7.2.2. Классификация сталей

Стали классифицируют:

1. По химическому составу:

1. углеродистые:

• низкоуглеродистые (до 0,25% С);

• среднеуглеродистые (0,25—0,6% С)

• высокоуглеродистые (более 0,6% С).

2. Легированные:

• низколегированная (до 2,5%)- легирующих добавок от массы отливки;

• среднелегированная (2,5-10 %);

• высоколегированная (более 10%).

По назначению:

1. конструкционные;

2. инструментальные;

3. специального назначения с особыми свойствами.

Конструкционные стали предназначены для изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций. Инстру­ментальные стали подразделяют на стали для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования. Стали специального назначения - это нержавеющие (коррозионно-стой­кие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.

1. По качеству:

1. обыкновенного качества, содержат 0,05 % S и 0,07 % Р;

2. качественные, содержащие до 0,035 % S и 0,035 % Р;

3. высококачественные – не более 0,025 % S и 0,025 % Р;

4. особо высококачественные – не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом ее производства.

2. По степени раскисления:

1. спокойные (сп) - хорошо раскисленные ферромарганцем, феррокремнием, алюминием. Эти стали застывают спокойно, у них мало газовых пузырей, усадочную раковину отрезают, слиток плотный; 0,15-0,30% Si;

2. кипящая сталь (кп) - раскислена только ферромарганцем, в ней сохраняется много закиси железа FO, которая взаимодействует с углеродом стали, выделяя газ СО. Пузырьки газа создаю впечатление "кипения", % Si < 0,07%. Нет усадочной раковины, однако много газовых пузырей;

3. полуспокойная (пс) - раскислена ферромарганцем и алюминием - промежуточное положение между сталями сп и кп, 0,05-0,15% Si.

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена разрушению при горячей обработке давлением.

3. По типу структуры стали классифицируют в состоянии после отжига и нормализации.

В отожженном (равновесном) состоянии стали подразделяют на:

• доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный цементит;

• 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.

7.2.3. Стали углеродистые и их маркировка

Углеродистые стали подразделяют на три основные группы: стали углеродистые обыкновенного качества, качественные углеродистые стали и углеродистые стали специального назначения (автоматную, котельную и др.).

Стали углеродистые обыкновенного качества соответствуют ГОСТ 380-90. Углеродистые стали обыкновенного качества в зависимости от назначения и гарантируемых свойств делятся на три группы: А. Б и В.

Стали группы А имеют гарантируемые механические свойства. Они используются в состоянии поставки без горячей обработки или сварки. Эти стали маркируются буквами Ст и цифрами, обозначающими порядковый номер марки. Выпускается семь марок сталей группы А: Ст0, Ст1, Ст2, Ст6. Чем выше номер марки, тем больше содержание углерода и, соответственно, выше прочность и ниже пластичность.

Стали группы Б имеют гарантируемый химический состав. Эти стали подвергаются горячей обработке. При этом их механические свойства не сохраняются, а химический состав важен для определения режима обработки. Маркируются они так же, как стали группы А, но перед буквами Ст ставится буква Б: БСт0, БСт1…БСт6. Чем выше номер марки, тем больше содержание в стали углерода, марганца и кремния.

Стали группы В имеют гарантируемые механические свойства и химический состав. Эти стали используются для сварки. В марках сталей этой группы на первое место ставится буква В: ВСт0, ВСт1…ВСт6.

В зависимости от условий раскисления стали делят на виды:

1) кп – кипящая (<0,05% Si);;

2) пс – полуспокойная (0,05-0,15% Si);

3) сп - спокойная сталь (0,05 - 0,30% Si).

Стали обыкновенного качества используют для изготовления листов, полос, прутков, прокатных профилей, труб, а также для деталей в мостостроении, для железнодорожных колес, рельсов и т.д. Стали обыкновенного качества нередко имеют специализированное назначение (мосто-, судостроение и т.д.) и поставляются по специальным техническим условиям. К недостаткам углеродистых сталей обыкновенного качества можно отне­сти их малую прочность, они не хладостойки, т.е. не могут работать при низких температурах

Качественные конструкционные углеродистые стали маркируются цифрами 05; 08, 10, 15, 20, 25, … 85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Эти стали отличаются от сталей обыкновенного качества большей прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Если для сталей обыкновенного качества максимальная прочность составляет 700 МПа, то для качественной она достигает 1100 МПа.

Стали 08, 08кп, 10,10кп применяют без термической обработки для деталей, изготавливаемых холодной штамповкой - лист, шайбы, прокладки, элементы сварных конструкций. Стали 15, 25, 30 применяются для деталей, упрочняемых цементацией - оси, шестерни, втулки и т.д.

Стали 35, 40, 45, 50 - применяются для изготовления валов, шестерней, шпинделей, шатунов небольшого сечения, т.к. критический диаметр прокаливаемости сталей - 10-12 мм.

Стали 60, 65, 70, 75, 80, 85 - применяются после закалки и отпуска или закалки ТВЧ для рессор, пружин, деталей, работающих в условиях трения, а также крупных деталей - прокатных валов, шпинделей и т.д. после нормализации.

К сталям углеродистым специального назначения относят автоматные стали (ГОСТ 1414-75). Автоматные стали - это стали обладающие высокой обрабатываемостью резанием. Предназначены для массового изготовления деталей из них на металлорежущих станках автоматах. Основные требования: хорошая обрабатываемость резанием, т.е. получение легко отделяемой, короткой и ломкой стружки. По сравнению с обычными углеродистыми сталями в автоматных сталях повышенное содержание серы (до 0,3%) и фосфора (до 0,05%). Для улучшения обрабатываемости резанием в автоматные стали вводят свинец (0,15-0,30 %), а также селен, теллур или кальций (до 0,1.

Автоматные стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12, А20, А30, А40Г. Из стали А12 изготовляют неответственные детали. Из сталей других марок - более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений.

Стали листовые (котельные, ГОСТ 5520-79 и ТУ) для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали: 12К, 15К, 16К, 18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Углеродистые литейные стали (ГОСТ 977-88) маркируются так же, но с добавлением буквы Л - 15Л, 20Л, 35Л, 40Л и т.д. и имеют тот же состав. Отливки подвергают термической обработке. Применение: детали, подвергаемые ударным нагрузкам – арматура отливки станин, крупных прокатных валков, шестерен и т.д.

Углеродистые инструментальные стали содержат 0,7-1,3% уг- лерода. Они маркируются буквой У и цифрой, Показывающих со- держание углерода в десятых долях процента (У7, У8, У9,...У13). Буква А в конце марки показывает, что сталь высококачественная (У7А, У8А,…У13А). Для углеродистых инструментальных сталей характерны низкая теплостойкость (до 200°С) и низкая прокаливаемость (до 10-12 мм). Однако вязкая незакаленная сердцевина повышает устойчивость инструмента против поломок при вибрациях и ударах. Кроме того, эти стали достаточно дешевы и в незакаленном состоянии сами хорошо обрабатываются.

Стали У7-У9 применяются для изготовления инструмента, ис­пытывающего ударные нагрузки (зубила, молотки, топоры). Стали У10-У13 идут на изготовление инструмента, обладающего высокой твердостью (напильники, хирургический инструмент). Стали У8-У12 применяются также для измерительного инструмента.