ЭкзоТКМ / ТКМ / Маркировка конструкционных материалов

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 назна-

чения 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 задан-

ным коэффициентом теплового расширения, с заданными упругими свойствами, немагнитные, с высокой магнитной проницаемостью (магнитномягкие 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.

3.Маркировка сталей

Внашей стране принята буквенно-цифровое обозначение (комбинация цифр и заглавных букв русского алфавита) марок стали. Сталь маркируют двухзначным числом, которое показывает содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы являются обозначением легирующих элементов (табл. 3). Числа, стоящие после букв, обозначают среднее содержание в стали легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры за буквой означает, что содержание данного элемента находится в пределах 0,5–1,5 %. Исключение сделано для титана и ванадия, содержание которых в большинстве сталей составляет 0,1–0,3 %, и для сталей, содержащих бор, ниобий, селен, цирконий, иттрий и редкоземельные элементы обычно в очень малых количествах (0,01–0,001 %).

Степень раскисленности стали указывается буквами в конце марки: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная. Большинство качественных сталей выплавляется полностью раскисленными, поэтому буквы «сп» в их обозначении отсутствуют.

Литейная сталь, применяемая для получения отливок, в конце марки имеет букву Л.

При обозначении высококачественных сталей в конце марки стали пишется буква А. Исключение из этого правила: все легированные инст-

рументальные стали и стали с особыми свойствами (нержавеющие, жа-

ропрочные и др.) всегда высококачественные или особовысококачественные, поэтому в марках этих сплавов буква А в конце не указывается.

Таблица 3

Обозначение элементов в марках легированных сталей

Обозначение легирующих элементов

Особовысококачественные стали и сплавы обозначают в конце марки через тире буквами ВИ (вакуумно-индукционный переплав), ВД (ваку- умно-дуговой переплав), Ш (электрошлаковый переплав), ШД (вакуумнодуговой переплав стали электрошлакового переплава).

По указанным правилам маркируют конструкционные стали (легированные и качественные углеродистые), стали и сплавы машинострои-

тельные специализированного назначения, стали с особыми химическими свойствами и отдельные группы сталей с особыми физическими свойст-

вами, например, сплавы с высоким электросопротивлением.

При обозначении отдельных групп сталей существуют отклонения от общих правил маркировки:

1.Экспериментальные стали, не включенные в стандарты и поставляемые по техническим условиям, обозначаются буквами ЭИ или ЭП, ЧС, ЗИ, ДИ и следующими далее цифрами, которые являются порядковым номером, например: ЭИ276, ЧС36, ДИ37.

2.Сталь углеродистая обыкновенного качества имеет другой принцип маркировки.

3.В начале марки сталей иногда ставят буквы, указывающие на их применение: А – автоматные, Е – магнитно-твердые (деформируемые), Р – быстрорежущие, Ш – шарикоподшипниковые, С – сталь для строительных конструкций.

4.Обозначение инструментальной, шарикоподшипниковой и автоматной сталей имеет особенности.

5.Стали и сплавы с особыми физическими свойствами (специальные сплавы) в зависимости от свойств и эксплуатационных возможностей подразделяют на группы, каждая из которых имеет свой способ обозначения.

Конструкционные качественные углеродистые стали (ГОСТ 1050– 88), содержащие не более 0,6 % углерода, поставляют с гарантированными химическим составом и механическими характеристиками. Эти стали применяют, например, для глубокой вытяжки (сталь 05кп, сталь 08пс), в элементах трубных соединений (сталь 15кп, сталь 15пс, сталь 20), для изготовления деталей с высокой прочностью и износостойкостью (сталь 55, сталь 50Р).

Конструкционная легированная сталь (ГОСТ 4543–71) в зависимости от легирующих элементов делится на группы: хромистая (например, сталь 15Х), марганцовистая (10Г2), хромоникелевая (30ХНА), хромокремнистая (40ХС), хромомарганцевая (35ХГ2); хромомарганцевая с ванадием (35ХГФ), с молибденом (38ХГМ), с титаном (18ХГТ); хромомарганцевокремнистая (35ХГСА); хромоникелевая с молибденом (30ХН2МА), с ванадием (20ХН4ФА) и т.д. Легированные стали имеют более высокие прочностные свойства по сравнению с углеродистыми, и их применяют для изготовления ответственных деталей с соответствующей термической обработкой.

Рессорно-пружинная сталь (ГОСТ 14959–79) может быть углероди-

стой (стали 65…85) или легированной, например: 65Г, 55С2, 50ХФА, 65С2ВА, 70С2ХА. Эти стали используют для изготовления рессор автомашин, торсионных валов, пружин различных механизмов и т.д.

Стали особо высокой прочности и вязкости (мартенситно- стареющие) имеют предел прочности до 2500–3000 МПа, сохраняют пластичность (более 10 %) и ударную вязкость при низких температурах (400– 500 кДж/м2 при –196 оС). Легирование хромом (более 12 %) придает им стойкость против коррозии в агрессивных средах (морская вода, кислоты).

Выпускаются также теплостойкие (до 500 оС) стали для деталей химической аппаратуры, теплоэнергетических установок и т.д. Наиболее распространенные марки мартенситно-стареющих сталей: 03Н18К9М5Т, 03Н10Х12Д2Т, 03Н4Х12К15М4Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ.

Жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы (ГОСТ 5632–72) – это материалы, работающие при высокой температуре. Жаростойкие стали устойчивы против коррозии в воздухе, печных газах, в том числе серосодержащих, продуктах сгорания при температуре до 900–1200 оС. Характерные марки жаростойких сталей: 15Х6СЮ, 20Х20Н14С2, 30Х13Н7С2, 40Х9С2, 12Х17, 15Х28.

Жаропрочные стали используют для длительной эксплуатации под нагрузкой в деталях и установках, работающих при температурах выше 400–450 оС. Жаропрочные сплавы разделяют по температуре эксплуатации. Для работы при температуре 400–500 оС применяют, например, стали: 20Х1М1Ф1БР, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 18Х3МВ, 20Х3МВФ; при температуре

500–600 оС – стали 20Х13, 15Х6СЮ, 40Х10С2М; при температуре 600–650

оС – стали 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23Т3МР, 12Х18Н9Т и другие. Сплавы на никелевой основе, например: ХН60ВТ, ХН70Ю, ХН75МБТЮ, ХН77ТЮР используют при температуре 700–750 оС, а сплавы типа ХН62МВКЮ, ХН56ВМКЮ – до 850 оС. Сплавы на железо-никелевой основе, например: ХН35ВТ, ХН45Ю, ХН28ВМАБ, 03ХН28МДТ, 06ХН28МТ применяют при температуре от 650 оС до 900 оС. В марках сплавов на никелевой или железоникелевой основе отсутствие числа в начале марки означает, что содержание углерода в сплаве не превышает 0,1 %. При маркировке сплавов на основе никеля, например, Н70МФВ, ХН77ТЮР числа, обозначающие процентный состав легирующих элементов, как правило, за буквами не пишут. Содержание хрома в сплавах на никелевой основе составляет 10–29 % (9–12 % при легировании кобальтом, вольфрамом, молибденом и алюминием), а в сплавах на железоникелевой основе – от 14 до

18 %.

Стали хладостойкие и износостойкие (ГОСТ 977–88, ГОСТ 21357– 87), например, 08Г2ДНФЛ, 12ХГФЛ, 20ГЛ, 25Х2НМЛ, 30ХГ2СТЛ, 30ХЛ, 35ХМФЛ, 110Г13Л, 110Г13ХБРЛ применяют в литом или кованом состоянии.

Стали и сплавы коррозионно-стойкие (ГОСТ 5632–72) распределены по типу действующей среды. Стали 12Х13, 20Х13, 20Х17Н2, 30Х13, 40Х13, 95Х18 стойкие в слабых агрессивных средах (воздух, вода, пар); стали 15Х28, 12Х18Н10Т и аналогичные стойкие в более агрессивных средах (морская вода, органические кислоты); стали 10Х17Н13М3Т, 09Х15Н18Ю, 08Х21Н6М2Т способны работать в концентрированных и горячих кислотах.

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества

(ГОСТ 380–94) обозначаются индексом „ Ст“ и порядковым номером, например: Ст0, Ст1пс, Ст4кп, Ст5Гпс, Ст6сп.

В обозначении марок буквы „ Ст“ означают „ сталь“, числа от 0 до 6 – порядковый номер марки в зависимости от химического состава. При этом, чем больше номер, тем больше в стали углерода. Числа, добавляемые в конце обозначения марки, указывают на категорию стали, зависимую от нормируемых показателей для сортового и фасонного (ГОСТ 535–88), для толстолистового (ГОСТ 14637–89) и тонколистового (ГОСТ 16523–97) проката.

Инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435–99) сохраняют высокую твердость, прочность и износостойкость до температуры 190–225 оС. Буква У, стоящая в начале марки, означает, что данная сталь инструментальная высокоуглеродистая, содержащая углерода от 0,65 до 1,3 %. Следующие далее числа означают среднее содержание углерода в десятых долях процента, а буква Г – повышенное содержание марганца (до 0,58 %), например: У8Г, У12. Стали высокого и особо высокого качества обозначают соответственно буквами А и Ш, которые ставят в конце марки стали, например: У7А, У10А– Ш.

При обозначении инструментальных легированных сталей (ГОСТ

5950–2000), например: 9ХС, 5ХНМ, 3Х2В8, 5Х3В3МФС среднее содержание углерода указывают в начале марки в десятых долях процента. При содержании в стали больше 1 % углерода число в начале марки не указывают, например: ХВГ, Х12М, Х12Ф1. Число, стоящее после букв, обозначает среднее содержание легирующего элемента в целых процентах.

В марках быстрорежущих инструментальных сталей (ГОСТ 19265– 73), например: Р18, Р6М5, Р9М3К5, Р10К5Ф5 число, стоящее после буквы Р, соответствует среднему содержанию вольфрама в процентах. Другие

элементы обозначаются так же, как в легированных инструментальных сталях. Углерод в быстрорежущих инструментальных сталях не обозначается, его содержание находится в пределах 0,73–1,12 %.

Шарикоподшипниковые стали (ГОСТ 801–78 и ГОСТ 21022–75) обо-

значаются в начале марки буквами ШХ, далее указывается содержание хрома в десятых долях процента, например: ШХ4, ШХ15, ШХ20СГ, ШХ15СГ– Ш. Содержание углерода в шарикоподшипниковых сталях около 1 %. У высококачественных сталей, изготовленных с вакуумированием, в конце марки через тире указывается буква В (ШХ15– В).

Автоматные стали (ГОСТ 1414–75) маркируются следующим образом: в марке перед числами, обозначающими содержание углерода, указывается буква А (для сталей с серой и фосфором), например, А11, А40Г, буквы АС (для сталей со свинцом), например, АС12ХН, АС40ХГНМ или АЦ (для сталей с кальцием), например, АЦ35Г2, АЦ20ХН3. Автоматная сталь предназначена в основном для получения крепежных деталей неответственного назначения: втулки, гайки, клеммы и т.п.

Примеры обозначения и расшифровки:

1.Сталь 15кп – сталь конструкционная, углеродистая, качественная, содержащая 0,15 % углерода, кипящей разливки.

2.Сталь 38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38 % углерода, 2 % хрома, менее 1 % молибдена, 1 %

алюминия.

3. Сталь 60С2ХФА – сталь рессорно-пружинная, легированная, высокока-

чественная, содержащая 0,6 % углерода, 2 % кремния, до 1,5 % хрома и менее 1

%ванадия.

4.Сталь 03Н18К9М5Т– ВИ – сталь особо высокой прочности и вязкости,

мартенситно-стареющая, высоколегированная, особовысококачественная, содержащая 0,03 % углерода, 18 % никеля, 9 % кобальта, 5 % молибдена, около 1

%титана, получена вакуумно-индукционным переплавом.

5.Сталь 08Х16Н13М2Б – сталь жаропрочная, коррозионно-стойкая, высо-

колегированная, высококачественная, содержащая 0,08 % углерода, 16 % хрома, 13 % никеля, 2 % молибдена и менее 1 % ниобия.

6. Сталь 110Г13Л – сталь литейная, износостойкая, качественная, содержащая 1,1 % углерода, 13 % марганца.

7. Ст5пс1 – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, номер 5, полуспокойной разливки, первой категории (поставляемая с гарантиро-

ванными механическими характеристиками).

8. Сталь У9А-Ш – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, особо-

высококачественная, содержащая 0,9 % углерода, получена электрошлаковым переплавом.

9.Сталь Х12М – сталь инструментальная, легированная, высококачественная, содержащая 1 % углерода, 12 % хрома и 1 % молибдена.

10.Сталь Р10К5Ф5 – сталь инструментальная, быстрорежущая, легированная, высококачественная, содержащая около 1 % углерода, 10 % вольфрама, 5

%кобальта, 5 % ванадия.

11.Сталь ШХ15-ШД – сталь шарикоподшипниковая, легированная, осо-

бовысококачественная, содержащая до 1,0 % углерода, 1,5 % хрома, получена переплавом в вакуумно-дуговой печи из металла электрошлакового переплава.

12. Сталь АС45Г2 – сталь автоматная, свинцовистая, легированная, качественная, содержащая 0,45 % углерода, 0,15–0,3 % свинца, 2 % марганца.

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами, приобретае-

мыми в результате специального легирования и термической обработки, не имеют общих правил маркировки. В качества примера рассмотрим обозначение некоторых магнитных сплавов.

Структура маркировки деформируемых магнитно-твёрдых сплавов

(ТУ 14–1–4487–88) подобна структуре маркировки инструментальных легированных сталей. Например, сталь ЕХ5К5 расшифровывается как сталь магнитно-твердая, качественная, содержащая 1,0 % углерода, 5 % хрома, 5 % кобальта, остальное железо.

Электротехнические магнитно-мягкие стали (ГОСТ 3836–83, ГОСТ

11036–75) ( тонколистовая, сортовая, холодно- и горячекатаная, кованая) с содержанием углерода до 0,04 % и кремния до 0,3 % маркируют пятизначным числом, например: 10864, 21880.

Первая цифра соответствует классу по структурному состоянию и виду проката (1 − горячекатаная изотропная, 2 − холоднокатаная изотроп-

ная); вторая − содержанию кремния (0 − сталь нелегированная, без норми-

рования коэффициента старения, 1 − сталь нелегированная с нормирован-

ным коэффициентом старения); третья − группе по основной нормируемой

характеристике (8 − коэрцитивная сила); четвертая и пятая − количественному значению коэрцитивной силы в целых единицах, А/м.

Стали электротехнические (кремнистые) (ГОСТ 21427.1–83, ГОСТ

21427.2–83, ГОСТ 21427.4–83) маркируют четырьмя цифрами, например: 1511, 1212, 2011, 3404.

В обозначении марки первая цифра означает класс по структурному состоянию и виду проката (1 − горячекатаная изотропная, 2 − холоднока-

таная изотропная, 3 − холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой в направлении [100]). Вторая цифра равна суммарной массовой доле леги-

рующих элементов (кремния) (0 − до 0,5 % включительно; 1 − 0,5–0,8 %; 2

− 0,8–1,8 %; 3 − 1,8–2,8 %; 4 − 2,8–3,8 %; 5 − 3,8–4,8 %). Третья цифра − группу по основной нормируемой характеристике (0−2 − удельные потери, 6−7 − магнитная индукция). Четвёртая цифра − порядковый номер типа стали (код числового значения нормируемого параметра).

4. Маркировка чугунов

Серый чугун (ГОСТ 1412–85) обозначают сочетанием букв СЧ и числом, которое соответствуют минимальному значению предела прочности на растяжение в кгс/мм2, например: СЧ 10, СЧ 35.

Ковкий чугун (ГОСТ 1215–79) маркируют буквами КЧ (ковкий чугун) и последующими числами. Первое число равно пределу прочности в кгс/мм2. Следующее число, указанное через тире, характеризует величину относительного удлинения в процентах, например: КЧ 30–6, КЧ 80–1,5.

Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293–85) и чугун с графитом вермику-

лярной формы (ГОСТ 28394-89) обозначают сочетанием букв ВЧ (высокопрочный чугун) и ЧВГ (чугун, вермикулярный графит) и числами, показывающими предел прочности на растяжение в кгс/мм2, например: ВЧ 35, ВЧ

100, ЧВГ 30, ЧВГ 45.

Антифрикционный (износостойкий) чугун (ГОСТ 1585–85) маркируют буквами АЧС (антифрикционный серый чугун), АЧВ (антифрикционный высокопрочный чугун), АЧК (антифрикционный ковкий чугун) и порядковым номером, например: АЧС–1, АЧС–6, АЧВ–2, АЧК–1.

Специальный (легированный) чугун (ГОСТ 7769–82) обозначают набором букв и следующими за ними числами, например: ЧХ3Т, ЧХ9Н5,