Что нужно знать о стали

Общие характеристики стали

Металлурги определяют условие существования стали – это наличие в составе механической смеси железа и углерода не более 2,14 % С, Сплавы, имеющие большую концентрацию, называют чугунами.

Из всех металлов наиболее привлекательными свойствами обладает именно сплав железа и углерода. Этот материал используется для изготовления:

• корпусов транспортных средств, трансмиссии и силовых агрегатов;
• металлокаркасов, арматуры и иных систем, обеспечивающих прочность строений;
• инструмента, узлов машин и механизмов.

Универсальность использования стали объясняется широкими возможностями в регулировании свойств. Их можно скорректировать так, чтобы приспособить для создания устройств, выполняющих разные задачи. Даже самое лучшее оружие изготавливается с использованием этого универсального металла.

На сегодняшний день разработаны несколько тысяч вариантов сталей. Но в реальной практике чаще используют около десятка основных типов, остальные созданы для решения специальных задач. Ими пользуются довольно редко.

Химический состав

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:

• с низким содержанием легирующих компонентов (до 2,5%);
• среднелегированные – до 10%;
• высоколегированные – до 50%.

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.

Структура стали

Внутреннее строение называется структурой. Она может изменяться от термической обработки или механических нагрузок. Размеры зерен и их форма обуславливаются составом и легирующими добавками, а также технологией изготовления и изменениями температурных показателей (фазы). Фазы делятся на температурные диапазоны, которые могут меняться от легирующих компонентов. Есть несколько основных фаз строения металла.

• Перлит, состоящий из феррита и карбида в равных долях. Он образуется в процессе медленного охлаждения (до +727⁰) аустенита (сплав никеля).
• Аустенит – фаза с температурным режимом до +1400⁰.
• Мартенсит. Фаза с пересыщенным раствором углерода, характерная для закаленных сталей.
• Феррит. Фаза состоит из твердорастворного углерода.
• Бейнит – фаза, образующаяся при резком охлаждении аустенита до +500⁰.

Фазы указывают на строение металла, его физические качества и от которых зависит класс стального сплава: литейный, инструментальный и др.

Что такое раскисление

В процессе плавки в сплаве остается в небольшом количестве кислород. Чтобы снизить его содержание и восстановить железо применяют метод раскисления (реакция). Суть процесса заключается в добавлении соединений в расплавленное состояние металла. В процессе реакции освобожденный кислород начинает реагировать на углерод, появляется углекислый газ.

Итоговый сплав зависит от продолжительности реакции и раскислителей. По классификации это 3 вида стали:

• Кипящая. В данной стали низкое качество, так как реакция короткая и выход готового продукта больше;
• Спокойная. Обладает высоким качеством, но малый выход продукта, поэтому она дорогая.
• Полуспокойная. Это средний вариант с оптимальными показателями качества и цены.

Разная степень раскисления маркируется буквенными обозначениями: «кп», «сп», «пс».

Виды стали и маркировка

Для одних изделий нужна высокая износоустойчивость, для других стойкость к коррозии, а для третьих – магнитные свойства.

Но большая часть сплавов требуется для изготовления конструкционной стали, которая разделяется по видам и маркируется буквами:

• «С» — для строительства. С низким содержанием легирующих компонентов, отличающаяся хорошей свариваемостью.
• Для пружин (пружинная). В данных сплавах присутствуют отличные показатели упругости, сопротивляемости к разрушительным процессам, прочность на усталость. Для изготовления рессор, пружин.
• «Ш» для подшипников. Из названия понятно, что данные сплавы нужны для изготовления элементов подшипников для различных узлов, механизмов. Главные свойства – износоустойчивость, отменная прочность, и малая текучесть.
• Сталь стойкая коррозии или нержавейка. Данный вид отличает высокое содержание легирующих компонентов, повышенная стойкость к агрессивным средам и веществам.
• Жаропрочные марки стали – сплавы, которые могут применяться в изделиях, способных функционировать под нагрузкой при высоких температурах. Сфера применения – элементы различных двигателей.
• «У» для инструментов или инструментальная сталь нашла свое применение в изготовлении инструментов для измерений в металлообработке и для деревообрабатывающей промышленности.
• «Р» быстрорежущая сталь востребована для производства инструментов в металлообрабатывающем оборудовании.
• Цементирующая – сплав, применяемый для узлов и механизмов, которые функционируют при значительных поверхностных нагрузках.

Для остальных сталей (пружинная, инструментальная) не имеют обозначений. Указывается только химсостав.

Кроме видов сталь классифицируется по химсоставу, качеству, способу плавки, структуре, назначению.

Как маркируются легирующие добавки

Состав стального сплава маркируется буквами кириллицей, и отвечают названиям химических элементов.

Химический элемент	Буква
кобальт	К
никель	Н
вольфрам	В
молибден	М
титан	Т
марганец	Г
хром	Х
медь	Д
селен	Е
ванадий	Ф
ниобий	Б
бор	Р
цирконий	Ц
азот	А
алюминий	Ю
кремний	С

В таблице видно, что есть азот и кремний, которые не являются металлами. Не указан углерод, но он присутствует в любом виде стального сплава, поэтому при маркировке просто указывается его процентное содержание.

О цветной маркировке

Обозначение в цвете применяется только в прокатной стали. Это позволяет избежать ошибок при транспортировке и хранении. Для этого применяют точки или полосы. Назначение стального сплава маркируется «своим» цветом, но группа и раскисление не учитываются.

Желтый цвет применяется для конструкционных сталей: общего назначения, автоматные, цементированные, улучшенные.

Красный круг или полоса говорит о том, что данный вид относится к высокопрочному стальному сплаву: легированная, инструментальная, быстрорежущая, закаленная.

Синий цвет обозначает прокат из нержавейки: с серой, аустенитная, мартенситная.

Обозначением зеленого цвета маркируется сталь универсального применения: высокопрочный чугун, общего назначения, автоматные, цементированные, азотированные, улучшенные углеродистые.

Марки стали и их назначение

1. Согласно маркировке конструкционная углеродистая сталь 08 кп и 10 применяется для изготовления штампованных деталей (холодная штамповка и высадка), прокладок, трубок, метизов, колпачков, а также для деталей, которые не нуждаются в высокой прочности: втулки, упоры, валики, копиры, фрикционы, колеса с зубцами.
   • 15, 20 для деталей с низкой нагрузкой, тонкие элементы, которые работают на истирание, крюки, рычаги, траверсы, болты, вкладыши.
   • 30, 35 – для деталей под низким напряжением: шпиндели, тяги, оси, звездочки, диски, рычаги.
   • 40, 45 – для элементов повышенной прочности: коленвалы, распределительные валы, зубчатые венцы, колеса, плунжеры, фрикционы, оси.
   • 50, 55 – используется для изготовления прокатных валков, штоков, зубчатых колес, эксцентрики, рессоры. Перед изготовлением деталей сталь подвергается закалке.
   • 60 – для производства прочных и упругих деталей: диски сцепления, пружинные кольца, прокатные валы.
2. Тонколистная, низколегированная, универсальная сталь имеет маркировку: 09Г2, 09Г2С, 10 ХСНД, 15 ХСНД, 15 ГФ. Сферы применения: машиностроение, судостроение, химическое машиностроение, вагоностроение. Это сварные конструкции, паровые котлы, детали вагонов, сложные и фасонные профиля.
3. Конструкционная легированная сталь маркируется: 15 Х, 15 ХФ, 18 ХГТ, 20 Х, 20 ХГР, 20 ХНЗА, 35 ХМ, 38 ХА, 40 Х, 40 ХС и другие применяются для изделий, которые функционируют на повышенных скоростях, для деталей узлов и механизмов, работающих под высокими нагрузками.
4. Стали и сплавы, стойкие к коррозии в своей маркировке имеют буквы Х, Н, С, АГ, ТГР, МТ, АМ, ДИ, Ю, Т. Сфера применения химическое машиностроение, газопереработка, нефтехимическая промышленность, пищевое производство, легкая промышленность, машиностроение, судостроение, а также в других областях, где работа деталей и механизмов сопряжена с агрессивными рабочими средами.
5. Инструментальная нелегированная сталь разных марок, маркируется: У, А, Г, и применяется в деревообрабатывающей промышленности, изготовления ручных инструментов, для ножей, штампов для кузницы, игольной проволоки, сердечников, а также инструмента с низкой износостойкостью: хирургический инструмент, бритвы, для гравировки.
6. Пружинная сталь применяется для производства рессор, пружин, подвергающихся большим нагрузкам и ответственные элементы в рессорах.
7. Сталь для подшипников (подшипниковая) востребована для изготовления подшипников и их элементов для работы станков, железнодорожного транспорта, авиадвигателей, в точном приборостроении, на прокатных станах.

Обозначения по типам

Конструкционная сталь обыкновенного качества и не содержащяя легирующих элементов по требованиям ГОСТ 380-94 обозначается буквами «Ст» и зависимо от состава цифрами от 0 до 6. Металл более высокого качества получает меньший номер. Буквой «Г» отмечается высокая доля Mn в металле. Перед собственно маркой указывается группа металла.

Чем больше наличие углерода в металле и прочность стали, тем больше указанная цифра. Для указания подкатегории стали к знаку марки прибавляется номер в конце определённой категории, первая из них, как правило, не указана После указания вида и номера марки прописана степень раскисления. Например, Ст1кп2 означает:

• Ст — углеродистая обычного качества
• Марки — первой
• кп — кипящая
• 2 — вторая категория

Иногда маркировка бывает более длинной, например, химически стойкая легированная сталь 12Х18Н10Т. Расшифровка:

• 12 в начале обозначает содержание углерода — 0.12%. При отсутствии цифр подразумевается, что углерода больше 1%.
• Х18 — значит, что хрома в сплаве 18%
• Н10 — 10% никеля
• Т — это титан, отсутствие цифрового индекса означает массовую долю меньше 1%

Расшифровка маркировок без справочника

Стандарты обозначения для различных сталей приняты на государственном уровне во времена СССР и действуют во многих странах постсоветского пространства до сих пор, они учитывают принятые в основном тогда же ГОСТы и сорта металла, индексы обозначения сплавов. Всего используется около полутора тысяч марок сталей с присвоенными им значениями. Марки металла обычно имеют определённый набор символов (иногда только цифр), которые помечают содержание в нём углерода, легирующих добавок и способ дополнительной обработки, такой как закаливание.

Для легированной стали установлена маркировка кириллицей основных элементов в её составе. Как можно заметить, они не всегда совпадают с русскоязычным названием элемента и это необходимо учесть, чтобы не допускать ошибок.

Индексы следующих элементов совпадают с первой буквой названия: азот, никель, хром, титан, кобальт, вольфрам, цирконий.

Не совпадают:

• С — кремний
• Д — Cu
• Б — Nb
• Г — Mn
• Е — Se
• Ф — V
• Ц — Zr
• Р -B
• Ю — Al

Буква «Ч» означает присутствие в рецептуре сплава редкоземельных металлов, придающих ему особые свойства. На практике марку с таким индексом можно встретить крайне редко.

Важно. Нужно учесть также совпадения в знаках типов стали и других параметров. Например, буква «А» одновременно обозначает: качество, автоматную сталь или присутствие азота. Но для них предусмотрено своё место в маркировке: для качества — последняя буква, в начале — автоматная сталь, после обозначения содержания углерода — присутствие азота.

В сложных случаях и для уточнения деталей обращаются к профессиональному справочнику «Марочник сталей и сплавов». Четвёртое издание с наиболее полным списком марок вышло в 2014 г.

Российские стандарты маркировки

Согласно российским стандартам, на стали обозначается маркировка, в которой указывается металлический состав и принадлежность к виду (частично). Если содержание углерода не превышает один процент, то его наличие в маркировке не участвует. В маркировку входят обозначения добавок, чтобы придать сплаву легирующие свойства. Они обозначаются десятыми и сотыми частями процента. Если какого-либо компонента менее полутора процентов, то его наличие отмечают только буквой.

Но не только химический состав присутствует в маркировке. Здесь есть символы, которые указывают на характеристики стального сплава для применения и уровень качества. Так буква «А» говорит о высоком качестве продукта.

Цветовая маркировка

Цветовая маркировка сталей применяется для обозначения проката. Это удобно при хранении материалов на складах, транспортировке. Обозначение сталей производится метками в виде точек или полос, выполненных несмываемой краской. Цвет обозначений выбирается из таблицы согласно назначениям стали. При этом группа стали и степень ее раскисления не учитываются.

Источники: https://metmastanki.ru/marki-stali-rasshifrovka, https://martensit.ru/stal/marki-stali/, https://prompriem.ru/stal/marki.html, https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/markirovka-stali.html, https://tekkos.ru/katalog/poleznaya-informatsiya/poleznaya-informatsiya_480.html

06.11.2020