Стали с особыми физическими свойствами маркировка применение

Латуни обрабатываемые давлением
(деформируемые)
-Л
— заглавные буквы указывают на основные элементы,
входящие в состав сплава
— затем все цифры через тире обозначают процентное
содержание соответствующих элементов
— первая цифра указывает содержание меди
— в несложных по составу латунях указывают только
содержание меди
НАПРИМЕР:
ЛЦ40Мц3Ж
ЛАМш77-2-0,05
Л96

Что значит марка стали и как ее определить

В мировой практике встречается различные системы маркировки сталей. Единых стандартов для продукции нет из-за большого количества организаций, осуществляющих контроль и маркировку металлопродукции. В Европе действует документ EN10027, имеющий схожий с российским подход к наименованию сталей.

По действующему российскому стандарту легирующие элементы обозначаются буквами кириллицы, а число указывает на количество элемента в процентах. Отсутствие цифрового значения за буквой означает, что содержание легирующей добавки от 0,8 % до 1,5%, за исключением молибдена и ванадия массовой доли которых меньше. Отсутствие числа впереди марки легированной стали означает, что углерода в ней от 1% и более. Обозначение и расшифровка легирующих элементов сталей приведена в таблице

Название элементаХимический символОбозначение в маркеПримеры
УглеродCне указывается
ХромCrХ40Х; 40Х13
КремнийSiС65СГ; 30ХГСА
НикельNiН45ХН; 12Х18Н10Т-Ш
МарганецMnГ65СГ; 30ХГС
ВольфрамWВХВГ; Х6ВФ
МолибденMoМ12ХМ; 15Н2М
КобальтCoКР10Ф5К5; Р6М5К5
ТитанTiТ15ХГН2Т; 5ХНТ
ВанадийVФ12ХМФ; 12Х8ВФ
АлюминийAlЮ38ХМНЮА; 36НХТЮА

Хром в количестве от 1% до 4% улучшает прокаливаемость сплава, повышает его прочность и жаростойкость. Из хромистых изготавливаются различные детали механизмов работающих в условиях высоких нагрузок. В больших массовых долях хром находятся в нержавеющих и жаростойких образцах.

Кремний в количестве от 1% до 1,5% повышает упругие свойства материала и используется для изготовления пружин и рессор. Кремний часто входит в состав инструментальной группы.

Никель в малых соотношениях благотворно влияет на ударную вязкость и прочность, а в больших количествах, как правило в сочетании с хромом, придает жаропрочные свойства и высокую коррозионную стойкость.

Содержание марганца от 1% до 1,5% увеличивает ударную вязкость, то есть ее способность противостоять ударным нагрузкам при низких температурах, когда материал становятся хрупкими.

Вольфрам резко повышает красностойкость и износостойкость, что является необходимым свойством режущих материалов, в которых он и находит наибольшее применение. Молибден, как и вольфрам увеличивает износостойкость и красностойкость, повышая сопротивление к окислению при высоких температурах.

Кобальт, находясь в составе стали и неметаллических режущих материалов, придает им сопротивляемость ударным нагрузкам при повышенных температурах. Наличие титана способствует мелкой зернистости в незакаленном состоянии, а также улучшает сопротивление окислению.

Ванадий, обычно в сочетании с хромом, повышает прочностные характеристики и увеличивает стойкость к окислению при высоких температурах. Алюминий повышает жаростойкость и окалиностойкость, кроме этого, как и титан, воздействуя на извлечение зернистости.

Технические характеристики

Углеродная составляющая придает твердость, но вместе с тем сплав малопластичен, легко разрушается от ударных воздействий, плохо переносит холод. Железо — один из самых активных химических элементов, и не встречается в чистом виде. Даже будучи связанным в соединениях, оно вступает в реакции с более агрессивными веществами.

Легирование решает ряд задач:

• Делает структуру однородной;
• Препятствует окислению;
• Предотвращает водородную болезнь;
• Одновременно увеличивает прочность и ударную вязкость;
• Придает дополнительные физические и химические характеристики.

Сегодня к материалам предъявляют разные требования, например стойкость к истиранию и критически-низким температурам, способность длительно обеспечивать работу печного оборудования. В пищевой промышленности действует регламент по отсутствию вредных примесей.

С развитием технологий, металлурги получили возможность работать с расплавами при температуре до 20 тыс. градусов. Это дало возможность легирования тугоплавкими металлами.

Основные легирующие элементы:

• Хром — увеличивает прочность и твердость без потерь пластичности, отвечает за кислотостойкость и жаростойкость;
• Никель — улучшает ударную вязкость, устойчивость к окалинообразованию, термостойкость в агрессивных средах;
• Кремний — стабилизирует структуру, повышает пределы прочности и текучести;
• Марганец — защищает от окисления, увеличивает сопротивление истиранию;
• Вольфрам — вводится в быстрорежущие и инструментальные марки;
• Ванадий — карбидообразующий агент, объединяясь с углеродом усиливает стойкость к истиранию, прочность, и способность противостоять напряжениям;
• Молибден — добавляют в быстрорежущие и жаропрочные материалы.

Процесс легирования начинается с очистки от примесей, обезуглероживания и раскисления, затем вводят присадки. Нередко после изготовления готовой продукции полуфабрикатам требуется дополнительная рекристаллизация.

Легирующие элементы не только встраиваются в структуру, они образуют интерметаллические включения и дисперсные частицы, упрочняющие молекулярное строение. Среди технических характеристик сталей есть такие, как термоупрочнение, упрочнение давлением.

Особенности маркировки сталей

В обычных сталях содержится углерод. Присутствие легирующих элементов не контролируется. На практике чаще всего применяют конструкционные стали обычного качества. Они применяются повсеместно. Их используют для производства металлопроката. Обозначают путем указания приблизительного содержания углерода в составе сплава. Самые распространенные марки показаны в табл.

Химический состав и маркировка на торцах металлопроката конструкционных сталей обычного качества

Марка сталиСодержание углерода, %Предельное содержание серы (не более), %. Определяется по результатам анализаДопустимое содержание фосфора (не более), %. Определяется по результатам анализаЦветовая маркировка на торце металлопроката
Ст00,12±0,070,070±0,0050,055±0,005Белый
Ст10,09±0,030,045±0,0050,055±0,005Белый + желтый
Ст20,12±0,030,045±0,0050,055±0,004Желтый
Ст30,18±0,040,045±0,0040,055±0,004Красный
Ст40,22±0,040,045±0,0040,055±0,004Красный + зеленый
Ст50,32±0,050,045±0,0040,055±0,003Зеленый
Ст60,43±0,060,045±0,0030,055±0,003Синий
Ст70,56±0,060,045±0,0030,055±0,003Синий + белый

Легированная сталь

Легирующие добавки улучшают показатели. Каждому элементу свойственна определенная буква. Она указывает, сколько процентов того или иного вещества имеется в составе сложного сплава (табл.

Легирующие элементы в составе сплава

№Маркировка элементов в сталяхХимическое названиеОбозначение химического элемента№Маркировка элементов в сталяхХимическое названиеОбозначение химического элемента
1ЛБериллийBe14ДМедьСu
2РБорB15ГлГаллийGa
3ААзотN16ЕСеленSe
4ШМагнийMg17ЦЦирконийZr
5ЮАлюминийAl18БНиобийNb
6СКремнийSi19ММолибденMo
7ПФосфорP20КдКадмийCd
8ТТитанTi21ВВольфрамW
9ФВанадийV22иИридийIr
10ХХромCr23АССвинецPb
11ГМарганецMn24ВиВисмутBi
12ККобальтCo25ЧРедкоземельные металлы
13ННикельNi

В табл. 3 представлены наиболее распространённые марки сталей.

Марки сталей и химический состав

Маркировка отражает состав и количество имеющихся ингредиентов

В СНГ на рынок довольно много поставляют сталь, произведенную в КНР. Китайские производители пользуются классификацией, принятой в США. Поэтому эта же классификация рекламируется на сайтах, реализующих металл из Китая. Данные показаны в табл.

Маркировка сталей из КНР

Специальное применение определяет ряд сплавов, которые могут работать в особых условиях. Жаропрочные стали представлены в табл.

Жаропрочные стали, маркировка и химический состав

У отечественных сталей обычно имеются зарубежные аналоги. Но сплавы из Европу крайне редко попадают на внутренний рынок.

Инструментальные углеродистые стали

Инструментальный углеродистые стали маркируют в соответствии с ГОСТ 1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7. У8ГА. У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

• У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.
• У8ГА – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная
• У9А – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Обозначение и маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. – Обозначение элементов марка

Ю-Al АлюминийC-Si КремнийА- N АзотР-В БорГ – Mn МарганецД -Cu МедьФ-V ВанадийМ-Мо МолибденЕ-Se СеленВ-вольфрамН-Ni НикельЦ-Zr ЦирконийЖ-Fe ЖелезоT-Ti ТитанБ-Nb НиобийК- Co КобальтТа – ТанталХ- хром

Для изготовления измерительных инструментов применяют Х, ХВГ. Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих высоколегированными сталей

Все быстрорежущие стали являются высоколегированными. Это стали для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.

Маркировка быстрорежущих сталей всегда начинается с буквы Р и числа, показывающего содержание вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

• Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрес­сивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали. Например, хромистые стали 95Х18, 30Х13, 08Х17Т. Хромоникелевые нержавеющие имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, обладают повышенной прочностью и хорошей технологичностью в отношении обработки давлением. Например, 12Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2.
• Жаростойкие оболадают стойкостью против химического разрушения в газовых средах, работающие в слабонагруженном состоянии
• Жаропрочные стали – это стали, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др.
• Например, 40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ.
• Износостойкие стали, обладающие повышенной стойкостью к износу: шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые. Особенности обозначения подшипниковых сталей. Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента. Например, ШХ9, ШХ15ГС.

Примеры обозначения и расшифровки быстрорежущих высоколегированных сталей

• 40ХГТР – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и по 1% хрома, марганца, титана, бора, остальное- железо и примеси;
• 38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38% углерода, 2% % хрома, 1% молибдена, алюминия, остальное- железо и примеси;
• ХВГ – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 1% углерода и по 1% хрома, марганца, остальное – железо и примеси;
• ШХ15 – сталь подшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, остальное-железо;
• Р10К5Ф5 – сталь быстрорежущая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 10 % вольфрама, 5% кобальта, 5% ванадия, остальное-железо.

https://youtube.com/watch?v=HOKLrd0C4S4%3Ffeature%3Doembed

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

Пример расшифровки маркировки легированной стали

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

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

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

Обозначение легирующих элементов в маркировке стали

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

Конструкционные стали 1. Конструкционные стали обыкновенного качества

Конструкционные стали
1. Конструкционные стали обыкновенного качества
— Ст
— цифра после букв(0 -6) — условный номер марки (указывает
содержание углерода
— в сталях с содержанием марганца 0,8 % и более на конце марки Г. Обозначение стали
Содержание углерода
Ст0
< 0,23 %
Ст1
0,06-0,12 %
Ст2
0,09-0,15 %
Ст3
0,14-0,22 %
Ст4
0,18-0,27 %
Ст5
0,28-0,37 %
Ст6
0,38-0,49%

Виды сталей и особенности их маркировки

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

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

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

Классификация сталей по назначению

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

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

https://youtube.com/watch?v=hjDm5y5LPmA%3Ffeature%3Doembed

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

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

Углеродистые стали.

По составу углеродистые стали в зависимости от содержания углерода делятся на три группы:

1) низкоуглеродистые — с содержанием углерода до 0,3 %;

2) среднеуглеродистые — до 0,7% углерода;

3) высокоуглеродистые — больше 0,7 % углерода.

По качеству стали классифицируют на обыкновенные, качественные и высококачественные, в зависимости от содержания примесей.

Если содержание серы находится в пределах 0,04-0,06 %, а фосфора от 0,04 до 0,08 %, то стали относят к обыкновенному качеству и маркируются буквами Ст. Если же содержание серы и фосфора меньше и находится в пределах 0,03—0,04 %, то такие стали относят к качественным. Углеродистые качественные конструкционные стали маркируются двумя цифрами, которые указывают содержание кислорода в сотых долях процента.

При содержании примесей в пределах, как правило, меньших 0,03 %, полагают, что стали обладают высоким качеством. Для обозначения их высокого качества используют букву А при маркировке углеродистых и большинства легированных сталей, ее ставят в конце обозначения маркиПод качеством стали понимают совокупность свойств, зависящих от способа ее производства. В зависимости от требований, предъявляемых к составу и свойствам стали, углеродистые стали делятся на ряд групп.

Сталь обыкновенного качества поставляется потребителям в соответствии с ГОСТ 380—71 и ее подразделяют на три группы: к группе А — относят стали с гарантируемыми механическими свойствами (поставляемая сталь не подвергается термической обработке); к группе Б — стали гарантированного состава (они подвергаются горячей обработке у потребителя); к группе В — стали сгарантированными составами и механическими свойствами (для сварных конструкций).

Для сталей группы А (Ст1 — Ст6) требования к механическим свойствам изменяются в определенном ин­тервале (σ 0,2 от 200 до 300 МПа; σВ — от 310-410 до 500-600 МПа, а δ от 22 до 14 %, соответственно). Прочность стали тем выше, а пластичность стали тем ниже, чем больше номер ее подгруппы. Так сталь Ст6 прочнее стали СтЗ. Аналогичные цифры указываются и для сталей группы Б и В (например БСтЗ). Но букву А в маркировке стали обыкновенного качества не указывают, так как ее используют для маркировки так называемых автоматных сталей, обрабатываемых на станках автоматах.

По характеру раскисления стали делят на спокойные, полуспокойные и кипящие. Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают без газовыделения (спокойно). Кипящие стали раскисляют только марганцем, содержание кислорода в них повышенное. Взаимодействуя с углеродом, кислород образует пузыри СО, которые при выделении в процессе кристаллизации создают впечатление кипения. Полуспокойные стали раскисляют марганцем и кремнием, по своему поведению они занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.

Для облегчения понимания правил маркировки углеродистых сталей приведем конкретные примеры. Сталь марки ВСт3пс означает, что эта конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества, третьей категории, поставляемая по химическому составу и свойствам, полуспокойная. Маркировка же 08кп означает, что это — качественная конструкционная углеродистая сталь, содержащая 0,08 % С, кипящая. Марка 40А, означает, что сталь содержит около 0,40 % С и относится к сталям высокого качества.

Предварительная термообработка углеродистых инструментальных сталей — отжиг на зернистый перлит, окончательная — закалка в воде или растворе соли и низкий отпуск. После этого структура стали представляет собой мартенсит с включениями зернистого цементита. Твердость после термообработки в зависимости от марки лежит в интервале HRC 56-64.

Для углеродистых инструментальных сталей характерны низкая теплостойкость (до 200 °С) и низкая прокаливаемость (до 10-12 мм). Однако вязкая незакален­ная сердцевина повышает устойчивость инструмента против поломок при вибрациях и ударах. Кроме того, эти стали достаточно дешевы и в незакаленном состоянии сами хорошо обрабатываются.

О чем говорит маркировка сталей

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

Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества

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

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

Список используемых легирующих добавок

Классификация и маркировка цветных металлов и сплавов

Компоненты цветных сплавов:
А-алюминий, Al
Б-бериллий, Be
Ж-железо, Fe
Мц-марганец, Mn
Мг-магний, Mg
Мш-мышьяк, As
Ср-серебро, Ag
Су-сурьма, Sb
Т-титан, Ti
К-кремний, Si
Кд-кадмий, Cd
М – медь, Cu
Н-никель, Ni
О-олово, Sn
С-свинец, Pb
Ф-фосфор, P
Х-хром, Cr
Ц-цинк, Zn

Алюминиевые сплавы литейные
— АЛ
— далее цифра указывающими порядковый номер марки
ИЛИ
-А
— заглавные буквы указывают на основные элементы,
входящие в состав сплава:
— цифры после каждой буквы обозначают процентное
содержание соответствующего элемента;
— при содержании элемента до 1,5 % цифра за
соответствующей буквой не указывается
НАПРИМЕР:
АЛ27
АК8М3ч
АК9Ц6

Отличия легированной стали от углеродной

В составе легированной стали, помимо обычных примесей, присутствуют дополнительные вещества, позволяющие ей отвечать определенным химическим и физическим требованиям.

Разница между легированным и нелегированным металлом состоит в химическом составе:

• В легированном сплаве, помимо стандартного железа и углерода, есть дополнительные компоненты и они улучшают свойства металла.
• В углеродистой или классической стали также присутствуют следы случайных примесей, но они не способны сильно сказаться на ее характеристиках.

Существуют разные степени легирования, однако даже небольшое содержание химических элементов значительно повышает качественные характеристики металла и его состояние. Например, углерод, усиливая твёрдость, одновременно делает сплав более хрупким, но добавив хром и никель можно значительно улучшив сплав.

Классификация стали производится по следующим критериям: назначение, структурный состав, химический состав, качество и степени раскисления. Требуемое количество углерода задается при плавке. Для получения специальных свойств в состав сырья вводятся необходимые массовые доли различных легирующих элементов. По мере увеличения количества углерода возрастает твердость и прочной, а пластичность убывает. Содержание углеводов свыше 0,3% делает возможным закалку. Это процесс термической обработки, который заключается в нагреве и резком охлаждении в режиме, подходящем для конкретной марки. После закалки твердость и прочной материала увеличиваются.

По сфере применения выделяют конструкционные, инструментальные и специального назначения. Первые используются для изготовления различных деталей, механизмов, конструкций в строительстве и машиностроении. Инструментальные служат для изготовления инструмента и отличаются высокой прочностью. Специального назначения отличаются специфическими отклонениями состава, например, автоматные стали с повышенным содержанием фосфора и серы, предназначенные для неответственных деталей, обрабатываемых на станках автоматах. Во всех других видах примеси фосфора и серы считаются вредными.

По химическому составу материал разделяют на углеродистые и легированные. Вторые бывают низколегированные, легированные и высоколегированные. Легированной называется сталь, в которую помимо обычных примесей добавлены специальные легирующие элементы для улучшения физических, прочностных и технологических свойств материала.

Классификация по качеству. С увеличением содержания фосфора пластичность и ударная вязкость сплава снижается и повышается склонность к хладноломкости. Повышенное количество серы приводит к их красноломкости из-за низкоплавких сульфидных эвтектик, которые возникают по границам зерен. По качеству стали подразделяют на:

• Обыкновенного качества – серы менее 0,06%, фосфора менее 0,07%.
• Качественные – серы менее 0,04 %, фосфора менее 0,035%.
• Высококачественны – серы менее0,025; фосфора менее 0,025%.
• Особо высококачественные – серы менее 0,015%, фосфора менее 0,025%.

Рассмотрим разделение по структурному суставу:

• в отожженном состоянии выделяю доэвтектоидный, заэвтектоидный, ледебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный сплавы;
• в нормализованном состоянии – перлитный, мартенситный и аустенитный.

По степени раскисления материал бывает:

• Кипящими – это не окисленный вид с высоким содержанием в ней металлических примесей.
• Полуспокойными – сплав, полученный при неполном раскислении металла по сравнению с кипящим.
• Спокойная – это раскисленый сорт, в котором находится минимальное количество примесей и шлаков.

Химический состав легированной стали

Есть постоянные компоненты – это те, которые есть в любом сплаве данной категории, есть также необязательные, легирующие ингредиенты. Сперва перечислим те, которые образуют классический материал:

• Железо. В процентном соотношении его может быть от 45 до 97-99 процентов.
• Углерод. В среднем его добавляют от десятых до 1,4 процента к общей массе. Чем больше его содержание, тем выше прочность.
• Марганец. Если его меньше, чем 1 процента(сотые), то особенных свойств он не придает. Он является раскислителем, то есть способствует удалению из сплава кислорода, который, в свою очередь, негативно влияет на особенности.
• Кремний – обязательный элемент, который при большом содержании (более 0,8 процента) имеет легирующие свойства. Он тоже является раскислителем, а также увеличивает стойкость, предел упругости, жаропрочность и некоторые другие особенности.

Кроме того, в составе обычно есть вредные и скрытые примеси. От них пытаются избавиться, но, к сожалению, полностью убрать не получается. Поэтому в крайне малых дозах в образцах есть:

• Сера, из-за которой увеличивается красноломкость – появляются трещины на разогретой заготовке.
• Фосфор, он приводит к увеличению хладноломкости, то есть хрупкости.
• Кислород, азот и водород – «разрыхляют» структуру.
• Окислы и нитриды – могут привести к надрывам.

Есть случайные, безвредные. Они попадают в емкость вместе с шахтами, то есть со смесью исходных материалов, и не несут положительного влияния:

• цинк;
• свинец;
• титан;
• медь;
• хром и пр.

И есть специальные легирующие добавки, которые мы перечисляли в статье выше.

Классификация марок сталей

Сталь – это сплав железа с углеродом, где доля последнего не превышает 2,14 %. Железо обеспечивает твердость металла, однако его чрезмерное содержание приводит к излишней хрупкости сплава.

При выделении марок сталей используют такие характеристики:

• Химический состав.Это один из основных параметров, используемый при разделении сплавов на классы. По химическому составу стали делятся на марки легированной и углеродистой стали. При этом вторые могут быть малоуглеродистыми (с долей углерода не более 0,25 %), среднеуглеродистыми (0,25–0,6 %), высокоуглеродистыми, где больше 0,6 % углерода.Добавляя в металл легирующие элементы, маркам стали сообщают определенные свойства. Различные комбинации видов и долей содержания добавок способны положительно отражаться на механических, магнитных, электрических свойствах сплавов, увеличивать их сопротивление ржавчине. Безусловно, изменять качество металлов можно методом термообработки, однако использование добавок наиболее эффективно.По доле содержания в металле легирующих элементов стали делят на низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (с содержанием 2,5–10 %), высоколегированные сплавы с долей добавок свыше 10 %.
• Назначение.По данному признаку стали принято делить на инструментальные, конструкционные и прецизионные, то есть отличающиеся особыми физическими характеристиками. Первые идут на изготовление штамповых, мерительных, режущих инструментов, тогда как вторые используются при производстве продукции для сферы строительства и машиностроения. Последняя разновидность идет на изделия, от которых требуются особые качества, например, имеющие определенные магнитные, прочностные характеристики.
• Химические свойства.Речь идет о разделении сталей на нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные, пр. Марки нержавеющей стали делятся на две разные категории: коррозионностойкие и нержавеющие пищевые.

Физические свойства

Нержавеющая сталь обрела высокую популярность не только благодаря антикоррозийным свойства, но также за счет разнообразия физических свойств. Современные коррозионностойкие стали производятся путем добавления к стали различных примесей.

От количества и типа примеси зависят физические свойства готовой стали. Следует отметить, что некоторые марки нержавеющей стали поддаются коррозии после длительного срока эксплуатации. Это связано с составом, то есть добавлением того или иного метала. Такой сплав имеет другие преимущества, которые нивелирует подверженность окислению.

Следует выделить основные физические свойства нержавеющей стали, которые качественно выделяют ее из ряда других металлов. К таким свойствам относятся:

• Высокая прочность. Изделия, изготовленные нержавейки отличаются повышенной прочностью в сравнении с аналогами. Благодаря устойчивости к физическим нагрузка, изделия не повреждаются и не теряют начальную форму. Качественная сталь сохраняет надежность более десяти лет.
• Устойчивость к агрессивной внешней среде. Подобная сталь практически не подвержена изменениям в связи с условиями окружающей среды. Это позволяет длительное время сохранять эксплуатационные свойства изделия.
• Жаропрочность. Изделия из нержавейки устойчивы к высоким температурам, даже при воздействии открытого огня. Также не меняя форму, размеры и свойства при значительных перепадах температур.
• Экологичность. Антикоррозийные свойства препятствуют процессу окисления. Кроме того, материал не содержит в составе вредных компонентов, поэтому широко применяется в пищевой промышленности.
• Антикоррозийные свойства. Главное свойство, которым обладает такая сталь, это препятствие возникновению ржавчины. Причем сплав не поддается коррозии даже после воздействия кислот или щелочей.
• Внешний вид. Внешний вид изделий из нержавейки качественно отличается от предметов из других материалов. Сталь имеет чистый, блестящий вид, который не меняется после длительного срока эксплуатации.
• Податливость. Подобный сплав легко обрабатывать, и изготовление из него предмета желаемой формы не составляет труда.

Выбор нержавейки с определенными физическими свойствами зависит от целей ее использования. На сегодняшний день, разнообразие компонентов для производства нержавеющей стали позволяет создать материал с необходимыми характеристиками.

Основные добавки для легирования – металлы. Вариативность количественного состава и массовой доли дает возможность получать различные марки. Просто железо по своим техническим свойствам – низкое качество конечного продукта: низкая прочность и высокая коррозийность требуют добавления компонентов, которые будут улучшать качество. Однако на практике доказано, что, повышая одно свойство, понижаются другие. Так высоколегированная нержавейка имеет низкие показатели механической прочности, а высококачественные углеродистые стали с получением прочности, получают коррозийность.

Главные компоненты химического состава стали – углерод и железо, причем углерода должно быть не больше 2,14%, железа не меньше 50%. Количество углерода в составе определяет ее классификацию: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые, высокоуглеродистые.

Если процент содержания углерода достаточно высок, то сплав получается с высокой твердостью, но прочность снижается.

Чтобы добиться нужных эксплуатационных свойств, вводятся химические легирующие элементы, которые разделяют сталь на три класса:

Это указывается в маркировке числом процентного содержания для каждого элемента. Если нет числа, то это означает, что добавок меньше 1,5 %. Показатели углерода не отображаются, так как он присутствует во всех композициях. Содержание углерода стоит в начале маркировки. Такая же маркировка указывает на назначение сплава. Здесь также буквы, которые расположены в определенном порядке: начало, середина, конец.

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.

Легирование и примеси — есть ли разница

Некоторые химические элементы, содержащиеся в обычных сталях, тоже можно называть легирующими. К таким можно отнести, например, медь (до 0,2%), кремний (до 0,37%) и т. Постоянными спутниками любой стали являются фосфор и сера. Тем не менее, металловеды относят их к примесям.

Почему? Любая примесь является следствием либо чистоты исходной руды (марганец), либо специфики металлургических процессов плавки (сера, фосфор). Теоретически выплавленная без фосфора и серы сталь обладала бы такими же механическими свойствами. Легирование же имеет своей конечной целью именно повышение определённых технических характеристик стали, а сера и фосфор этого не делают. При этом они однозначно относятся к вредным, но неизбежным примесям добавкам.

Наличие химического элемента с концентрацией более 1% дает основание вводить его условное значение в марку стали. В целом принято, что стали:

Если в составе выплавляемого сплава процентное содержание железа не превышает 55%, то такой материал уже не может использовать название легированной стали. Это правило нельзя отменить.

Машиностроительные цементируемые и азотируемые стали.

Цементацию (азотирование) широко применяют для упрочнения средне размерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и др. Для деталей обычно используют низкоуглеродистые (0,15—,25 % С) стали. Содержание легирующих элементов в этих сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечивать требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

После цементации, закалки и низкого отпуска цементованный слой должен иметь твердость 58-62 НRС, а сердцевина 30-42 НRС. Сердцевина должна обладать высокими механическими свойствами, особенно повышенным пределом текучести, должна быть наследственно мелкозернистой. Для измельчения размера зерна цементируемые стали микролегируют ванадием,титаном, ниобием, цирконием, алюминием и азотом, образующими мелкодисперсные нитриды и карбонитриды, или карбиды, задерживающие рост зерна аустенита.

Цементируемые стали — 20Х, 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГМ, 12ХН3А и др.

Машиностроительные улучшаемые стали называются улучшаемыми потому, что подвергаются термической обработке, заключающейся в закалке и отпуске при высоких температурах – улучшению. Это среднеуглеродистые стали (0,3-0,5 % С). Они должны иметь высокую прочность, пластичность, высокий предел выносливости, малую чувствительность к отпускной хрупкости, должны хорошо прокаливаться. Применяются для изготовления коленчатых валов, валы, оси, штоки, шатуны, ответственные детали турбин и компрессорных машин.

Марки – 35, 45, 40Х, 45Х, 40ХР, 40ХН, 40ХН2МА и др.

Рессорно-пружинные стали – марки 70, 65Г, 60С2, 50ХГ, 50ХФА, 65С2Н2А, 70С2ХА и др. Эти стали относятся к классу конструкционных.

Эти стали должны иметь особые свойства в связи с условиями работы пружин и рессор, которые служат для смягчения толчков и ударов. Основное требование – высокий предел упругости и выносливости. Этим условиям удовлетворяют углеродистые стали и стали, легированные элементами, повышающими предел упругости (кремний, марганец, хром, ванадий и вольфрам). Особенностью термической обработки рессорных листов и пружин является проведение после закалки отпуска при температуре 400-5000С. Такая обработка позволяет получать наиболее высокий предел упругости.

Шарикоподшипниковые стали – ШХ15 (0,95 –1,05 % С и 1,3-1,65 % хрома). Заэвтектоидное содержание углерода и хром обеспечивают получение после закалки высокой равномерной твердости, устойчивой после истирания, необходимой прокаливаемости и достаточной вязкости. Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг снижает твердость и позволяет получать мелкозернистый перлит. Закалка проводится при 830-8600С, охлаждение в масле, отпуск 150-160 0С. Твердость НRС 62-65, структура – бесструктурный мартенсит с равномерно распределенными мелкими карбидами.

Для изготовления деталей крупногабаритных подшипников (диаметром более 400 мм), работающих в тяжелых условиях при больших ударных нагрузках, применяют цементуемую сталь 20Х2Н4А (температура цементации 930-9500С в течение 50-170 ч, толщина слоя 5-10 мм).

Износоустойчивые стали – 110Г13Л (0,9-1,3 % С, 11,5-14,5 % марганца). Литая аустенитная сталь, после литья состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)3С, выделяющихся по границам зерен, что снижает прочность и вязкость стали. Поэтому литые изделия закаливают от 11000С в воде. При этом карбиды растворяются и структура становится стабильной аустенитной.

Сталь имеет высокую прочность и сравнительно малую твердость. В процессе работы при ударных нагрузках происходит упрочнение (наклеп) поверхности стали при пластической деформации, в результате в поверхностном слое образуется мартенсит. Именно он обеспечивает высокую износостойкость. По мере износа внешнего слоя, мартенсит образуется в следующих слоях. Применяют для трамвайных стрелок, щек камнедробилок, козырьков ковшей, черпаков и т.

При циклическом контактно-ударном нагружении и ударно-абразивном изнашивании применяют сталь 60Х5Г10Л, претерпевающую при эксплуатации мартенситное превращение.

Лопасти гидротурбин и гидронасосов, судовых гребневых винтов, работающих в условиях изнашивания при кавитационной эрозии, изготавливают из сталей с нестабильным аустенитом 30Х10Г10 и 0Х14АГ12, испытывающих при эксплуатации частичное мартенситное превращение.