Классификация сталей

Сталь – сплав железа, который содержит менее 2,14% углерода и иным железные и неметаллические элементы. Она считается одним из очень распространенных материалов и самым популярным железным сплавом. Сталь применяется во всех ветвях хозяйства и во всех сферах человеческой жизни — от иголки шитья до корпуса атомного реактора и от винтика в дверном замке до пилона моста через пролив. За время развития металлургии для разных целей были разработаны сотни самых разных сортов, или марок сталей. Из них повсеместно применяются 7-8 десятков, другие служат для специализированных и редких применений.

Спецификации сталей

Чтобы разобраться во всем разнообразии марок, металлурги используют несколько классификаций:

• по химическому составу;
• по структуре;
• по назначению;
• по качествам;
• по степени раскисления.

Есть и иные спецификации, однако их использование исчерпывается научными и узкоспециальными сферами использования.

Классификация по химическому составу

По химическому составу классификацию проводя, подразделяя на: углеродистые и легированные стали, которые, со своей стороны, делятся на:

углеродистые	Содержание углерода, %
	0,45	высокоуглеродистые
	легированные	Содержание присадок,%
		10	высоколегированные

Содержание углерода не оказывает влияние на степень легирования, Если доля Mn превосходит 1%, а Si- 0,9%, они тоже признаются легирующими добавками

Классификация по структуре

Структура стали, помимо ее химического состава, зависит от большого количества самых разных факторов, влиявших на нее на этапах отливки и термообработки. Классификация по структуре после процедуры отжига, во время которого заготовку греют до температуры пластичности и неторопливо охлаждают прямо в печи, следующая:

• доэвтектоидные – с избыточными ферритовыми включениями;
• эвтектоидные – ферриты замещаются перлитовыми песками;
• заэвтектоидные – с включениями вторичных карбидов;
• ледебуритные – с включениями первичных карбидов;
• аустенитные;
• ферритные.

В результате проведения процедуры нормализации, заключающейся в нагревании до температуры пластичности и остывании на чистом воздухе, классификация различает такие группы, как:

Классификация по степени раскисления

Процесс раскисления приводит к уменьшению содержания кислорода в расплаве. Классификация учитывает такие классы, как:

• спокойные (сп);
• полуспокойные (пс);
• кипящие (кп).

Ключевыми раскислительными добавками служат Mn, Al, Si.

Классификация сталей по степени раскисления

Классификация стали по содержанию примесей

Помимо спецификации по содержанию углерода и по степени раскисления, применяется классификация по качествам, определяемому методом производства и содержанием плохих примесей, в первую очередь, серы и фосфора. Классификация сталей по качествам:

Группа	Сера, %	Фосфор, %
Привычные (рядовые)	Обычного качества

Немалую часть рядовых сталей составляют углеродистые сплавы (С Качественные

К качественным относятся как углеродистые, так и легированные. Также производятся мартеновским или конвертерным способом с кислородным дутьем, но к составу сырья предъявляют гораздо более жёсткие требования, чем в случае рядовых. Также строже требования к соблюдению показателей плавки и розлива. Такие группы сталей стоят намного дороже и используются для более ответственных деталей, работающих в условиях значительных нагрузок.

Классификация сталей по качествам

Высокого качества

Эта группа выполняется намного совершеннее с точки зрения технологии способами, такими, как выплавка в электропечах. Технологические особенности производства дают возможность достичь особо невысокого содержания плохих примесей неметаллов и газовых включений, это обеспечивает большие механические свойства. Такие стали применяются в особо ответственных узлах, а цена их во много раз больше, чем обыкновенных.

Особовысококачественные

Они заканчивают классификацию сталей по качествам. Их делают, переплавляя электрошлаковым способом, что позволят в несколько раз уменьшить содержание примесей. Некоторые марки по стоимости приближаются к драгоценным металлам, и используют такие легированные стали в уникальных случаях — в деталях атомных реакторов, криогенных установках, оборонной и космической отрасли и остальных.

Классификация стали по назначению

Следующий вид спецификации сталей — по назначению:

• конструкционные;
• инструментальные;
• со специальными физико-химическими свойствами.

Эта классификация в определенной степени условна, в одной группе как правило находиться десятки марок, а в другой — одна-две.

Классификация сталей по назначению

Более того многие марки по собственным механическим особенностям применимы и для соседних назначений. При подборе марки для определенной конструкции или детали декораторы и технологи берут во внимание, помимо формального назначения, еще десяток факторов, например, как цена, обрабатываемость, совместимость с остальными деталями по коэффициенту расширения тепла и прочих. Порой конструктор использует марку, заранее превосходящую по собственным показателям и стоимости обычную конструкционную марку, вполне пригодную для этой детали. Это допускается в условиях уникального производства или особо малых серий, высоких транспортных расходах, и ряде иных случаев. Любое подобное решение должно быть резонно с материальной точки зрения.

Конструкционные

Конструкционные стали обычного качества собой представляют одну из очень обширных групп.

• строительные;
• холодной штамповки;
• цементируемые;
• улучшаемые;
• очень прочные;
• пружинно-рессорные;
• подшипниковые;
• автоматные;
• коррозионностойкие;
• устойчивые к износу;
• огнеупорные и огнеупорные.

Строительные

Сюда входит очень много марок рядовых углеродистых и сплавов невысокого легирования. Из подобных материалов делают непростые пространственные конструкции, нагрузка в которых одинаково делится между всеми элементами. К любому из них не предъявляют специальных требований, помимо хорошей свариваемости.

Для холодной штамповки

В ходе холодной штамповки форма заготовки и ее размеры значительно меняются, по этому к данной группе низкоуглеродистых хороших сплавов ключевое условие другое — большая гибкость и устойчивость на разрыв.

Цементируемые

Эта группа применяется для изготовления узлов и деталей, подверженных трению и переменным периодическим нагрузкам. Процедура цементации служит для увеличения стойкости поверхности к изнашиванию. В нее входят низкоуглеродистые (0,1-0,3%) и часть легированных сплавов.

Изделия из цементируемой стали

Улучшаемые

Эти марки предназначаются для специализированных видов термические обработки, например, как закалка и отпуск, используемых с целью улучшения прочностных и прочих механических параметров материала. В группу входят как среднеуглеродистые, так и хромистые, в том числе с присадками бора, марганца, никеля и молибдена.

Очень прочные

Для очень прочных среднеуглеродистых высоколегированных сплавов собственно выбирается состав и соотношение присадок, а еще нестандартные программы термические обработки. В результате металлурги могут достигать характеристик прочности, в 2 и более раза превосходящих параметры конструкционных марок. Используются в особо ответственных узлах.

Основная особенность пружинно — рессорных марок — это способность к многократным гибким деформациям без накопления эффекта усталости. Достаточно активно используются на транспорте и в автомобилестроении, везде, где требуется амортизация, гашение колебаний или обеспечение возврата частей механизма в начальное положение после выполнения рабочего движения. Для увеличения предела упругости углеродистые сплавы легируются кремнием, марганцем, бором и остальными элементами.

Подшипниковые

Чтобы обеспечить требуемый ресурс эксплуатации двигателей, станков и прочих механизмов, применяющих подшипники, изделия из сплавов данной группы обязаны быть очень прочными, устойчивым к износу и выносливыми. Обязаны быть минимизированы сторонние включения, неоднородности, все разновидности пор. Содержат около одного процента углерода и 0,8-1,5% хрома, подвержены специализированному уплотнению и термической обработке

Автоматные

Важный параметр для сплавов данной группы — высокая обрабатываемость, образование легко отламывающейся короткой стружки и пониженное трение меду деталью и инструментом. Их используют для производства массовых серий крепежных элементов на автоматических производственных комплексах. В состав добавляют серу, свинец, селен и теллур. Минусом становится сниженная эластичность материала.

Устойчивые к износу

Путем добавки в сплав значимых количеств марганца получают устойчивые к износу марки стали. Их назначение — производство узлов, подверженных сильному трению, также и абразивному, большим динамическим и статическим нагрузкам. Это детали стрелок на рельсовом пути, горного оборудования, ковшей погрузчиков, гусениц.

Заслонка из устойчивой к износу стали

Коррозионностойкие нержавеющие

Эти низкоуглеродистые сплавы подвергают сильному легированию хромом и марганцем. При кристаллизации хром сформировывает тонкий верхний слой окислов, защищающий деталь от влияния химически активных сред. Такие сплавы могут использовать как в слабоагрессивных (вода, пар), так и высоко агрессивных средах (растворы кислот, щелочей, вода моря) при температуре до 60 °С

В середине коррозионностойкой группы есть собственная классификация

• Коррозионностойкие. Из них делают валы, пружины, клапаны, турбинные лопатки, выдерживающие существенные нагрузки и до 600 °С.
• Огнеупорные. Предназначаются для работы в условиях больших температур (до 1200 °С) при ограниченных нагрузках.
• Огнеупорные. Малоуглеродистые высоколегированные никелем, кремнием и прочими присадками сплавы как правило будут работать в условиях как больших температур (до 75% от температуры плавления), так и значительных нагрузок.
• Криогенные. Берегут упругость и вязкость в условиях невысоких и особо невысоких температур (до -200 °С). Применяются для производства деталей промышленных и научных холодильных установок.

По собственным особенностям данные материалы сильно отличаются от хорошо известно пищевой нержавеющей стали, из которой делают посуду и оборудование кухни.

Инструментальные стали

К материалам из большой и многообразной группы инструментальных марок предъявляют нестандартные требования, связанные со спецификами использования выполняемых из них изделий. В середине группы также имеются собственные подгруппы. Главные – это сплавы для:

Для инструментов для резки

Основное требование к сплавам данной группы — способность хранить заданную твердость, крепость и термическая устойчивость при продолжительных механических и термических нагрузках.

Инструмент из инструментальной стали для инструментов для резки

Такие сплавы отличительны очень большой ценой, по этому режущий инструмент, в основном, не делают полностью из инструментальных материалов, а применяют режущие пластины или поверхности другой формы, вплавляемые или закрепляемые на основе, выполненной из конструкционных марок. Это дает возможность значительно уменьшить цену и увеличить служебный срок инструмента

Группа также делится на:

• Углеродистые инструментальные сплавы. В их состав входит от 0,5 до 1,3% углерода. Используется для обыкновенного инструмента для резки массового использования.
• Легированные инструментальные. Для увеличения прочности и теплоустойчивости (до 300 °С) используют легирующие добавки – хром, ванадий и остальные от 1 до 3%. Из подобных материалов делают сверла, фрезы и протяжки.
• Быстрорежущие. Используются для очень эффективного прогрессивного инструмента, обладающего высокой теплоустойчивостью — до 660 °С.

Большая цена прогрессивного инструмента с избытком возмещается в общем случае повышением продуктивности оборудования, сокращением износа станков в расчете на одно изделие, снижением трудоемкости и повышением темпа выпуска изделий. Финансовый эффект зависит от размеров серии.

Стали для измерительных инструментов

Ключевое условие к материалам данной группы — это стабильность формы и размеров во время измерительных работ и хранения.

Стальное изделие для измерительных инструментов

Второе по значению свойство — это необыкновенное качество поверхности, хорошая обрабатываемость и тем более шлифуемость. Конечно, требования к стойкости к износу и твердости также остаются в силе. Используют как дешевые углеродистые славы, так и легированные хромом, никелем и прочими присадками. Изделия подвергают цементации и закалке для увеличения качества поверхности и увеличения стойкости к износу. В наши дни, с появлением авангардных бесконтактных вармантов и средств измерения, например, как лазерные, ультразвуковые и программно-аппаратное объединенные в обрабатывающие центры, необходимость в сплавах данной группы немного уменьшилась. Однако они все также популярны как на опытных производствах, так и во время изготовления и поверке тех самых прогрессивных средств измерения.

Штамповые стали

Сплавы данной группы должны различаться особенной твердостью, прокаливаемостью и термической устойчивостью. Главное же условие к ним — большая устойчивость к износу и постоянство формы изделия. Сюда входят сплавы:

• Холодной штамповки. К главным требованиям — твердости, стойкости к износу, стабильности формы и размеров — прибавляются термическая устойчивость и высокая вязкость, потому как изделия работают в условиях большого давления и ударов. Делаются на основе хромосодержащих лигатур с добавкой иных элементов. Многие сорта взаимозаменяемы с быстрорежущими.
• Горячей штамповки. К требованиям для сплавов холодной штамповки добавляется очень высокая прочность и вязкость при большом нагреве (до 500 °С) и большая проводимость тепла для избегания перегрева. Легируются высокими содержаниями хрома, ванадия, никеля и др.

Валковые стали

Применяются для производства самых разных валков прокатных станов, ножей для нарезания металла, матриц и пуансонов. Используются также для производства уникальных высоконагруженных узлов бумагоделательного и горного оборудования.

К ним выдвигаются такие требования:

• Большая прокаливаемость для достижения достаточной прочности по всей детали, достигающей порой десятка метров. При этом закалку проводят с небыстрым графиком охлаждения в масле.
• Глубокая прокаливаемость. Для обеспечения постоянства размеров и формы выпускаемого проката важно, чтобы территория исключительной прочности не сосредотачивалась в приповерхностном слое, а одинаково проникала по всему объему изделия, достигающего в диаметре нескольких метров, гарантируя заданную жесткость всего валка. Этого добиваются доведением углерода до 0,8%, специализированным выбором лигатур (включая кремний и бор) и старательным соблюдением программы термические обработки, а именно в части графика охлаждения.
• Большая устойчивость к износу. Гарантирует долгую работу без перебоев всего прокатного стана, стабильность показателей проката и снижение затрат на внеплановый ремонт и дальнейшую настройку оборудования.
• Достаточная контактная крепость. Значение параметра с заданным запасом должно быть больше напряжения, появляющиеся в ходе тех. процесса, беря во внимание как нагрузки от веса самого оборудования, так и появляющиеся благодаря сопротивлению прокатываемого материала.
• Минимизация своих деформирований, нарушение соосности и коробления в ходе термические обработки, а еще максимально предполагаемая стабильность формы и размеров изделия при его работе.

Заканчивается список требований подходящей обрабатываемостью изделий и отличной шлифуемостью и полируемостью поверхностей. Это даст возможность получать прокат стабильно отличного качества.

Что означает маркировка стали

По маркировке стали можно просто определить ее назначение, состав, метод производства и некоторые прочие параметры, говоря иначе, произвести исчерпывающую классификацию.

В РФ и государствах СНГ маркировка состоит из цифровых и буквенных позиционных обозначений. В первых рядах находятся одна или две цифры, показывающие процент содержания углерода.

Если его больше одного процента, применяют две цифры, если меньше — то одну, и значение показывается в десятых долях.

Пример расшифровки маркировки стали

Дальше идут группы, обозначающие вид и содержание легирующих присадок

Буквенные коды компонентов можно увидеть тут: буквенные определения легирующих присадок

Если содержание элемента больше одного процента, то указывается содержание в процентах, если меньше — остается лишь буква.

В конце кода может быть добавлена буквы А или АА, обозначающая содержание фосфора и серы и подходящая качественным и очень качественным категориям.

Маркировка нержавеющей проволоки для сварки

Добавляют также и буквы, указывающие на степень раскисления:

• кп — кипящая;
• пс — полуспокойная;
• сп — спокойная.

На западе, а еще в Китае и Японии приняты собственные способы спецификации и маркировки сталей. Таблицы соответствия содержатся в марочниках.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.