2.2. Классификация сталей
Стали делятся по различным признакам, но наиболее часто они классифицируются по применению, химическому составу и качеству:
1) по применению стали делятся на конструкционные (машиностроительные, строительные), инструментальные и специальные (жаропрочные, магнитные, коррозионно-стойкие и др.).
Конструкционные стали применяют для изготовления деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов, строительных конструкций.
Инструментальные стали служат для изготовления металлорежущих, ударно-штамповых, а также измерительных инструментов.
Специальные стали (кислотостойкие, нержавеющие, электротехнические и др.) применяются для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, при высоких температурах и давлениях, а также под воздействием магнитных и электрических полей.
2) по химическому составу стали делятся на углеродистые с массовой долей углерода до 1,35 % и легированные, в которых, кроме C и Fe, содержатся специально добавленные легирующие элементы для придания им тех или иных свойств.
Влияние содержания углерода на свойства стали отражено на рис. 6. Увеличение содержания углерода приводит к увеличению твердости и предела прочности, но снижает пластичность сталей.
Рис. 6. Влияние углерода на свойства сталей
3) по качеству стали делятся на следующие категории:
Стали обыкновенного качества общего назначения.
Это углеродистые стали, выплавляемые обычно в мартеновских печах и разливаемые в крупные слитки, идущие в дальнейшую переработку, а потому и наиболее дешевые. Данные стали могут иметь повышенную массовую долю серы (до 0,05-0,06 %), фосфора (до 0,04-0,07 %) и неметаллических включений. Стали обыкновенного качества разделяются на три группы: в группе А стали контролируются по механическим свойствам, в группе Б – по химическому составу, и в группе В – по механическим свойствам и химическому составу.
Стали углеродистые общего назначения используют в производстве листового и сортового проката, для строительных конструкций, труб, болтов, гвоздей, заклепок и других неответственных изделий.
Стали качественные.
Это углеродистые и легированные стали, выплавляемые в кислородных конверторах с соблюдением более строгих требований к составу шихты. Массовая доля серы в качественных сталях не должна превышать 0,025 %, а фосфора – 0,030 %. Допускаемые отклонения массовой доли углерода в пределах марки – не более ±0,01 % (по ГОСТ 1050-88).
Стали высококачественные.
Это легированные стали, выплавляемые в электропечах. Массовая доля серы и фосфора не превышает 0,001 % каждого, а допускаемые отклонения массовой доли углерода – не более 0,01 %. Высококачественные стали имеют повышенную чистоту по неметаллическим включениям.
Стали особо качественные.
Выплавляются в электрических печах с электрошлаковым переплавом и имеют наименьшие массовые доли фосфора и серы (до 0,001 %).
2.3. Маркировка сталей
Стали обыкновенного качества маркируются индексом, начинающимся с букв «Ст», далее следует число, которое не отражает массовую долю углерода, а является лишь условным порядковым номером (табл. 1). После порядкового номера ставится обозначение способа раскисления: «сп.» и «кп.», что означает: «спокойная» и «кипящая» сталь. Стали «сп.» идут на изготовление отливок и сварных конструкций, а «кп.» используются для получения заготовок методом обработки давлением.
Качественные и высококачественные стали имеют маркировку, отражающую их химический состав. В маркировке первыми цифрами указана массовая доля углерода в сотых (для конструкционных сталей с массовой долей углерода ≤ 1 %) или в десятых долях процента (для инструментальных сталей с массовой долей углерода С >1 %).
Таблица 1. Стали углеродистые общего назначения (по ГОСТ 380–2005)
|
Марка стали |
Механические свойства |
Массовая доля хим. элементов, % | |||
|
В, МПа |
δ, %, не менее |
С |
Mn |
Si | |
|
Ст 0 |
≥ 310 |
20 |
Не более 0,23 |
- |
- |
|
Ст 1кп. |
300–390 |
32 |
0,06–0,12 |
0,25–0,50 |
Не более 0,05 |
|
Ст 2сп. |
330–430 |
29 |
0,09–0,15 |
0,25–0,50 |
0,15–0,30 |
|
Ст 3сп. |
370-480 |
23 |
0,14–0,22 |
0,40–0,65 |
0,15–0,30 |
Например, сталь с мас. долей С 0,07-0,14 % обозначается как сталь 10; сталь с 0,42-0,50 % С – как сталь 45; сталь с 0,95-1,05 % С – как сталь У10.
Легирующие элементы обозначаются буквами:
Е – селен; П – фосфор; Х – хром; Ф – ванадий; Н – никель; Ю – алюминий; Г – марганец; Д – медь; С – кремний; К – кобальт; М – молибден; В – вольфрам; Р – бор; Б – ниобий; Т – титан; Ц – цирконий.
Если после буквы цифра отсутствует, то массовая доля легирующего элемента в стали составляет 0,5-1,5 %.
Если легирующего элемента более 1,5 %, то цифра после буквы указывает его массовую долю в процентах.
Высококачественные стали в конце марки имеют букву А (например, 40ХН2МА).
Но из этого правила есть исключения: инструментальные, нержавеющие и жаропрочные стали – всегда высококачественные, поэтому в марках этих сталей буква А не указывается.
Особо качественные стали в конце марки имеют букву Ш.
Стали, применяемые в виде литья, в конце имеют букву Л (например, 35Л).
Шарикоподшипниковые стали в начале марки имеют буквы ШХ (например, ШХ9, ШХ15).
Быстрорежущие стали обозначаются буквой Р (режущие). Следующая за ней цифры указывают массовую долю вольфрама (обычно от 6 до 18 %) – главного легирующего элемента этих сталей. Помимо обязательных вольфрама и хрома (3,0- 4,5 %), быстрорежущие стали могут содержать еще либо молибден, либо кобальт, либо ванадий.
Автоматные стали обозначаются буквой, стоящей в начале марки: А20, АС14, А40ХЕ (где Е – селен).
Механические свойства некоторых марок сталей приведены в табл. 2, а химический состав некоторых марок сталей – в табл. 3.
Химический состав и механические свойства различных сталей, чугунов и сплавов приведены в справочной литературе [1-5].
Таблица 2. Механические свойства сталей
|
Марка стали |
Механические свойства |
Твердость НВ, не более | ||||
|
В, МПа |
Т, МПа |
δ, % |
ψ, % |
без ТО |
после отжига | |
|
15 |
370 |
225 |
27 |
55 |
149 |
- |
|
20 |
410 |
245 |
25 |
55 |
163 |
- |
|
25 |
450 |
275 |
23 |
50 |
170 |
- |
|
30 |
490 |
295 |
21 |
50 |
179 |
- |
|
35 |
530 |
315 |
20 |
45 |
207 |
- |
|
40 |
570 |
335 |
19 |
45 |
217 |
187 |
|
45 |
600 |
355 |
16 |
40 |
229 |
197 |
|
15Х |
687 |
490 |
12 |
45 |
- |
217 |
|
20Х |
784 |
637 |
11 |
40 |
- |
229 |
|
20ХН |
780 |
590 |
14 |
50 |
- |
260 |
|
40Х |
981 |
784 |
10 |
45 |
- |
260 |
|
18ХГТ |
981 |
883 |
9 |
50 |
- |
229 |
|
20ХМ |
784 |
588 |
12 |
50 |
- |
- |
|
40ХН |
981 |
784 |
11 |
45 |
- |
- |
|
15ХГН2ТА |
932 |
736 |
11 |
55 |
- |
163-269 |
|
30ХГН |
784 |
687 |
12 |
45 |
- |
- |
|
30ХН2МФА |
883 |
784 |
10 |
40 |
- |
- |
|
18Х2Н4МА |
930 |
785 |
12 |
40 |
- |
331 |
Таблица 3. Химический состав сталей
|
Марка стали |
Массовые доли элементов, % | |||||
|
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Другие легирующие элементы | |
|
20 |
0,17-0,24 |
0,35-0,65 |
0,17-0,37 |
≤0,25 |
≤0,25 |
- |
|
18ХГТ |
0,17-0,23 |
0,8-1,1 |
0,17-0,37 |
1,0-1,3 |
- |
0,03-0,09Ti |
|
15Х |
0,12-0,18 |
0,40-0,70 |
0,17-0,37 |
0,7-1,0 |
≤0,30 |
- |
|
15ХГН2ТА |
0,12-0,18 |
0,8-1,1 |
0,17-0,37 |
1,0-1,3 |
1,4-1,8 |
0,06-0,12Ti |
|
35 |
0,23-0,40 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
≤0,25 |
≤0,25 |
- |
|
40 |
0,37-0,45 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
≤0,25 |
≤0,25 |
- |
|
45 |
0,42-0,50 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
≤0,25 |
≤0,25 |
- |
|
40Х |
0,36-0,44 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
0,8-1,1 |
≤0,30 |
- |
|
45Х |
0,41-0,49 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
0,8-1,1 |
≤0,30 |
- |
|
20ХН |
0,17-0,23 |
0,4-0,7 |
0,17-0,37 |
0,45-0,75 |
1,0-1,4 |
- |
|
40ХН |
0,36-0,44 |
0,5-0,8 |
0,17-0,37 |
0,45-0,75 |
1,0-1,4 |
- |
|
30ХН2МА |
0,27-0,34 |
0,3-0,6 |
0,17-0,37 |
0,6-0,9 |
1,25-1,65 |
0,2-0,3Mo |
|
12Х18Н9Т |
≤0,12 |
≤2,0 |
≤0,8 |
1,7-1,9 |
8,0-9,5 |
0,5-0,8Ti |
|
У10 |
0,95-1,05 |
0,17-0,33 |
0,17-0,33 |
≤0,20 |
- |
- |
|
Р6М5 |
0,80-0,88 |
≤0,40 |
≤0,50 |
3,8-4,4 |
- |
W:5,5-6,5Mo:5,0-5,5V:1,7-2,1 |
|
Р18 |
0,70-0,80 |
≤0,40 |
≤0,50 |
3,8-4,4 |
- |
W:17,018,5Mo:1,0V:1,0-1,4 |
|
Р12Ф3 |
0,95-1,05 |
≤0,40 |
≤0,50 |
3,8-4,4 |
- |
W:12-13 Mo:0,5-1,0 V:2,5-3,0 |
|
18Х2Н4МА |
0,14-0,20 |
0,25-0,55 |
0,17-0,37 |
1,35-1,65 |
4,0-4,4 |
Mo:0,3-0,4 |