2. Классификация и маркировка сталей.

Выпускаемые промышленностью стали классифици¬руются по способу производства, степени раскисления, химическому составу, назначению, качеству и другим признакам.

По способу производства различают сталь мартеновскую (основная или кислая), бессемеровскую, томасовскую, кислородно-конвертерную и электросталь (дуговая или индукционная), а по степени раскисле¬ния — спокойную, полуспокойную и кипящую. По химическому составу стали могут быть углероди¬стые и легированные. По содержанию углерода те и другие стали делятся на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25—0,7% С) и высоко¬углеродистые (более 0,7% С). По концентрации легиру¬ющих элементов стали подразделяются на низколегиро¬ванные (до 5%), среднелегированные (5—10%) и высоколегированные (более 10%). По назначению различают стали конструкционные, инструментальные, а также стали специального назначения с особыми свой¬ствами: жаропрочные, жаростойкие, нержавеющие, из¬носостойкие и др.

По показателям качества стали классифицируются на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высокока¬чественные. Качество стали характеризуется совокуп¬ностью свойств, определяемых процессом производства, химическим составом, содержанием газов и вредных примесей (серы и фосфора).

Углеродистые стали не содер¬жат легирующих добавок, но имеют такие постоянные примеси, как марганец, кремний, сера и фосфор. Конст¬рукционные углеродистые стали — наиболее дешевые и распространенные материалы, обладают удовлетвори-тельными механическими и технологическими свойст¬вами и применяются для изготовления различных деталей машин и конструкций. Эти стали выпускаются обык¬новенного качества и качественные.

Сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества производится мартеновским или кислородно-конвертерным способом и поставляется в слитках, в за¬готовках и изделиях, изготовленных прокаткой, ковкой и штамповкой. Низкоуглеродистые стали применяются для изготовления строительных конструкций, мостов, кранов, каркасов, рам и т.д., а среднеуглеродистые— вагонных колес, рельсов и деталей различных машин.

По назначению и гарантиям при поставке сталь угле¬родистая конструкционная обыкновенного качества де¬лится на три группы: А, Б и В. Сталь группы А гаран¬тируется по механическим свойствам, группы Б — по химическому составу, а сталь группы В—по механиче¬ским свойствам и химическому составу. Кроме того, каждая группа в зависимости от нормируемых показа¬телей делится на ряд категорий: А —на 1, 2 и 3, Б — на 1 и 2 и В —на 1, 2, 3, 4, 5 и 6.

Маркируют сталь буквами Ст, перед которыми ука¬зывают группы стали по назначению: Б или В (для группы А буквы не ставят), а за буквами — цифры, обозначающие номер марки, который зависит от химиче¬ского состава и механических свойств стали. Далее обозначают способ раскисления и категорию стали (пер¬вую категорию не указывают). При повышенном со¬держании какого-либо легирующего элемента между номером марки и способом раскисления ставят соответ¬ствующую букву.

Сталь группы А применяется для изготовления изде¬лий, не подвергающихся горячей обработке, и выпус¬кается семи марок: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5 и Стб. Чем больше номер марки, тем выше содержание углеро¬да в стали, выше ее прочность и ниже пластичность.

Сталь группы Б предназначена для изготовления изде¬лий, подвергающихся горячей обработке, и поставляется также семи марок с номерами от СтО до Стб. Сталь группы В предназначается для изготовления сварных конструкций и выпускается пяти марок — от Ст1 до Ст5. Например, марка Ст4СП означает, что сталь груп¬пы А, марки 4, спокойная, категории 1; марка БСт2КПЗ— сталь группы Б, марки 2, кипящая, кате¬гории 3; марка ВСт2ПС5 — сталь группы В, марки 2, полуспокойная, категории 5.

Химический состав (в%) углеродистых сталей обык¬новенного качества группы Б приводится в табл. 1.

Сталь углеродистая конструкционная качественная выплавляется в мартеновских и электрических печах и применяется для изготовления наиболее ответственных деталей машин: коленчатых валов и шатунов двигателей внутреннего сгорания, различных других деталей ма¬шин и механизмов, корпусов приборов и аппаратов, зуб¬чатых колес и т. д. Эта сталь отличается от стали обык¬новенного качества пониженным содержанием серы и выпускается марок 08f 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 и 85.

Двузначные цифры марок стали указывают на сред¬нее содержание углерода в сотых долях процента.

Стали, предназначенные для производства отливок, обозначаются аналогично качественным сталям, но с добавлением буквы «Л», например, 20Л, ЗОЛ, 45Л, 70Л и т . д.

""Инструментальная углеродистая сталь применяется для изготовления различных инструментов (режущих — резцов, фрез, сверл и др.; слесарных — молотков, зубил, ножовочных полотен, напильников, гаечных ключей и др.; измерительных — шаблонов, штангенциркулей, микрометров и др.), а также деталей, обладающих вы¬сокой твердостью и износостойкостью. Маркируются они буквой «У» (углеродистая) и цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7—У13). Например, сталь У10 содержит около 1% углерода. Высококачественные инструментальные угле¬родистые стали маркируются от У7А до У13А, а с по¬вышенным содержанием марганца — У8Г и У8ГА Однако углеродистые инструментальные стали из-за низкой теплостойкости и износостойкости могут применяться только для изготовления инструментов, работающих на низких скоростях резания, поэтому заменяются легиро-„ванными. /

Легированные стали выплавляются в дуговых и ин¬дукционных электропечах и отличаются высокой твер¬достью, прочностью, пластичностью и другими свойства¬ми. Наименование сталей зависит от входящих в нее I легирующих элементов, которые вводятся в сталь как отдельно, так и в сочетании друг с другом: хромонике-левая, хромомарганцевая, марганцовистая и др. Мар-кировка сталей учитывает количественный состав леги¬рующих элементов. При обозначении марок легирован¬ных сталей по стандарту цифры с левой стороны указывают на содержание углерода в сотых долях про¬цента, буквы справа от цифр — наличие соответствующе¬го элемента, а цифры за буквами — процентное содер¬жание элемента, если оно больше одного процента. Ле¬гирующие элементы обозначают буквами: кремний — С, марганец — Г, никель — Н, хром — X, вольфрам — В, алюминий — Ю, молибден — М, ванадий — Ф, титан — Т, кобальт — К, медь — Д, бор — Р, ниобий — Б, се¬лен— Е, фосфор — П, цирконий V-П и т.д. Буква А в конце марки указывает, что сталь высококачественная. Например, марка 12Х2Н4А означает, что это высоко¬качественная сталь, содержащая в среднем 0,12% уг¬лерода, 2% хрома и 4% никеля.

Некоторые стали в соответствии с их назначением имеют марки, начинающиеся с определенной буквы: шарикоподшипниковые — с Ш, быстрорежущие — с Р, магнитные — с Е и т. д. При маркировке этих сталей не указывают содержание углерода, а легирующие эле¬менты не всегда показывают в целых процентах. Напри¬мер, сталь ШХ9 содержит 0,9—1,2% хрома.

Конструкционная легированная сталь применяется для изготовления ответственных деталей машин и при¬боров, работающих в условиях динамических нагрузок, больших скоростей и давлений, а также сварных ответ¬ственных конструкций в строительстве и делится на низколегированную и легированную. Низколегированная сталь по показателям химического состава и механиче¬ских свойств подразделяется на две группы: А — сталь для производства металлических конструкций и Б — сталь для армирования железобетонных изделий. Ле¬гированная сталь по содержанию вредных примесей де¬лится на качественную, высококачественную и особо высококачественную, а по содержанию углерода — на цементируемую и улучшаемую. Цементируемые стали содержат до 0,3% углерода, обладают пластичностью и вязкостью. Высокая твердость этих сталей достигается цементацией и закалкой с низкотемпературным отпус¬ком.

Наиболее распространены следующие марки цемен¬тируемых легированных конструкционных сталей: 15Х, 25ХГМ, ЗОХГТ, 20ХНЗА,- 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА и др. Улучшаемые стали содержат 0,3—0,5% углерода, хоро¬шо воспринимают закалку, повышающую их твер¬дость. Улучшение свойств сталей сводится к повышению их вязкости за счет последующего высокотемпературно¬го отпуска.

Наиболее распространены следующие марки улуч¬шаемых легированных конструкционных сталей: 40Х, 40ХГТР, ЗОХГСА, 40ХНМА, 38ХНЗМФА, 38Х2МЮА и др._

Инструментальные легированные стали должны об¬ладать высокой твердостью, износостойкостью и проч¬ностью, сохранять свои свойства при высоких темпера¬турах. Они подразделяются на стали низколегирован¬ные и высоколегированные для режущего и ударно-штамповочного инструментов.

Низколегированные инструментальные стали для ре¬жущего инструмента содержат до 6% легирующих эле¬ментов и до 1,2% углерода. Основными легирующими добавками являются хром, вольфрам, ванадий и др., придающие сталям высокую твердость, износостойкость и прокаливаемость. Наиболее распространены стали ма¬рок 9ХС, ХВ5, ХВГ, 13Х, ХВСГ и др. Низколегирован¬ные инструментальные стали позволяют повысить скорость резания в 1,2—1,4 раза по сравнению с угле¬родистыми и используются для изготовления сверл, протяжек, плашек и метчиков.

Высоколегированные инструментальные стали для режущего инструмента содержат более 10% легирую¬щих элементов и 0,7—1,55% углерода. Основным леги¬рующим элементом в них является вольфрам (9— 18%). Кроме того, в них содержатся хром (4—5%), никель и молибден (по 0,3% каждого), а также спе циальные добавки: ванадий и кобальт. Высоколегиро¬ванные инструментальные стали предназначены для из¬готовления токарных резцов, фрез, сверл и другого инструмента, работающего в условиях высоких темпе¬ратур, и называются быстрорежущими сталями.

Такие стали обладают высокой твердостью, имеют теплостойкость до 500—600° С, что позволяет использо¬вать их при скоростях резания в 3—4 раза выше, чем углеродистые стали.

('ТПри маркировке быстрорежущей стали содержание углерода и хрома не указывают, а марка начинается с буквы Р. Цифра, стоящая за этой буквой, показывает содержание основного легирующего элемента — вольф¬рама. Далее указывают буквы и цифры содержания специальных добавок, как это делается при маркировке легированных конструкционных сталей, например Р18Ф2К5. В ряде случаев в маркировке стали указы¬вают только содержание вольфрама, например Р13, не¬смотря на то, что она содержит еще и другие до¬бавки.

Наиболее распространенными быстрорежущими ста¬лями являются стали марок Р9, Р13, Р18, Р18К5, Р18К.Ю, Р18Ф2, Р18Ф2К5 и другие.

Инструментальные легированные стали для ударно-штамповочного инструмента делятся на стали для штам¬пов холодной и горячей обработки. Для изготовления штампов холодной обработки применяют стали ШХ15, ХВГ, 9ХС, Х12М и др., а для горячей обработки — ста¬ли 5ХНВ, 5ХНМ, 5ХГМ и др.

Специальные стали обладают повышенными жаро¬прочными, жаростойкими, коррозионностойкими, износо¬стойкими и другими свойствами.

Жаропрочные стали сохраняют свою прочность и твердость при высоких температурах. Легирующими до¬бавками служат хром, никель, молибден, вольфрам, кремний, ванадий, ниобий и другие элементы. По мас¬штабам применения ведущее место занимают перлит¬ные (12ХМФ, 15ХМФ, 25Х2МФ, 12Х2МБ и др.), мартен-ситные (15Х5М, 40Х10С2М, 15X11МФ, 12Х2МФБ и др.) и аустенитные (17Х18Н9, 12Х18Н10Т, 20Х25Н20С2, 45Х14Н14В2М и др.) жаропрочные стали, используемые при температуре 450—700 °С.

При температурах 700—1000 °С применяются жаро¬прочные сплавы на основе никеля, а более 1000°С— сплавы на основе тугоплавких металлов. Наиболее рас¬пространены никелевые жаропрочные сплавы ХН77ТЮ, ХН77ТЮР, ХН55ВМТКЮ, ХН70МВТЮБ и др. В ка* честве тугоплавких металлов в сплавах используются вольфрам, рений, тантал, ниобий, молибден.

Жаростойкие (окалиностойкие) стали легируются хромом, никелем, титаном, кремнием, алюминием и дру¬гими элементами, исключающими окисление сталей при высоких температурах. Наиболее высокой жаростой¬костью обладают стали 15X5, 15X28, 30Х13Н7С2, 08X17Т, 15Х6СЮ, 36Х18Н25С2 и др.

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали подраз¬деляются на хромистые и хромоникелевые; причем хром является основным легирующим элементом, дела¬ющим сталь коррозионностойкой в условиях агрессив¬ных сред: воды, пара, растворов щелочей и кислот и т. д. Наиболее распространенными марками хромистых коррозионностойких сталей являются 12X13, 20X13, 30X13 и др., а хромоникелевых коррозионностойких сталей — 08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 10Х17Н13М2Т, 12Х17Г9АН4 и др.

Хром повышает не только коррозионную стойкость, но и окалиностойкость сталей. Поскольку все нержаве¬ющие стали содержат более 13% хрома, они являются и жаростойкими. При этом, чем выше содержание хро¬ма, тем более окалиностойки стали.

Износостойкие стали должны обладать высокой твер¬достью и сопротивлением истиранию. Этим требованиям удовлетворяют графитизированные стали с повышенным содержанием углерода (до 1,75%) и кремния (до 1,6%), высокоуглеродистая хромистая сталь ШХ15, высоко¬марганцовистая сталь ГТЗ и др.