Химический состав и классификация сталей по назначению

Классификация стали

Определение: Сталь это сплав железа с углеродом (до 2 % С).

По химическому составу сталь разделяют на: углеродистую и легированную.

По качеству на: сталь обыкновенного качества, сталь качественную, сталь повышенного качества и высококачественную.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

  • А – поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
  • Б – поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
  • В – поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок:Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп,Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс,Стбпс, Стбсп.

При обозначении буквы Ст обозначают “Сталь”, цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы “кп”, “пс”, “сп” – степень раскисления (“кп” – кипящая, “пс” – полуспокойная, “сп” – спокойная).

Углеродистая качественная конструкционная сталь по видам обработки при поставке делится на: горячекатаную, кованую, калиброванную, круглую со специальной отделкой поверхности – серебрянку.

По требованиям к испытанию механических свойств сталь подразделяют на следующие категории:

  • Категория 1 – Без испытания механических свойств на растяжение и ударную вязкость. Горячекатаная, кованая, калиброванная, серебрянка.
  • Категория 2 – С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметр или сторона квадрата). Горячекатаная, кованая, калиброванная, серебрянка.
  • Категория 3 – С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
  • Категория 4 – С испытанием механических свойств на растяжение и ударную вязкость на образцах, изготовленных из термически обработанных (закалка + отпуск) заготовок указанного в заказе размера, но не более 100 мм. Горячекатаная, кованая, калиброванная.
  • Категория 5 – С испытанием механических свойств на растяжение на образцах, изготовленных из сталей в нагартованном или термически обработанном состоянии (отожженной или высокоотпущенной). Калиброванная.

Легированную сталь по степени легирования разделяют: низколегированная (легирующих элементов до 2,5%), среднелегированная (от 2,5 до 10%), высоколегированная (от 10 до 50%).

В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14-и групп.

К высоколегированным сталям относят:

  • коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
  • жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 гр. С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
  • жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Электротехническую тонколистовую сталь разделяют:

а.по структурному состоянию и виду прокатки на классы:

  • горячекатаная изотропная;
  • холоднокатаная изотропная;
  • холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;

b. по содержанию кремния:

  • 0 – до 0,4 %;
  • 1 – св. 0,4 до 0,8 %;
  • 2 – св. 0,8 до 1,8 %;
  • 3 – св. 1,8 до 2,8 %;
  • 4 – св. 2,8 до 3,8 %;
  • 5 – св. 3,8 до 4,8 %;

химический состав стали не нормируется;

c. по основной нормируемой характеристике на группы:

  • 0 – удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50);
  • 1 – удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50);
  • 2 – удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400);
  • 6 – магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4);
  • 7 – магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят на качественную, высококачественную А и особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке сталь разделяют на горячекатаную, кованую, калиброванную и под серебрянку.

По назначению изготовляют следующий прокат: для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат) и для холодной механической обработки.

Источник: http://www.stalinvest.ru/spravochnik-metalloprokata/klassifikacija-stali/

Производство и обозначение сталей

По способу получения сталь бывает:

– конверторная бессемеровская (кислый процесс); – конверторная томасовская (основной процесс); – мартеновская (кислый или основной процесс);

– электросталь, выплавленная в дуговой или индукционной печи.

Сталь, в основном, получают переработкой чугуна, в котором содержание углерода намного больше (3,8 – 4,2%), чем в стали (например, в низкоуглеродистой стали углерода содержится до 0,25%). Для этого чугун заливают в конвертор с кислой футеровкой (бессемеровский процесс) или с основной футеровкой (томасовский процесс) и через жидкий чугун продувают воздух.

При этом сгорает углерод с выделением тепла и его содержание уменьшается. Для снижения содержания кислорода в стали (посредством его удаления в шлак) перед разливкой в сталь вводят марганец, кремний, алюминий, то есть сталь раскисляют.

Томасовский основной процесс, в отличие от бессемеровского кислого, позволяет существенно снизить содержание серы и фосфора в стали.

В последнее время при конверторном производстве стали вместо воздуха через жидкий чугун продувают кислород, что позволяет получить сталь высокого качества (с более низким содержанием азота в стали).

В дуговых электропечах выплавляют сталь только из металлолома под основными или кислыми шлаками.

В мартеновских пламенных печах сталь выплавляют из чугуна с добавлением скрапа (металлолома) под кислым или основным шлаками.

В индукционных печах сталь выплавляют из чистых шихтовых материалов. В электропечах получают легированные стали.

Производство проката

Сталь является пластичным материалом. Поэтому первоначально полученные отливки в дальнейшем подвергают многим видам обработки давлением: прокатке, прессованию, волочению, ковке и др.

Прокатка Прессование Волочение Ковка

В результате получают заготовки и полуфабрикаты для дальнейшей обработки резанием, термической резки, гибки, сварки, нанесения покрытий и др. Для сварных конструкций применяют преимущественно прокат. Но не исключается применение также поковок и литых заготовок.

Сортамент листового и фасонного проката

Прокат классифицируют по сортаменту (профилю и размерам).

Весь сортамент можно разделить на 4 группы:

– листовой прокат (тонкий до 3,9 мм и толстый более 4 мм); – сортовой прокат (квадратный и круглый, полоса, лента, уголок, швеллер, тавр, двутавровые балки, рельс, арматура); – трубы (бесшовные, сварные);

– специальный и периодичный прокат.(оконный профиль и др.).

Классификация и маркировка сталей по национальным и международным стандартам

В зависимости от количества углерода стали углеродистые обычного качества разделяют на стали низкоуглеродистые (С ≤ 0,25%); среднеуглеродистые (0,25% С ≤ 0,37%) и высокоуглеродистые (С > 0,37%). Для сварных конструкций в основном используют низкоуглеродистые стали, как стали, что имеют хорошую способность к свариванию.

Следовательно, дальше будем рассматривать только низкоуглеродистые стали. Следует подчеркнуть, что цифра марки стали не соответствует количеству углерода. Она только отображает порядковый номер стали. Качество стали зависит от технологии изготовления стали и связана с раскислением. В зависимости от этого различают стали кипящие, полуспокойные и спокойные.

Для этого используют индексы “кп”, “пс” и “сп”. Стали групп “А” и “Б” могут быть “кп”, “пс”, “сп”, но стали группы “Б” -только “пс” и “сп”. Степень раскисления главным образом влияет на количество кремния (Si). Спокойная сталь имеет 0,1…0,3% Si, кипящая – до 0,07% Si, полуспокойная – между ними. Сталь с малым количеством Si очень чувствительна к температурному состоянию, т.е.

к условиям формирования трещин. Следовательно, качество сталей тем выше, чем больше степень раскисления (от “кп” до “сп”).

Стали поступают либо с гарантией механических свойств, либо с гарантией химического состава, т.е. с гарантией определенного количества показателей механических свойств и химического состава. Чтобы показать это количество, используют понятие разрядов – т.е. количества показателей, с гарантией которых поступает сталь.

Группа “А” имеет три разряда, группа “Б” – два, а группа “В” – шесть разрядов. Маркировка сталей предусматривает обозначение всех особенностей, т.е.: к какой группе принадлежит сталь, порядковый номер марки стали, степень раскисления, разряд.

Примеры: СтЗкп – сталь группы “А” (если отсутствует буква “А” – это значит, что сталь принадлежит к группе “А”); 3 – порядковый номер марки стали; “кп” – кипящая, отсутствие цифры разряда соответствует первому разряду. ВСтЗсп5 – сталь группы “В”, марка “З”, спокойная, пятого разряда. Стали группы “Б” маркируются как БСт, т.е. используется буква “Б” (БСтЗ).

Механические свойства и химический состав некоторых низкоуглеродистых сталей указаны в таблице ниже.

Марка стали Химический состав, % Механические свойства
C Mn Si P S σв, МПа σт, МПа δ, %
Ст0 0,23 0,07 0,06 310
Ст2пс 0,09…0,15 0,25…0,50 0,05…0,07 0,04 0,05 340…440 210…230 29…32
Ст3сп 0,14…0,22 0,40…0,65 0,12…0,30 0,04 0,05 380…490 230…250 23…26
Ст4сп 0,18…0,27 0,40…0,70 0,12…0,30 0,04 0,05 420…540 250…270 21…24
Ст5пс 0,28…0,37 0,50…0,80 0,05…0,17 0,04 0,05 500…640 270…290 17…20
Ст5сп 0,28…0,37 0,50…0,80 0,15…0,35 0,04 0,05 500…640 270…290 17…20

Таким образом, стали группы “В” используют для ответственных сварных конструкций, которые эксплуатируются в условиях низких температур и динамических нагружениях. Для других сварных конструкций используют сталь группы “Б”. Сталь группы “А” для сварных конструкций не используется никогда.

Стали углеродистые конструкционные повышенного качества. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, стали повышенного качества могут подвергаться термической обработке и поэтому поступают с гарантией химического состава. Они делятся на две группы. К первой группе относятся стали с нормальным количеством Мn, а ко второй – с повышенной.

В пределах I группы изготавливается сталь таких марок: 05кп, 08кп, 08, 10кп, 10, 15кп,15,20кп,20,25,30,35,40,45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, а группы II – 15Г, 20Г, 25Г, ЗОГ, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 65Г, 70Г. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, в данном случае цифры означают количество углерода в сотых частях процента.

В таблице ниже приведены механические свойства и химический состав некоторых сталей I и II групп.

Марка стали Химический состав, % Механические свойства
C Mn Si σв, МПа σт, МПа δ, %
25 0,22…0,30 0,50…0,80 0,17…0,37 460 280 23
30 0,27…0,35 0,50…0,80 0,17…0,37 500 300 21
35 0,32…0,40 0,50…0,80 0,17…0,37 540 320 20
25Г 0,22…0,30 0,70…1,00 0,17…0,37 500 300 22
30Г 0,27…0,35 0,70…1,00 0,17…0,37 550 320 20
35Г 0,32…0,40 0,70…1,00 0,17…0,37 570 340 18

Легированные конструкционные стали.

Главной целью изготовления легированных сталей является придание конструкционным сталям повышенных механических свойств или обеспечение специальных особенностей (например, теплостойкости).

В зависимости от количества легирующих элементов, легированные стали делят на низколегированные (количество легирующих элементов до 5%); среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (больше 10%).

Читайте также:  Для работы с деревом

Легированные стали классифицируются в зависимости от основных легирующих элементов (например, стали ферритного класса). При маркировке сталей используется система букв и цифр. Например, маркировка имеет такой вид 1Х18Н9Т.

Первая цифра обозначает количество углерода в сотых частях процента, дальше идет буква “X”, т.е.

хром, и цифра, которая обозначает его количество в процентах – 18%, дальше “Н” – никеля 9%, титана до 1% (если после буквы отсутствует цифра – это означает, что количество легирующего элемента до 1%).

В таблице ниже приведены некоторые свойства легированных сталей.

Марка стали Химический состав, % Механические свойства
C Si Mn σв, МПа σт, МПа δ, %
09Г2с 0,12…0,14 0,17…0,37 1,4…1,8 450 300 21
10Г2С 0,12…0,14 0,90…1,20 1,3…1,65 500 360 21
15ХСНД 0,12…0,18 0,40…0,70 0,40…0,70 500 350 21

Европейская система классификации и обозначения сталей регламентирована следующими европейскими стандартами:

EN 10020. Определение понятий по классификации сталей. ЕN 10027.Система обозначения для сталей. Ч.1. Краткие обозначения, основные символы. (Идентичен ISO/RT 4949). EN 10027.Система обозначения для сталей. Ч.2. Система нумераций. EN 10079.Определение понятия для изделий из стали.

DIN V 17006, ч. 100. Система обозначения для сталей: дополнительные символы для кратких наименований (Идентичен сообщению ECISS 1С 10:1991).

В соответствии со стандартом EN 10020 стали классифицированы по следующим основным признакам:

– химическому составу; – качеству;

– физическим, химическим и технологическим признакам.

По химическому составу различают стали:

– нелегированные или углеродистые; – легированные; – низколегированные стали, это те содержание в которых любого легирующего элемента 5%;

– высоколегированные стали, которые содержат хотя бы один легирующий элемент в количестве ≥ 5%.

По содержанию углерода нелегированные стали разделяют на:

– малоуглеродистые ( 0,12% C); – низкоуглеродистые (0,12%≤ C 0,25%); – среднеуглеродистые 0,25 ≤ C 0,55%;

– высокоуглеродистые ≥ 0,55%C.

По качеству стали разделяются на следующие классы:

– обыкновенные или рядовые, основные; – качественные;

– высококачественные или специальные.

Легированные стали по качеству разделяются на два класса:

– качественные;
– высококачественные (специальные).

Легированные качественные стали, применяемые, например, для изготовления сварных металлоконструкций, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением, характеризуются мелкозернистой структурой, высокой прочностью и ударной вязкостью не менее 27 Дж/м2 при низкой температуре -50°С.

Легированные высококачественные (специальные) стали, отличаются специальным назначением и особыми свойствами: коррозионной стойкостью и жаростойкостью, хладостойкостью при криогенных температурах и жаропрочностью при высоких температурах, высокой твердостью и износостойкостью, особыми физическими свойствами и др. Легированные стали, содержащие >10,5% Сr, обладают стойкостью против атмосферной коррозии и называются нержавеющими.

Классификация сталей по физическим, химическим и технологическим признакам

По физическим свойствам в классификации (стандарт EN 10027) выделяют группы сталей:

– с особыми физическими свойствами (электропроводностью, коэффициентом линейного расширения и др.);
– с особыми магнитными свойствами (магнитной проницаемостью).

Классификация сталей по механическим свойствам:

– прочности (например, Rm 500 H/мм2, 500 ≤ Rm 700 H/мм2, Rm ≥ 700 H/мм2);
– пределу текучести (например, Rе = 235, 275…или Rе 360, Rе 380 H/мм2); – относительному удлинению (например, δ≥15, 25 или 35 %); – ударной вязкости (например, работа удара 27, 40 или 60 Дж при +20, 0, -20, -40, -60°С);

– другим характеристикам.

По химическим признакам стали классифицируют на:

– стойкие против химической коррозии (при нормальной температуре – нержавеющие стали; при высокой температуре – жаростойкие стали);
– стойкие против электрохимической коррозии (стали для работы при нормальной, повышенной или высокой температуре, стойкие против МКК).

Технологические классификационные признаки:

– способ получения стали (кипящие, полуспокойные, спокойные стали); – термическая и термомеханическая обработка (прокаливаемость, отжиг, нормализация, закалка с отпуском, наклеп, холодная прокатка, горячая обработка давлением и др.); – способность сталей к обработке давлением (например, штампуемость), резанием, литью и др.;

– свариваемость (по критерию Сэкв , содержанию ферритной фазы в аустенитных сталях и др.).

Классификация сталей по назначению:

При классификации сталей по назначению в одной группе могут оказаться стали различной системы легирования и различных классов качества.

Нелегированные стали классифицируют по назначению на следующие группы:

– конструкционные общего назначения; – строительные общего назначения; – для сосудов, работающих под давлением; – трубные; – машиностроительные; – судостроительные; – автоматные (с повышенным содержанием P и S); – арматурные; – рельсовые; – холодно- и горячекатаные для холодной обработки; – инструментальные;

– электротехнические.

Легированные стали по назначению классифицируют на:

– строительные; – машиностроительные; – судостроительные; – для сосудов, работающих под давлением; – для трубопроводов; – для атомных реакторов; – для криогенной техники; – для подшипников; – нержавеющие стали; – жаростойкие стали; – жаропрочные; – теплостойкие; – инструментальные; – быстрорежущие;

– с особыми физическими свойствами.

Маркировка сталей по европейским нормам и стандартам

Система обозначения сталей производится по следующим евростандартам:

EN 10027. Системы обозначения для сталей:

часть 1. Краткие обозначения, основные символы;
часть 2. Система нумераций;

DIN V 17006. ч100. Системы обозначения для сталей; дополнительные символы для кратких наименований (идентичен сообщению ECI SS IC 10:1991);

EN 10079 Определение понятий для изделий из сталей.

В соответствии с этими стандартами приняты две системы условного обозначения сталей:

– буквенно-цифровая;
– цифровая.

В соответствии с EN 10027, ч.1, основные символы и цифры, используемые для условного обозначения сталей, показывают:

– физические характеристики;
– химический состав.

Дополнительные символы и цифры отражают качество, технологические свойства и назначение сталей.

В начале марки приводится символ Fe, далее – цифры, отражающие минимально гарантированный предел прочности σв (Rm) или далее буква E и цифры, отражающие минимально гарантированный предел текучести σт (Re), а затем, при необходимости, химический символ легирующего элемента и дополнительная информация.

Для наглядности в таблице ниже приведены условные обозначения некоторых марок сталей 1-ой группы и их расшифровка.

Условное обозначение >σв,МПа >σт,МПа Склонность к свариваемости Показатель качества Легиро-вание Другие показатели
Fe420N 420 Р

Источник: http://weldering.com/proizvodstvo-oboznachenie-staley

Классификация сталей Стали систематизируют по — химическому составу

Классификация сталей Стали систематизируют по: – химическому составу (углеродистые и легированные /хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т. д.

/); – по качеству (обыкновенного качества /0, 06% серы и фосфора/, качественные /0, 03% S, P /, высококачественные 0, 015% S, P – в конце марки стали ставится буква А (У 13 А)/, особовысококачественные /0, 005% S, P в конце марки стали ставится буква Ш (30 ХГС-Ш)/; – способу раскисления (кипящие, полуспокойные, спокойные); – назначению (конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами); – способу производства /конверторные, мартеновские, электростали/.

Конструкционная прочность – комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу материала в условиях эксплуатации. Под условиями работы понимают статические, динамические и ударные нагрузки в контакте с различными средами. Критерии конструкционной прочности выбирают в зависимости от условий работы. 1.

При статической нагрузке критерием является временное сопротивление σВ или предел текучести σТ, σ0, 2; они характеризуют сопротивление материала пластической деформации. 2. При циклических нагрузках критерием является предел выносливости σR. Однако повышение прочности сопровождается повышением упругих деформаций: σR / Е = εупр.

Модуль упругости Е является критерием жесткости материала: • небольшие упругие деформации для станин, корпусов редукторов и т. п. , если требуется сохранение размеров и формы; • большие упругие деформации для пружин, мембран и др. упругих элементов (низкий модуль Е ). 3.

Для материалов, используемых в авиации, ракетостроении важное значении имеет масса деталей, критерием является удельная прочность σВ/(ρg) или Е/(ρg). 4. Важным критерием в работе материала является трещиностойкость (сопротивление хрупкому разрушению).

Это подтверждается случаями внезапного хрупкого разрушения изделий, изготовленных из сталей высокой пластичности (подвесных мостов, рельсов, автомобильных осей и др. ). Концентрации напряжений больше, если длиннее трещина и острее вершина. Пластичные материалы менее склонны к охрупчиванию, т. к.

мелкозернистая структура с большим количеством границ зерен тормозит развитие трещины и движение дислокаций. 5. Для выбора материалов ответственного назначения учитывают такие критерии как ударная вязкость KCV , температурный порог хладноломкости.

Циклическая долговечность характеризует работоспособность материала в условиях многократно повторяющихся циклов напряжений. Разрушение от усталости по сравнению с разрушением статическим имеет ряд особенностей: • Оно происходит при напряжениях, меньших, чем при статической нагрузке. • Разрушение происходит локально, в местах концентраций напряжений.

• Разрушение протекает в несколько стадий: накопление напряжений, образование трещин усталости, развитие трещины, слияние трещин в одну и быстрое разрушение. • Разрушение имеет характерное строение зоны усталости и долома.

Циклическая долговечность и прочность зависят от структуры и напряженного состояния поверхностного слоя, качества поверхности и воздействия коррозионной среды, предел выносливости снижается с увеличением размеров деталей. Износостойкость – свойство материала оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию.

Изнашивание – процесс постепенного разрушения поверхностного слоя материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения. Результат изнашивания называется износом. Его определяют по изменению размеров образца (объемный или массовый износ).

Конструкционные стали обыкновенного качества В зависимости от назначения и гарантируемых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп – А, Б и В (по ГОСТ 380 -71): Группа А – стали поставляются по гарантируемым механическим свойствам после горячей деформации Группа Б – стали поставляют с гарантируемым химическим составом.

Подвергается термической обработке. Группа В – стали поставляются по гарантируемым механическим свойствам и химическому составу. Свариваемые нагружаемые металлоконструкции. Раскисление – удаление кислорода из стали. Кипящая – это сталь, раскисленная до 0, 05%Si, 0, 3 -0, 5% Mn. Полуспокойная – до 0, 15%Si, 0, 3 -0, 5% Mn. Спокойная – до 0, 35%Si, до 0, 7% Mn.

Например: Ст3 кп, БСт4 пс, ВСт5 сп.

Марка Ст0 Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 %С до 0, 23 0, 09 -0, 15 0, 14 -0, 22 0, 18 -0, 27 0, 28 -0, 37 0, 38 -0, 49 Ст0 – неответственные детали конструкций (подкладки, шайбы, кожухи и т. д. ) Ст1 – неотв.

детали с повышенной пластичностью и глубиной вытяжки, малонагруженные элементы сварных конструкций, работающих при постоянных нагрузках Ст4 – сварные, клепаные и болтовые соединения повышенной прочности

Углеродистые стали качественные. От сталей обыкновенного качества эти стали отличаются меньшим содержанием серы (не более 0, 04%), фосфора (не более 0, 035 -0, 04) и меньшим количеством неметаллических включений. Маркируются 08. . . 85. Число – содержание углерода в сотых долях процентов.

К качественным сталям относятся стали с повышенным содержанием марганца до 1%). Тогда в конце марки ставят букву Г (например, 15 Г). Низкоуглеродистые стали 05 кп; 08 кп; 10 и 10 кп обладают малой прочностью и высокой пластичностью. Их применяют без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей (шайб, прокладок и др.

), элементов сварных конструкций, изготавливаемых холодной деформацией. Среднеуглеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки. Среднеуглеродистые стали применяют для изготовления самых разнообразных деталей во всех областях машиностроения.

Читайте также:  Самодельный снегоход своими руками

Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70, 75, 80, 85 используют в основном как рессорно-пружинные. В нормализованном состоянии эти стали также применяют для прокатных валков, шпинделей станков и других крупных деталей. Достоинствами углеродистых качественных сталей является дешевизна и технологичность.

Однако вследствие малой прокаливаемости углеродистые стали не обеспечивают требуемого комплекса механических свойств в деталях сечением более 15 -20 мм.

Легированные стали Обозначение легирующих элементов в марке стали В марке стали число вначале марки обозначает содержание углерода в сотых долях процента, число за буквой означает содержание легирующего элемента в целых процентах (исключение составляет шарикоподшипниковая, быстрорежущая сталь). Если за буквой ничего не стоит, значит содержание легирующего элемента ~1%.

Если за буквой стоит 1, значит, содержание легирующего элемента – 1 -1, 5%. 30 Х 2 В 5 – 0, 3% С, 2% хрома, 5% вольфрама.

55 Г 1 С 3 А – 0, 55%С, до 1, 5% марганца, 3% кремния, высококачественная (0, 03% серы и фосфора) Хром – Х Никель – Н Марганец – Г Кремний – С Вольфрам – В Ванадий – Ф Молибден – М Титан – Т Медь – Д Алюминий – Ю Кобальт – К Ниобий – Б Цирконий – Ц Азот – А Бор – Р

Улучшаемые стали – стали, подвергаемые термическому улучшению – закалке и высокому отпуску, обеспечивающим получение структуры: сорбит отпуска. Примеры: 40 Х, 40 Г 2, 40 ХГТР, 30 ХГС (хромансил) и др.

Эти стали обладают высокой конструктивной прочностью и используют для изготовления зубчатых колес, валов, осей, втулок и пр. Сталь 38 ХН 3 ВА имеет прокаливаемость более 100 мм. Для устранения отпускной хрупкости хромоникелевые стали легируют Mo, W.

Недостатки: высокая стоимость и пониженная обрабатываемость резанием.

Цементуемые стали – стали, подвергающиеся цементации содержанием 0, 08 -0, 25 % С, что дает возможность получать вязкую сердцевину. Эти стали для деталей, работающих на поверхностный износ (втулки, валики, оси, шпильки и др. ).

После цементации, закалки в воде и отпуска эти стали обеспечивают высокую твердость поверхности детали (HRC 60 -64). Примеры цементируемых сталей: хромоникелевые, хромомарганцевые и др.

– 20 ХН, 12 XH 3 А; 20 ХН 3 А, 20 Х 2 Н 4 А, 18 ХГТ, 20 ХНТ, 30 ХНТ и др.

Пружинно-рессорные стали: 65, 85, 65 Г, 60 С 2, 70 СЗА и др. Кремнистые стали склонны к обезуглероживанию, трудно поддаются резанию. После навивки в холодном или горячем состоянии пружины подвергают среднему отпуску для снятия внутренних напряжений, повышения предела упругости и стабилизации размеров.

Легирующими элементами являются Si, Мn, Сr, V, W, которые повышают предел упругости пружин и рессор. Сталь 50 ХФА применяют для ответственных пружин, работающих при высоких температурах (до 300 0 С), многократных переменных нагрузках. Она обладает высокой прокаливаемостью и не склонностью к росту зерна при высоких температурах.

Основное требование во избежание усталостных трещин – высокое качество поверхности.

Шарикоподшипниковые стали При работе подшипника материал колец, шариков и роликов подвергается воздействию высоких удельных нагрузок переменного характера; раздавливающей нагрузке, износу от трения качения или скольжения, химическому износу, абразивному износу.

Основные требования, предъявляемые к шарикоподшипниковой стали – это высокая прочность, износостойкость, высокое качество поверхности – отсутствие макро- и микровключений. . Это конструкционные стали с содержанием ~ 1 %С и наличием хрома (как основного легирующего элемента в десятых долях) и др.

: ШХ 6 (кольца до 25 мм), ШX 12 (кольца до 40 мм), ШХ 15 СГ (прокаливаемость до 65 мм), ШХ 4 и др. Термическая обработка включает операции диффузионного отжига, закалки, обработки холодом для устранения остаточного мартенсита и низкого отпуска.

Структура: скрытокристаллический мартенсит с равномерно распределенным мелким избыточным карбидом. Иногда применяется графитизированная сталь (1, 75% С; 1, 25% Si). В отличии от чугунов она деформируется.

• Высокопрочные стали (30 ХГСН 2 А, 40 ХН 2 МА, 30 ХГСА, 39 ХН 3 МА, 03 Н 18 К 9 М 5 Т, 04 Х 11 Н 9 М 2 Д 2 ТЮ)- получают из среднеуглеродистых легированных сталей, применяя закалку с низким отпуском или изотермическую закалку получением структуры нижнего бейнита.

Их используют в качестве конструкционных и путем подбора химического состава получают σв ≈ 1700 -1900 МПа. • Мартенситостареющие стали : Н 18 К 9 М 5 Т, Н 18 К 12 М 5 Т 2 и др. – группа высокопрочных сталей, отличающихся от других конструкционных сталей способом легирования и термической обработки.

Эти стали используют для работы от -196°С до 450°С. Основной легирующий элемент – никель. При добавке Ni точка А 3 снижается и становится возможным переход по сдвиговому (мартенситному) механизму.

Продукт превращения – никелевый мартенсит – твердый раствор замещения атомов железа атомами никеля в ОЦК-решетке, поэтому он пластичен, вязок и обладает умеренной прочностью. После старения при 480 -500 0 С из мартенсита выделяются интерметаллиды Ni. Ti, Ni 3 Ti, что приводит к увеличению прочности. Добавки Ti, A 1 и др.

увеличивают конструкционную прочность. Механические свойства σВ = 2200 -2400 МПа, σТ = 1500 -1800 МПа, ε = 12 -15%, ψ = 40 -55 %, ударная вязкость 0, 6 -1, 0 МДж/м 2. Применяют для изготовления наиболее ответственных деталей новой техники, в самолето- и ракетостроении, для пружин, в криогенной технике.

• Износостойкая сталь. Для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками применяется сталь 110 Г 13 А, Г 13 (1% С, 12 -14 % Мn). Сталь имеет аустенитную структуру, высокую вязкость, малую твердость (250 НВ).

В процессе работы действуют высокие нагрузки, превосходящие предел текучести, т. е. происходит интенсивный наклеп и рост твердости и износостойкости.

Из этой стали изготавливают корпуса шаровых мельниц, щеки камнедробилок, крестовина рельс, гусеничные траки, козырьки землечерпалок.

Источник: http://present5.com/klassifikaciya-stalej-stali-sistematiziruyut-po-ximicheskomu-sostavu/

Классификация сталей по назначению

67273

Классификация сталей по назначению

Лекция

Производство и промышленные технологии

Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые подвергаемые цементации и улучшаемые подвергаемые закалке и отпуску практически не обязательно высокому. Инструментальные стали условно подразделяют на следующие четыре категории: углеродистые легированные штамповые и быстрорежущие.

Русский

2014-09-06

66 KB

8 чел.

Тема № 11

Классификация сталей по назначению

В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы.

Конструкционная сталь, идущая на изготовление деталей машин. Конструкционная (машиноподелочная) сталь, как правило, у потребителя подвергается термической обработке. Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые (подвергаемые цементации) и улучшаемые (подвергаемые закалке и отпуску, практически не обязательно высокому).

Близкие по составу к конструкционным сталям, но не предназначаемые для термической обработки у потребителя, объединяются в группу так называемых строительных сталей (они в основном применяются в строительстве). Часто их называют низколегированными.

Инструментальная сталь, идущая на изготовление режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Инструментальные стали условно подразделяют на следующие четыре категории: углеродистые, легированные, штамповые и быстрорежущие.

Стали и сплавы с особыми свойствами.

К ним относятся стали, обладающие каким-нибудь резко выраженным свойством: нержавеющие, жаропрочные и теплоустойчивые, износоустойчивые, с особенностями теплового расширения, с особыми магнитными и электрическими свойствами и т.

д. В ряде случаев эти стали содержат такое большое количество легирующих элементов, что их нужно причислять не к сплавам железа, т.е. не к сталям, а к сложным многокомпонентным сплавам.

КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Сталь, применяемая для изготовления деталей машин, строительных конструкций и других сооружений, должна обладать высокими механическими свойствами. При этом сталь должна обладать высоким комплексом механических свойств, а не высоким значением какого-либо одного свойства.

Материал, идущий на изготовление деталей, подвергающихся большим нагрузкам, должен хорошо сопротивляться таким нагрузкам и наряду с высокой прочностью обладать вязкостью, чтобы сопротивляться динамическим и сопротивляться динамическим и ударным воздействиям.

Другими словами, материал должен обладать прочностью и надежностью.

В деталях, испытывающих знакопеременные нагрузки, металл должен обладать высоким сопротивлением усталости, а трущиеся детали -сопротивлением износу.

Во многих случаях требуется хорошее сопротивление коррозии, ползучести и другим постоянным воздействиям. Это значит, что детали должны быть долговечными.

Таким образом, детали машин должны быть изготовлены из прочного, надежного и долговечного материала.

Механические свойства стали зависят от ее структуры и состава. Совместное воздействие термической обработки и легирования является эффективным способом повышения механических характеристик стали.

Возможными способами улучшения (повышения) механических характеристик стали являются: увеличение содержания углерода; легирование:, диспергирование структурных составляющих (путем понижения температуры превращения аустенита в сочетании с отпуском); измельчение зерна:, наклеп.

Однако всякое упрочнение, проведенное указанными способами (кроме измельчения зерна и легирования никелем), снижает вязкость (повышает порог хладноломкости и уменьшает работу распространения трещины).

Поэтому при разработке составов конструкционных сталей и режимов их термической обработки нужно рассматривать такие способы, при которых пластические и вязкие свойства уменьшаются в минимальной степени.

Простое увеличение углерода при феррито-перлитной структуре (нормализованное состояние) приводит к повышению прочности и порога хладноломкости. Максимальная прочность при такой структуре соответствует содержанию углерода примерно 1% С и достигает всего лишь 100 кгс/мм2 , тогда как. порог хладноломкости лежит ниже 0°С лишь при содержании углерода не более 0,4%.

Таким образом, предельное содержание углерода в термически не упрочненной стали с феррито-перлитной структурой составляет 0,4%. При этом сталь будет иметь бв =60 кгс/мм 2 .

Если предъявить требования свариваемости, то содержание углерода должно быть снижено во избежание образования трещин в сварном шве и его охрупчивания; прочность при этом снизится до 35 кгс/мм2.

Получение дисперсных структур в результате переохлаждения аустенита ведет к непрерывному повышению твердости и прочности: максимальную твердость (прочность) имеет мартенситная структура.

При 0,4% С мартенситная структура имеет твердость около HRC 60 (НВ 650), что соответствует прочности порядка. 20-40 кгс/мм2.

Однако вязкость в этом случае недопустимо низкая, и должна быть повышена отпуском, правда, за счет снижения прочности.

Двойная обработка, при которой окончательная структура формируется не из аустенита, а из мартенсита, т.е.

применение закалки с последующим отпуском позволяет широко изменять прочностные свойства от максимальных, соответствующих закаленному состоянию до минимальных, соответствующих отожженному, и важно, что при этом пластические и вязкие свойства оказывающей более высокие, чем при одинарной обработке (продукты распада аустенита).

Такое повышение качества стали в результате двойной термической обработки – закалки и высокого отпуска – называется термическим улучшением).

Оптимальные механические свойства достигаются в результате улучшения (или изотермической закалки), для чего аустенит должен быть при закалке переохлажден до температур образования мартенсита. В углеродистых сталях при применяемых на практике интенсивных закалочных средах (вода) сквозную закалку удается получить в сечениях до -10-15 мм.

Читайте также:  Изготовление лазерного гравёра своими руками

Увеличить прокаливаемость термическими средствами (интенсификация охлаждения, выращивания зерна) нецелесообразно, так как возникает опасность получения закалочных дефектов и ухудшения вязких свойств.

Практически остается один способ углубления прокаливаемости -легирование.

Было показано, что введение легирующих элементов приведет вначале к улучшению механических свойств (например, порога, хладноломкости) пока при данных условиях (размер деталей, условия охлаждения) не будет достигнута сквозная прокаливаемость, после чего дальнейшее увеличение содержания легирующего элемента приводит уже к ухудшению свойств. Режим термической обработки конструкционных сталей определяется главным образом содержанием углерода.

Рассмотрим применяемые на практике типичные режимы термической обработки для низкоуглеродистой (0,10-0,25% С) и среднеуглеродистой (0,30-0,45% С) сталей. Конструкционные стали подвергают двойной упрочняющей термической обработке – закалке + отпуску, причем среднеуглеродистые -обычно высокому отпуску (улучшению), низкоуглеродистые – низкому.

Режим закалки определяется положением критических точек и способностью аустенита к переохлаждению.

Нагрев под закалку проводят, как правило, до температур, незначительно превышающей (на 30-50°С) точку Асз .У большинства марок конструкционных низкоуглеродистых сталей эта температура находится около 900°С и у среднеуглеродистых – около 850°С.

Низколегированные стали, как и углеродистые, следует закаливать в воде (и лишь при малых размерах – в масле), так как малая устойчивость переохлажденного аустенита в районе перлитного распада (около 600°С) делает необходимым быстрое охлаждение при закалке.

Увеличение содержания легирующих элементов приводит к увеличению устойчивости переохлажденного аустенита. В конструкционных сталях обычного состава содержание легирующих элементов таково, что становится возможной закалка в масле.

В некоторых сталях с несколькими легирующими элементами (например, в хромовольфрамовых или хромоникельмолибденовых, сталях) перлитное превращение аустенита настолько задерживается, что охлаждением деталей больших размеров на спокойном воздухе достигается переохлаждение аустенита до температур мартенситного превращения.

Рассматривая условия, которые необходимо создать для охлаждения при закалке легированных конструкционных сталей, мы должны вспомнить еще об одной особенности кинетики распада аустенита сталей, легированных карбидообразующими элементами.

В этих сталях (низкоуглеродистых) скорость бейнитного превращения при 300 – 400°С оказывается существенно более высокой, чем скорость перлитного распада 500-600°С). Поэтому при закалке следует ускорять охлаждение в нижнем районе температур (при 300-400°С), чтобы избежать бейнитного превращения.

В виде общего вывода важно заметить, что у легированньк сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых; более медленное охлаждение создает меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.

Закалка стали на мартенсит – это первый этап термической обработки конструкционной стали.

Низкая пластичность, значительные внутренние напряжения не допускают применения конструкционной стали только в закаленном состоянии.

Необходим отпуск, повышающий пластичность и вязкость и уменьшающий внутренние напряжения. Отпуск – завершающая операция термической обработки конструкционной стали, окончательно формирующая ее свойства.

В низкоуглеродистой стали после закалки получается достаточно пластичный мартенсит.

Отпуск при 150°С снимает (конечно, только частично) внутренние напряжения и несколько повышает пластичность.

В лучших сортах низкоуглеродистых легированных сталей при такой термической обработке (закалка + отпуск при 150°С) достигается высокий комплекс механических свойств ( до 130-140 кгс/мм2 при =50-60% ). Структура после такой обработки состоит из отпущенного малоуглеродистого мартенсита.

Для среднеуглеродистых конструкционных сталей, у которых после закалки получается мартенсит с большим содержанием углерода, такой отпуск недостаточен, если стремиться получить высокую вязкость.

При низком отпуске прочность будет повышенной (σв =160-170 кгс/мм2, а пластичность и вязкость – низкими. Поэтому для этих сталей необходим более высокий отпуск, который обычно проводят при 550-600°С.

При этой температуре происходит полный распад мартенсита с образованием зернистой высокодисперсной феррито-карбидной смеси – сорбита.

Механические свойства при этом будут примерно такими же, как и при низкотемпературном отпуске малоуглеродистых сталей т.е.σ в=120-130 кгс/мм2, σ = 50-60.

Типичным режимом термической обработки для получения лучшего комплекса механических свойств являются: для малоуглеродистых легированных сталей – закалка с 900°С в масле с отпуском при 150° (структура отпущенного мартенсита); для среднеуглеродистых легированных сталей -закалка с 850°С в масле с отпуском при 550-650°С (структура сорбита). В обоих случаях механические свойства, получаются почти одинаковые. Наиболее высокую прочность получают путем ТМО. Технологическое осуществление ТМО, однако, достаточно сложно.

Влияние температуры отпуска и скорости охлаждения после отпуска на ударную вязкость легированной конструкционной стали.

Для случая медленного охлаждения после отпуска кривая ударной вязкости имеет два минимума – для отпуска, при 300°С и при 550°С. Охрупчивание стали при некоторых условиях отпуска, называется отпускной хрупкостью.

Понижение вязкости при этом вызвано повышением температуры перехода в хладноломкое состояние. Различаются два рода отпускной хрупкости.

Отпускная хрупкость 1 рода проявляется при отпуске около 300°С у всех сталей, независимо от их состава и скорости охлаждения после отпуска.

Отпускная хрупкости II рода обнаруживается после отпуска, выше 500°С.

Характерная особенность хрупкости этого вида заключается в том, что она проявляется в результате медленного охлаждения после отпуска: при быстром охлаждении вязкость не уменьшается, а монотонно возрастает с повышением температуры отпуска Однако отпускная хрупкость П рода снова может быть вызвана новым высоким отпуском с последующим замедленным охлаждением.

Цементуемые (низкоуглеродистые) стали. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные низкоуглеродистые стали, применяемые для изготовления цеметуемых деталей.

Как уже указывалось, для этой цели применяют стали с низким содержанием углерода (0,1-0,25%) с тем, чтобы после цементации, закалки и низкого отпуска получить твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину.

Твердость поверхности после такой обработки будет около HRС 60, а сердцевины – порядка HRC 15-30.

В деталях из углеродистой стали вследствие ее слабой прокаливаемости высокую твердость получает лишь поверхностный цементованный слой, а сердцевина не упрочняется.

В легированных же сталях упрочнение сердцевины при термической обработке (закалка +низкий отпуск) будет тем более значительным; чем больше углерода и легирующих элементов они содержат.

Цементуемые стали следует разделять на три группы:

углеродистые стали с не упрочняемой сердцевиной,

низколегированные стали со слабо упрочняемой сердцевиной,

относительно высоколегированные стали с сердцевиной, сильно упрочняемой при термической обработке.

Стали последней группы называют иногда высокопрочными цементуемыми сталями. К ним следует также отнести и стали со сравнительно невысоким содержанием легирующих элементов, но с повышенным содержанием углерода (0,25-0,30%).

Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали. Улучшаемые стали содержат 0,3-0,4% С и разное количество легирующих элементов (хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, кремний) в сумме не более 3-5%, и часто около 0,1% измельчителей зерна (ванадий, титан, ниобий, цирконий).

Обычная термическая обработка таких сталей закалка, в масле и высокий отпуск (660-650°). Чем больше в стали легирующих элементов, тем больше ее прокаливаемость.

Поскольку механические свойства стали разных марок после указанной термической обработки в случае сквозной прокаливаемости близки, то не механические свойства, а прокаливаемость определяет выбор стали для той или иной детали.

Чем больше сечение детали, тем более легированную сталь следует выбирать. Во избежание развития отпускной хрупкости, что особенно опасно для крупных деталей, которые невозможны быстро охлаждать при отпуске, следует использовать стали, содержащие молибден (0,15-0,30%).

Сложные по конфигурации детали, особенно если они подвергаются ударным воздействиям, желательно изготавливать из сталей, содержащих никель. Интенсивность падения свойств при увеличении диаметра термически обрабатываемой заготовки тем меньше, чем более легирована сталь.

Строительная сталь. Строительная сталь предназначается для изготовления строительных конструкций- мостов, газо- и нефтепроводов, ферм, котлов и т.д.. Все строительные стали как правило, являются сварными, и свариваемость- одно из основных свойств строительной стали. Поэтому строительная сталь-это низкоуглеродистая сталь, с С

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=67273

Классификация, свойства и назначение стали

Справочная информация

Стали можно классифицировать:*по химическому составу, *по микроструктуре, *по способу производства, *по применению.

По химическому составу сталь подразделяют:

*углеродистая сталь (конструкционную сталь, инструментальную сталь),*легированная сталь (низколегированною сталь, высоколегированная сталь).

По микроструктуре различают:

*перлитный класс,*мартенситный класс,*аустенитный класс,*ферритный класс,*карбидный класс.

По способу производства различают:

*сталь обыкновенного качества (или рядовая сталь):
углеродистая сталь с содержанием углерода не более 0,6%; она выплавляется чаще всего в больших мартеновских печах, а также в бессемеровских и томасовских конвертерах и разливается в сравнительно крупные слитки, марки сталей – Ст.0, Ст.1, Ст.3, Ст.4, Ст.5, Ст.6, Ст.7.
*сталь качественная – углеродистая сталь или легированная сталь, выплавляемая в основных мартеновских печах с соблюдением более строгих требований к составу, процессам плавки и разливки. Содержание серы и фосфора в качественной стали не должно превышать (в зависимости от марки) 0,04% каждого из этих элементов. Количество неметаллических включений меньше, чем в стали обыкновенного качества.

*сталь высококачественная – углеродистая сталь или легированная сталь, чаще всего усложненного химического состава. Такая сталь выплавляется в электрических или кислых мартеновских печах небольшого тоннажа.

Для высококачественной стали установлены суженные пределы содержания элементов.
Содержание серы и фосфора в высококачественной стали не должно превышать соответственно 0,030% и 0,035% (для некоторых марок стали установлено еще более низкое содержание этих элементов). Эта сталь обладает также повышенной чистотой по неметаллическим включениям.

Высококачественная сталь обозначается буквой А, помещаемой после обозначения марок.

По применению различают:
*класс I – Сталь строительная, применяемая для строительных целей. По химическому составу – эта сталь главным образом углеродистая, а по способу производства – сталь обыкновенного качества (рядовая). Эта сталь, как правило, не подвергается термической обработке (закалке) и используется в состоянии, полученном обработкой давлением. .

*класс II – сталь машиностроительная (конструкционная сталь).

По химическому составу – это сталь углеродистая или легированная, по способу производства – качественная или высококачественная. Большая часть стали этого класса подвергается термической обработке.

Для менее ответственных или малонагруженных деталей болты, клинья, дышала, валы маломощных механизмов и т. п) применяются также более дешевая сталь обыкновенного качества марок Ст.4, Ст.5, Ст.6, и Ст.7. Кроме того применяют стали марок Ст.2 и Ст.

3, используемые главным образом для строительных целей.

*класс III – сталь инструментальная.

По химическому составу сталь углеродистая и легированная, а по способу производства – качественная и очень редко рядовая сталь. Лишь в особых случаях инструментальная сталь применяется в качестве конструкционной для деталей машин специализированного назначения (шарикоподшипники, пружины).

*класс IV – сталь с особыми физическими свойствами.

По химическому составу – это легированная сталь.

По способу производства – высококачественная или качественная сталь, требующая в отдельных случаях соблюдения специальных условий выплавки (например, в вакууме, электрошлаковым переплавом или в атмосфере инертных газов) и последующей обработки.

Источник: http://yaruse.ru/posts/show/id/679

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector