4. Классификация, обозначение и применение сталей

Стали классифицируют по следующим признакам: химическому составу, качеству и назначению.

По химическому составу стали условно подразделяют на углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, легированные, высоколегированные, стали и сплавы с особыми физико-химическими свойствами.

В зависимости от количества углерода углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25 % углерода), среднеуглеродистые (0,25 – 0,7 %), высокоуглеродистые (более 0,7 %).

Легированными называют стали, в которых кроме железа, углерода, случайных примесей и технологических добавок содержатся легирующие элементы для придания сталям специальных свойств. Основными легирующими элементами являются марганец, кремний, хром, никель, вольфрам, молибден и др.

В низколегированных сталях суммарное содержание легирующие элементов должно быть не более 2,5 % (кроме углерода), в легированных – от 2,5 до 10 %, в высоколегированных – более 10 % при содержании в них железа не менее 45 %. Сплавы на основе железа содержат железа менее 45 %, но его количество больше, чем любого другого элемента.

В зависимости от вида легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми и т.д.

По назначению выделяют следующие основные группы сталей: топочную и котельную, для железнодорожного транспорта (рельсовую, для бандажей железнодорожных колес и др.), конструкционную (для изготовления различных металлоконструкций, строительства зданий, мостов, различных машин), шарикоподшипниковую, инструментальную (для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечно-штамповочного оборудования и др.), рессорно-пружинную, трансформаторную, орудийную, трубную и другие..

По структуре классификация в значительной степени условна.

В равновесном состоянии стали подразделяют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

После охлаждения на воздухе образцов небольшого сечения с температуры приблизительно 900 ^оС стали подразделяют на перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные, ферритные и аустенитные.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Главными признаками по качеству стали являются более жесткие требования по химическому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера. Категория обыкновенного качества относится только к углеродистым сталям, все остальные категории качества могут относиться к любым по степени легирования сталям.

К высоколегированным сталям и сплавам с особыми физико-химическими свойствами относят:

• коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии;

• жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 550 С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;

• жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью;

• износостойкие стали и др.

Обозначение марок сталей и сплавов. Для обозначения марок сталей и сплавов принята буквенно-цифровая система.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст, перед которыми указывают группы стали Б или В (для группы А букву не ставят), за буквами - цифры от 0 до 6 — условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем больше число, тем больше содержание углерода в стали, выше прочность и ниже пластичность. Далее обозначают способ раскисления и категорию стали (сталь делится на пять категорий в зависимости от нормируемых показателей). Если сталь содержит повышенное содержание марганца (около 1,2 %), тогда между номером марки и способом раскисления ставят букву Г. Примеры обозначения углеродистых сталей обыкновенного качества: ВСт5Гпс3, Ст3пс.

Углеродистые качественные конструкционные стали

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами: 05, 08, 10, 15, 20, ..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Такие стали делят на несколько групп.

Низкоуглеродистые качественные стали 05, ..., 10 (без термической обработки) хорошо обрабатываются давлением в холодном состоянии вследствие их высокой пластичности, а также хорошо свариваются из-за малого содержания углерода. Они используются для производства малонагруженных деталей машин и сварных конструкций.

Стали 15, 20, 25, составляющие вторую группу низкоуглеродистых качественных сталей, хорошо свариваются и обрабатываются резанием. Их применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии для изготовления неответственных деталей машин, после цементации — для изготовления деталей с повышенной износостойкостью (кулачковые валики, кронштейны и др.).

Самой значительной является группа среднеуглеродистых сталей 30, 35, 40, 45, 50, подвергающихся термической обработке. Они хорошо обрабатываются на металлорежущих станках в отожженном состоянии. Сочетание высоких прочностных и пластических свойств позволяет применять эти стали для изготовления ответственных деталей машин (шпиндели, распределительные валы и др.).

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80 и 85 подвергаются различным видам термической обработки, в результате чего они при­обретают высокую прочность, износостойкость и упругие свойства. Применяются для изготовления пружин, рессор, замковых шайб и др.

Углеродистые инструментальные стали маркируют следующим образом: впереди ставят букву У, затем цифру—среднее содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. Например, сталь марки У9 содержит в среднем 0,9 % С, сталь У 11 содержит 1,1 % С.

Для обозначения высококачественных сталей в конце марки ставится буква А, а особо высококачественных сталей (выплавленных, например, методом электрошлакового переплава с вакуумированием) — буква Ш.

Легированные стали. В легированных сталях основные легирующие элементы обозначают буквами: А - азот, К - кобальт, Т - титан, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Н - никель, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Ф - ванадий, М – молибден, Х - хром, Ц -цирконий, Ю - алюминий. Цифры после буквы в обозначении марки стали показывают примерное количество того или иного элемента, округленное до целого числа. При среднем содержании легирующего элемента до 1,5 % цифру за буквенным индексом не приводят. Содержание углерода указывается в начале марки в сотых (конструкционные стали 45ХН2МФ) или десятых (инструментальные стали 4Х5МФС) долях процента. Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1 % и более, то цифру в начале марки иногда вообще не ставят (ХВГ) Буква "А" в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если та же буква в середине марки - сталь легирована азотом (16Г2АФ), в начале марки буква "А" указывает на то, что сталь повышенной обрабатываемости (автоматная) - А35Г2.