Общая классификация сталей.

Классификация сталей и сплавов производится по химическому соста­ву, качеству (способу производства и содержанию вредных примесей), а также по назначению.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали делят в зависимости от содержания углерода на:

• малоуглеродистые — менее 0,6% С;

• среднеуглеродистые — от 0,6 до 0,7% С;

• высокоуглеродистые — более 0,7%С.

Легированные стали в зависимости от введенных элементов подраз­деляют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, марганцевые и многие другие. Их классификация по химическому составу определя­ется суммарным процентом содержания легирующих элементов:

• низколегированные — менее 5%;

• среднелегированные — 5... 10%;

• высоколегированные — более 10%.

Легированные стали и сплавы делятся также на классы по структур­ному составу:

• в отожженном состоянии — доэвтектоидный, заэвтектоидный, ле-дебуритный (карбидный), ферритный, аустенитный;

• в нормализованном состоянии — перлитный, мартенситный и аусте­нитный классы. К перлитному классу относят углеродистые и легиро­ванные стали с низким содержанием легирующих элементов, к мартен-ситному классу — с их более высоким содержанием, а к аустенитному — с высоким содержанием легирующих элементов.

По качеству, т.е. по условиям производства (способу производства и содержанию вредных примесей), стали и сплавы делятся на следующие группы:

сера, менее, % фосфор, менее, %

обыкновенного качества (рядовые) ....  0,050                  0,040;

качественные......................................  0,040                  0,035;

высококачественные...........................  0,025                  0,025;

особо высококачественные.................  0,015                  0,025.

Стали обыкновенного качества по химическому составу — углероди­стые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвер­терах с применением кислорода или в больших мартеновских печах.

Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов, так как отличаются по­вышенными ликвацией (химической и структурной неоднородностью) и количеством неметаллических включений.

Стали качественные по химическому составу могут быть углеродистыми или легированными. Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки.

Оба вида сталей по степени раскисления и характеру затвердевания ме­талла в изложнице делят на:

спокойные (сп),раскисляют марганцнм, кремнием, алюминием;

 полуспокойные (пс), раскисляют марганцем и алюминием;

 кипящие (кп), раскисляют только марганцем.

 Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так, в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.

Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электро­печах, а особо высококачественные — в электропечах с электрошлаковым переплавом или другими совершенными методами, что гарантирует повы­шенную чистоту по неметаллическим включениям и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств.

По назначению стали и сплавы делят на:

 конструкционные,

инстру­ментальные стали

стали с особыми физическими и химическими свой­ствами.

Углеродистые стали.

 На долю углеродистых сталей приходит­ся 80% общего объема производства сталей и сплавов. Это объясняется тем, что эти стали дешевы и сочетают удовлетворительные механиче­ские свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. Однако они менее технологичны при термической обработке.

По назначению углеродистые стали делят на конструкционные и инструментальные. Первые в свою очередь делятся на углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества и углеродистые кон­струкционные качественные стали.

 

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) содержит 0,06...0,49% С; 0,25...1,2% Мп; 0,05...0,3% Si. Массо­вые доли Сг, Ni и Си должны быть не более 0,3% каждого, азота — не более 0,01%, серы — не более 0,05%, фосфора — не более 0,04%. В рав­новесном состоянии эти стали имеют ферритно-перлитную структуру.

В маркировке этих сталей буквы Ст означают «сталь обыкновенного качества», цифры — условный номер марки в зависимости от нормируе­мых показателей (величин механических свойств). Чем больше условный номер стали, тем больше в ней содержание углерода и перлита и тем выше ее прочность и ниже пластичность.

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества изготав­ливают следующих марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Ст6. Стандартом предусмотрена также сталь с повышенным (0,8... 1,2%) содержанием мар­ганца: СтЗГпс, СтЗГсп и Ст5Гпс. Наиболее распространенная сталь СтЗсп имеет σ_в=380...490 МПа, σ₀₂= 210...250 МПа и δ = 25...22%, а Ст5сп - σ_в= 500...600 МПа, σ₀₂= 240..'.280 МПа и δ = 20... 17%. Чем больше толщина изделия проката, тем ниже значения приведенных характеристик.

Дополнительными индексами в конце марки указываются степень раскисления и характер затвердевания стали (например, СтЗкп, Ст5пс, Стбсп).

 В зависимости от назначения стали обыкновенного качества под­разделяются на три группы — А, Б, и В.

Стали всех групп с номерами 1—4 изготавливаются кипящие (КП), спокойные (СП) и полуспокойные (ПС); с номерами 5—6 — полуспокойные (ПС) и спокойные (СП).

В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой груп­пы делится на категории:

группа А — категории 1, 2, 3;

группа Б — категории 1,2;

группа В — категории 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Нормируемые показатели:

группа А: первая категория — σ_в, δ, ;

вторая категория — σ_в, δ, σ_изг;

третья категория — σ_в, δ, σ_изг, σт.

группа Б: первая категория — %С, %Мп, %Si, %S, %Р, %Аs, %N;

вторая категория %С, %Мп, %Si, %S, %Р, %Аs, %N, %Сг, , %Си, %Ni;

группа В: первая категория — химический состав и σ_в, δ, σ_изг;

вторая категория — химический состав и Ошибка! Ошибка связи.;

третья категория - химический состав иОшибка! Ошибка связи. КСU при + 20°С;

четвертая категория — химический состав и Ошибка! Ошибка связи. КСU при — 20°С;

пятая категория — химический состав и Ошибка! Ошибка связи., КСU при — 20°С, КСU после старения;

шестая категория — химический состав и Ошибка! Ошибка связи., КСU после старения.

Группа А — стали обыкновенного качества, поставляемые по механическим свойствам без уточнения химического состава. Ста­ли этой группы маркируются буквами Ст и цифрами 0, 1,2, 3, 4, 5, 6. Чем больше число, тем выше прочность стали.

Для обозначения категории к маркировке в конце добавляют номер категории (первую категорию и букву А не указывают). Например СтЗпс2, СтЗ.

Стали группы А используются в состоянии поставки без после­дующей горячей обработки давлением и термической обработки.

Группа Б — стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом. Их маркируют индексом Б, буквами Ст и цифрами О, 1.

2, 3, 4, 5, 6. Чем больше цифра, тем выше содержание углерода. В
конце маркировки указывается номер категории, например БСт1.
БСт2-2, БСтЗкп.

Группа В — стали, поставляемые с гарантируемым химическим составом. Их маркируют индексом В, буквами Ст и цифрами 1, 2.

3, 4, 5. В конце марки добавляют цифру, указывающую номер кате­
гории. Например, ВСт2-2, ВСтЗкп-4.

Стали групп Б и В можно подвергнуть горячей обработке давле­нием и термической обработке (нормализации, закалке и отпуску).

Стали обыкновенного качества применяют для изготовления строительных конструкций, арматуры и неответственных деталей машин, метизов (стальная проволока, канаты, гвозди, крепежные изделия, ножи, пилы), применяют в строительстве для сварных, клепаных, болтовых конструкйций. Среднеуглеродистые стали (Ст5, Ст5Г), обладающие большей прочностью, чем низкоуглеродистые, предназначены для рельсов, железнодорожных колес, валов, шкивов, шестерен и других деталей грузоподъёмных машин. Их поставляют в виде проката: балок, швеллеров, прутов, листов, труб и т.д.

 

Углеродистые качественные стали (ГОСТ 1050 – 88) выплавляют в мартеновских или  в электрических печах. В зависимости от способа раскисления изготавливают спокойными или кипящими. Они содержат не более 0,35% фосфора, не более 0,04% серы, 0,05...0,6% угле­рода. Эти стали отличаются высокими пластичностью и свариваемостью. Они могут использоваться без упрочняющей термической обработки или после нее. 

Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, ..., 85. Двузначные числа в марке показывают содержание углерода в сотых долях процента. Дополнительными индексами могут быть от­мечены степень раскисления и характер затвердевания стали в излож­нице (например, сталь 08кп).

Низкоуглеродистые (менее 0,25% С) качественные конструкционные стали обладают невысокой прочностью (σ_в= 330...460 МПа, σ₀₂ = 200... 280 МПа) и высокой пластичностью (δ = 33...23%). Стали 05кп, 08кп, 08, 10 идут на изготовление деталей сложной конфигурации методом холодной штамповки. Из сталей 15кп, 15, 20 изготавливают болты, гайки, винты, пальцы, валки, оси, крюки, шпильки и другие детали Ошибка! Ошибка связи. условиях изна­шивания поверхности, то их подвергают поверхностному упрочнению це­ментацией или нитроцементацией.

 В качественных сталях сужены пределы по содержанию углерода, снижено содержание серы до 0,04% и фосфора до 0,04%.

Среднеуглеродистые (0,3-0,5% С) стали 30, 35, ..., 55 используются после нормализации, улучшения и поверхностной закалки. После улучшения ста­ли 40, 45, 50 имеют следующие механические свойства: сг_в= 600...700 МПа; а_{0 2} = 400...600 МПа; у = 50...40% и КШ = 0,4...0,5 МДж/м². Прокаливае-мость этих сталей невелика. Стали 30, 35, 40, 45 используются для изготовле­ния деталей, от которых требуется сочетание высокой прочности с вязкостью сердцевины (оси, валики, винты, шайбы, втулки, коленчатые валы и др.).

Стали 60, 65, ..., 85 с высоким содержанием (0,6...0,85%) углерода обла­дают повышенными прочностью, износостойкостью и упругими свойства­ми. Их применяют после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и по­верхностной закалки. Из сталей 65, 70, 75, 80, 85 изготавливают детали, ра­ботающие в условиях трения и вибрационных нагрузок: прокатные валки (сталь 60), крановые колеса (сталь 75), диски сцепления и впускные клапа­ны компрессоров (сталь 85), а также пружины и рессоры (ГОСТ 14959—79).

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435—90) выпускаются качественными (содержание серы не превышает 0,03%, фосфора -0,035%) и высококачественными (серы не более 0,02% и фосфора -0,03%). В конце марки высококачественных углеродистых инструмен­тальных сталей ставится буква А.

В углеродистых инструментальных сталях буква У в обозначении марки означает «углеродистая сталь», а цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента.

Стали У7 (доэвтектоидная ферритно-перлитная) и У8, У8А (эвтектоид-ные) наиболее пластичные из углеродистых инструментальных сталей. Они идут на производство молотков, стамесок, долот, зубил. Из сталей У10, У11, УНА изготавливают резцы, сверла, метчики, фрезы, плитки и прочий мерительный и режущий инструмент для резания мягких материалов, а из сталей У12, У13, У13А — инструмент, работающий без ударных нагрузок (напильники, рашпили, бритвы).

 

Легированные стали. Стали, в которые добавляют легирующие элементы с целью изменения ее строения и свойств, называют легированными. При маркировке легированной стали используют буквенные обозначения легирующих элементов (табл. 1). Эти буквы в сочетании с цифрами используют в обозначении марки стали. Содержание легирующего элемента, если оно превышает 1...1,5%, указывается цифрой (массовая доля в целых процентах), стоящей после соответствующей буквы. Если за буквой отсутствует цифра, то содержа­ние данного элемента около 1%. Исключение сделано для некоторых элементов (V, Т1, Мо, МЪ, 2т, В, N и др.), присутствие которых в ста­лях даже в тысячных долях процента оказывает существенное влияние на свойства сталей (микролегирование).

Если в начале марки нет цифры, то это означает, что количество угле­рода составляет 1% и выше. Для конструкционных сталей две цифры впереди марки указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Для инструментальных сталей одна цифра в начале марки указывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Основная масса легированных сталей выплавляется сталями каче­ственными. Отличие в обозначениях качественных, высококачественных и особо высококачественных сталей заключается в том, что в конце марки высококачественных сталей приписывается буква А, а особо высо­кокачественных — буква Ш. У сталей, применяемых в виде литья (в от­ливке), в конце марки приписывается буква Л.

Высококачественные стали имеют отклонения от этих правил. Так, в марках инструментальных легированных сталей, а также сталей и сплавов с особыми физическими свойствами буква А не указывается, поскольку они всегда высококачественные (или особо высококачествен­ные).

Некоторые группы сталей специального назначения содержат до­полнительные обозначения: марки шарикоподшипниковых сталей начи­наются с буквы Ш, быстрорежущих — с буквы Р, магнитно-твердых - с буквы Е, автоматных — с буквы А.

 

     Условное обозначение химических элементов. Таблица 1

 

Износостойкие стали (ГОСТ 5632—72) по химическому составу мо­гут быть высокоуглеродистыми (1,1...1,3% С) или малоуглеродистыми и высоколегированными (Si, Мп, Сг, Ni и др.). Основное потребительское свойство этих сталей - высокая стойкость деталей при кавитационной коррозии и механическом изнашивании при значительных ударных на­грузках. Эти стали (12Х18Н9Т, 30Х10Г1О, ОХ14АГ12, ОХ14АГ12М, Г1З) применяют чаще в литом или кованом (катанном) состоянии, так как их общее технологическое свойство - пониженная обрабатываемость резанием. Износостойкие стали используются для изготовления лопас­тей гидротурбин и гидронасосов, крестовин рельсов, щек дробилок, черпаков землеройных машин, траков и др.

Пружинные стали и сплавы (ГОСТ 14959—79) — среднеуглеродистые (0,6...0,8% С), низколегированные (Мп, Si, Сг, Ni и др.) стали, обладаю­щие высокими механическими свойствами, в первую очередь высокими пределами упругости и прочности, а также повышенной релаксационной стойкостью при достаточной вязкости и пластичности. Для получения этих свойств стали должны содержать более 0,5% С и быть способными к термической обработке — закалке и отпуску. Пружинные стали (65Г, 70, 75; 50ХА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 50ХФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 70С2ХА) в основном используются для изготовления пружин и рессор.

Кроме рассмотренных выше пружинных сталей общего назначения в машиностроении широко применяются пружинные стали специального назначения, к которым помимо требования высоких механических свойств могут предъявляться дополнительные требования по физико-химическим свойствам: немагнитности, коррозионной стойкости, низкому или посто­янному температурному коэффициенту модуля упругости и др.

Автоматные стали (ГОСТ 1414-75) содержат 0,08...0,45% С и повы­шенное содержание серы (0,05...0,3%), фосфора (0,05...0,16%) и часто марганца (0,6...1,55%). Обогащение границ зерен феррита растворен­ным в нем фосфором и образование на них хрупких включений (МпЅ и др.) облегчают резание, способствуют дроблению и легкому отделе­нию стружки, обеспечивая чистоту обрабатываемой поверхности. Срок службы режущего инструмента при обработке автоматных сталей уве­личивается. Улучшение обрабатываемости стали достигается также мик­ролегированием свинцом, селеном, кальцием. Однако введение этих элементов снижает прочностные характеристики сталей, поэтому их применяют для изготовления малоответственных деталей, от которых не требуется высоких механических свойств.

Автоматные стали получили свое наименование в связи с их обра­боткой на станках-автоматах с повышенной скоростью резания, пред­назначенных для изготовления деталей массового спроса (шайб, бол­тов, гаек, шпилек и некоторых других деталей автомобилестроения). В обозначении марки первая буква А указывает, что сталь автоматная; цифры в ней показывают содержание углерода в сотых долях процента (например, А11, А40Г). Присутствие свинца обозначается буквой С (например, АС35Г2), кальция — буквой Ц (АЦ45Х, АЦ40Г2 и др.), се­лена — буквой Е (А35Е, А40ХЕ и др.).

Шарикоподшипниковые стали (ГОСТ 80—78) по химическому составу должны быть высокоуглеродистыми (0,95...1,05% С), низколегирован­ными (Сг, Ѕi, Мп и др.). Жесткие требования (ГОСТ 801—78 и ГОСТ 21022—75) предъявляются к чистоте по неметаллическим включениям, карбидной сетке, карбидной ликвации, рыхлости и пористости металла. Микроструктура стали в рабочем состоянии — мелкоигольчатый (скрытокристаллический) мартенсит с равномерно распределенными округ­лыми включениями карбидов. Основные потребительские свойства этих сталей — повышенные твердость (61...65 НRС), износостойкость и сопротивление контактной усталости.

Шарикоподшипниковые хромистые стали обозначаются буквами ШХ в начале марки; содержание хрома в этих сталях указывается в де­сятых долях процента после буквенного обозначения (ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ и др.). В конце марки может быть указан вид металлургичес­кого переплава: Ш — электрошлаковый (ШХ15Ш); ВД — вакуумно-дуговой (ШХ15ВД).

Литейные стали содержат до 0,9% Мп, до 0,52% Si и не более 0,06% S и 0,08% Р. При затвердении отливок формируются крупные зерна аустенита, внутри которых при последующем охлаждении в сталях с содер­жанием углерода менее 0,4% образуются направленные пластины избы­точного феррита (видманштеттова структура). С увеличением содержания углерода доля феррита, образующего видманштеттову структуру умень­шается, а доля феррита в виде равноосных зерен возрастает. Литая сталь с видманштеттовой структурой имеет низкие пластичность и ударную вяз­кость, и для повышения величин этих свойств отливки из сталей, содер­жащих менее 0,4% С, подвергают полному отжигу или нормализации.

Литейные свойства сталей значительно хуже, чем чугунов и большин­ства литейных цветных сплавов. Трудности при литье создают высокая температура плавления, низкая жидкотекучесть, большая линейная усад­ка (до 2,3%) и склонность к образованию горячих литейных трещин.

Низкоуглеродистые литейные стали применяют для изготовления деталей, подвергающихся ударным нагрузкам; арматуры; деталей сварно-литых конструкций. Среднеуглеродистые литейные стали применяют для отливки станин и валков прокатных станов, крупных шестерен, зуб­чатых колес. Стальные отливки часто подвергают термической обработке для уменьшения литейных напряжений.

Литейные легированные стали по свойствам уступают углеродистым сталям из-за того, что при легировании расширяется интервал кристал­лизации и уменьшается теплопроводность и, следовательно, возрастают термические напряжения. Литейные легированные стали подразделяют на конструкционные (ГОСТ 977—88) и высоколегированные со специаль­ными свойствами.

Многие литейные стали имеют ту же марку, что и деформируемые, отличаясь лишь буквой Л в конце марки (15Л, 20Л, 25Л, ЗОЛ, 35Л, 40Л, 45Л, ЗОЛ и 35ХМЛ, 35ХГСЛ, 12Х18Н9ТЛ и др.). В этом случае химиче­ский состав литейной стали практически такой же, как деформируемой, и различается лишь допустимое количество вредных примесей (в литей­ной стали оно несколько больше). Однако немало легированных сталей разработано специально в качестве литейных и не имеет аналога среди деформируемых (например, сталь 20ФЛ, применяемая для отливки крупногабаритных деталей грузовых вагонов, и сталь 08ГДНФЛ - для изготовления ответственных крупных деталей в судостроении, работаю­щих до 60°С).

 

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: