1.2. Маркировка сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества имеют марки: Ст0, Ст1, Ст2, ... Ст7; по мере возрастания цифр увеличивается содержание углерода в стали (от 0,06 до 0,50—0,62%). Буквы М, К, Б перед такой маркировкой означают, что эта сталь мартеновского, конвертерного и бессемеровского производства. Углеродистые качественные стали имеют марки: 08, 10, 15, 20, 25,... 80; эти цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Если после марочного обозначения (10, 15 и др.) стоят буквы «кп» это означает, что сталь кипящая, если буквы «пс» — сталь полуспокойная.

. Углеродистые инструменталъные стали имеют марки: У7, У10, У12 и т. п., цифры после У характеризуют содержание углерода в десятых долях процента.

Обозначение марок легированной стали состоит из ряда букв и цифр, указывающих примерный состав стали. При маркировке легированных сталей приняты следующие обозначения содержащихся в них элементов:

C – кремний Ю — алюминий Т – титан

Г – марганец Ф — ванадий Ц – цирконий

Н – никель В — вольфрам Б – ниобий

Х – хром Д — медь Р – бор

М – молибден К — кобальт А – азот

При обозначении марок стали две первые цифры перед буквами показывают среднее содержание углерода в металле в сотых долях процента. Буквы справа от первых цифр обозначают наличие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие справа от буквы, обозначают примерное содержание данного легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифр за буквой означает, что содержание данного элемента составляет < 1 %. Буква А в конце обозначения марки показывает, что это высококачественная сталь (т. е. содержит <0,025 % Р, S каждого). Например, марка 12Х2Н4А означает, что это высококачественная сталь, содержащая ~0,12 % С, 2 % Сr и 4 % Ni; марка 30ХГС означаёт, что в этой стали содержится ~0,30 % С и ~1 % Сr, Мn и Si (каждого).

Отсутствие цифры слева перед буквами в марке стали означает, что содержание углерода составляет ~1 %. Например, сталь Х12Ф1 содержит 1,2—1,45% С, ~12% Сr и 0,7— 0,9 % V.

Некоторые легированные стали выделены в особые группы; их обозначают буквами, которые ставят в начале марки: Р — быстрорежущие, Ш — шарикоподшипниковые, Е — электротехнические с особыми магнитными свойствами (например, Р18, ШХ15, ЕХ8).

1.3. Влияние составляющих стали на ее свойства

Углерод. При увеличении содержания углерода повышается твердость и прочность стали и снижается пластичность. Углерод способствует повышению режущей способности стали, существенно снижает температуру плавления.

Марганец входит в состав всех сталей, является слабым раскислителем. Благодаря высокому химическому сродству марганца к сере при кристаллизации стали образуется соединение МnS, что предотвращает красноломкость, вызываемую содержанием серы в стали. Марганец повышает прокаливаемость стали, прочность, предел текучести. При содержании 12—15 % Мn сталь обладает высокой стойкостью к истиранию (сталь Гатфильда).

Кремний является раскислителем и легирующим элементом. Повышает твердость, снижает пластичность и ударную вязкость; существенно увеличивает предел текучести, что снижает способность стали к вытяжке, холодной штамповке. Кремний повышает предел упругости, при содержании 1—2% Si сталь после закалки и отпуска приобретает высокую упругость и из нее изготавливают пружины и рессоры. При содержании ^З % 51 сталь имеет высокую магнитную проницаемость и используется как трансформаторная. При содержании кремния >15 % сплавы становятся кислотоупорными.

Фосфор является вредной примесью. Растворенный в стали он искажает кристаллическую решетку; при этом существенно возрастает хладноломкость (хрупкость при низких температурах), уменьшается пластичность и вязкость стали. Хладноломкость увеличивается при росте содержания углерода в стали. Допустимое содержание фосфора в стали составляет 0,07%.

Сера является вредной примесью, вызывает красноломкость стали, понижает механические свойства, увеличивает склонность к коррозии и истиранию. Красноломкость вызвана тем, что в процессе кристаллизации стали по границам зерен в виде тонкой пленки выделяются соединения Ре5 с железом (температура плавления 988 °С); при нагреве стали перед прокаткой до 1000—1200°С пленки расплавляются, нарушая связь между зернами. Допустимое содержание серы в сталях — 0,06 %.

Исключением из общего правила является автоматная сталь, в которую специально вводят 0,08—0,3% 5 и до 0,15% Р, чтобы обеспечить образование короткой и ломкой стружки; это облегчает обработку стали на токарных станках-автоматах.

Алюминий является сильным раскислителем и обеспечивает получение полностью раскисленной спокойной стали. Предотвращает возникновение многих дефектов, которые могут быть вызваны растворенным в стали кислородом (например, красноломкость и др.). При 0,02—0,08 % Аl предотвращается старение стали, вызываемое содержанием в ней растворенного азота и кислорода. Наряду с марганцем предотвращает выделение соединений серы по границам зерен при кристаллизации стали. Повышает пластические свойства стали.

Xром наиболее распространенный легирующий элемент. Повышает прокаливаемость и прочностные свойства стали, снижает склонность стали к хрупкому разрушению. Сталь при содержании одновременно хрома и никеля обладает высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Хромистые стали с высоким содержанием углерода применяют как инструментальные и подшипниковые. При содержании >12% Сr сталь становится коррозионностойкой. Поскольку хром способствует повышению прочности при высоких температурах, он входит в состав многих жаропрочных сплавов.

Никель существенно улучшает прокаливаемость стали, повышает твердость и предел прочности при одновременном увеличении вязкости и пластичности; увеличивает сопротивление стали хрупкому разрушению; значительно снижает хладноломкость, повышает прочность при высоких температурах; увеличивает коррозионную стойкость. Введение 3—4 % Ni обеспечивает глубокую прокаливаемость. Никель входит в состав многих конструкционных легированных сталей и является составляющей коррозионностойких и жаропрочных сталей и сплавов. В связи с высокой стоимостью никель вводят в сталь совместно с хромом и другими элементами и в минимально требуемом количестве.

Молибден применяют главным образом как легирующую добавку в хромистых и хромоникелевых сталях в количестве 0,2—0,5 %. Он повышает прокаливаемость, измельчает зерно, повышает твердость и прочность, устраняет отпускную хрупкость. Повышает прочность при высоких температурах, в связи с чем его вводят в жаропрочные стали (<5%).

Вольфрам увеличивает твердость, прочность и уменьшает пластичность стали. Благодаря высокому химическому сродству к углероду вольфрам образует в стали карбиды; их присутствие сильно повышает теплостойкость, т. е. способность сохранять твердость и износостойкость при высоких (550—600 °С) температурах. Это обеспечивает улучшение режущей способности к нитридо- и карбидообразованию тальную сталь вводят 1—8 % W, в быстрорежущую 8,5—18% W. Вольфрам вводят в жаропрочные стали.

Ванадий при содержании в стали <0,3 % измельчает зерно, повышает твердость, тепло-стойкость и вязкость. Благодаря высокой способности к нитридо- и карбидообразованию ванадий вводят в легированные азотом стали для связывания азота в нитриды, что упрочняет сталь и снижает склонность ее к старению (нестареющие стали с карбонитридным упрочнением).

Ниобий вводят в конструкционные стали (0,03—0,05%), что способствует измельчению зерна, повышению прочности и твердости, увеличению сопротивления стали окислению при высокой температуре. Наряду с ванадием используется как сильная нитридо- и карбидообразующая добавка.

Титан вводят в некоторые стали (0,01 — 0,1 %) для измельчения зерна и повышения механических свойств; он уменьшает склонность коррозионностойких сталей к межкристаллитной коррозии.

Цирконий влияет на свойства стали примерно так же, как алюминий.

Кобальт повышает вязкость и теплостой-кость стали, мало влияет на твердость.

Б о р вводят в среднеуглеродистые конструк-ционные стали (0,002—0,005%) для повыше-ния прокаливаемости.

Медь вводят в некоторые низколегирован-ные конструкционные строительные стали (0,2—0,6 %) для повышения коррозионной стойкости стали в атмосферных условиях.

С в и н е ц вводят в некоторые стали (0,15—0,3%) для улучшения их обрабатывае-мости на токарных станках: повышения изно-состойкости режущего инструмента и улучше-ния качества обрабатываемой поверхности.

А з о т является вредной примесью для болыыйнства сталей (углеродистых, низколе-гированных); снижает пластические свойства, ударную вязкость, повышает хрупкость при низких температурах, повышает склонность к старению (охрупчивание с течением времени вследствие постепенного выделения в объеме стальных изделий избыточного азота в виде нитридов).

В ряд легированных сталей азот вводят в качестве заменителя никеля. Некоторые низко легированные стали (стали с карбонитридным упрочнением) легируют азотом, одновременно вводя в нее нитридообразующие элементы (V, Nb). Выделение всего азота в виде нитридов упрочняет сталь, делает ее нестареющей.

Водород повышает хрупкость стали, вызывает во многих сталях образование флокенов и других дефектов (пятнистая ликвация, трещины, пористость и др.).