Классификация и маркировка сталей
Содержание:
- Стали углеродистые обыкновенного качества
- Коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали.
- Классификация по структуре
- Особенности и область применения
- Виды сталей и особенности их маркировки
- Виды сталей
- Виды прокатного профиля
- Маркировка и расшифровка инструментальных сталей
- Маркировка сталей по американским стандартам
Стали углеродистые обыкновенного качества
Относятся к числу наиболее дешевых и широко применяемых. Из них получают до 70% всего проката – горячекатаного, сортового и фасонного толсто- и тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового. Из этих сталей изготовляют трубы, поковки, штамповки, ленту, проволоку, металлические изделия (метизы): гвозди, канаты, сетки, болты, гайки, заклепки, а также мало- и средненагруженные детали; штифты, шайбы, шпонки, крышки, кожухи, а из стали номеров 4-6 – валы, винты, зубчатые колеса и шпиндели. Стали обыкновенного качества хорошо свариваются.
В зависимости от назначения углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют (ГОСТ 380- 94) на три группы: А – поставляемые по механическим свойствам, Б – поставляемые по химическому составу и В – поставляемые по механическим свойствам и химическому составу. В зависимости от нормируемых показателей (прочностная характеристика, химический состав) сталь каждой группы подразделяют на группа А – 1, 2 и 3-я; группа Б – 1, 2,-я; группа В – 1, 2, 3, 4, 5, 6-я.
Буквы Ст означают «сталь», цифры от 0 до 6 – условный номер марки, характеризующий механические свойства стали. С увеличением номера марки повышаются предел прочности σв и предел текучести σт и уменьшается относительное удлинение δ. Для обозначения степени раскисления после номера марки ставятся индексы: кп – кипящая, пс – полуспокой- ная, сп – спокойная (например: СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп; табл. 8 и 9).
Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А и примерное назначение углеродистой стали обыкновенного качества приведены в табл. 8
Таблица 8. Стали углеродистые, их механические свойства и назначение
Марка стали | Свойства | Примерное назначение | ||
σв, МПа | σт, МПа | δ, % | ||
Ст0 | Не менее
300 |
– | 23 | Неответственные строительные конструкции, прокладки, шайбы, кожухи. Свариваемость хорошая |
Ст1кп
Ст1пс, Ст1сп |
300-390
310-410 |
–
– |
35 | Малонагруженные детали металлоконструкций – заклепки, шайбы, шплинты, прокладки, кожухи. Свариваемость хорошая |
Ст2кп
Ст2пс, Ст2сп |
320-410
330-430 |
215
225 |
33 | Детали металлоконструкций – рамы, оси, ключи, валики, цементируемые детали. Свариваемость хорошая |
СтЗкп СтЗпс, СтЗсп СтЗГпс
СтЗГсп |
360-460
370-480 370-490 390-570 |
235
245 245 – |
27
– |
Рамы тележки, цементируемые и цианируемые детали, от которых требуется высокая твердость поверхности и невысокая прочность сердцевины, крюки кранов, кольца, цилиндры, шатуны, крышки |
Ст4кп
Ст4пс, Ст4сп |
400-510
410-530 |
255
265 |
25 | Валы, оси, тяги, пальцы, крюки, болты, гайки, детали при невысоких требованиях к прочности |
Ст5пс, Ст5сп
Ст5Гпс |
490-630
540-590 |
285
285 |
20 | Валы, оси, звездочки, крепежные детали, зубчатые колеса, шатуны, детали при повышенных требованиях к прочности |
Ст6пс
Ст6сп |
Не менее
590 |
315
315 |
15 | Валы, оси, бойки молотов, шпиндели, муфты кулачковые и фрикционные, цепи, детали с высокой прочностью |
Для возможности распознания марок стали при складировании, прокат маркируют несмываемой краской. Для этого, независимо от группы и степени раскисления стали, используют краску цветов, указанных в табл. 9.
Таблица 9. Цвет маркировки стали углеродистой обыкновенного качества
Марка стали | Цвет маркировки | Марка стали | Цвет маркировки |
Ст0 | Красный и зеленый | СтЗГпс | Красный и синий |
Ст1 | Белый и черный | Ст4 | Черный |
Ст1Гпс | Белый и красный | Ст4Гпс | Черный и красный |
Ст2 | Желтый | Ст5 | Зеленый |
Ст2Гпс | Желтый и красный | Ст6Гпс | Зеленый и белый |
Ст3 | Красный | Ст6 | Синий |
Коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие (окалиностойкие) и жаропрочные стали.
Коррозией называется разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. В результате механические свойства сталей резко ухудшаются. Различают химическую и электрохимическую коррозию. Химическая развивается при воздействии газов (газовая коррозия) и не электролитов (нефть и ее производные). Электрохимическая вызывается действием электролитов (кислот, щелочей и солей, атмосферная и почвенная коррозия).
Сталь, устойчивую к газовой коррозии при высоких температурах (выше 550С) , называют окалиностойкой или жаростойкой.
Коррозионностойкие (нержавеющие) стали – это стали, устойчивые к электрохимической, химической (атмосферной, почвенной, щелочной , кислотной, солевой) коррозии. Повышенная стойкость к коррозии достигается введением в сталь элементов, образующих на поверхности защитные пленки, прочно связанные с поверхностью и повышающие электрохимический потенциал стали в разных агрессивных средах.
Жаростойкость (окалиностойкость) сталей повышают путем легирования хромом, алюминием или кремнием, т.е. элементов, находящихся в твердом растворе и образующих в процессе нагрева защитные пленки окислов (Cr,Fe)2O3, (Al,Fe)2O3. Окалиностойкость зависит от химического состава, а не от структуры.
Жаростойкие ферритные стали: 12Х17, 15Х25Т Х15Ю5.
Жаростойкие аустенитные: 20Х23Н13, 12Х25Н16Г7АР и др.
Нержавеющие стали получают легированием хромом или хромом и никелем в зависимости от среды эксплуатации. Два основных класса: хромистые (ферритные, мартенситно-ферритные, в которых феррита не более 10 % и мартенситные) и хромоникелевые (аустенитные, аустенитно-мартенситные или аустенитно-ферритные).
Марки 12Х13, 20Х13 –используют для предметов домашнего обихода, клапанов гидравлических прессов.30Х13 и 40Х13 используют для хирургических инструментов. Марки: 12Х18Н9 и 17Х18Н9 – для изготовления труб, деталей, свариваемых точечной сваркой, 04Х18Н10 –для изготовления химической аппаратуры.
Классификация по структуре
Под структурой стали подразумевается внутреннее строение металла, которое может существенно меняться в зависимости от условий термообработки, механических воздействий. Форма и размер зерен зависят от состава и соотношения легирующих добавок, технологии производства.
Основу зерен стали составляет кристаллическая решетка железа, в которую включены атомы примесей – углерода, металлов. Углерод может образовывать твердые растворы в кристаллической решетке, а может создавать с железом химические соединения, карбиды.
Структура стали меняется при изменениях температуры. Эти изменения называются фазами. Каждая фаза существует в определенном температурном диапазоне, но легирующие добавки могут существенно смещать границы перехода одной фазы в другую.
Насчитывают такие основные фазы состояния металла:
- Аустенит. Атомы углерода находятся внутри кристаллической решетки железа. Данная фаза существует в диапазоне 1400-700 °С. При наличии в составе от 8 до 10% никеля, аустенитная фаза может сохраняться и при комнатной температуре.
- Феррит. Твердый раствор углерода в железе.
- Мартенсит. Пересыщенный раствор углерода. Данная фаза свойственна закаленной стали.
- Бейнит. Фаза образуется при быстром охлаждении аустенита до температуры 200-500 °С. Характеризуется смесью феррита и карбида железа.
- Перлит. Равновесная смесь феррита и карбида. Образуется при медленном охлаждении аустенита до температуры 727 °С.
Структура стали
Фазы строения металла характеризуют его физические свойства, в зависимости от которых определяется класс стали – конструкционная, литейная и так далее.
Особенности и область применения
Область применения рассматриваемой стали весьма обширна. Примером можно назвать получение скоб и шаблонов большой длины. Для повышения жесткости и твердости поверхностного слоя дополнительно проводится цементирование в масле.
Чаще всего сталь 20х применяется для получения:
- Гильз;
- Втулок;
- Шестерен;
- Дисков;
- Рычагов;
- Обоймы.
При необходимости рассматриваемый металл заменяется аналогами 15Х или 18ХГТ. В других странах есть аналоги этой стали, которые маркируются по иным стандартам.
В качестве заготовки на заводы поставляют:
- Прокат после отжига;
- Горячекатаный прокат.
Относительно невысокая прочность структуры и другие физико-химические качества определяют нижеприведенные особенности применения металла:
- При изготовлении измерительного инструмента, который при финишной обработке не подвергается процессу шлифования, рекомендуется проводить термическую обработку, представленную сочетанием закалки и отпуска.
- Рекомендуется выполнять цементацию при изготовлении ответственных инструментов. В зависимости от толщины самого инструмента выбирается наиболее подходящая глубина цементации.
- Для нагрева металла под закалку могут применяться камерные печи. Охлаждение выполняется в соляных или свинцовых ваннах. Если конфигурация детали сложная, то выполняется подогрев путем двукратного или трехкратного погружения с расплавленную соль. За счет этого обеспечивается равномерность разогрева структуры.
- Охлаждение можно проводить в масляной ванной или в расплавленной соли. За счет этого можно существенно уменьшить степень проявления дефектов.
- Целью проводимого отпуска становится снижение внутренних напряжений, которые могут возникать при проведении закалки. Подобные напряжения становятся причиной образования трещин и других дефектов на момент шлифования или выполнения чистовой обработки.
Вышеприведенная информация определяет то, что подобная сталь в большинстве случаев применима только при условии последующей химико-термической обработки. Поэтому в последнее время все чаще используют аналоги, которые обладают более высокими эксплуатационными качествами.
Виды сталей и особенности их маркировки
Соединение железа с углеродом представляют собой материал, который называют сталью, при этом углеродистые включения имеют долю до 2,14%. Применяя такое соединение добиваются высокой прочности у сплава, при соблюдении пропорций.
Добавление дополнительных металлов придает сплаву требуемые технические характеристики. Комбинируя составляющие и подвергая материал термообработке, создают марки стали с улучшенными свойствами магнетизма, стойкости к коррозии, прочности. При маркировании стали и сплавов необходимо учитывать, что каждому виду назначены определенные цифровые и буквенные коды.
Классификация по химическому составу
Чистое железо редко встречается в природе и не применяется в промышленности. Имеют низкие технические характеристики и плохую устойчивость к коррозии. Чтобы подготовить продукт для применения, в его состав добавляют специальные легирующие вещества.
По содержанию углеродистых частей марки стали и сплавов классифицируют на такие типы:
- малоуглеродистые;
- среднеуглеродистые;
- высокоуглеродистые.
Чтобы увеличить качество материала, в состав могут добавлять некоторые вещества. Существует 3 вида легированных сплавов:
- низколегированные;
- среднелегированные;
- высоколегированные сплавы, содержащие до 50% примесей.
Классификация по назначению
Маркировка сплавов железа классифицируется по назначению:
- С — характеризует текучесть у строительной стали;
- подшипниковые имеют шифр Ш, после него в маркировке следует указатель металла, добавленного в сплав;
- буква У подскажет, что применяется индустриальная сталь;
- маркировка Р укажет, что это быстрорежущее соединение;
- Сп — это конструкционный сплав.
Классификация по структуре
В результате применения термической обработки у железа может изменяться внутренне строение кристаллической решетки. Различные технологии производства позволяют получать новую структуру сплава.
Выделяется отдельная маркировка сталей по структурному состоянию:
- Если частицы углерода располагают в решетке железа, получают аустенит при температуре 1400°С. Для сохранения соединения в нормальных условиях необходимо добавить частицы никеля.
- Устойчивое соединение железа с углеродом называют ферритом.
- Для материала подверженного термообработке свойственно состояние, называемое мартенситом.
- При резком охлаждении аустенита до 500°С получают бейниты.
- Перлит образуется при постепенном снижении температуры до 727°С.
Классификация по качеству
В процессе литья производят соединения разного качества. Особое влияние оказывает наличие посторонних примесей в новом расплаве такие как фосфор и сера, на основе показаний этих включений выделяют обыкновенные и высококачественные сплавы с маркировкой А. при этом сера не должна превышать 0,25% в составе.
Классификация по раскислению
Кислород разрушительно влияет на металл при критическом нагреве. Для того чтобы снизить негативное влияние оксида в состав добавляют вещества, способные присоединить его до взаимодействия.
Маркировка сталей и сплавов по раскислению:
- кипящая отличается своими плохими свойствами, в результате увеличения выхода готового расплава при снижении добавок легирования, обозначается КП;
- у спокойной стали (СП) вредное раскисление считается законченным, при этом улучшается качество производства, но возрастают затраты;
- промежуточное состояние называют полуспокойным (ПС).
Виды сталей
Кроме содержания углерода и легирующих элементов металлов стали разделяются по присущим им качествам и соответственно сфере использования:
- Инструментальные стали служат в производстве разнообразных инструментов в т. ч. металлообрабатывающих.
- Конструкционные употребляются в изготовлении механизмов и деталей для машиностроительной промышленности и строительных конструкций.
- Прецизионные имеют особенные магнитные и другие физические характеристики.
Кроме этого, марки сталей различают по химическим и механическим качествам: жаропрочные, нержавеющие, электротехнические, пищевые и т. д. Причём каждая из них, как правило, подразделяется на несколько типов, а также имеет различные способы обработки, назначение и массовую долю составных частей с соответствующим обозначением этого в маркировке.
Качество сталей
Различные марки сплавов содержат посторонние примеси, которые снижают эксплуатационные качества металла. Главным образом это примеси фосфора и серы, а также кислорода в несвязанном виде и азота.
Влияние:
- Фосфор — хладноломкость и снижение пластичности;
- Сера — трещиноватость при сильном нагреве.
Соответственно массовой доле этих нежелательных примесей (S, F) введены степени качества марок:
- Обыкновенная сталь с существенным количеством примесей 0.06–0.07% серы и фосфора;
- Качественный сплав — максимум 0.035%;
- Высококачественная сталь большой степени очистки от нежелательных включений — 0,025%;
- Особо высококачественная — S – 0,015%, F – 0,02%.
Марку с обыкновенным качеством принято подразделять так:
- Маркировка А — с наибольшим количеством примесей;
- Б — со сбалансированной рецептурой;
- В — с гарантированным составом.
С учётом различных физических параметров каждая группа может подразделяться ещё на три группы.
Для выделения кислорода проводят операции раскисления металла в плавильной печи. Соответственно уровню его извлечения из сталей, марке сплава присваивается тип и указатель:
- Спокойные — «СП»;
- Полуспокойные — «ПС»;
- Кипящие марки – «КП».
Виды прокатного профиля
Прокатный профиль из СТ 20 получают одним из двух способов:
- Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
- Холодное деформирование. Для малой толщины изделий. В результате процедуры происходит утолщение сплава.
Этими методами получают следующие виды проката:
- Холоднокатаные трубы из стали, сваренной целиком. Листы подлежат соединению по краям швов, которые выступают по прямой линии. Это делают после предварительной их свертки по радиусу. Получаются цельные изделия с повышенной твердостью.
- Бесшовные трубы. Применяется метод горячего и холодного волочения, что придает изделию максимальную прочность и устанавливает достаточно высокую цену.
- Профиля всех видов: листы, швеллера, проволоки, прутки. Можно изготавливать любые по длине и ширине изделия.
Маркировка и расшифровка инструментальных сталей
Инструментальная сталь является одним из вариантов высокопрочной и твердой стали, которую можно применять для различных инструментов обработки, предназначенных даже для работы с металлами менее твердой группы. В настоящее время все инструментальные стали классифицируют в зависимости от процентной доли содержания в составе серы и фосфора. Чем они выше, тем будущее изделие будет менее прочным и хрупким. Всего имеется 2 категории:
- Качественная от 0.3% до 0.035% в составе.
- Высококачественная от 0.02% до 0.03% фосфора и серы.
При обозначениях используется следующее буквенное обозначение:
- “А” – ставится в самом конце только для высококачественных стальных изделий.
- “У”- обозначает углерод, а цифра показывает его содержание в долях процентов.
- Затем идет заглавная буква примеси, список мы указали ранее и ее количественное содержание в составе.
Всего на данный момент выведено несколько подтипов инструментальных сталей. Про каждый из них мы поговорим кратко:
Сталь инструментальная углеродистая
Имеют в составе от 0.65% до 1.35% углерода. Обладают высокой степенью твердости и надежности. Являются эталонными при производстве инструментов для резки. Виды:
- У7 и У8. Очень твердая и хорошо поддается шлифовке. Из не изготавливаются инструменты для ударной работы, например зубило.
- У9, У10 и У 12. Обладают низкой степенью износостойкости и используются при производстве сверл.
- У13. Самый прочный вариант, используемый для напильников.
Инструментальная легированная
Применяется с использование дополнительных примесей, для придания стали особых характеристик, для работы с определенным инструментом или материалов. Всего известно:
- 9Х1, ХВГ, а также В1 и ХВ5. Используются в основном для изготовления различных режущих материалов. Имеют высокую прочность и меньшую изнашиваемость.
- 9ХС. Применяется для производства крупных режущих инструментов.
Штамповая
Получили применение благодаря необходимости внедрения штамповочных операций на металле. Например при автомобилестроении или производства валиков и прокатных станков. Материал имеет степень защиты от температурных воздействий, а также является приспособленным под более тяжелые степени работ.
Наиболее применяемыми на данный момент марками являются: Х12 и 5ХНМ.
Валковая
Применяется в основном на производстве и из нее делают различные узлы и детали прокатных станков. Более подробно про данный тип сталей лучше читать в ГОСТе.
Быстрорежущая
Появление в промышленности быстрорежущих вариантов сталей, позволило в десятки раз ускорить промышленные процессы по производству многих металлических изделий. Рождение так называемых резцов, было бы невозможно без добавления определенных примесных структур, увеличивших не только прочность стали, но и позволившие ей работать в широком диапазоне температур, при этом не разрушаясь.
В настоящее время, из данной разновидности стальных изделий, делают разнообразные инструменты, задачей которых остается обработка и резка тех или иных материалов, например дерева, пластика или все того же металла. Наиболее зарекомендовавшими себя марками можно назвать:
- Р6М5К5. Из не делаются инструменты, работающие при обработки нержавеющей стали.
- Р9 и Р9М4К8. Очень прочная и стойкая к нагрузкам сталь, используется при производстве фрез и резцов различного назначения.
- Р18. Одна из эталонных. Используется при производстве сверл и метчиков.
Маркировка сталей по американским стандартам
В США применяется сразу несколько систем маркировки металлов и сплавов, эти системы связаны с различными ведомствами по стандартизации. Наиболее известны AISI – Американский институт чугуна и стали, ACI – Американский институт литья, ANSI – Американский национальный институт стандартизации, AMS – Спецификация аэрокосмических материалов, ASME – Американское общество инженеров-механиков, ASTN1 – Американское общество испытания материалов, AWS – Американское общество сварщиков, SAE – Общество инженеров–автомобилистов. Обозначения, используемые организациями, проистекают из истории их работы, а также из развития коррелирующих отраслей промышленности.
В частности, в маркировке AISI углеродистые и легированные стали, как правило, обозначаются с помощью 4-х цифр. Первые две цифры сообщают номер группы сталей, две последующие – среднее содержание углерода, умноженное на 100. Кроме цифр, в марках сталей могут быть буквы. Притом буквы B и L, говорящие о легировании соответственно бором (0,0005-0,03%) или свинцом (0,15-0,35%), ставятся между 2-й и 3-й цифрой марки, например, 51В60, 15L48. Тогда как буквы М и Е ставят в начале обозначения, если сталь предназначена для изготовления неответственного сортового проката (М) или же получена в электропечи (Е). Наряду с этим, в конце марочной формулы может присутствовать литера Н, говорящая о том, что характерным свойством этой стали является прокаливаемость.
Марки стандартных коррозионностойких сталей по AISI включают три цифры и далее, в ряде случаев, одну, две или больше букв. Первая из цифр определяет класс стали: так, марки аустенитных коррозионностойких сталей начинаются с цифр 2ХХ и 3ХХ, тогда как ферритные и мартенситные стали определяются по формуле 4ХХ
Обратим внимание, что последние две цифры – в отличие от углеродистых и легированных сталей – никак не связаны с химическим составом, а просто указывают на порядковый номер стали в группе
Маркировка по нормам ASTM включает литеру А (т.е. речь идет о черном металле), порядковый номер нормативного документа ASTM (стандарта), и собственно формулировку марки. Обычно в рамках ASTM присутствует американская система физических величин, если же в стандарте – метрическая система обозначений, после его номера вводится буква М. Стандарты ASTM чаще всего определяют не только химический состав стали, но и полный спектр требований к продукции. Для указания собственно марок и их химсостава могут использоваться как обозначения ASTM (когда химический состав и маркировка определяются непосредственно в стандарте), так и заимствованные у других систем, скажем, из AISI – для прутков, проволоки, из ACI – для отливок из коррозионностойких сталей.
UNS – это универсальная система маркировки металлов и сплавов. Она разработана в 1975 г. для унификации различных систем маркировки в США. В UNS марки сталей включают буквы, показывающие группу стали, и пять цифр. По принципам UNS проще всего классифицировать стали из системы AISI. Так, для конструкционных и легированных сталей, входящих в группу G, первые четыре цифры формулы – это наименование в AISI, последняя же цифра заменяет буквы, встречающиеся в AISI. В частности, литерам B и L, указывающим на легирование бором или свинцом, соответствуют цифры 1 и 4, а букве Е (продукт выплавлен в электропечи) – цифра 6. Марки коррозионностойких AISI-сталей начинаются буквой S, включают обозначение стали по AISI (первые три цифры) и два дополнительных цифровых значения, соответствующих дополнительным буквам в AISI.
Соответствие символов AISI и UNS
Символ AISI |
XXXL |
XXXS |
XXXN |
XXXLN |
XXXF |
XXXSe |
XXXB |
XXXH |
XXXCu |
Символ UNS |
XXX01 |
XXX08 |
XXX51 |
XXX53 |
XXX20 |
XXX23 |
XXX15 |
XXX09 |
XXX30 |