине. Обладают высокой износоустойчивостью и твердостью, но низкой стойкостью к коррозии и отпускной хрупкостью. При всех этих качествах это идеальное решение для производства режущего и иного инструмента.



    Состав и расшифровка

    Сталь марки У12 углеродистая. Содержание углерода составляет в среднем 1,2%. Именно заглавная буква «У» указывает на наличие этого элемента в большом количестве. У12А имеет в составе такое же количество углерода, при этом «А» в маркировке указывает на то, что данный металл относится к группе высококачественных. Об этих сталях можно сказать, что они входят в группу металлов с пониженной прокаливаемостью. Это означает, что материалы, входящие в такую группу, закаливаются исключительно в воде, а у инструмента середина остается незакаленной. По этой причине в процессе закаливания предпринимают меры, чтобы не было сильного коробления, а именно избегают резкого перехода сечения и острых углов.

    Было доказано опытом, что у сталей этого типа непостоянная прокаливаемость. Если взять для примера отдельные плавки, то они не прокаливаются на одну глубину. Когда в составе сталей У12 и У12А присутствует по химическому составу больший процент углерода, повышается износоустойчивость, но падает прочность. Инструмент, который изготавливается из такого материала и испытывает высокую ударную нагрузку, должен иметь на кромке достаточное сечение, а коэффициент твердости должен составлять не менее 62 и более. Если это условие не соблюдается, тогда инструмент советуют изготавливать из стали с меньшим количеством углерода.

    Описываемые виды стали поставляются в нескольких видах:

    • фасонный и сортовой прокат;
    • прут калиброванный, шлифованный;
    • серебрянка;
    • полоса;
    • кованая заготовка;
    • поковка.



    Можно легко расшифровать по буквам маркировку описываемых сталей. В соответствии с ГОСТ 1435-99 «У» означает наличие в сплаве углерода. Цифра «12» показывает, какова в среднем массовая доля углерода в сплаве. В данном случае имеется в виду десятая доля процента. Последняя «А» – указывает на повышенные требования к составу стали.

    По описанному ГОСТу химический состав сталей следующий.

    Массовая доля элемента,%

    Есть еще так называемый фазовый состав.

    Каждый из элементов в составе сталей У12 и У12А отвечает за те или иные физические и химические свойства материала. Углерод помогает удерживать кромку на инструменте и увеличивает коэффициент вязкости. Повышается и твердость, износоустойчивость, но снижается качество пластичности и коррозионная устойчивость.

    Повышает коэффициент твердости и хром в составе сталей У12 и У12А. Он же отвечает за увеличение сопротивления к растяжению и плотность, устойчивость к коррозийным процессам. При его уровне в 11% сплав называют нержавейкой.



    Прокаливаемость повышает магний, он же увеличивает вязкость и стойкость к износу. Применяется этот элемент в качестве раскислителя и дегазатора, который убирает из металла кислород в процессе плавки. Если магний добавляется в сплав в больших количествах, то увеличивается твердость, а вместе с ней и хрупкость. Вместе с магнием в качестве раскислителя применяется и кремний. Плотность, прокаливаемость увеличивает молибден, он же отвечает за твердость и хорошую обрабатываемость от коррозии. Никель в составе описываемых сталей отвечает за ударную вязкость и коррозийную устойчивость, но при этом он снижает прочность изделий. Вместо углерода может использоваться азот, его атомы функционируют таким же образом, но дают большую коррозийную стойкость. На увеличение оксидной пленки влияет ванадий, карбидные включения которого довольно прочные. Он же увеличивает плотность металла и вязкость.

    Также в сталей У12 и У12А имеются вредные включения фосфора и серы. Первый повышает прочность сплава благодаря тому, что растворяется в феррите. Однако при этом уменьшается степень пластичности и возрастает хрупкость. Сера влияет на свариваемость и качество поверхности. В качественном сплаве ее содержание не должно превышать отметку 0.02-0.03%. Вольфрам отвечает за прокаливаемость, с его добавлением она становится лучше, а также сохраняется необходимая твердость при воздействии высокой температуры. Благодаря кобальту при высокой температуре становится возможна закалка металла. Он же усиливает эффект, который дают другие элементы в составе стали.

    За счет такого элемента, как ниобий, ограничивается увеличение карбидов, создается необходимая прочность, но снижается обрабатываемость.

    Химический состав сталей

    Химический состав сталей — тема практически неисчерпаемая, но оттого ее важность не становится меньшей. Любой потребитель обязан четко представлять себе классификацию сталей по составу. Особенно актуально обратить внимание на состав стали 3 и 45, 20Х и 20ХНЗА, 45Х и 35, 40ХНМА и У9А.



    Как влияет на свойства?

    Ценность изучения химического состава сталей в том и состоит, что каждое вводимое в них вещество воздействует определенным образом. Совершенно обязательный углерод обеспечивает во многом твердость и упругость. Отвечает он также за прочность материала. Однако тот же карбоновый компонент делает сталь менее вязкой, затрудняет ее сварку и механическую обработку. Польза кремния для металлургов несомненна. Они используют его как раскислитель. По умолчанию этот элемент содержится в незначительном количестве. Существенного воздействия на параметры сплава он не оказывает. Но если кремния будет свыше 2%, хрупкость стали заметно возрастет. Ковать ее нельзя, потому что она будет разрушаться.

    Сера и фосфор — однозначно вредные компоненты. Только в автоматных сталях допускается относительно высокое их содержание, но и там оно жестко нормируется. Значительная концентрация серы приводит к красноломкости. При попытке ковать подобный металл в разогретом состоянии он будет трескаться. Фосфор ведет к появлению эффекта хладноломкости. Но надо понимать, что фосфористые стали чуть лучше обрабатываются (отделение стружки улучшается).

    Марганец по умолчанию присутствует в объеме 0,3-0,8%. Этот элемент не оказывает серьезного воздействия на свойства. Он отчасти компенсирует вредные воздействия серы и кислорода. Легируя сплав марганцем, металлурги добиваются лучшей твердости. Немного вырастает пригодность его для режущих инструментов, сокращается риск появления красноломкости, улучшается и прокаливаемость. Однако сопротивляемость ударной нагрузке понизится.

    Хромированный продукт менее вязок и имеет низкую теплопроводность. Но все же такие сплавы весьма популярны. Введение хрома улучшает способность стали закаливаться.



    Металл:

    • станет прочнее;
    • приобретет большую жаростойкость;
    • улучшит пригодность для режущих инструментов;
    • не будет преждевременно истираться.

    В простых сортах стали доля хрома составляет не более 2%. В специальных марках его может быть до 1/4. Такие добавки точно исключат коррозию. Полезен в антикоррозийном плане и титан. Его применяют, чтобы сделать сталь прочнее и плотнее. При введении титановых добавок растет ее пластичность и упрощается производство готовых изделий на станках. Молибден увеличивает прочность и твердость одновременно. Благодаря нему сокращается вероятность поломки при горячей ковке. Молибденовые стали мало подвержены коррозии. Они достаточно теплоустойчивы, чтобы подходить для конструкций в сфере энергетического машиностроения. Такой металл имеет высокую несущую способность даже под воздействием ударных нагрузок и значительных температур. Правда, его сварка встречает затруднения.

    Ниобий вводят, чтобы повысить стойкость к кислотам. Косвенно он помогает сократить коррозию сварного шва. От никеля зависят вязкие свойства и упругость, однако он немного понижает теплопроводность. Вольфрам, реагируя с углеродом, наращивает твердость и понижает красноломкость сплава. Его примесь способствует росту работоспособности сталей, оптимизирует их способность к прокаливанию. Стоит вкратце охарактеризовать и влияние других базовых элементов. Ванадий способствует образованию мелких зерен. Пригодность для сваривания повышается. Раскисляющий эффект позволяет добиться большей плотности.

    Кобальт помогает увеличить жаропрочность. Кобальтовые стали имеют более высокие магнитные характеристики. Алюминий используют в производстве стали в качестве раскислителя. Он способствует выработке мелкозернистой структуры. После добавления такого компонента штамповая обработка будет идти проще.

    Медь не сказывается на пригодности для сваривания, но благодаря ней растет стойкость к коррозии и улучшается текучесть.



    Классификация сталей по составу

    Сплавы могут быть разными по своему составу.

    Углеродистые

    Стали подразделяются не только по тем свойствам, которые определяют элементы по отдельности. Углеродистые стали имеют низкую концентрацию добавок. Свыше 70% всего проката в мире относится именно к такому типу. Решающее значение имеет концентрация углерода. За счет ее варьирования технологи научились влиять на:

    • текучесть;
    • общую твердость;
    • плотность материала;
    • уровень его пластичности.

    Среди углеродистых сталей бывают частные виды:

    • феррит и перлит образуются при количестве карбонового компонента меньше 0,8%;
    • при точном содержании в 0,8% типична перлитная структура;
    • если концентрация вырастает более 0,8%, там появляется цементит.

    Конструкционную углеродистую продукцию, сообразно названию, используют для получения арматуры и иных частей строительных конструкций. Доля углерода при этом составляет не более 0,65%. Принято делить такой металл уже по степени качества: на обыкновенный, качественный и специальный разряды. Для строительства применима сталь всех групп по качеству, с учетом требований. Инструментальная продукция существенно отличается и к ней предъявляют иные запросы.



    Легированные

    В них, в отличие от углеродистых, содержится больше марганца и кремния. Добавляется также как минимум один легирующий (улучшающий) компонент. Такие сплавы классифицируются именно по концентрации оптимизирующих добавок. Низколегированный продукт подходит для инструмента с низкими практическими характеристиками.

    Высоколегированная сталь ценится за улучшенные технологические параметры, привлекательную закаливаемость и способность прокаливаться, за то, что она меньше коробится. Еще больше легирующих элементов в быстрорежущих сталях.

    Маркировка и обзор марок

    Уже традиционно стоит напомнить, что в большинстве случаев первые 2 цифры в марке стали — это десятые доли процента углерода. При отсутствии таких цифр можно считать его концентрацию равной или большей 1%. Прочие элементы обозначаются уже цифрами перед буквенным символом. Сталь 3 вообще никаких букв не содержит. В ней есть от 0,14 до 0,22% углерода, на долю марганца приходится от 0,4 до 0,6%. Качественная углеродистая сталь 45 более богата углеродом. Его концентрация может достичь 0,5%. Для марганца это минимальная планка, максимально же его бывает 0,8%. У сплава 45Х доля углеродного компонента может достичь 0,41-0,49%, при этом туда вводят еще не менее 0,8% хрома и не более 0,8% марганца. Не менее любопытной может оказаться сталь №5.

    Это классический углеродистый металл обыкновенного качества. При содержании того самого углерода от 0,28 до 0,37% в нем присутствует еще:

    • минимум 0,5% марганца;
    • 0,15-0,3% кремния;
    • до 0,3% меди.

    Сталь 20Х — это хромистый сплав с содержанием не более 0,3% никеля. Концентрация меди в нем ограничена той же планкой, а вот углерода не менее 0,17%. Среди конструкционных углеродистых сплавов выделяется еще и сталь 35. Разброс содержания углерода — от 0,32 до 0,4%. Сопротивление разрыву в краткосрочной перспективе составляет 530 МПа. Вариант 25Г2С оптимально подходит для сварных конструкций. Хрома там содержится максимум 0,3%, а вот марганца может быть в 5 раз больше. Содержание кремния втрое выше, чем хрома.

    Среди легированных сталей стоит упомянуть 40ХНМА. При концентрации углеродной добавки от 0,37 до 0,44% присутствует заметно больше никеля (допускается свыше 1,4%).



    Хорошим легированием отличается также сплав 20Г, однако в нем явно меньше углерода (строго максимум 0,24%), а тем более никеля. Основной упор делается на марганец, которого может оказаться до 1%. Если нужно выбрать богатый никелем сплав, то это будет 18Х2Н4МА (4,4%) при содержании углерода максимум 1/5 процента и марганца не более 0,55%. В составе 20ХН содержится от 1 до 1,4% никеля и до 3/4 процента хрома. А закаливаемый при 860 градусах в масле металл 38Х2Н2МФА включает около 95% железа. Допустимый разброс никеля – от 1,3 до 1,7%, молибдена будет максимум 0,3%.

    Марка У9А красноречиво говорит про углеродистость на уровне 0,9%. Концентрация главного улучшителя (марганца) при этом достигает 0,28%. В случае 20ХГСА нормировано строгое вхождение кальция (максимум 3/1000 процента). При этом марганца может быть до 1,1, а кремния – даже до 1,2%. Что касается других марок:

    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 %

    Читайте также: