Классификация и маркировка сталей

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:

  1. Гильз;
  2. Втулок;
  3. Шестерен;
  4. Дисков;
  5. Рычагов;
  6. 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:

  1. Прокат после отжига;
  2. Горячекатаный прокат.

Относительно невысокая прочность структуры и другие физико-химические качества определяют нижеприведенные особенности применения металла:

  1. При изготовлении измерительного инструмента, который при финишной обработке не подвергается процессу шлифования, рекомендуется проводить термическую обработку, представленную сочетанием закалки и отпуска.
  2. Рекомендуется выполнять цементацию при изготовлении ответственных инструментов. В зависимости от толщины самого инструмента выбирается наиболее подходящая глубина цементации.
  3. 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.
  4. Охлаждение можно проводить в масляной ванной или в расплавленной соли. За счет этого можно существенно уменьшить степень проявления дефектов.
  5. 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:

  1. Если частицы углерода располагают в решетке железа, получают аустенит при температуре 1400°С. Для сохранения соединения в нормальных условиях необходимо добавить частицы никеля.
  2. Устойчивое соединение железа с углеродом называют ферритом.
  3. Для материала подверженного термообработке свойственно состояние, называемое мартенситом.
  4. При резком охлаждении аустенита до 500°С получают бейниты.
  5. 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:

  1. Горячее деформирование. Данный метод используется только для изделий определенной толщины, который не должен быть выше 4 мм.
  2. 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:

  1. Качественная от 0.3% до 0.035% в составе.
  2. 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:

  1. У7 и У8. Очень твердая и хорошо поддается шлифовке. Из не изготавливаются инструменты для ударной работы, например зубило.
  2. У9, У10 и У 12. Обладают низкой степенью износостойкости и используются при производстве сверл.
  3. 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:

  1. 9Х1, ХВГ, а также В1 и ХВ5. Используются в основном для изготовления различных режущих материалов. Имеют высокую прочность и меньшую изнашиваемость.
  2.  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:

  1. Р6М5К5. Из не делаются инструменты, работающие при обработки нержавеющей стали.
  2. Р9 и Р9М4К8. Очень прочная и стойкая к нагрузкам сталь, используется при производстве фрез и резцов различного назначения.
  3. 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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector