Как обозначают углерод и никель в маркировке легированных сталей

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 июля 2022 года; проверки требуют 6 правок.

В данной статье вы узнаете, чем обусловлены свойства легированных сталей, как они классифицируются, где применяются и как расшифровать состав по маркировке. Разобраться с легирующими элементами их отличием от примесей, преимуществах легированных сталей и сферах их применения помог директор ООО «СпецИнокс»  –поставщик нержавеющего металлопроката в Беларусь.

Леги́рованная сталь — сталь, содержащая кроме железа и углерода (углеродистая сталь) другие специально вводимые в её состав элементы. Целью введения добавок может быть увеличение механических свойств (прочность, пластичность, ударная вязкость, прокаливаемость), химическая или тепловая стойкость (нержавеющие и котловые, быстрорежущие стали), магнитные качества.

Что такое легированная сталь — простыми словами

Легированными сталями называют стали, в состав которых наряду с железом и углеродом для придания металлу особых свойств добавлены специальные присадки – легирующие элементы. Эти добавки позволяют значительно изменить характеристики углеродистой стали и дают возможность улучшить такие свойства, как прочность, твердость, коррозионная стойкость, ковкость, жаропрочность, устойчивость к агрессивным средам и др., что делает ее более подходящей для конкретных условий использования.

► Классификация по химическому составу

► Классификация по назначению

► Классификация по способу раскисления

► Классификация по качеству

► Классификация по структуре

► Классификация по способу производства
► Таблица маркировки сталей
► Обозначения сталей AISI

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:

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:

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:

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:

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:

Таблица маркировки сталей

В таблице приведено содержание элементов в распространенных марках стали.

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.

Область применения легированной стали

Сфер использования настолько много, что их сложно перечислить. Скажем только о некоторых производствах:

Преимущества легированных сталей по сравнению с углеродистыми

Легирование позволяет повысить ряд характеристик за счет:

Соответствие нержавеющих сталей различных стандартов

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 Со и ниже).

Марки легированных сталей — расшифровка маркировки

На территории стран бывшего СССР применяется маркировка, соответствующая советским ГОСТами, регламентирующих производство сталей и сплавов.

Маркировка марки стали выполняется буквенным и цифровым обозначением.  Умение читать маркировку позволяет определить составляющие компоненты марки стали.

Буквами указаны закодированные элементы, а цифрами – их процентное содержание. Чтобы проще было расшифровать маркировку, можно воспользоваться таблицей:

Цифры, стоящие перед буквами, указывают на % включения углерода (1 цифра – десятая доля %, 2 – сотая). Если сразу идет буквенное обозначение, содержание углерода – от 1%.

В названии марки можно увидеть и вспомогательные обозначения в виде буквы в самом начале:

Для примера приведено несколько расшифровок маркировки различных сталей:

В европейских странах сталь производят и обозначают в соответствии с положениями стандарта EN 100 27, причем в Германии действует своя система классификации сталей- DIN (Deutsche Industrie Norm), во Франции применяется система маркировки — AFNOR (Association Francaise de Normalisation).

В США используют несколько стандартов обозначения марок стали, наиболее распространенные из которых: AISI (American Iron and Steel Institute), ASTM (American Society for Testing and Materials).

Перечисленные системы обозначения марок сталей и сплавов используются для маркировки как обычных, так и легированных сталей.

Назначение легирующих элементов, влияние добавок на свойства легированных сталей

Содержание углерода не влияет на степень легирования, если доля Марганца превышает 1%, а Кремния — 0,9%, они также признаются легирующими добавками.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, при этом содержание последнего в ней составляет не более 2,14 %, а железа более 50 %. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким.

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

Сталь подлежит обязательной маркировке.

Легированные стали, в отличие от нелегированных, имеют несколько иное обозначение, поскольку в них присутствуют элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. К примеру:

Маркировка элементов сталей

Многое зависит от применяемого оборудования. Доменные печи давно заменены на более экологичные и эффективные варианты. За прошедшее столетие появилось несколько новых технологий:

Предельное повышение температуры до 20000 Со позволило получить железо, усиленное молибденом и титаном. Вместе с технологией плавления одновременно разрабатываются методы металлообработки: резки, гибки, проката.

Отличие примесей от легирующих элементов (добавок)

В углеродистых сталях, кроме основных элементов — железа и углерода, содержатся другие компоненты, такие как марганец, сера, фосфор, кремний, водород и прочие. Эти элементы считаются примесями и классифицируются на несколько групп.

К числу постоянных примесей относятся сера, фосфор, марганец и кремний. Они всегда присутствуют в сталях в малых количествах, попадая в нее из чугуна или используясь в качестве раскислителей.

К скрытым примесям относятся водород, кислород и азот. Эти элементы также присутствуют в любой стали, попадая в нее при производстве.

К случайным примесям относятся медь, мышьяк, свинец, цинк, олово и другие элементы. Они попадают в сталь из шихтовых материалов, что связанно с особенностью руды.

Для каждой из перечисленных примесей характерно определенное процентное содержание. Например, марганца в сталях, как правило, не более 0,8%, кремния — не более 0,4%, фосфора — не более 0,025%, серы — не более 0,05%.

Если присутствующих элементов недостаточно для получения нужных характеристик стали, в нее дополнительно вводят специальные добавки в определенных количествах, которые называют легирующими элементами.

По структуре: ферритные, перлитные, аустенитные, мартенситные, двухфазные ферритно-мартенситные, мартенситно-стареющие и другие. Смотря по применяемой термообработке, структура стали может отличаться, однако стали разного состава имеют оптимальные для их применения режимы термообработки и соответственно, оптимальную с точки зрения свойств структуру.

По степени легирования стали разделяют на:

По качеству легированные стали по ГОСТ разделяют на обычные (без добавочной буквы, например 30ХГС), качественные (буква А, например 30ХГСА, 30Х2Г2НТРА), высокачественные электрошлакового переплава (-Ш), высокачественные вакуумно-дугового переплава (-ВД), и специальные (цифровое обозначение, перед которым буква Э). Качественные и высококачественные имеют меньшее содержание вредных примесей — серы, фосфора, кислорода и азота. Такие неметаллические примеси значительно снижают механические свойства даже при небольшом содержании, так что их удаление приводит к значительному росту пластичности и ударной вязкости стали. Состав специальных сталей (Эnnn) определяется отдельными техническими условиями (ТУ), состав легирующих элементов в марке стали не показан.

Маркировка сталей в Европе

Согласно стандарту EN 10027 (часть 1), стали делятся на две группы и получают классификацию согласно этим группам:

Маркировка стали по назначению

Наименование сталей состоит из одной или более букв, связанных с назначением стали:

За буквами следуют числа, определяющие её свойства. Чаще всего это предел текучести в МПа. За цифрами могут следовать дополнительные символы, определяющие состояние поставки стали и её назначение, например:

Пример расшифровки марки стали по назначению

Марка стали S355J2+N (1.0577) расшифровывается следующим образом:

Маркировка стали по химическому составу

Маркировка по химическому составу разделена на четыре группы в зависимости от назначения и содержания легирующих элементов. Обозначение может начинаться или с буквы или с цифры:

• С — нелегированные высококачественные стали со средним содержанием марганца < 1 % (кроме автоматных);
• Х — легированные стали (кроме быстрорежущих) со средним содержанием по меньшей мере одного легирующего элемента более 5 %;

За исключением быстрорежущих сталей, первое число в маркировке обозначает среднее содержание углерода в массовых процентах, умноженное на 100. Нелегированные стали после указания среднего содержания углерода могут иметь буквенное обозначение, определяющее их специфические свойства, например:

Легированные стали (кроме быстрорежущих), после обозначения буквой «Х» и содержания углерода в процентах, умноженное на 100, содержат в начале маркировки символы химических элементов, выстроенные по убыванию содержания элементов. Последующие числа указывают содержание элементов в процентах через тире. Быстрорежущие стали с буквой «HS» в начале обозначения маркируются цифрами (без указания содержания углерода), отделенные тире, показывающие содержания легирующих элементов в процентах в следующем порядке: вольфрам, молибден, ванадий и кобальт.

Примеры расшифровки марок стали по химическому составу

Марка стали C35E (1.1181) расшифровывается следующим образом:

Марка стали 13CrMo4-5 (1.7335) расшифровывается как низколегированная сталь со средним содержанием углерода 0,13 %, хрома — 1 %, молибдена — 0,5 % и с содержанием марганца более 1 %.

X5CrNi18-10 (1.4301) — легированная нержавеющая сталь с содержанием углерода 0,05 %, 18 % хрома и 10 % никеля.

Быстрорежущая сталь HS6-5-1-5 (1.3343) содержит 6 % вольфрама, 5 % молибдена, 1 % ванадия и 5 % кобальта.

Маркировка по порядковому номеру (EN 10027-2)

Правило присвоения порядковых номеров определяется стандартом EN 10027 (часть 2). Порядковый номер стали представляется в виде 1.XXXX, где «1.» определяет, что данный материал относится к сталям. Следующие две цифры определяют номер группы сталей, а две последние — порядковый номер стали в группе. По номеру группы можно однозначно определить к какому типу относится та или иная сталь:

Классификация легированных сталей

Процентное содержание легирующих присадок в составе сплавов обуславливает их разделение на:

По структуре металла после охлаждения на воздухе

Расшифровка марок сталей требует знать, какими буквами принято обозначать те или иные химические элементы, входящие в состав марки или сплава.

Если в самом конце марки стоит буква А, то таким образом обозначается высококачественная сталь, содержание фосфора и серы в которой сведено к минимуму (S<0,03 % и P<0,03 %), и соблюдены все условия высококачественного металлургического производства. Две буквы А в самом конце (АА) говорят о том, что данная марка стали особо чистая, то есть серы и фосфора в ней практически нет.

Стали обычного качества обозначаются буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, которые обозначают номер марки в зависимости от её химического состава и механических свойств.

Буквы «А», «Б» и «В» перед буквами «Ст» обозначают группы сталей по условиям поставки:

Нестандартные стали обозначают по-разному. Так, опытные марки, выплавленные на заводе «Электросталь», обозначаются буквой И (исследовательские) и П (поисковые) и порядковым номером, например, ЭИ179, ЭИ276, ЭП398 и т. д. Опытные марки, выплавленные на металлургическом заводе «Днепроспецсталь», обозначают ДИ 80, где Д — завод-изготовитель, И — исследовательская, 80 — порядковый номер, присвоенный марке стали.

Пример расшифровки марки

Две цифры, стоящие в самом начале марки легированной стали, — это среднее содержание углерода в сотых долях процента. В данном примере содержание углерода составляет 0,12 %. Если вместо двух цифр стоит одна, то она показывает, сколько углерода (C) содержится в десятых долях процента. Если же цифр в начале марки стали совсем нет, то углерода в ней от 1 % и выше.

Буква Х и следующее за ней число 18 говорят, что в данной марке содержится 18 % хрома. Соотношение элемента в долях процента выражает только первое число, стоящее в начале марки, и это относится только к углероду. Все остальные числа в названии марки выражают количество конкретных элементов в процентах.

Далее следует комбинация Н10, это 10 % никеля.

В самом конце стоит буква Т без каких-либо цифр. Это значит, что содержание элемента мало, как правило, около 1 % (иногда — до 1,5 %). В данной марке легированной стали количество титана не превышает 1,5 %.

Итак, марка стали 12Х18Н10Т (конструкционная криогенная, аустенитного класса) содержит следующие сведения: 0,12 % углерода, 18 % хрома (Х), 10 % никеля (Н) и небольшое содержание титана (Т), не превышающее 1,5 %.

Маркировка по ГОСТ

Первые цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, затем следуют буквы и цифры, указывающие на легирующий элемент и его долю в процентах. Пропущенная цифра в обозначении указывает на его долю в содержании около 1 %, либо менее этого.

Дополнительные обозначения в начале марки:

Р — быстрорежущая;
Ш — шарикоподшипниковая;
А — автоматная;
Э — электротехническая;
Л — полученная литьём;

Буква А в середине марки стали показывает содержание азота, а в конце — что сталь чистая по сере и фосфору (содержание фосфора и серы в такой стали не превышает 0,03 %).
Две буквы А в конце — «АА» — означают, что сталь особо чистая (ещё более чистая по сере и фосфору).

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:

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.

Маркировка сталей AISI

Оцените нашу статью

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.

Заключение

Примеси неизбежно присутствуют в сталях. Ряд из них снижает качественные характеристики металлопроката (к ним относятся скрытые примеси). Поэтому содержание примесей стараются минимизировать. Легирующие элементы добавляют в сплавы целенаправленно для улучшения их свойств или получения специфических характеристик сталей.

Ознакомиться с ассортиментом и заказать с доставкой по Беларуси металлопрокат из нержавеющей стали, жаростойкие и жаропрочные трубы и листы, пруток из быстрорежущей инструментальной стали вы можете на официальном сайте компании «СпецИнокс».