2. Классификация стали

Стали представлены в современном машиностроении наибольшим числом марок (составов) [3–8]. Они классифицируются по химическому составу, назначению и способу производства.

По химическому составу стали разделяют на углеродистые и легированные. По назначению различают следующие классы сталей: конструкционные (машиностроительные); машиностроительные специализированного назначения, инструментальные, строительные, с особыми физическими и химическими свойствами.

Стали конструкционные применяют во всех областях машиностроения для изготовления различных деталей из проката и поковок (валы, оси, шестерни и т.п.), а также отливок и сварных конструкций. Содержание углерода в конструкционных сталях находится в пределах от 0,05 до 0,60 %. Легирующие элементы определяют механические и эксплуатационные свойства сталей.

Стали и сплавы машиностроительные специализированного назначения оцениваются по механическим характеристикам при низких (криогенных) и высоких температурах, по технологическим, физическим и химическим параметрам. К этому классу сталей относят: жаростойкие и жаропрочные, для работы при низких температурах (хладостойкие стали), износостойкие, рессорно-пружинные, автоматные и другие.

Стали инструментальные имеют высокую твердость, износостойкость и прочность, используют для изготовления режущего и измерительного инструмента, штампов и пресс-форм.

К строительным сталям относятся углеродистые и низколегированные стали, обладающие повышенной прокаливаемостью и более высокими механическими характеристиками. Поскольку строительные стали должны обладать высокой ударной вязкостью, пластичностью и свариваемостью, в сталях для металлических конструкций (углеродистые обыкновенного качества и низколегированные стали) содержание углерода не превышает 0,2 %, а в сталях с добавками марганца и кремния для армирования железобетонных конструкций – 0,37 %.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами используют в приборостроении, электротехнической, радиотехнической и электронной отраслях промышленности. Имеются следующие группы сплавов: с заданным коэффициентом теплового расширения, с заданными упругими свойствами, немагнитные, с высокой магнитной проницаемостью (магнитно-мягкие сплавы), с высокой коэрцитивной силой (магнитно-твердые сплавы) и с высоким электросопротивлением.

Стали и сплавы с особыми химическими свойствами (коррозионно-стойкие или нержавеющие во влажной среде), имеющие содержание хрома более 12 %, применяют для изготовления химического и пищевого оборудования, хирургического инструмента и деталей, эксплуатируемых в атмосферных условиях и при повышенной температуре, в растворах кислот и солей.

Классификация стали по качеству и способу производства (табл. 1) определяет условия металлургического производства и содержание в них вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора).

При получении качественной стали в конвертерах и мартеновских печах особое внимание уделяется контролю состава исходных материалов (шихты) и химического состава стали в процессе плавки на наличие серы и фосфора. Фосфор изменяет характер разрушения металла при низкой температуре (хладноломкость) за счет образования хрупких прослоек в межзеренном пространстве. Вредное влияние фосфора особенно сказывается при повышенном содержании углерода. Сера способствует появлению хрупкости при нагреве (красноломкость) за счет размягчения низкоплавких межзеренных прослоек, насыщенных сульфидами.

В стали содержатся постоянные или обыкновенные примеси (C, Mn, Si, S, P), скрытые примеси (O, H, N) и случайные примеси. Содержание постоянных примесей регламентируется стандартами, содержание скрытых примесей в обычных технических условиях не указывается. Для придания стали специфических свойств путем изменения ее строения (структуры и фазового состава) в сталь в определенных количествах вводят легирующие элементы (Cr, Mo, Ni, Ti, Mn, W, V, Co и другие). Легированной называют сталь, в составе которой помимо обычных примесей содержатся легирующие добавки либо содержание кремния и марганца повышено против обычного количества.

Таблица 1

Классификация сталей по качеству и способу производства

Класс сталей	Химический состав	Содержание примесей	Способ производства
Обыкновенного качества	углеродистые с содержанием углерода менее 0,6 %	сера не более 0,06 %, фосфор – 0,04–0,06 %	в конвертерах и в мартеновских печах
Качественная	углеродистые и легированные	сера и фосфор до 0,035 % каждого	в конвертерах, в мартеновских и в дуговых сталеплавильных печах
Высококачественная	легированные и углеродистые инструментальные	сера и фосфор до 0,025 % каждого	в дуговых и индукционных печах или после внепечной обработки стали
Особовысококачественная	легированные	сера и фосфор до 0,015 % каждого	электрошлаковый, вакуумный индукционный или вакуумно-дуговой переплав