Стали и сплавы. Марочник

Стали и сплавы. Марочник

В.Г. Сорокин и др.

Интермет Инжиниринг, 2001 г.

Основные определения и понятия

Сталь — сплав железа с углеродом (до 2,1 %) и другими химическими элементами.

Легирующие элементы — химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств.

Основными легирующими элементами в сталях являются Мп, Si, Сг, Ni, Mo, W, Со, Си, Ti, V, Zr, Nb, Al, В. В некоторых сталях легирующими элементами могут быть также Р, N, Se, Pbи др. Перечисленные элементы, а также Н, О, Sn, Sb, Biмогут быть и примесями в стали. Содержание легирующих элементов может колебаться от тысячных долей процента до десятков процентов.

Примесями называют химические элементы, перешедшие в составстали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов. Их содержание обычно ограничивается следующими пределами: Мп < 0,8 %, Si< 0,4 %, Сг < 0,3 %, Ni< 0,3 %, Си < < 0,3 %, Мо < 0,1 %, W< 0,2 %, Р < 0,025-0,04 %, S< 0,015-0,05 %. В литейных марках в качестве примесей может содержаться до 0,9 % Мп, до 0,5 % Si, до 0,06 % Sи до 0,08 % Р.

Отнесение химических элементов к примесям или легирующим элементам зависит от их количества и роли в стали.

Легированные стали— это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах производства и обработки требуемую структуру и свойства. В легированных сталях содержание отдельных элементов больше, чем этих же элементов в виде примесей.

Такие легирующие элементы, как V, Nb, Ti, Zr, В, могут оказывать существенное влияние на структуру и свойствастали при их содержании в стали в сотых долях процента. Иногда такие стали называют микролегированными.

Классификация сталей

Единой классификациисталей практически не существует, так как многие из них можно применять в самых различных областях техники, поэтому стали обычно классифицируют по наиболее общим признакам.

По химическому составустали и сплавы черных металлов условно подразделяют на углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, легированные, высоколегированные, сплавы на основе железа.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. В низколегированных сталях суммарное содержание легирующих 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 количества легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми, никелевыми либо хромо-никелевыми, хромомарганцовистыми и т.д.

По назначению стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами. Внутри классификации существуют более узкие подразделения сталей как по назначению, так и по свойствам.

Классификация сталей по назначению принята в справочнике за основу; стали в нем распределены по разделам.

По структуре классификация в значительной степени условна.

В равновесном состояниистали подразделяют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

После охлаждения на воздухе образцов небольшого сечения с температуры приблизительно 900 °С 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. Содержание фосфора1 и серы в сталях разной категории качества следующее:

Категория

качества...........Обыкновенная      Качественная         Высоко-Особо

качественная    высококачественная (ЭШП)

Р, %, не более..........0,0400,0350,0250,025

S, %, не более..........0,0500,0350,0250.015

Категория обыкновенного качества относится только к углеродистым сталям, все остальные категории качества могут относиться к любым по степенилегирования сталям.

Обозначения марок сталей и сплавов

В России принята буквенно-цифровая система обозначения марок сталей и сплавов.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами «Ст», за которыми следует цифра, указывающая порядковый номер марки стали, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера от Ст1 до Ст6 содержание углерода в стали увеличивается. Буквы Б и В

указывают перед маркой. Для обозначения степени раскисления после номера марки добавляют один из индексов — сп, пс, кп, а категория нормируемых свойств (кроме категории 1) указывается последующей цифрой. Полуспокойные стали могут иметь повышенное содержание марганца (до 1,2 %). В этом случае после номера стали ставится буква «Г». Так, ВСтЗсп5 означает, что сталь Ст3, спокойная, группы В, категории 5 (нормируемыми для этой категории показателями являются: химический состав, временное сопротивление при растяжении, предел текучести, относительное удлинение, изгиб, ударная вязкость при —20 °С); Ст2кп означает, что сталь Ст2, кипящая, группы А, категории 1 (нормируемые показатели: временное сопротивление при растяжении и относительное удлинение); БСт5Гпс2 означает, что сталь Ст5, полуспокойная, с повышенным содержанием марганца, группы Б, категории 2 (нормируется содержание С, Мп, Si, Р, S, As, N, Сг, Ni, Си).

Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают двузначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента (например, 05, 10, 15,      80, 85).

Углеродистые инструментальные стали обозначают буквой «У» и следующей за ней цифрой, указывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (например, У7, У8, У10 и т.д.).

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, X — 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) или десятых (инструментальные стали) долях процента. Например, конструкционная сталь, содержащая 0,42—0,5 % С; 0,5— 0,8 % Мn; 0,8-1,0 % Сг; 1,3-1,8 % Ni; 0,2-0,3 % Moи 0,1-0,18 % V, обозначается маркой 45ХН2МФ.

Инструментальная (штамповая) сталь состава: 0,32—0,4 % С; 0,8—1,2 % Si; 0,15-0,4 % Mn; 4,5-5,5 % Сг; 1,2-1,5 % Мо и 0,3-0,5 % V обозначается 4Х5МФС. Если содержание углерода в инструментальных легированных сталях 1 % и более, то цифру в начале марки иногда вообще не ставят (например, X, ХВГ).

Буква «А» в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (ЗОХГСА), 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. Индекс «АС» в начале марки указывает, что сталь повышенной обрабатываемости (автоматная) со свинцом (АС35Г2).

 

Высоколегированные стали сложного состава иногда обозначают упрощенно — по порядковому номеру разработки и освоения стали на металлургическом заводе. Перед номером стали ставят индексы: «ЭИ», «ЭП».

Маркировка марок жаропрочных и жаростойких сплавов на железоникелевой и никелевой основах состоит только из буквенных обозначений элементов, за исключением никеля, после которого указывается цифра, обозначающая его среднее содержание в процентах.

Например, сплав, содержащий <0,07 % С; 19,0-22,0 % Сг; 2,4-2,8 % Ti; 0,6-1,0 % Al; <4,0 % Fe, остальное никель, обозначается ХН77ТЮ (ЭИ437).

Стали для отливок маркируют так же, как и деформируемые, но с добавлением буквы «Л» в конце марки.

Наименование сплавов прецизионных состоит из буквенных обозначений элементов и двузначного числа впереди буквы, обозначающего среднюю массовую долю элемента в процентах, входящего в основу сплава (кроме железа). Исключение составляет наименование сплавов с высоким электрическим сопротивлением, которое совпадает с обычной системой обозначений для сталей.