3.1.2.В Классификация сталей

Существует несколько классификаций, позволяющих систематизировать стали, что упрощает поиск стали нужной марки с учетом ее свойств.

Стали классифицируют по химическому составу, способу выплавки, по структуре в отожженном или нормализованном состоянии, по качеству и по назначению.

По химическому составу, прежде всего, все стали можно разделить на две большие группы: углеродистые и легированные. В свою очередь легированные стали в зависимости от числа легирующих элементов различают как трехкомпонентные (содержат кроме железа и углерода один какой-либо легирующий элемент), четырехкомпонентные и т. д. Более распространенной является классификация с указанием легирующих элементов: стали хромистые, хромоникелевые, хромоникель-молибденовые и т. д.

По степени легирования, т. е. по содержанию легирующих элементов, стали условно подразделяют на низколегированные (содержат в общем 2,5-5 % легирующих элементов), среднелегированные (до 10 %) и высоколегированные (более 10 %).

По способу выплавки. Углеродистые стали выплавляют главным образом мартеновским и кислородно-конвертерным способами. Наиболее качественную углеродистую сталь выплавляют в электрических дуговых печах.

В зависимости от степени раскисления при выплавке стали могут быть спокойными (сп), полуспокойными (пс) или кипящими (кп), что и указывают в марке. Спокойные, полуспокойные и кипящие стали, при одинаковом содержании углерода, имеют практически одинаковую прочность. Главное их различие заключается в пластичности, которая обусловлена содержанием кремния. Содержание кремния в спокойной стали 0,15-0,35 %, в полуспокойной 0,05-0,15%, в кипящей <0,05%. Легированные стали выплавляют только спокойными в мартеновских или электрических печах.

По структуре в отожженном состоянии стали делят на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

Легированные стали, кроме того, могут быть ферритного, аустенитного и ледебуритного классов.

По структуре после охлаждения на воздухе легированные стали разделяют на три основных класса: перлитный, мартенситный и аустенитный (структуру во всех случаях определяют по образцам небольшого сечения, диаметром до 25 мм).

В основе классификации стали по качеству лежит содержание вредных примесей - серы и фосфора. Различают углеродистую сталь обыкновенного качества, сталь качественную конструкционную и сталь высококачественную.

Углеродистые стали общего назначения и чугуны (ГОСТ 380-71) содержат повышенное количество S (до 0,05 %) и Р (до 0,04 %,).

Обозначение марок стали - буквенно-цифровое: буквы Ст означают «сталь» цифры от 0 до 6 - условный номер марки, например, Ст0, Ст2 ... Ст6. Степень раскисленности стали обозначают буквами кп, пс и сп. Кипящими выплавляют стали марок Ст0-Ст4, полуспокойными и спокойными можно выплавлять все стали от Ст1 до Ст6.

Сталь подразделяют на три группы: А, Б и В марках указывают только группы Б и В, например Ст2кп (сталь 2, группы А, кипящая); БСтЗкп (сталь 3, группы Б, кипящая); ВСтЗпс (сталь 3, группы В, полуспокойная); ВСт4сп (сталь 4, группы В, спокойная) и т. п.

Химический состав стали группы А не регламентируется, его только указывают в сертификатах металлургического завода-изготовителя. Стали этой группы обычно заказчики используют в состоянии поставки, поэтому их поставляют по механическим свойствам (<т_в, (т_т и 6). С увеличением номера стали, ее прочность растет, а пластичность уменьшается.

Стали группы Б поставляют по химическому составу, так как эти стали в дальнейшем обычно подвергают различной обработке (ковке, сварке, термической обработке) с целью получения нужного заказчику комплекса механических свойств.

Стали группы В поставляют по химическому составу и механическим свойствам - по нормам для сталей групп А и Б.

Углеродистая сталь обыкновенного качества - дешевая и во многих случаях удовлетворяет требованиям по механическим свой­ствам, предъявляемым к металлу. Ее выплавка составляет около 80 % всего производства углеродистых сталей.

Качественные стали. В качественных сталях максимальное содержание вредных примесей составляет не более 0,04 % серы и 0,04 % фосфора. Качественная сталь менее загрязнена неметаллическими включениями и имеет меньшее содержание растворенных газов. В случае примерно одинакового содержания углерода качественные стали имеют более высокую пластичность и вязкость по сравнению со сталями обыкновенного качества особенно при низких температурах. Качественные углеродистые стали поставляют по химическому составу и по механическим свойствам. Марки сталей обозначают цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента (пределы по углероду 0,07-0,08 % для одной марки), степень раскисленности - буквами пс, кп (спокойные, качественные стали маркируют без индекса). Например, сталь 10кп (0,10 % С, кипящая), сталь 30пс (0,30 % С, полуспокойная), сталь 45 (0,45 % С, спокойная) и т. д. Качественные углеродистые стали поставляются заказчику в различном состоянии: без термической обработки, после нормализации, различной степени пластической деформации и т. д.

В высококачественных сталях стремятся получить минимально возможное содержание серы и фосфора (S < « 0,035 % и Р <; 0,035 %). Поскольку при этом стоимость стали существенно возрастает, конструкционные углеродистые стали редко выплавляют высококачественными. Для обозначения высокого качества стали в конце обозначения марки стали ставят букву А, например, сталь У10А. Легированные стали выплавляют только качественными, а чаще - высококачественными. Для обозначения марок легированных сталей в РФ принята буквенно-цифровая система.

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: хром - X, никель - Н, молибден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А *, марганец - Г, медь - Д, ванадий - Ф, кремний - С, фосфор - П, алюминий - Ю, бор - Р, ниобий - Б, цирконий - Ц.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конструкционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1 %, ставят после соответствующей буквы в целых единицах. Например, сталь марки 18ХГТ содержит около 0,18 % С; 1 % Сr; 1 % Мn и около 0,1 % Ti; марки 12ХНЗ - 0,12 % С; 1 % Сг и 3 % Ni.

Нестандартные стали обозначают различным образом. Состав таких сталей приведен в справочниках.

Особо высококачественными выплавляют только легированные стали и сплавы. Они содержат не более 0,015 % серы и 0,025 % фосфора. К ним предъявляют повышенные требования и по содержанию других примесей.

По назначению стали подразделяют на три основные группы: конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. В основу классификации первых двух групп положено содержание углерода. Стали, содержащие до 0,25 % С, используют как котельные, строительные и для деталей машин, подвергаемых цементации.

Стали и сплавы с особыми свойствами. К ним относят коррозионностойкие и кислотоупорные; жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы: с особыми магнитными свойствами и т. д.

Цементуемые стали.

Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,10- 0,30 % С, подвергая их затем цементации.

Улучшаемые стали.

Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали (0,3-0,5 % С), подвергаемые закалке и последующему высокотемпературному отпуску. После такой термической обработки стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Высокопрочные стали.

Стали, в которых подбором химического состава и оптимальной термической обработки получают а_в = 18004-2000 МПа, называют высокопрочными.

Пружинно-рессорные стали.

Основное требование к материалам, используемым для изготовления пружин, рессор, торсионных валиков и т. д. - сохранение в течение длительного времени упругих свойств. Пружинные стали должны иметь высокий предел упругости (а_уп), высокое сопротивление разрушению (S_h) и усталости при пониженной пластичности.

Шарикоподшипниковые стали.

Детали шарикоподшипников (кольца, шарики, ролики) в процессе работы испытывают высокие удельные переменные нагрузки. Поэтому стали, используемые для их изготовления, должны иметь высокую прочность, износостойкость и высокий предел выносливости.

Маркировку ШХ следует расшифровывать как шарикоподшипниковую хромистую. Цифра показывает среднее содержание хрома в десятых долях процента.

Износостойкие стали.

Специальный вид сталей. Износостойкость может быть повышена химико-термической обработкой.

Графитизированные стали содержат повышенное количество углерода (до 1,75 %) и до 1,6 % Si.

Строительные стали.

Так как детали строительных конструкций соединяют сваркой, то основным требованием к строительным сталям является хорошая свариваемость. Поэтому строительные стали содержат до 0,25 % С.

В качестве строительных сталей используют главным образом углеродистые стали обыкновенного качества марок СтЗ, Ст4, имеющие а_т = 200-Г-270 МПа.

Автоматные стали.

Для неответственных деталей, производимых в большом количестве на станках-автоматах (болты, гайки, винты, втулки и т. д.), используют так называемые автоматные стали (ГОСТ 1414-75).