Сталь. Виды и марки стали. Их применение.
Сталь - это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.
Наиболее общая характеристика - по химическому составу сталь различают:
углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si - кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.
По способу производства и содержанию примесей сталь различается:
сталь обыкновенного качества (углерода менее 0,6%) - соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.
качественная сталь (углеродистая или легированная) - ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % - 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.
Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.
Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)
Стали 60 - стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.
высококачественная - сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы - по ГОСТу 19281.
Также сталь делится по применению :
а) строительная сталь - углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.
Ст0-3 - для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)
Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.
Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).
б) конструкционная сталь - ГОСТ 1050
Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.
Ст20 - малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,
Ст35 - испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),
Ст45 (ст40Х) - требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)
Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.
в) инструментальная сталь - применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.
У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.
г) легированная сталь - универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 - 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.
низколегированная сталь - где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.
среднелегированная (2,5 -10%),
высоколегированная (от 10 до 50%)
Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.
Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.
18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.
д) сталь особого назначения
- сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.
На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:
спокойная сталь (ст3сп) - полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,
полуспокойная сталь (ст3пс) - по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,
кипящая сталь (08кп) - неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.
В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)
Марки стали
Марка стали С245 - Ст3пс5
Марка стали С255 - Ст3сп5
Марка стали С235 - Ст3кп2
Марка стали С345 - 09Г2С
 |
 |
Сплав железа с углеродом, где содержание углерода находится в пределах от 0,1% до 2,14%, называется сталью. Стоит добавить, что содержание железа должно составлять не менее 45%.
Для придания нужных свойств при выплавке производят легирование, то есть добавляют в расплав дополнительные присадки, содержащие легирующие элементы. Таким образом получают сплавы с заданными свойствами. Все марки стали соответствуют строго определённым техническим стандартам (ГОСТ). По их написанию можно узнать количество каждого из элементов в составе сплава, а также вредных примесей (все прописано в соответствующем ГОСТ).
Классификация сплавов
Информация в маркировке
Способ раскисления металла можно увидеть в названии марки. Обозначается так:
- СП (спокойная), кислород удалён;
- ПСП (полуспокойная);
- КП (кипящая) не раскисленная, кислород не удалён.
Если эти обозначения отсутствуют, то сталь принято относить к спокойной (Ст3сп и Ст3 - одно и то же). Стали обычного качества, не легированные, обозначаются «Ст» и цифра, означающая его верхний предел по углероду (в 0,1%).
Способы переплавки металла
Способы переплавки различают в зависимости от сталеплавильных печей, в которых плавят металл:
- мартеновский;
- кислородно-конверторный;
- электротермический.
Электрические же могут быть плазменными, дуговыми, шлаковыми и другими. Эти названия указывают, в каких сталеплавильных агрегатах (печах) проводилась выплавка металла. Способ переплава обычно показывается в конце всей марки через дефис. Например, по названию 12Х18Н10Т-ВД видно, что сплав содержит хром (Х), титан (Т) и никель (Н), вакуумно-дугового переплава (-ВД). Соответственно, 12Х18Н10Т-Ш означает шлаковый переплав.
Обозначение некоторых способов выплавки:
Знаки качества
Если в конце наименования марки стоит «А» (например, 50ХФА), это значит, что сталь высококачественная с содержанием фосфора и серы менее 0,025%. Стали обычного качества содержат этих примесей до 0,07%, качественные - до 0,035%. Для особовысококачественных сталей принято ставить «Ш» в конце марки.
Место, где буква расположена в марке, имеет значение. Стоящая перед всеми знаками «А» - это сера, а в середине марки показывает азот.
Отражение химического состава
На каком бы заводе ни был выплавлен металл, он имеет строго регламентированный состав, переплав, соответственно, будет иметь определённые именно этой марке присущие свойства. В зависимости от промышленного использования стали делятся на конструкционные, конструкционные, стали и сплавы со специальными свойствами.
Для маркировки сталей принято использовать обозначение состава буквами русского алфавита и цифрами.
Расшифровка букв
Если посмотреть нижеприведенную таблицу с разъяснениями, какая буква соответствует каждому элементу, станет понятно, что ХНМ означает, что сплав содержит хром, никель и молибден.
Цифры и их отсутствие
В маркировке могут присутствовать цифры. Для расшифровки сталей надо знать, что они показывают. Расположенные после значка, они означают массовую долю данного вещества в составе сплава.
Первое число показывает процент углерода. Например, расшифровка марки 40Х13: нержавеющая сталь содержит 0,40% углерода и 13% хрома. При этом если доля углерода показана числом из двух цифр, его содержание выражено в сотых долях процента, а одной - в десятых долях. Цифра после значка легирующего элемента показывает его процент. Содержание элементов 1,0-1,5% - по умолчанию при отсутствии цифры. Пример: 5ХНМ - 0,5% углерода, 0,1% никеля и молибдена.
Что можно узнать из марки
Для марки стали 30ХГСА расшифровка такая: высококачественная (это показывает «А» в конце марки), содержит 0,3% углерода (что соответствует первым цифрам), хром, марганец и кремний - по 1%. Проверим, соответствует ли ответ стандарту ГОСТ 4543–71 для конструкционных сталей.
Легко узнать все о металле из государственных стандартов. Марки сталей с расшифровкой в таблице покажут их полный состав. В преамбуле указаны области применения и другая полезная информация.
Видно, что для каждой марки стали таблица с разъяснениями предельного содержания того или иного элемента поможет прочесть маркировку. В нашем случае углерод в интервале 0,28-0,34; кремний 0,9-1,2; марганец 0,8-1,1; хром 0,8-1,1.
Случается, что нужен металл похожей марки. В таком случае проводят сравнительный анализ марок сталей с расшифровкой по таблице. Например, имеется плавка стали 30ХГСА с такими параметрами: C=0,28; Si=1,0; Mn=0,9; Cr=1,1. Можно ли маркировать металл 25ХГСА, если есть необходимость? Понятно, что содержание вредных примесей соответствует норме. Ответ однозначный: да, химический состав полностью соответствует данной марке. Таким образом, одна и та же плавка удовлетворяет условиям двух разных марок.
Специальные знаки
Дополнительные буквы принято использовать в некоторых сталях специального назначения.
Перечислим некоторые из них:
Можно сказать, что при возникновении любых спорных вопросов по маркировке ответ можно узнать из соответствующего ГОСТ или ТУ.
Как происходит маркировка на практике
Прежде чем выплавить плавку металла какой-либо марки, производится расчёт шихтовых материалов. Затем нужный состав засыпают в печь, варят и разливают. По ковшевой пробе в соответствии с таблицами ГОСТ или ТУ сверяют все нужные элементы. Проверяют вредные примеси (они попадают в расплав с шихтой и от футеровки). Если все составляющие попали в норму, то плавку маркируют, как и предполагалось.
Бывает и такое, что в нормативы по химическому составу не укладываются. Тогда металл маркируют другой маркой. Заказчик должен быть уверен, что он получит именно ту продукцию, которую заказал. От этого зависит качество изделий. Заводская система технического контроля завода строго следит за этим.
Сплав железа и углерода в зависимости от процентного содержания и формы присутствия углерода в сплаве делятся на Чугуны (содержание углерода в сплаве 2,14% и более) и Стали (содержание углерода в сплаве, как правило, менее 2%).
В чугунах углерод, представлен в виде графита и цементита, в сталях - в виде дисперсий, твёрдых растворов, эвтектических смесей и химических соединений (карбидов).
Для достижения требуемых физико-химических свойств в сплав железа и углерода могут быть введены добавки - легирующие элементы.
Чугуны и стали подразделяются на следующие виды:
Чугуны подразделяются на:
Белый чугун
(хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит);
- Серый чугун
(графит в форме пластин);
- Ковкий чугун
(графит в хлопьях);
- Высокопрочный чугун
(графит в форме сфероидов);
- Половинчатый чугун
(содержит и графит, и ледебурит).
Стали , в свою очередь, делятся на:
- Конструкционная сталь
(до 0,8 % C) ;
- Инструментальная сталь
(до ~2 % C);
- Нержавеющая сталь
;
- Высокопрочные
и специальные стали.
Наиболее широкое распространение в народном хозяйстве получили стали.
Маркировка сталей была разработана в СССР и действуют по настоящее время на территории РФ и СНГ.
На наличие легирующих элементов в составе стали указывают буквы, присутствующие в обозначении марки стали.
Так, например, буквой Х - обозначается хром, Н никель, К - кобальт, М - молибден, В - вольфрам, Т - титан, Д - медь, Г - марганец, С - кремний, Ф - ванадий, Р - бор, А - азот, Б - ниобий, Е - селен, Ц - цирконий, Ю - алюминий, Ч - показывает о наличии редкоземельных металлов.
В зависимости от химического состава и предназначения наиболее часто используемые стали и сплавы имеют следующие обозначения.
Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные обозначают буквами Ст. (например, Ст.3)
Цифра, стоящая после букв, условно обозначает содержание углерода в стали в процентах.
Конструкционные нелегированные качественные стали (например, Ст.10; Ст.20; Ст.30; Ст.45), обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента, т. е. 0,10%; 0,20% ...
Конструкционная низколегированная 09Г2С расшифровывается как сталь, углерода в которой около 0,09% и содержание легирующих компонентов марганца, кремния и других, составляет в сумме не более 2,5%.
Стали 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разницей углерода, в таких сталях среднее содержание каждого элемента содержится менее 1% процента, поэтому цифры за буквой не ставятся.
Конструкционные легированные стали, такие как 20Х; 40Х обозначают буквами и цифрами, в данном случае марка показывает содержание углерода в сотых долях процента и основного легирующего элемента хрома. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента в процентах, при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится.
30ХГСА хромокремнемарганцевая сталь, обладает большой прочностью и повышенным сопротивлением к ударным нагрузкам. В состав марки входит углерод 0,30%, кроме углерода содержит марганец, кремний и хром, примерно в равных долях по 0,8— 1,1%
В высококачественных сталях со стабильно высокими физико-механическими свойствами содержание серы и фосфора не должно превышать 0,03% для каждого из этих элементов. В конце таких марок ставится буква А, например 38ХН3МА. Также обозначаются и конструкционные рессорно-пружинные стали, например 60С2А, где первые цифры показывают углерод в сотых долях процента.
Маркировка конструкционных подшипниковых сталей, производится так, они обозначаются также как и легированные, но маркировка начинается с буквы Ш (например, ШХ4; ШХ15; ШХ15СГ). Цифра 15 говорит о содержании легирующего хрома, примерная доля которого равна 1,5%, в стали ШХ4 0,4% соответственно.
Литейные конструкционные стали обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л, (35ХМЛ; 40ХЛ и т.п.).
Строительные стали обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Дополнительно применяют обозначения: Т — термоупрочненный прокат, К — повышенная коррозионная стойкость, например, С345Т; С390К и т. п.
Стали инструментальные нелегированные, делятся на качественные (обозначаются буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода, например, У7; У8; У10) и высококачественные (обозначаются дополнительно буквой А в конце наименования, например, У8А; У10А или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца, например, У8ГА).
Обозначение стали инструментальной легированной, совпадает с обозначением конструкционной легированной стали, например ХВГ, наличие букв в которой указывает на наличие в ней основных легирующих элементов Хрома, Вольфрама, Марганца в количестве около 1%.
Я сильно извиняюсь, что скопипастю сюда это:
Изменено 11 февраля 2011 пользователем trurlВ России и СНГ принята буквенно-цифровая система, цифрами обозначается содержание элементов стали, а буквами - наименование элементов.
Буквенные обозначения применяются также для указания способа раскисления стали:
КП - кипящая сталь,
ПС - полуспокойная сталь,
СП - спокойная сталь.
Существуют определенные особенности обозначения для разных групп сталей строительных, конструкционных, нержавеющих, инструментальных и пр.
Общими для всех обозначениями являются буквенные обозначения легирующих элементов:
Н - никель,
Х - хром,
К - кобальт,
М - молибден,
В - вольфрам,
Т - титан,
Д - медь,
Г - марганец,
С - кремний.
Конструкционные стали обыкновенного качества нелегированные
(ГОСТ 380-94) обозначают буквами СТ., например СТ. 3. Цифра, стоящая после букв, условно обозначает процентное содержание углерода стали.
Конструкционные нелегированные качественные стали
(ГОСТ 1050-88) обозначают двузначным числом, указывающим на среднее содержание углерода в стали (например, СТ. 10).
Качественные стали
Для производства котлов и сосудов высокого давления,
(ГОСТ 5520-79), обозначают как конструкционные нелегированные стали, но с добавлением буквы К (например, 20К).
Конструкционные легированные стали
(ГОСТ 4543-71), обозначают буквами и цифрами. Цифры после каждой буквы обозначают примерное содержание соответствующего элемента, однако при содержании легирующего элемента менее 1,5% цифра после соответствующей буквы не ставится.
Качественные дополнительные показатели пониженное содержание примесей типа серы и фосфата обозначаются буквой - А или Ш, в конце обозначения, например (12 Х НЗА, 18ХГ-Ш) и т. п.
Литейные конструкционные стали
(ГОСТ 977-88), обозначаются как качественные и легированные, но в конце наименования ставят букву Л.
Стали строительные
(ГОСТ 27772-88), обозначают буквой С и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Дополнительно применяют обозначения: Т - термоупрочненный прокат, К - повышенная коррозионная стойкость, (например, С 345 Т, С 390 К и т. п.). Аналогично буквой Д обозначают повышенное содержание меди.
Стали подшипниковые
(ГОСТ 801-78), обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования.
Следует заметить, что для сталей электрошлакового переплава буква Ш обозначается через тире (например, ШХ 15, ШХ4-Ш).
Стали инструментальные нелегированные
(ГОСТ 1435-90), делят на качественные, обозначаемые буквой У и цифрой, указывающей среднее содержание углерода (например, У7, У8, У10) и высококачественные, обозначаемые дополнительной буквой А в конце наименования (например, У8А) или дополнительной буквой Г, указывающей на дополнительное увеличение содержания марганца (например, У8ГА).
Стали инструментальные легированные (ГОСТ 5950-73) , обозначаются также как и конструкционные легированные (например, 4Х2В5МФ и т. п.).
Стали быстрорежущие
В своем обозначении имеют букву Р (с этого начинается обозначение стали), затем следует цифра, указывающая среднее содержание вольфрама, а затем буквы и цифры, определяющие массовое содержание элементов. Не указывают содержание хрома, т. к. оно составляет стабильно около 4% во всех быстрорежущих сталях и углерода, т. к. последнее всегда пропорционально содержанию ванадия. Следует заметить, что если содержание ванадия превышает 2,5%, буква Ф и цифра указываются (например, стали Р6М5 и Р6 М5Ф3).
Стали нержавеющие стандартные
(ГОСТ 5632-72), маркируют буквами и цифрами по принципу, принятому для конструкционных легированных сталей (например, 08Х18Н10Т или 16Х18Н12С4ТЮЛ).
Стали нержавеющие, нестандартные
опытные партии обозначают буквами - индексами завода производителя и порядковыми номерами.
ЭИ, ЭП, ЭК - сталям выплавки завода «Электросталь»,
ЧС - сталям выплавки Челябинского завода «Мечел»,
ДИ - сталям выплавки завода «Днепроспецсталь».
Для обозначения способа выплавки доводки названия ряда сталей дополняют буквами (например, 13Х18Н10-ВИ), что означает вакуумно-индукционная выплавка.