Как разделяют стали по качеству?

Классификация и маркировка стали

Сталь представляет собой ковкий и деформируемый сплав железа и углерода (в качестве постоянной примеси). Также содержит другие легирующие элементы и другие вредные примеси. Содержание углерода при этом не должно превышать 2,14%. Изменяя химический состав этого сплава с помощью концентрации углерода и добавляя легирующие элементы, можно получать широкий спектр различных марок этого металла, которые будут обладать различными свойствами. Именно это и позволяет использовать этот материал в большинстве отраслей промышленности.

• Принципы классификации стали
  • По химическому составу
  • По структуре
  • По назначению
  • По качеству и способу производства
  • По степени раскисления
• Расшифровка сталей в материаловедении
  • ХВГ расшифровка

Принципы классификации стали

Классификация и маркировка стали происходит по следующим параметрам:

• химический состав;
• структура;
• назначение;
• качество и способ производства;
• степень раскисления.

По химическому составу

В зависимости от химического состава этот металл разделяют на два типа: углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые делят на:

• низкоуглеродистые (содержание углерода ниже 0,2%);
• среднеуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2% — 0,45%);
• высокоуглеродистые (содержание углерода выше 0,5%).

Легированные стали классифицируют по общему суммарному количеству легирующих элементов (при этом содержание углерода не суммируют, марганец начинает считаться легирующим элементом при его содержании в сплаве более 1%, кремний — более 0,8%). Различают такие:

• низколегированные (ниже 2,5%);
• среднелегированные (в пределах 2,5% — 10%);
• высоколегированные (более 10%).

По структуре

Такой классификационный признак, как структура материала считается менее устойчивым, так как имеет зависимость от скорости охлаждения, легирования, способа термообработки и некоторых других непостоянных факторов. Однако структура у готового материала все же позволяет провести объективную оценку его качества. Классификацию стали по структуре в состояниях отжига и нормализации. В состоянии отжига различают такие:

• доэвтектоидная — содержит в своей структуре избыточный феррит (например, применяется для штампов горячего деформирования);
• эвтектоидная — структура состоит из перита;
• заэвтектоидная — содержит в структуре вторичные карбиды (в большинстве своем используется при изготовлении инструмента);
• карбидная (или ледебуритная) — структура содержит первичные карбиды (например, быстрорежущие);
• ферритная (нержавеющие, жаропрочные и прочие);
• аустенитные.

После процесса нормализации стали разделяют на такие классы:

• перлитные — содержат низкое количество элементов легирования, структура после нормализации: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
• мартенситные — содержат высокое количество легирующих элементов, а также относительно низкую критическую скорость закалки;
• аустенитные — отличаются повышенным содержанием легирующих элементов, структура: аустенит, аустенит + карбид.

По назначению

По такому признаку, как назначение стали разделяются на конструкционные, инструментальные и специального назначения (имеющие специальные свойства).

Конструкционные используются для изготовления всевозможных деталей в устройствах, в машинах, элементах строительных конструкций. Между собой делятся на:

• обыкновенного качества;
• улучшаемые;
• цементируемые;
• автоматные;
• высокопрочные;
• рессорно-пружинные.

Инструментальные используются для изготовления режущих, измерительных и других инструментов. Подразделяются на такие группы:

• для изготовления режущего инструмента;
• для изготовления измерительного инструмента;
• для изготовления штампово-прессовой оснастки.

Специального назначения — это сплавы имеющие особые физические и/или механические свойства. Различают:

• нержавеющие (коррозионно-стойкие);
• жаростойкие;
• жаропрочные;
• износостойкие;
• магнитные;
• немагнитные и т. д.

По качеству и способу производства

В этом случаи под качеством понимают всю совокупность свойств металла, которые определяются металлургическим процессом его изготовления. Качество стали определяется присутствием в ней вредных примесей. В первую очередь — это химические элементы сера и фосфор. В зависимости от их содержание разделяют на:

• обыкновенного качества — содержащие до 0,06% серы и 0,07% фосфора;
• качественные — до 0,035% серы и 0,035% фосфора;
• высококачественные — не более 0,025% серы и 0,025% фосфора.
• особо высококачественные — не более 0,015% серы и 0,025% фосфора.

По степени раскисления

Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого сплава. Нераскисленная сталь имеет относительно малую пластичность и сильнее подвержена хрупкому разрушению при термической обработке давлением. По степени раскисления разделяют на:

• спокойные;
• полуспокойные;
• кипящие.

Процесс раскисления спокойных сталей в плавильной печи/или ковше с помощью марганца, алюминия и кремния. Затвердевание в изложнице происходит спокойно, без газовыделения. В верхней части слитков образуется усадочная раковина. Данный тип обладает анизотропией, то есть механические свойства различны и зависят от направления — пластические свойства в поперечном направлении (по направлению прокатки) значительно ниже, чем в продольном направлении. Кроме того, в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода повышенное, а в нижней части — пониженное. Это значительно ухудшает свойства изделия, иногда даже до отбраковки.

Раскисление в кипящих происходит только за счет марганца. Избыточное количество кислорода при затвердевании частично реагирует с углеродом, выделяясь в виде газовых пузырей (окись углерода). Отсюда и создается впечатление «кипения». В этом типе практически отсутствуют неметаллические включения, возникающие из продуктов раскисления. Является низкоуглеродистым сплавом, с минимальным содержанием кремния и большим содержанием газообразных примесей. Используется при изготовлении деталей кузовов автомобилей и т. п. Обладает хорошей штампуемостью в холодном состоянии.

Полуспокойные стали занимают срединное положение между спокойными и кипящими сталями. Раскисление производят в два этапа: частично в плавильной печи и ковше, заключительно — в изложнице. В изложнице раскисление происходит засчет углерода, который содержится в металле.

Расшифровка сталей в материаловедении

Принадлежит к классу: конструкционные углеродистые качественные. Химический состав: углерод — 0,17−0,24%; кремний — 0,17−0,37%; марганец — 0,35−0,65%; сера — до 0,04%; фосфор — до 0,04%. Широко применяется в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того, промышленность выпускает пруток, лист.

ХВГ расшифровка

Принадлежит к классу: инструментальные легированные. Применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, метчиков, протяжек.

Виды и марки стали

Сталь. Виды и марки стали. Их применение.

Сталь — это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика — по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь — добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) — соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) — ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % — 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 — 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,

полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,

кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.

В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)

Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.

Классификация сталей

Данная статья новичку покажется очень сложной. Здесь будет использовано много не понятных терминов, но без этого невозможно раскрыть всю суть о классификации сталей. Ваша задача – прочесть и понять в общих чертах как делятся стали, какие они бывают и для чего они применяются.

Классификация сталей

Классифицируются стали по следующим пунктам:

• химическому составу;
• структурному составу;
• качеству;
• степени раскисления;
• назначению.

Химический состав

По химическому составу стали делятся на:

• углеродистые;
• легированные.

Углеродистые делятся на:

• низкоуглеродистые – содержат до 0,25% С;
• среднеуглеродистые – содержат от 0,25 до 0,6% С;
• высокоуглеродистые – содержат от 0,6 до 0,2% С.

Легированные делятся на:

• низколегированные – содержанию легирующих элементов до 0,25%;
• среднелегированные – содержанию легирующих элементов 0,25 – 10,0%;
• высоколегированны – содержанию легирующих элементов более 10,0%.

По структуре в отожженном состоянии стали делятся на следующие классы:

• доэвтектоидный;
• заэвтектоидный;
• ледебуритный (карбидный);
• ферритный;
• аустенитный.

Структурный состав

По структуре после нормализации стали делятся на следующие классы:

• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный;
• ферритный.

Классификация по качеству

По качеству стали классифицируются:

• обыкновенного качества;
• качественные;
• высококачественные;
• особокачественные.

Стали обыкновенного качества массово применяются в разных отраслях по причине их дешевизны. Не обладает особыми свойствами. Содержат углерод до 0,6%.

Качественные стали бывают углеродистые и легированные. Применяются для изготовления ответственных деталей и узлов. Имеют высокую стоимость.

Высококачественные стали применяется в особо ответственных узлах. Имеют низкого содержания вредных примесей (серы и фосфора).

Особокачественные стали имеют очень низкое содержание серы и фосфора. Применяются в ответственных узлах, которые испытывают высокие динамические нагрузки.

Классификация по степени раскисления

По степени раскисления стали делятся:

• спокойные (сп);
• полуспокойные (пс);
• кипящие (кп).

Спокойные стали содержат малое количество кислорода. Затвердевание происходит спокойно без газовыделения. Спокойные стали массово применяют в сварочном производстве.

Полуспокойные стали затвердевают без кипения, но выделяют большое количество газов. По качеству очень приближены к спокойным сталям и могут их заменить.

Кипящие стали содержат в своём составе большое количество вредных примесей. Они очень хрупкие и плохо свариваются.

Классификация стали по назначению

Конструкционные стали делятся на:

• строительные;
• стали для холодной штамповки;
• цементируемые;
• улучшаемые;
• высокопрочные;
• пружинно-рессорные;
• подшипниковые;
• автоматные;
• коррозионностойкие;
• износостойкие;
• жаропрочные и жаростойкие.

Строительные

Применяются для изготовления конструкций любой сложности, имеют хорошую свариваемость.

Стали для холодной штамповки

К таким сталям относятся низкоуглеродистые стали обладающие высокой пластичностью.

Цементируемые стали

Это стали с содержанием углерода в пределах 0,1-0,3% и работающие при повышенных динамических нагрузках.

Улучшаемые

К улучшаемым относятся среднеуглеродистые и хромистые стали которые подвергаются термообработке (закалке и высоком отпуску).

Высокопрочные стали

К ним относятся стали имеющие специальный химический состав, который при термообработке увеличивают прочностные свойства в разы.

Пружинно-рессорные стали

Применяются в машиностроении для изготовления амортизаторов и рессор высоконагруженных машин.

Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые)

К данным сталям предъявляют повышенные требования по прочности, износоустойчивости и выносливости. Данные свойства достигаются за счёт содержания хрома в пределах 1,5%. Ярким примером такой шарикоподшипниковой стали является сталь ШХ15.

Автоматная сталь

Данная сталь используется для изготовления крепёжных деталей на металлообрабатывающих станках. В связи с этим данная сталь должна хорошо обрабатываться на станке путём резания, образовывая легко обламывающуюся стружку. Минусом автоматные стали является низкая пластичность.

Износостойкая сталь

Основное применение – траки гусеничных машин, ковши экскаваторов и землеройных машин. Износостойкость достигается, за счёт введение в сталь марганца.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Эти стали содержат хром в пределах от 14%. За счёт хрома происходит образование на поверхности стали оксидной плёнки, что защищает сталь от разрушения в агрессивной среде.

Коррозионностойкие стали делятся:

• Коррозионностойкие. Из них изготавливают различные узлы, которые эксплуатируются при температуре до 600°С.
• Жаропрочные. Из них изготавливают клапаны, роторы, лопатки турбин, работающие при высоких температурах (80% от температуры плавления) в течение длительного времени.
• Жаростойкие. Изготавливают ответственные узлы, работающие при высоких температурах (1200°С).
• Криогенные. Применяется для изготовления деталей холодильных установок, работающих при температуре до -200°С.

Инструментальная сталь по назначению делится:

• для режущего инструмента;
• для измерительного инструмента;
• сталь для штампов.

Сталь для режущего инструмента

Имеет высокую твердость и термостойкость, Должна длительное время сохранять режущие свойства, а также выдерживать большие механические нагрузки в процессе эксплуатации.

Сама сталь для режущего инструмента бывают 3 -х типов:

• быстрорежущие стали;
• углеродистые;
• легированные инструментальные.

Быстрорежущие стали (рапид)

Быстрорежущая сталь (рапид) используют для изготовления режущего инструмента, работающего на высоких оборотах. Обозначается «Р». Пример Р9, Р18.

Углеродистые инструментальные стали

Содержат в себе углерода до 1,3%. Применяются в слесарном инструменте и имеют обозначение «У». Пример: У7, У10, У12.

Легированные инструментальные стали

Содержат легирующие добавки в приделах до 3%. Применяется для изготовления свёрл, фрез и др. режущего инструмента. Пример: 11ХФ.

Стали для измерительных инструментов

Должна обладать твёрдостью и износостойкостью. К такому инструменту относят: штангенциркуль, линейки, калибры, шаблоны и т. д. Для повышенных классов точности применяют стали X, ХВГ, ШХ15. Для пониженных – сталь У10А, УПА, У12А.

Штамповочные стали

Главная задача штамповочной стали обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.

Делятся штамповочные стали на:

• стали для штампов холодного деформирования;
• стали для штампов горячего деформирования.

Сталь для штампов холодного деформирования

Обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, для обеспечения точного размера заготовки при штамповке.

Сталь для штампов горячего деформирования

Должна обладать всеми свойствами, что и стали холодного деформирования, а также работать в условиях высоких температур (до 600°С).

Классификация стали

Классификация стали

Ковкий сплав железа, углерода и прочих примесей называют сталью.

Выпуск стали заключается в сплавлении в специализированных печках чугуна и металлического лома.

Практически все виды сталей есть конструкционным материалом, все что используются при строительстве, в машиностроении, при создании деталей механизмов и т.д.

Характеристика

Основными характеристиками стали считаются показатели:

• прочности,
• пластичности,
• вязкости,
• упругости,
• твердости,
• усталости,
• устойчивость к трещенообразованиям,
• устойчивость к низким и высоким температурам.

Почему они так выжны

• За счет прочности удается выдержать рабочие напряжения.
• За счет пластичности — обеспечивать устойчивость к значительным деформациям, избегая разрушений на участках перенагруженности.
• За счет вязкости происходит поглощение работ внешних сил и препятствование развитию трещин.

При производстве пружин, рессор или других элементов работающих под воздействием упругой деформации и влиянием циклических нагрузок, важнейшими критериями являются высокие показатели пределов упругости, текучести стали, выносливости, пластичности, сопротивление хрупкому разрушению.

Сталь со значительно вісоким уровнем прочности называют высокопрочной. Ее ключевыми показателями есть:

• достаточная пластичность,
• слабая восприимчивость к надрывам и ломкости при малых температурах,
• значительная сопротивляемость хрупким разрушениям,
• хорошая свариваемость,

И все это при необходимой прочности.

К высокопрочным сталям относятся среднеуглеродистые легированные стали.

Классифицирование сталей производят по таким критериям:

1. химический состав;
2. структура;
3. качество (технология выпуска, наличие плохих компонентов);
4. степень раскисления и характер застывания;
5. специфика назначения стали.

Химия.

Учитывая количество углерода сталь бывает:

• малоуглеродистая — содержание углерода до 0,3%;
• среднеуглеродистая — наличие углерода в диапазоне 0,3- 0,7%;
• высокоуглеродистая — содержание углерода больше 0,7 %.

Легирование

С целью придания сплаву специальных свойств в него добавляют легирующие компоненты или их сочетания.

В качестве легирующих примесей используют хром, никель, молибден, алюминий, титан, ванадий, серу и марганец (в увеличенной концентрации). Наилучший результат получается при введении сразу нескольких компонентов.

Легированные стали классифицируют по общему вмещению легирующих примесей. Так легированная сталь бывает:

• низколегированная — вмещение легирующих примесей до 2,5%;
• среднелегированная — содержание легирующих примесей в диапазоне 2,5-10%;
• высоколегированная — наличие легирующих компонентов составляет свыше 10%.

Структура

Легированные стали и сплавы подразделяют типу структуры (Диаграмма состояния системы железо- углерод):

• доэвтектоидная,
• заэвтектоидная,
• ледебуритная (карбид),
• ферритная,
• аустенитная,
• перлитная,
• мартенситная.

К перлитной структуре относятся углеродистые, легированные стали с малым наличием легирующих примесей, к мартенситной — со средним количеством, к аустенитной — с большим наличием легирующих компонентов.

Примеси

Качество стали зависит от технологии производства и количества компонентов. Учитывая качество различают 4 класса стали:

Виды стали по качеству

Рядовая сталь

Углеродистая сталь обыкновенного качества есть самой популярной (Ст0, Ст3пс/сп, Ст5кп) из нее производят большой ассортимент изделий металлопроката.

Качественная сталь

К данному классу относятся углеродистые и легированные стали с определенным содержание серы и фосфора (08кп, 10пс, 20).
Процесс производства качественных и рядовых марок сталей схож, отличием является качество шихты и технология плавки и разливки.

Учитывая степень раскисления и характера застывания, рядовая и качественная сталь подразделяется на:

1. спокойная (сп),
2. полуспокойная (пс),
3. кипящая (кп).

Различие между ними заключаются в содержании таких элементов, как кислород, азот, водород. Кипящая сталь содержит максимальное их количество.

Сталь высокого качества

Выплавляется в электрических печках, в которых обеспечивается должная чистота неметаллических компонентов (S, P до 0,03%) и газа.

Сталь особовысококачественная подвергается электрошлаковой переплавке, что обеспечивает очищение от сульфида или оксида (S до 0,01%, P до 0,025%).

Представленная классификация является не полной. Различия сталей по характеру назначения мы рассмотрим в следующей публикации.

Как разделяют стали по качеству?

• Главная
• Разделы сайта
  • Программы спецпредметов
  • Поурочное планирование
  • Методические материалы
  • Документы
  • Технология сварки, материалы
  • Мастерская
  • Разное
  • Книги/статьи
  • Всё для сварки
• Форум
• Магазин электрооборудования
• Мои услуги

  

  Сталь — основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Она сравнительно недорога и производится в больших количествах. Сталь обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре.
  Классификация по химическому составу. По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Сталь, свойства которой в основном зависят от содержания углерода, называют углеродистой. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С).
  Легированной называют сталь, в состав которой входят специально введенные элементы для придания ей требуемых свойств. По количеству введенных легирующих элементов легированную сталь делят на три группы: низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%). В зависимости от введенных элементов различают стали, например, хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т. п.
  Классификация по назначению. Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.
  Конструкционные стали представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций. Из конструкционных сталей можно выделить цементуемые, улучшаемые, автоматные, высокопрочные и рессорно-пружинные стали.
  Инструментальные стали подразделяют на стали для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования.
  Стали специального назначения — это нержавеющие (коррозионностойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.
  Классификация по качеству. Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строение и свойства стали зависят от содержания вредных примесей и газов (кислорода, водорода, азота). Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора). Стали обыкновенного качества содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р, качественные – до 0,035% S и 0,035% Р, высококачественные — не более 0,025% S и 0,025% Р, а особовысококачественные — не более 0,015% S и 0,025% Р.
  Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.
  Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием в печи и ковше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины. Дендритная ликвация в крупных слитках такой стали при их прокатке или ковке приводит к появлению полосчатой структуры. Это вызывает анизотропию механических свойств. Пластические свойства стали в поперечном (по отношению к направлению прокатки или ковки) значительно ниже, чем в продольном.
  Зональная ликвация приводит к тому, что в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода увеличивается, а в нижней — уменьшается. Это приводит к ухудшению свойств изделия из такого слитка, вплоть до отбраковки.
  Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО, создавая ложное впечатление «кипения» стали. Движение металла при кипении способствует развитию в слитках такой стали зональной ликвации. По сравнению со спокойной сталью такие слитки не имеют усадочной раковины. Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений продуктов раскисления. Кипящие стали относительно дешевы. Их выплавляют низкоуглеродистыми и с очень малым содержанием кремния (Si≤0,07%), но с повышенным количеством газообразных примесей. При прокатке слитков такой стали газовые пузыри, заполненные окисью углерода, завариваются. Листы из такой стали, предназначенные для изготовления деталей кузовов автомашин вытяжкой, имеют хорошую штампуемость при выполнении формоизменяющих операций холодной листовой штамповки.
  Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частично — в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.
  Классификация по структуре. Стали по структуре классифицируют в состояниях после отжига и нормализации (см. гл. IV). В отожженном (равновесном) состоянии на доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; заэвтектоидные, в структуре которых имеются вторичные карбиды, выделяющиеся из аустенита; ледебуритные, в структуре которых содержатся первичные (эвтектические) карбиды; аустенитные; ферритные.
  По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартенситный (см. гл. IV), аустенитный, ферритный. Мартенсит представляет собой сильно перенасыщенное углеродом α-железо с искаженной кристаллической решеткой.
  Влияние углерода и постоянных примесей на свойства углеродистых сталей. В составе углеродистой стали кроме железа и углерода содержится ряд постоянных примесей: кремний, марганец, сера, фосфор, кислород, азот, водород и другие элементы, которые оказывают большое влияние на свойства стали. Присутствие примесей объясняется трудностью их удаления при выплавке (сера, фосфор) или переходом их в сталь при ее раскислении (кремний, марганец) или из шихты (хром, никель).
  Структура стали без термической обработки после медленного охлаждения состоит из смеси феррита и цементита, т. е. структура такой стали либо перлит+феррит, либо перлит+цементит. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода (рис. 27, б). Твердость цементита (HV 800), на порядок больше твердости феррита (HV 80). Твердые частицы цементита повышают сопротивление деформации, уменьшая пластичность и вязкость. Таким образом с увеличением в стали содержания углерода возрастают твердость, предел прочности и уменьшаются ударная вязкость, относительные удлинение и сужение (рис. 27, а).

  Механические свойства приведены для горячедеформированной стали без термической обработки. Цифры являются средними и могут колебаться в пределах ±10% в зависимости от содержания примесей, условий охлаждения после прокатки и т. д.
  Для заэвтектоидных сталей на их механические свойства сильное влияние оказывает вторичный цементит, который образует хрупкий «каркас» вокруг зерен перлита. Этот «каркас» преждевременно разрушается под нагрузкой, что вызывает снижение прочности, пластичности и вязкости. Поэтому заэвтектоидные стали применяют после специального отжига, в результате которого получают в структуре зернистый перлит.
  Увеличение содержания углерода сверх 0,4% и уменьшение ниже 0,3% приводит к ухудшению обрабатываемости резанием. Увеличение содержания углерода снижает технологическую пластичность стали при горячей и в особенности при холодной обработке давлением и ухудшает ее свариваемость — способность материалов образовывать неразъемные соединения с заданными свойствами.
  Увеличение содержания углерода повышает температуру порога хладноломкости (температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние) в среднем на 20°С на каждые 0,1% углерода.
  Содержание кремния в углеродистой стали в виде примеси составляет обычно до 0,4%, а марганца 0,5-0,8%. Кремний и марганец являются полезными примесями. Они переходят в сталь в процессе ее раскисления при выплавке. Раскисление улучшает свойства стали. Кремний сильно повышает предел текучести стали σ_0,2, что снижает способность стали к вытяжке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки, содержание кремния должно быть наименьшим.
  Марганец повышает прочность стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
  Сера является вредной примесью в стали, содержание ее в зависимости от качества стали не должно превышать 0,06%.
  Сера нерастворима в железе. С железом она образует химическое соединение — сульфид железа (FeS). Соединение FeS образует с железом эвтектический сплав (эвтектику) с температурой плавления 988°С. При кристаллизации железоуглеродистых сплавов эвтектика располагается обычно по границам зерен. При нагревании стали до 1000-1300°С эвтектика расплавляется и нарушается связь между зернами металла, т. е. происходит охрупчивание, вызываемое оплавлением примесей по границам кристаллов. Явление красноломкости может проявляться при ковке или прокатке стали, когда вследствие красноломкости на деформируемом металле в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины.
  При наличии в стали марганца образуется тугоплавкое соединение — сульфид MnS. В затвердевшей стали частицы MnS располагаются в виде отдельных включений, что исключает образование легкоплавкой эвтектики и явление красноломкости.
  Сульфиды, как и другие неметаллические включения, сильно снижают однородность строения и механические свойства стали, в особенности пластичность, ударную вязкость и предел выносливости, а также ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
  Фосфор является вредной примесью в стали, и содержание его в зависимости от качества стали не должно превышать 0,08%. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести, сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость, фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и увеличивает склонность сплава к ликвации.
  Газы (азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений — оксидов и нитридов. Примеси, концентрируясь по границам зерен в виде нитридов и оксидов, повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хрупкому разрушению. Так, хрупкие оксиды при горячей обработке стали давлением не деформируются, а крошатся и разрыхляют металл.
  Влияние растворенного в стали водорода проявляется в охрупчивании стали. Поглощенный при выплавке стали водород, кроме того, приводит к образованию в крупных поковках флокенов — очень тонких трещин овальной или округлой формы.
  Флокены резко ухудшают свойства и недопустимы в стали, предназначенной для изготовления ответственных деталей.
  Кремний, марганец, сера, фосфор, а также газы: кислород, азот, водород — постоянные примеси в стали. Кроме них в стали могут находиться случайные примеси, попадающие в сталь из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Из скрапа (стального лома) в сталь могут попасть хром, никель, олово и ряд других элементов. Отдельные элементы, например медь, мышьяк, попадают в сталь из руды. Случайные примеси находятся в стали в небольших количествах, и они оказывают на свойства стали незначительное влияние.

  1. Какими свойствами обладают чугуны?
  2. Перечислите основные виды чугунов.
  3. Чем обусловлено различие свойств серого и белого чугунов?
  4. В чем состоит сущность изготовления высокопрочного чугуна?
  5. Как маркируется серый чугун?
  6. Какое влияние оказывает углерод на свойства стали?
  7. Расскажи/е о влиянии серы и фосфора на свойства стали.
  8. Расскажите о влиянии углерода и случайных примесей на свойства углеродистой стали.
  9. По каким признакам классифицируют стали?

  голоса

  Рейтинг статьи