8.2. Классификация сталей

Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре, прочности и назначению.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. В зависимости от концентрации углерода и те, и другие подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,250,5 % С) и высокоуглеродистые (> 0,7 % С). Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и многие другие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные. В низколегированных сталях количество легирующих элементов не превышает 2,5 %, в среднелегированных содержится от 2,5 до 10 %, в высоколегированных  более 10 %.

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысоко-качественные.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей  серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,050 % S и 0,040 % P, качественные  не более 0,04 % S и 0,035 % P (в случае инструментальных до 0,03%), высококачественные  не более 0,025 % S и 0,025 % P, особо высококачественные  не более 0,015 % S и 0,025 % P.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление  процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипящей стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si  0,07 %), но с повышенным количеством газообразных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии стали разделяют на следующие классы: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; заэвтектоидные, имеющие в структуре перлит и цементит вторичный; ледебуритные, аустенитные и ферритные.

По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный.

Стали перлитного класса (см. рис. 74, а) имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита (описание см. дальше). К этому классу относятся углеродистые и низколегированные стали. Это большая группа дешевых, широко применяемых сталей.

Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита (рис. 74, б); при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали.

Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже 0 С (см. раздел «Теория термической обработки»).

По назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения.

Конструкционные по назначению подразделяются на машиностроительные, предназначенные для изготовления деталей машин и механизмов (цементуемые и улучшаемые), и строительные, используемые для металлоконструкций и сооружений.

а б в

Рис. 74. Схемы изотермического распада аустенита сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов

Инструментальные стали по назначению подразделяются на стали (материалы) для режущего инструмента, для штампового инструмента (холодной и горячей штамповки) и измерительного инструмента. По теплостойкости применяемые материалы в свою очередь делятся на группы: нетеплостойкие (углеродистые стали), полутеплостойкие низколегированные стали (до 200 C), теплостойкие высоколегированные быстрорежущие стали (до 600–640 С), твердые сплавы (до 8001000 C) и сверхтвердые материалы (до 1200 C).

Стали со специальными физико-химическими свойствами по назначению могут быть коррозионно-стойкими, жаростойкими, жаро-прочными, износостойкими, электротехническими и т. д., в которых получение тех или иных свойств достигается соответствующим легированием.