Раздел 3.2) . Отметим только, что стали обыкновенного качества могут быть только углеродистыми, т.Е. Легированные стали, как минимум, являются качественными.

Маркируются легированные стали с помощью цифр и букв, указывающих

примерный химический состав стали. Первые цифры в марке показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Далее показывается содержание легирующих элементов. Каждый элемент обозначается своей буквой: Η — никель, Г — марганец, Ц — цирконий, Τ — титан, X — хром, Д — медь, С — кремний, А — азот, К — кобальт, Ρ — бор, Π — фосфор, Φ — ванадий, Μ — молибден, Б — ниобий, В — вольфрам, Ю — алюминий. Цифры, идущие после буквы, указывают примерное содержание данного легирующего элемента в процентах. При содержании элемента менее 1% цифра отсутствует.

Например, сталь 12Х18Н10Т

содержит приблизительно 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля, менее 1%

титана. Для некоторых групп сталей применяют другую маркировку, которая будет указана при рассмотрении этих сталей.

1. Конструкционные стали

Конструкционные стали идут на изготовление деталей машин, конструкций

и сооружений. Они должны обеспечивать длительную и надежную работу деталей и конструкций в условиях эксплуатации. Поэтому основное требование к конструкционным сталям — комплекс высоких механических свойств.

Строительные стали содержат малые количества углерода (0,1-0,3%). Это

объясняется тем, что детали строительных конструкций обычно соединяются

сваркой. Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость.

В качестве строительных используются углеродистые стали Ст₂ и Ст_З, имеющие предел текучести σ 0,2 = 240 МПа. В низколегированных строительных сталях при содержании около 1,5% Μη и 0,7% Si предел текучести увеличивается до 360 МПа.

К этим сталям относятся 14Г2, 17ГС, 14ХГС. Дополнительное легирование

небольшими количествами ванадия и ниобия (до 0,1%) повышает предел текучести до 450 МПа за счет уменьшения величины зерна. К сталям такого типа относятся 14Г2АФ, 17Г2АФБ.

Приведенные стали применяют для строительных конструкций, армирования

железобетона, магистральных нефтепроводов и газопроводов.

Цементуемые стали содержат 0,1-0,3% углерода. Они подвергаются

цементации, закалке и низкому отпуску. После этой обработки твердость

поверхности составляет HRC 60, а сердцевины HRC 15 — 40. Упрочнение

сердцевины в этих сталях тем сильнее, чем больше содержание легирующих

элементов. В зависимости от степени упрочнения сердцевины цементуемые стали можно разделить на три группы.

К сталям с неупрочняемой сердцевиной относятся углеродистые цементуемые стали 10, 15, 20. Их сердцевина имеет феррито-перлитную структуру.

Эти стали имеют высокую износостойкость, но малую прочность (σ = 400-500 МПа). Поэтому они применяются для малоответственных деталей небольших размеров.

К сталям со слабо упрочняемой сердцевиной относятся низколегированные

стали 15Х, 15ХР, 20ХН и др. Сердцевина имеет структуру бейнит. Эти стали имеют повышенную прочность (σв = 750-850 МПа).

К сталям с сильно упрочняемой сердцевиной относятся стали 20ХГР, 18ХГТ,

30ХГТ, 12ХНЗ, 18Х2Н4В и др. Серцевина имеет мартенситную структуру. Стали этой группы имеют высокую прочность (σв= 1200-1600 МПа) и применяются для крупных деталей, испытывающих значительные нагрузки.

Улучшаемые стали содержат 0,3-0,5% углерода и небольшое количество

легирующих элементов (до 3-5%). Эти стали подвергаются улучшению,

состоящему из закалки в масле и высокого отпуска. После термообработки имеют структуру сорбита. Механические свойства разных марок улучшаемой стали в случае сквозной прокаливаемости близки (σв= 900-1200 МПа). Поэтому прокаливаемость определяет выбор стали. Чем больше легирующих элементов, тем выше прокаливаемость. Следовательно, чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует использовать. По прокаливаемости улучшаемые стали могут быть условно разбиты на пять групп.

В первую группу входят углеродистые стали 35, 40, 45, имеющие критический диаметр Dк р= 10 мм (см. раздел 4.2.). Эти стали подвергаются

нормализации вместо улучшения.

Ко второй группе относятся стали, легированные хромом 30Х, 40Х. Для них

критический диаметр составляет Dк р= 15-20 мм.

Третью группу составляют хромистые стали, дополнительно легированные

еще одним двумя элементами (кроме никеля) 30ХМ, 40ХГ, 30ХГС и др. Для этих сталей Dк р= 20-30 мм.

Четвертая группа представлена хромоникелевыми сталями, содержащими

около 1% никеля: 40ХН, 40ХНМ и др. Их критический диаметр Dк р= 40 мм.

В пятую группу входят стали, легированные рядом элементов, причем

содержание никеля доходит до 3-4%: 38ХНЗ, 38ХНЗМФ (Dк р=100 мм). Это

лучшие марки улучшаемых сталей, хотя они сравнительно дороги.

Высокопрочные стали. Новейшая техника предъявляет высокие требования

к прочности стали ( σ = 1500-2500 МПа). Этим требованиям соответствуют

мартенситностареющие стали сочетающие высокую прочность с достаточной вязкостью и пластичностью. Они представляют собой практически безуглеродистые (до 0,03% С) сплавы железа с никелем (17-26% Ni), дополнительно легированные титаном, алюминием, молибденом, ниобием и кобальтом. Широкое распространение получила сталь Н18К9М5Т. Она подвергается закалке на воздухе с 800-850°С. Высокую прочность

мартенситностареющие стали получают в результате старения, представляющего собой отпуск, производимый при температуре 450-500°С. В результате такой термообработки сталь Н18К9М5Т имеет предел прочности σв = 2000 МПа.

Кроме упомянутой выше стали нашли применение стали Н12К8М3Г2

Μ10X11М2Т, Н12К8М4Г2 и другие. Мартенситностареющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, судостроении и т. д. Они обладают хорошей свариваемостью и обрабатываемостью. Эти стали являются достаточно дорогостоящими.

Пружинные стали. В пружинах и рессорах используются только упругие

свойства стали. Возникновение пластической деформации в них недопустимо, поэтому высоких требований к пластичности и вязкости не предъявляется.

Основное требование к пружинной стали — высокий предел упругости σ (см.