Краткая характеристика сталей. Основы классификации сталей

Существует много признаков, по которым производится классификация сталей.

А. По химическому составу:

• углеродистые;

• легированные.

По содержанию углерода стали условно делятся на низкоуглеродистые (содержание углерода не более 0,25%), среднеуглеродистые (содержание углерода 0,3-0,6%) и высокоуглеродистые (содержание углерода от 0,7% и выше).

По преобладающему содержанию легирующих элементов (см. дальше) легированные стали подразделяются на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т.д.

Б. По качеству:

• обыкновенного качества (при содержании S 0,04% – 0,06% и Р 0,04 – 0,08%);

• качественные (при содержании S 0,03% – 0,04% и Р 0,03 – 0,04%);

• высококачественные (при содержании S ≤0,03% и Р ≤0,03%).

Кроме того, в качественных и высококачественных сталях содержится меньше других неметаллических включений, чем в сталях обыкновенного качества. Все легированные стали являются качественными или высококачественными.

В. По равновесной структуре:

• доэвектоидные стали (перлит +феррит);

• эвектоидные стали (перлит);

• заэвектоидные стали (перлит +вторичные карбиды).

Углеродистые стали обыкновенного качества

Подразделяются на три группы: А, Б и В.

Стали группы А поставляются с гарантированными механическими свойствами: σ_в, σ_т, δ.

σ_в - временное сопротивление разрыву (разрывная прочность), МПа;

σ_т - предел текучести металла, МПа;

δ - относительное удлинение при разрыве, % (мера пластичности металла).

Стали группы Б поставляются с нормируемыми показателями химического состава (определяется содержание C, Si, Mn, P, S, в %; допускается присутствие Cr, Ni, Cu – не более 0,3% каждого).

Стали группы В поставляют с нормируемыми механическими свойствами и химическим составом.

В пределах каждой группы стали подразделяются на марки.

Марки стали группы А: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6.

Марки стали группы Б: БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6.

Марки стали группы В: ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5, ВСт6.

Буквы "Ст" в марке стали – начальные буквы слова "сталь", возрастание номера марки (от 0 до 6) указывает на увеличение содержания углерода (C) в стали. Для обозначения степени раскисления стали после номера марки добавляют индексы: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная.

По стойкости к удару и порогу хладноломкости спокойные стали значительно лучше кипящих. По мере увеличения содержания углерода в стали возрастают её прочность и твёрдость, но уменьшается пластичность.

Для изделий, при изготовлении которых материал не подвергается термическому воздействию, следует выбирать стали группы А, поскольку механические свойства стали в изделиях будут соответствовать нормам ГОСТа.

Если изготовление детали связано с тепловым воздействием (горячая ковка, термообработка), то для установления режима обработки необходимо знание состава стали. Для изготовления таких деталей рекомендуется выбирать сталь группы Б.

При изготовлении изделий методом сварки также нужно знать состав стали. Свойства металла в сварном шве и около него во многом зависят от режима сварки, а свойства металла вдали от шва соответствуют свойствам исходного металла, поэтому для изготовления изделий методом сварки рекомендуется использовать стали группы В.

Механическая прочность на разрыв для ряда марок сталей группы А приведена ниже:

Марки стали	Временное сопротивление разрыву σв, МПа
Ст1сп Ст1кп Ст2сп, Ст3пс Ст5пс, Ст5сп Ст6пс, Ст6сп	320 – 400 310 – 400 380 – 490 500 – 600 600

Применение в химической промышленности:

Реакторы и теплообменники Ст3 (p≤16 кгс/мм² = 1,6 МПа; t_ст= -30 – 200ºC)

Емкости, хранилища Ст2 – Ст3

Валы мешалок Ст5

Качественная конструкционная углеродистая сталь

Величина сопротивления разрыву σ_в примерно такая же, но хрупкость меньше, чем у углеродистой стали обыкновенного качества.

Существуют две группы конструкционных углеродистых сталей.

А. С нормальным содержанием Mn (до 0,8%)

Марки 05 – 85 (содержание C в сотых долях %)

0,03≤[S]≤0,04%; 0,03≤[P]≤0,04%.

Применение в химической промышленности:

Корпуса эмалированных аппаратов -стали марки 08 и 10

Автоклавы -стали марки 15 и 20 (p≤60 кгс/см² = 6 МПа; t≤450ºC)

Б. С повышенным содержанием Mn (1,0 – 1,2%)

Марки 15Г – 70Г ([Mn] ≈ 1%)

Все качественные стали содержат 0,17 – 0,37% Si.

Углеродистая сталь для котлостроения

Основная особенность: пониженное содержание S и P.

12К; 15К; 16К; 18К; 20К – для изготовления аппаратов (p≤60 кгс/см²=6 МПа; t= -40 – 450ºC).

Литая сталь для автоклавов (фасонные отливки)

15Л; 20Л; 25Л; 30Л – автоклавы, работающие при t≤450ºC и p≤100 кгс/см² (10 МПа).

Легированные стали

За счет легирования достигается повышенная коррозионная стойкость.

В промышленности органического синтеза широко применяются кислотостойкие нержавеющие стали: хромистые 12Х17; Х28; 08Х13;

хромоникелевые Х17Н2; 0Х18Н9; 1Х18Н9; 1Х18Н9Т (σ_В=55 кгс/мм²= 550 МПа):

1	Х18	Н10	Т
0,1% С	18% Cr	10% Ni	Менее 2% Ti

При работе в контакте с HCl и морской водой используется сталь Х18Н12М3Т.

Экономно-легированные (Ni) стали: 08Х22Н6Т;08Х18Г8Н2Т;08Х12Н6М2Т и другие.

По суммарному содержанию легирующих элементов (ЛЭ) стали подразделяются:

• на низколегированные (до 2,5% ЛЭ);

• на среднелегированные (от2,5 до 10% ЛЭ);

• на высоколегированные (>10% ЛЭ).