§ 16.4. Черные металлы и сплавы

К черным металлам относят железо и его сплавы — стали и чугуны, которые имеют наибольшее применение в народном хозяйстве.

Стали, выпускаемые металлургической промышлен­ностью СССР, классифицируют по химическому составу, структуре, методам выплавки, назначению и качеству.

Наиболее важным признаком классификации сталей, позволяющим правильно выбрать ту или иную сталь для изготовления определенных деталей машин, приборов и других изделий, является их химический состав.

По химическому составу стали делятся на углеро­дистые и легированные.

В состав сталей входит небольшое количество серы, фосфора, марганца и кремния, а также случайных приме­сей (например, меди, хрома). Наличие примесей зависит непосредственно от технологического процесса получе­ния сталей. Сера и фосфор отрицательно влияют на каче­ство стали. С повышением содержания серы увеличивает­ся красноломкость стали, т. е. хрупкость при температуре свыше 800 °С; фосфор повышает ее хладноломкость — хрупкость при нормальных температурах. Обычно в ста­лях сера и фосфор содержатся по 0,03 — 0,05% и менее. Марганец и кремний при оптимальных их количе­ствах положительно влияют на качество стали.

Углеродистые стали по количеству содержащегося в них углерода делятся на низкоуглеродистые (до 0,3%), среднеуглеродистые (0,3 — 0,6 %) и высокоуглеродистые (более 0,6%).

Стали получают кислородно-конвертерным, марте­новским и электросталеплавильным процессами.

По качеству (содержанию серы и фосфора) углеро­дистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества, качественные и высококаче­ственные. По характеру застывания в изложнице стали подразделяются также на спокойные, полу спокойные и кипящие.

По назначению стали делятся на конструкционные (низко- и среднеуглеродистые), инструментальные и спе­циальные.

Углеродистые конструкционные стали. Углеродистые конструкционные стали, обыкновенного качества (ГОСТ 380 — 71) выпускают в виде прутков, тонких листов, про­ката фасонного профиля.

В зависимости от назначения сталь подразделяют на три группы: А, Б, В. Кроме того, стали каждой группы подразделяют на категории: 1, 2, 3 и т. д.

По группам А и Б стали выпускаются семи марок, а по группе В — пяти марок. Существуют следующие марки сталей:

группа А - СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Cj4 Ст5, Стб;

группа Б - БСтО, БСт1, БСт2Л5Щ^БСт4, БСт5, БСтб;

группа В - ВСт1, ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5.

Во всех сталях групп Б и В, которые поставляются по химическому составу, регламентируется содержание угле­рода в пределах 0,06-0,49%, марганца-0,25-1,20%, серы и фосфора-0,04-0,07%.

В производстве часто применяют также специальные низкоуглеродистые автоматные стали, обладающие улуч­шенными свойствами обрабатываемости резанием.

Сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ 1050 — 74) по видам обработки делится на горяче­катаную и кованую, калиброванную, а также круглую со специальной отделкой поверхности – серебрянку.

Углеродистая качественная конструкционная сталь выпускается без термической обработки, термически обработанная (обозначается Т) и нагартованная (Н) — для калиброванной стали и серебрянки.

В зависимости от назначения сталь делится на под­группы — для горячей обработки, механической обработ­ки и холодного волочения.

Углеродистые качественные конструкционные стали выпускаются многих марок. Например, марок 10, 20, 25, ..., 85, в которых содержание углерода (в среднем) 0,1; 0,2; 0,25; ..., 0,85% (цифры ,в маркировке указывают на содержание углерода. Для определения количества углерода нужно цифру в маркировке разделить на 100).

Легированные конструкционные стали. Легированными сталями называются те, в которые вводятся легирующие химические элементы для получения заданных свойств: вольфрам, никель, хром, молибден, ванадий и др. По преобладающему легирующему элементу в стали они по­лучают соответствующее название: хромистые, хромони-келевые и т. д.

Различают низколегированные, среднелегированные и высоколегированные стали, в которых количество леги­рующих элементов соответственно: до 2,5; от 2,5 до 10; свыше 10%.

Среди легированных конструкционных сталей следует выделить шарикоподшипниковые стали ШХ15 и др., ко­торые могут работать при больших нагрузках и трении. Они находят широкое применение в шарикоподшипнико­вой промышленности для изготовления колец, шариков, роликоподшипников.

Легирующие химические элементы в марках стали обозначаются следующими буквами: В — вольфрам, Н — никель, X — хром, М — молибден, К — кобальт, Г — марганец, С — кремний, Ю — алюминий и т. д. Цифры, стоящие перед буквенным обозначением, указы­вают среднее или максимальное (при отсутствии нижнего предела) содержание углерода в стали в сотых долях процента, а цифры, стоящие после букв, — содержание ле­гирующего элемента в целых единицах. Например: сталь 30X13 содержит 0,3% углерода и 13% хрома.

Высоколегированные стали наилучшего качества по­лучают методами электрошлакового и вакуумно-дугового переплава, а также вакуумной индукционной выплав­кой.

В зависимости от основной структуры сталей, полу­ченных при их охлаждении на воздухе после высокотемпературного нагрева, различают следующие классы ста­лей : мартенситный, мартенсито-ферритный, аустенито-мартенситный, аустенитный и др.