Класифікація сталі

Сталь - деформований (ковкий) сплав заліза з вуглецем (до 2,14%) та іншими елементами. Отримують, головним чином, суміші чавуну зі сталевим ломом в кисневих конвертерах, мартенівських печах і електропечах. Сплав заліза з вуглецем, що містить більше 2,14% вуглецю, називають чавуном.

Класифікація сталей і сплавів здійснюється:

• за хімічним складом
• по структурному складу
• за якістю (за способом виробництва і змістом шкідливих домішок
• за ступенем розкислення і характером затвердіння металу у виливниці
• за призначенням

За хімічним складом вуглецеві сталі поділяють в залежності від вмісту вуглецю на наступні групи:

• маловуглецеві - менше 0,3% С;
• середньовуглецеві - 0,3-0,7% С;
• високовуглецеві - більше 0,7 %С.

Для поліпшення технологічних властивостей сталі легують. Легованої називається сталь, в якій, крім звичайних домішок, що містяться спеціально вводяться в певних поєднаннях легуючі елементи (Cr, Ni, Mo, Wo, V, Al, B, Ti та ін), а також Мп і Si у кількостях, які перевищують їх звичайну зміст технологічних домішок (1% і вище). Як правило, кращі властивості забезпечує комплексне легування.

У легованих сталях їх класифікація за хімічним складом визначається сумарним відсотком вмісту легуючих елементів:

• низьколеговані - менше 2,5%;
• середньолеговані - 2,5-10%;
• високолеговані - більше 10%.

Леговані сталі і сплави поділяються також на класи по структурному складу:

• у відпаленому стані - доевтектоідний, заевтектоідний, ледебуритный (карбідний), феритний, аустенитный;
• в нормалізованому стані - перлітовий, мартенситный і аустенитный.

До перлитному класу відносять вуглецеві і леговані сталі з низьким вмістом легуючих елементів, до мартенситному - з більш високим і до аустенитному - з високим вмістом легуючих елементів.

За якістю, тобто за способом виробництва і змістом шкідливих домішок, сталі та сплави поділяють на чотири групи:

Сталі звичайної якості
Сталі звичайної якості (рядові) за хімічним складом -вуглецеві стали, що містять до 0,6% С. Ці сталі виплавляється в конвертерах з застосуванням кисню або у великих мартенівських печах. Прикладом даних сталей можуть служити стали СтО, СтЗсп, Стбкп.
Сталі звичайної якості, будучи найбільш дешевими, поступаються за механічними властивостями сталей інших класів.
Стали якісні

Ступінь розкислення і характер затвердіння металу у виливниці

Вуглецеві сталі звичайної якості і якісні за ступенем розкислення і характером затвердіння металу в изложницеделятся на спокійні, напівспокійну і киплячі. Кожен з цих сортів відрізняється вмістом кисню, азоту і водню. Так в киплячих сталях міститься найбільша кількість цих елементів.
Високоякісні сталі
Стали високоякісні виплавляються переважно в електропечах, а особливо високоякісні - в електропечах з електрошлаковим переплавом (ЕШП) або іншими досконалими методами, що гарантує підвищену чистоту по неметалевим включень (вміст сірки і фосфору менше 0,03%) та вмісту газів, а отже, поліпшення механічних властивостей. Це такі стали як 20А, 15Х2МА.
Стали особовысококачественные
Особовысококачественные стали піддаються електрошлакового переплаву, що забезпечує ефективну очистку від сульфідів і оксидів. Дані сталі виплавляється тільки легованими. Їх виробляють в електропечах і методами спеціальної електрометалургії. Містять не більш 0,01% сірки і 0,025% фосфору. Наприклад: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.
 

За призначенням сталі та сплави класифікуються на конструкційні, інструментальні і сталі з особливими фізичними і хімічними властивостями.

Конструкційні сталі
Конструкційні сталі прийнято ділити на будівельні, для холодної штампування, цементовані, покращувані, високоміцні, ресорно-пружинні, шарикопідшипникові, автоматні, корозійно-стійкі, жаростійкі, жароміцні, зносостійкі сталі.

Будівельні сталі
До будівельних сталей відносяться вуглецеві сталі звичайної якості, а також низьколеговані сталі. Основна вимога до будівельних сталей - їх хороша зварюваність. Наприклад: С255, С345Т, С390К, С440Д.

Сталі для холодної штамповки
Для холодної штампування застосовують листовий прокат з низьковуглецевих якісних марок сталі 08Ю, 08пс і 08кп.

Цементовані сталі
Цементовані сталі застосовують для виготовлення деталей, що працюють в умовах поверхневого зносу і відчувають при цьому динамічні навантаження. До цементируемым відносяться маловуглецеві сталі, що містять 0,1-0,3% вуглецю (такі, як 15, 20, 25), а також деякі леговані сталі (15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХН 12ХНЗА, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, 18ХГТ, ЗОХГТ, 20ХГР).

Поліпшувані сталі
До улучшаемым сталей відносять сталі, які піддають поліпшення - термообробці, яка полягає в гарті і високому відпустці. До них відносяться середньовуглецеві сталі (35, 40, 45, 50), хромисті сталі (40Х, 45Х, 50Х), хромисті сталі з бором (ЗОХРА, 40ХР), хромонікелеві, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые сталі.

Високоміцні сталі
Високоміцні сталі - це сталі, у яких підбором хімічного складу та термічної обробкою досягається межа міцності приблизно вдвічі більший, ніж у звичайних конструкційних сталей. Такий рівень міцності можна отримати у середньовуглецевих легованих сталях - таких, як 30ХГСН2А, 40ХН2МА, ЗОХГСА, 38ХНЗМА, 03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ.

Пружинні сталі
Пружинні (ресорно-пружинні) стали зберігають протягом тривалого часу пружні властивості, оскільки мають високий межа пружності, високий опір руйнуванню і втоми. До пружинним відносяться вуглецеві сталі (65, 70) та сталі, леговані елементами, які підвищують межа пружності - кремнієм, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадієм, бором (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).

Підшипникові сталі
Підшипникові (шарікоподшипниковиє стали мають високу міцність, зносостійкість, витривалість. До підшипниковий пред'являють підвищені вимоги на відсутність різних включень, макро - і мікропористості. Зазвичай шарикопідшипникові сталі характеризуються високим вмістом вуглецю (близько 1%) і наявністю хрому (ШХ9, ШХ15).

Автоматні сталі
Автоматні сталі використовують для виготовлення невідповідальних деталей масового виробництва (гвинти, болти, гайки та ін), що обробляються на верстатах-автоматах. Ефективним металургійним прийомом підвищення оброблюваності різанням є введення в сталь сірки, селену, телуру, а також свинцю, що сприяє утворенню короткою і ламкої стружки, а також зменшує тертя між різцем і стружкою. Недолік автоматних сталей - знижена пластичність. До автоматним сталям відносяться такі стали, як А12, А20, АЗО, А40Г, АС11, АС40, АЦ45Г2, АСЦЗОХМ, АС20ХГНМ.

Зносостійкі стали
Зносостійкі стали застосовують для деталей, що працюють в умовах абразивного тертя, високого тиску і ударів (хрестовини залізничних шляхів, траки гусеничних машин, щоки дробарок, черпаки землерийних машин, ковші екскаваторів і ін). Приклад зносостійкої сталі - высокомарганцовистая сталь 110Г13Л.

Корозійно-стійкі (нержавіючі) сталі
Корозійно-стійкі (нержавіючі) сталі - леговані сталі з великим вмістом хрому (не менше 12%) і нікелю. Хром утворює на поверхні виробу захисну (пасивну) оксидну плівку. Вуглець в нержавіючих сталях - небажаний елемент, а чим більше хрому, тим вище корозійна стійкість.
Структура для найбільш характерних сплавів цього призначення може бути:
ферритно-карбідної і мартенситної (12X13, 20X13, 20Х17Н2, 30X13, 40X13, 95X18 - для слабких агресивних середовищ (повітря, вода, пар);
феритної (15X28) - для розчинів азотної і фосфорної кислот; аустенітної (12Х18Н10Т) - в морській воді, органічних та азотної кислоти, слабких лугах;
мартенситно-старіючої (10Х17Н13МЗТ, 09Х15Н8Ю) - фосфорного, оцтової та молочної кислоти.
Сплав 06ХН28МТ може експлуатуватися в умовах гарячих (до 60°С) фосфорної і сірчаної (концентрації до 20%) кислот.
Корозійностійкі сталі і сплави класифікують в залежності від агресивності середовища, в якій вони використовуються, і за їх основним споживчим властивості власне корозійно-стійкі, жаростійкі, жароміцні та кріогенні.
- Корозійно-стійкі сталі
Вироби з власне корозійностійких сталей (лопатки турбін, клапани гідравлічних пресів, пружини, карбюраторні голки, диски, вали, труби та ін) працюють при температурі експлуатації до 550°С.
- Жароміцні сталі
Жароміцні сталі здатні працювати в навантаженому стані при високих температурах протягом визначеного часу і при цьому володіють достатньою жаростійкістю. Дані сталі і сплави застосовуються для виготовлення труб, клапанних, паро - і газотурбінних деталей (ротори, лопатки, диски та ін).
Для жароміцних і жаростійких машинобудівних сталей використовуються маловуглецеві (0,1-0,45% С) і високолеговані (Si, Cr, Ni, Co і ін). Жароміцні сталі і сплави в своєму складі містять нікель, який забезпечує суттєве збільшення межі тривалої корозійної міцності при незначному збільшенні межі текучості і тимчасового опору, і марганець. Вони можуть додатково легироваться молібденом, вольфрамом, ніобієм, титан, бор, йод і ін Так, мікролегування бором, а також рідкісноземельними та деякими лужно-земельними металами підвищує такі характеристики, як кількість обертів при крученні, пластичність і в'язкість при високих температурах.
Робочі температури сучасних жароміцних сплавів складають приблизно 45-80% від температури плавлення. Ці сталі класифікують по температурі експлуатації (ГОСТ 20072-74):
при 400-550°С - 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ;
при 500-600°С - 15Х5М, 40Х10С2М, 20X13;
при 600-650'С - 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23ТЗМР,ХН60Ю, ХН70Ю, ХН77ТЮР, ХН56ВМКЮ, ХН62МВКЮ.
- Жаростійкі сталі
Жаростійкі (окалиностойкие) сталі володіють стійкістю проти хімічного руйнування поверхні в газових середовищах, в тому числі сірковмісних, при температурах +550-1200°С у повітрі, пічних газах (15X5, 15Х6СМ, 40Х9С2, 30Х13Н7С2, 12X17, 15X28), окислювальних і науглероживающих середовищах (20Х20Н14С2, 20Х23Н18) і працюють в ненавантаженому або слабонагруженном стані, так як можуть проявляти повзучість при застосуванні великих навантажень. Жаростійкі сталі характеризують по температурі початку інтенсивного окислення. Величина цієї температури визначається вмістом хрому в сплаві. Так, при 15% Cr температура експлуатації виробів становить +950°С, а при 25% Сг до +1300°С. Жаростійкі сталі також легують кремнієм, нікелем, кремнієм, алюмінієм.
- Кріогенні стали
Кріогенні машинобудівні стали і сплави (ГОСТ 5632-72) за хімічним складом є низьковуглецевих (0,10% С) і високолегованими (Сг, Ni, Mn і ін) сталей аустенітного класу (08Х18Н10, 12Х18Н10Т, 03Х20Н16АГ6, 03Х13АГ19 та ін). Основними споживчими властивостями цих сталей є пластичність і в'язкість, які з пониженням температури (від +20 до -196°С) або не змінюються, або мало зменшуються, тобто не відбувається різкого зменшення в'язкості, характерного при холодноламкості. Кріогенні машинобудівні сталі класифікують по температурі експлуатації в діапазоні від -196 до -296°С і використовують для виготовлення деталей кріогенного обладнання.

Інструментальні сталі
Інструментальні сталі за призначенням поділяють на сталі для різальних, вимірювальних інструментів, штампові сталі.

- Стали для різальних інструментів
Стали для різальних інструментів повинні бути здатними зберігати високу твердість і ріжучу здатність тривалий час, в тому числі і при нагріванні. В якості сталей для різальних інструментів застосовують вуглецеві, леговані інструментальні, швидкорізальні сталі.
- Вуглецеві інструментальні сталі
Вуглецеві інструментальні сталі містять 0,65-1,32% вуглецю. Наприклад, сталі марок У7, У7А, У13, У13А. До цієї групи, крім нелегованих вуглецевих інструментальних сталей, умовно відносять також стали з невеликим вмістом легуючих елементів, які не сильно відрізняються від вуглецевих.
- Леговані інструментальні сталі
В дану групу сталей входять стали, що містять легуючі елементи в кількості 1-3%. Леговані інструментальні сталі мають підвищену (порівняно з вуглецевими інструментальними сталями) теплостійкість до +300°С. Найбільш широко використовують сталі 9ХС (свердла, фрези, зенкери), ХВГ (протяжки, розгортки), ХВГС (фрези, зенкери, свердла великих діаметрів).
- Швидкорізальні сталі
Швидкорізальні сталі застосовують для виготовлення різного ріжучого інструменту, що працює на високих швидкостях різання, так як вони володіють високою теплостійкістю - до +650вС. Найбільше поширення отримали швидкорізальні сталі марок Р9, Р18, Р6М5, Р9Ф5, Р10К5Ф5.

- Стали для вимірювальних інструментів
Інструментальні сталі для вимірювальних інструментів (плиток, калібрів, шаблонів) крім твердості і зносостійкості повинні зберігати сталість розмірів і добре шліфуватися. Зазвичай застосовують сталі У8...У12, X, 12X1, ХВГ, Х12Ф1. Вимірювальні скоби, шкали, лінійки та інші плоскі і довгі інструменти виготовляють із листових сталей 15, 15Х. Для отримання робочої поверхні з високою твердістю і зносостійкістю інструменти піддають цементації і загартуванню.

Штампові стали

Штампові сталі володіють високою твердістю і зносостійкістю, прокаливаемостью і теплостійкістю.
- Сталі для штампів холодного деформування
Ці сталі повинні володіти високою твердістю, зносостійкістю і міцністю, що поєднується з достатньою в'язкістю, також повинні бути теплостійкими. Наприклад Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5ВЗМФС, 7ХГ2ВМ. У багатьох випадках для виготовлення штампів для холодного деформування використовують швидкорізальні сталі.
- Сталі для штампів гарячого деформування
Ці сталі повинні мати високі механічні властивості (міцність і в'язкість) при підвищених температурах і володіти зносостійкістю, окалиностойкостью, разгаростойкостью і високою теплопровідністю. Прикладом таких сталей можуть служити сталі 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 4Х2В5МФ.
- Валкові стали
Дані стали застосовують для робітників, опорних та інших валків прокатних станів, бандажів складових опорних валків, ножі для холодного різання металу, обрізних матриць і пуансонів. До валковим сталей відносять такі стали, як 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Нелеговані конструкційні сталі звичайної якості згідно з ДСТУ 2651-94 (ГОСТ 380-94) позначають наступним чином: СтЗсп, Стбкп, СтО та ін
Тут Ст - літери, що вказують на приналежність стали до групи сталей звичайної якості; наступна за ними цифра від 0 до 6 вказує на відсоток вмісту вуглецю. В кінці найменування стали наводяться літери, що визначають ступінь її розкислення (кп - кипляча, пс - полуспокойная, сп - спокійна).
У позначення сталей з підвищеним вмістом марганцю після цифри додається літера Р. Наприклад, СтЗГсп, СтбГпс та ін.

Нелеговані конструкційні
Якісні конструкційні сталі згідно з ГОСТ 1050^88 позначають двозначним числом, що вказує приблизний зміст вуглецю в стали, помножене на сто. Так, сталь з вмістом вуглецю 0,07-0,14% позначається 10, сталь з вмістом вуглецю 0,42-0,50% -45, а сталь з вуглецем 0,57-0,65% - 60. При цьому для сталей з < 0,2%,не підданих повному розкисленню, в позначення додаються літери кп (для киплячої сталі) і пс (для напівспокійної). Для спокійних сталей букви в кінці їх найменувань не додаються, наприклад, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 і т. д.
Якісні сталі з підвищеними властивостями, що використовуються для виробництва котлів і посудин високого тиску, визначають за ГОСТ 5520-79 літери в кінці найменування стали: 15К, 18К, 22К та ін.

Леговані конструкційні сталі
У відповідності з ГОСТ 4543-71 найменування таких сталей складаються з цифр і букв. Букви вказують на основні легуючі елементи, включені в сталь. Цифри після кожної букви позначають приблизний процентний вміст відповідного елемента, округлене до цілого числа (при вмісті легуючого елемента до 1,5% цифра за відповідною буквою не вказується). Процентний вміст вуглецю, помножене на 100, наводиться на початку найменування сталі.

У кінці маркування високоякісних вуглецевих і легованих сталей ставлять букву А, наприклад, 12Х2Н4А, 15Х2МА. Особовысококачественные сталі виплавляється тільки легованими. Ці сталі піддають електрошлакового переплаву, що забезпечує ефективну очистку від сполук сірки і оксидів. Особовысококачественные сталі позначають додаванням через тире в кінці найменування стали букви Ш, наприклад, 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

Ливарні конструкційні сталі
Ливарні сталі згідно з ГОСТ 977-88 позначають за тими ж правилами, що й якісні та леговані сталі. Відмінність полягає лише в тому, що в кінці найменувань ливарних сталей наводиться літера Л, наприклад, 15Л, 20Г1ФЛ, 35ХГЛ та ін.

Автоматні стали
Найменування автоматних сталей по ГОСТ 1414-75 починаються з літери А (автоматна). Якщо сталь при цьому легована свинцем, то її назва починається з літер АС. Для відображення змісту в сталях інших елементів використовуються ті ж правила, що і для легованих конструкційних сталей, наприклад, А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ.

Будівельні стали
Будівельні сталі по ГОСТ 27772-88 позначають буквою С (будівельна) та цифрами, відповідними мінімальній межі текучості сталі. Буква До в кінці найменування вказує на сталі з підвищеною корозійною стійкістю, літера Т - на термоупрочненный прокат, а літера Д - на підвищений вміст міді, наприклад, С255, С345Т, С390К, С440Д і т. д.
При виготовленні сталі С590К методом електрошлакового переплаву до позначенню стали додається буква Ш - С590КШ.
 

Суднобудівні стали
Суднобудівні стали по ГОСТ 5521-93 поділяють на сталі нормальної міцності марок А, В, D, Е і сталі підвищеної міцності марок A27S, D27S, E27S, А32, D32, Е32, А36, D36, Е36, А40, D40, Е40, A40S, D40S, E40S. Прокат, призначений для побудови суден та інших плавучих засобів, виготовляють під наглядом Морського і Річкового Регістрів. У цьому випадку позначення марок суднобудівних сталей починається з літер PC, наприклад, РСА, РСВ, РВЄ.

Підшипникові сталі
Підшипникові (шарікоподшипниковиє стали по ГОСТ 801-78 позначаються так само, як і леговані з буквою Ш на початку найменування. Для сталей, підданих електрошлакового переплаву, буква Ш додається також і в кінці їх найменувань через тире, наприклад, ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

Нелеговані вуглецеві інструментальні сталі
Дані сталі згідно з ГОСТ 1435-99 поділяються на якісні і високоякісні. Якісні сталі позначають буквою У (вуглецева) і цифрою, що вказує середній вміст вуглецю в сталі, помножене на 10. Так, сталі У7 містить 0,65-0,74% вуглецю, сталь У10 - 0,95-1,04%, а сталь У12 - 1,10-1,39%. У позначення високоякісних сталей додається літера А (У8А, У12А в т. д.). Крім того, у позначеннях як якісних, так і високоякісних вуглецевих інструментальних сталей може бути буква Р, що вказує на підвищений вміст марганцю в сталі (наприклад, У8Г, У8ГА).

Леговані інструментальні сталі
Правила позначення інструментальних легованих сталей по ГОСТ 5950-2000 в основному ті ж, що і для конструкційних легованих. Відмінність полягає лише в цифрах, що вказують на масову частку вуглецю в сталі. Процентний вміст вуглецю також вказується на початку найменування сталі, але при цьому множиться на 10, а не на 100, як для конструкційних легованих сталей. Якщо ж інструментальної легованої сталі вміст вуглецю становить близько 1,0%, то відповідну цифру до початку її найменування зазвичай не вказують, наприклад, сталь 4Х2В5МФ містить 0,3-0,4% С; 2,2-3,0% Сг; 4,5-5,5 % W; 0,6-0,9% Мо; 0,6-0,9% V, а сталь ХВГ -0,9-1,05% С; 0,9-1,2% Сг; 1,2-1,6% W; 0,8-1,1% Мп.

Швидкорізальні сталі
Позначення марок швидкорізальних сталей починаються з літери Р і цифри, що вказують середній вміст вольфраму в сталі. Далі слідують букви та цифри, що визначають масові частки інших елементів. На відміну від легованих сталей в найменуваннях швидкорізальних сталей не вказується процентний вміст хрому, оскільки воно становить близько 4% у всіх сталях, і вуглецю (воно пропорційно вмісту ванадію). Буква Ф, показує наявність ванадію, вказується тільки в тому випадку, якщо вміст ванадію становить понад 2,5%. Згідно з вищесказаним сталь Р6М5 має склад 0,82-0,9% С; 3,8-4,4% Сг; 4,8-5,3% Мо; 1,7-2,1% V; 5,5-6,5% W, а сталь Р6АМ5ФЗ містить 0,95-1,05% С; 3,8-4,3% Сг; 4,8-5,3% Мо; 2,3-2,7% V; 0,05-0,1% N; 5,7-6,7% W.

Обозначения нержавеющих (коррозионно-стойких), жаростойких и жаропрочных сталей согласно ГОСТ 5632-72 состоят из цифр и строятся по тем же принципам, что и обозначения конструкционных легирован­ных сталей. В обозначения литейных коррозионно-стойких сталей такого вида добавляется буква Л. Приведем примеры: сталь состава С < 0,08%; 17,0-19,0 % Сг; 9,0-11,0% Ni; Ti в интервале от 5 до 7% обозначается 08Х18Н10Т, а литейная сталь 16Х18Н12С4ТЮЛ имеет состав 0,13-0,19% С; 17,0-19,0% Сг; 11,0-13,0% Ni; 3,8-4,5% Si; 0,4-0,7% Ti; 0,13-0,35% Al.

Помимо стандартных, коррозионно-стойкие стали могут иметь и другие наименования. Так, опытные марки, впервые выплавленные на заводе «Электросталь», обозначают буквами ЭИ, ЭП или ЭК и порядковым номером (например, ЭИ 135, ЭП 225, ЭК 156), марки завода «Днепроспецсталь» - буквами ДИ (ДИ 57, ДИ 94), марки Челябинского метал­лургического комбината буквами ЧС (ЧС 43, ЧС 87) и т.д. В том случае, если стали получены методом электрошлакового переплава, к их наиме­нованиям (так же как и для легированных сталей) добавляется через тире буква Ш (06Х16Н15МЗБ-Ш). Крім цього, до найменувань зазначених сталей через тире можуть додаватися букви, що позначають наступне. ВД - вакуумно-дуговий переплав (09Х16Н4Б-ВД), ВІ - вакуум-але-індукційна виплавка (03Х18Н10-ВІ), ЕЛ - електронно-променевий переплав (03Н18К9М5Т-ЕЛ). ГР - газокисневі рафінування (04Х15СТ-ГР), ІД - вакуумно-індукційна виплавка з подальшим вакуумно-дуговим переплавом (ЭП14-ІД), ПД - плазмова виплавка з подальшим вакуумно-дуговим переплавом (ХН45МВТЮБР-ПД), ІЛ -вакуумно-індукційна виплавка з подальшим електронно-променевим переплавом (ЭП989-ІЛ) і т. д.