Виды и марки стали

Классификация сталей

Обозначим критерии, по которым сплавы делятся на различные типы:

• химический состав;
• назначение сплава;
• степень раскисления;
• качество;
• структура;
• способ производства.

Химический состав

По этому критерию стали делятся на следующие типы:

1. Углеродистые
   Такие сплавы состоят в основном из железа и углерода, который придает материалу твердость и в то же время делает его более хрупким.
2. Легированные
   Стали такого типа содержат легирующие элементы, например, хром, титан, ванадий и т. д. Добавки помогают улучшать определенные свойства сплавов — повышать прочность, пластичность, устойчивость к коррозии и т. д.
3. Высоколегированные
   Сплавы из этой группы отличаются высоким — более 10% — содержанием легирующих элементов.

Назначение

Также стали делятся на классы в зависимости от специфики применения:

1. Конструкционные
   К этой категории относятся стали, которые используются в машиностроении и строительстве.
2. Инструментальные
   Такие сплавы используются для изготовления пресс-форм, измерительных и режущих инструментов.
3. Нержавеющие
   Стали из этой группы применяются в сферах, где требуется высокая устойчивость к коррозии и агрессивному химическому воздействию.
4. Жаростойкие
   Сплавы такого типа используются там, где на первое место выходит устойчивость к воздействию высоких температур.

Степень раскисления

Раскислением, или дезоксидацией, называется удаление кислорода из стали. Из-за этого элемента сплав становится более хрупким и восприимчивым к деформации, особенно при воздействии экстремальных температур.

По степени раскисления стали делятся на три типа:

1. Кипящие
   Большое количество кислорода в таких сплавах делает их пластичнее и в то же время снижает прочность. При этом низкое содержание углерода и марганца удешевляет производство кипящих сталей и позволяет поставить его на поток.
2. Полуспокойные
   К этой категории относятся частично раскисленные стали. Содержание углерода в таких сплавах варьируется от 0,15% до 0,3%. Полуспокойные стали широко используются при изготовлении труб и арматуры.
3. Спокойные
   В эту группу входят сплавы, которые прошли все стадии раскисления. Спокойные стали отличаются высоким качеством и соответствующей ему ценой.

Качество

Чем ниже содержание посторонних примесей, тем выше качество материала. По этому критерию выделяются три типа сталей:

1. Качественные
   Эта категория представлена неоднородными углеродистыми сталями.
2. Высококачественные
   Для таких сплавов характерно низкое содержание посторонних примесей и неметаллических включений.
3. Особо качественные
   К этой группе относятся стали с минимальным количеством примесей. Добиться особого качества позволяет легирование.

Структура

Элементы в составе сплава соединяются и образуют кристаллическую решетку. От геометрии таких связей зависит классификация сталей по структуре:

Способ производства

В зависимости от оборудования, которое применяется для изготовления сплавов, выделяются методы:

1. Конверторный (бессемеровский)
   При выплавке в конвертер подается сжатый воздух, обогащенный кислородом. Это приводит к окислению углерода в расплаве — он «выжигается». Выделяющееся при реакции тепло способствует нагреванию металла, поэтому дополнительное топливо не требуется.
2. Мартеновский
   Изготовленные таким методом стали отличаются высокой степенью однородности и качеством. Мартеновские печи оснащаются регенераторами, которые повторно используют тепло отработанных газов и нагревают входящий воздух.
3. Электроплавка
   Современные технологии выплавки включают использование индукционных и дуговых электропечей. Такие установки обеспечивают точный контроль температуры, минимизируют энергозатраты и позволяют получать сталь с высокой степенью чистоты и точно заданным химическим составом. Плазменно-дуговые печи позволяют создавать жаропрочные и тугоплавкие сплавы.
4. Индукционный метод
   Производство происходит в специальных печах, где достигается высокая точность состава и чистота материала. Современные технологии позволяют нагревать металл до температур свыше 20 000 °C, благодаря чему создаются сплавы, легированные титаном и молибденом.

Маркировка сталей

Под маркировкой понимаются буквенно-цифровые обозначения, в которых зашифрована информация о составе сплава, его физических свойствах и назначении.

Например, первые цифры могут указывать на количество углерода. Так, в стали марки 20Х12 содержится 0,20% этого элемента.

Буквы указывают на то, какие легирующие элементы присутствуют в сплаве.

Цифры после букв обозначают содержание легирующих элементов. Если их количество не превышает 1,5%, цифра не указывается.

Как маркируются различные виды стали

Рассмотрим, какие условные обозначения используются для основных марок востребованных сталей.

Углеродистые стали

Такие сплавы состоят в основном из железа и углерода. Это стали с незначительным количеством легирующих элементов либо их отсутствием.

Свойства сплавов напрямую зависят от содержания углерода, что делит их на высоко-, средне- и низкоуглеродистые стали.

Основные марки:

1. Ст3. Это конструкционная сталь обыкновенного качества. Отличается простотой в обработке, применяется для изготовления строительной арматуры и металлоконструкций. Обладает средней прочностью.
2. Ст20. Это более прочная и пластичная сталь. Используется для производства деталей, которые подвергаются значительным нагрузкам.
3. У7, У8, У10, У12. Это высокоуглеродистые стали. Чем больше число в маркировке, тем выше процент углерода и степень твердости. Такие стали используются для изготовления режущих инструментов, напильников, штампов.

Легированные стали

Стали такого типа содержат легирующие элементы, которые улучшают их характеристики, такие как прочность, твердость, жаропрочность и т. д.

Основные марки:

1. 40Х. Это углеродистая конструкционная сталь. Применяется для изготовления деталей, таких как валы, шестерни и болты. Обладает устойчивостью к механическим нагрузкам.
2. 30ХГСА. Прочная сталь со стойкостью к динамическим нагрузкам. Используется в авиации и автомобилестроении.
3. 20Х13, 30Х13. Это хромистые стали, устойчивые к коррозии и нагреванию. Используются для производства изделий с высокими требованиями к износостойкости.
4. 09Г2С. Сплав обладает морозостойкостью и ударопрочностью, часто применяется для изготовления сварных конструкций.

Нержавеющие стали

Такие сплавы содержат более 12% хрома, который придает им исключительную коррозионную стойкость. Они бывают аустенитными, ферритными, мартенситными.

Основные марки:

1. 08Х18Н10. Это универсальная аустенитная сталь, которая используется в пищевой и химической промышленности, при производстве станков и емкостей.
2. 12Х18Н10Т. Сталь, устойчивая к межкристаллитной коррозии благодаря добавлению титана, подходит для изготовления теплового и химического оборудования.
3. 40Х13, 95Х18. Это твердые мартенситные стали, которые используются для изготовления ножей и медицинских инструментов.
4. 08Х17Н13М2. Такая нержавеющая сталь с молибденом демонстрирует устойчивость к воздействию агрессивной химии.

Инструментальные стали

Это материалы, предназначенные для изготовления инструментов. Они обладают высокой твердостью, износостойкостью и устойчивостью к механическим и термическим воздействиям.

Основные марки:

1. У8А, У10А. Это углеродистые стали, которые отличаются высокой твердостью. Используются для напильников, пил и ручных инструментов.
2. Х12МФ. Легированная сталь с высокой износостойкостью, подходит для изготовления штампов и пресс-форм.
3. Р6М5, Р18. Это быстрорежущие стали с вольфрамом, которые используются для инструментов, работающих на высоких скоростях.

Жаропрочные и жаростойкие стали

Жаропрочные сплавы сохраняют прочность при высоких температурах, а жаростойкие — обладают дополнительной устойчивостью к окислению и газовым средам.

Основные марки:

1. 15ХМ. Жаропрочная сталь для паровых котлов и теплообменников. Этот материал устойчив к воздействию температур до 550 °C.
2. Х25Н20С2. Это жаростойкая сталь для химического оборудования, проявляющая устойчивость к агрессивным средам при температуре до 1000 °C.
3. 12ХМФ. Такой сплав применяется для труб и компонентов в теплоэнергетике.

Примеры расшифровки

Рассмотрим конкретные примеры, которые позволят лучше ориентироваться в маркировке.

30ХГСА — это сталь, которая содержит 0,3% углерода, а также хром, марганец и кремний. При этом доля легирующих элементов не превышает 1,5%. Буква А в конце говорит о высоком качестве стали.

Р6М5Ф2К8 — быстрорежущая сталь, которая содержит 5% молибдена, 2% ванадия и 8% кобальта. Отметим, что этот сплав также включает хром в количестве около 4%.
Однако этот элемент в составе быстрорежущих сталей обязателен, поэтому он не указывается в маркировке. Количество другого обязательного элемента — вольфрама — варьируется. В конкретном случае цифра 6 означает, что сплав содержит 6% вольфрама.

Ст3сп5 — конструкционная, нелегированная, спокойная, т. е. полностью раскисленная, сталь пятой категории.

Зарубежные стандарты маркировки сталей

В России и странах СНГ используется маркировка, которая позволяет определить, какой состав, предназначение и свойства у того или иного сплава.

За рубежом такая практика не применяется. Это объясняется тем, что в США и Европе работает множество компаний, которые занимаются стандартизацией металлопродукции.

Как правило, за границей сталь тоже маркируется цифрами и буквами. Однако чтобы расшифровать обозначения, требуются сравнительные таблицы.

Нержавеющие стали

Конструкционные стали

Коррозионно-стойкие стали

Быстрорежущие стали

Жаропрочные стали

Теплоустойчивые стали

Как выбрать сталь для конкретной задачи

Чтобы правильно выбрать сплав, важно учитывать:

1. Особенности нагрузки
   При статических нагрузках используются сплавы с неподвижной прочностью, например, Ст3, при динамических и ударных — легированные стали, в том числе 40Х.
   
   
2. Температурный режим эксплуатации
   Для использования при высокой температуре подходят жаропрочные и жаростойкие стали, например, 15ХМ и Х25Н20. Для эксплуатации при низких температурах используются пластичные сплавы, к примеру, 09Г2С.
   
   
3. Специфику среды
   Условия высокой влажности и агрессивные среды требуют применения устойчивых к коррозии сталей, например, 12Х18Н10Т.
   
   
4. Необходимую прочность
   Детали и узлы, которые подвергаются высоким нагрузкам, должны изготавливаться из высокопрочных сталей марок 40Х и 45Х.
   
   
5. Пластичность сплава
   Для элементов, подвергающихся деформации без разрушения, подходят стали Ст20 или 09Г2С.
   
   
6. Требования к твердости и износостойкости
   Инструментальные стали У8А и Х12МФ демонстрируют устойчивость к истиранию и подходят для изготовления режущих и формовочных инструментов.

Заключение

Понимание, как расшифровываются марки сталей, позволяет правильно выбирать материалы для решения тех или иных производственных задач.

Также важно учитывать требования проекта и будущие условия эксплуатации конструкций, инструментов, узлов и т. д.

Необходимо рассматривать каждый фактор, чтобы выбрать подходящую по химическому составу и физическим свойствам сталь.