Виды марок стали в производстве

О чем речь? На первый взгляд, все виды марок стали кажутся одинаковыми, но опытный специалист знает: то, что идеально подойдет для изготовления пружины, будет абсолютно непригодным для корпуса судна или режущей кромки топора. Секрет этого разнообразия скрыт в химическом составе и структуре сплава.

Что учесть? Именно варьируя добавки (легирующие элементы) и регулируя содержание углерода, металлурги научились создавать материалы с заранее заданными свойствами, превратив сталь из простого «железа» в высокотехнологичный продукт. Понимание видов и марок стали – базовая компетенция, позволяющая избежать досадных ошибок на гигантском производстве и в домашней мастерской.

Общая классификация сталей

Различные виды марок стали отличаются друг от друга своими характеристиками. Далее мы остановимся на вариантах классификации сталей по тому или иному признаку.

Химический состав

Сталь может быть углеродистая и легированная. Углеродистая сталь состоит из железа и углерода с массовой долей не выше 2 %.

Количество углерода определяет тип углеродистой стали:

• Низкоуглеродистая имеет в составе до 0,25 % C – сталь мягкая, пластичная.
• Среднеуглеродистая содержит от 0,3 до 0,55 % C – материал сбалансирован по прочности и пластичности.
• Высокоуглеродистая включает от 0,6 до 2,14 % C – акцент сделан на прочности в ущерб пластичности.

Легированная сталь – это железоуглеродистый сплав, в который целенаправленно введены специальные химические элементы. Это может быть, например, хром, никель, марганец, кремний, ванадий, молибден. Они придают материалу определенные свойства.

В зависимости от массовой доли легирующих веществ сталь может быть:

• Низколегированной – содержит порядка 4 % легирующих элементов, что улучшает свойства стали при минимальном легировании.
• Среднелегированной – включает в состав от 5 до 10 % легирующих веществ (примером может служить хромоникелевая сталь).
• Высоколегированной – легирующие добавки превышают 11 % (образцом является нержавеющая сталь с высоким содержанием хрома и никеля).

В отдельную группу среди всех видов и марок по химическому составу входит нержавеющая (высоколегированная) сталь, в которой повышенная стойкость к коррозионному воздействию обеспечивается добавлением хрома с массовой долей равной или большей 13 %.

Структура

Состав и способ термической обработки вещества определяют следующие типы стали:

• Аустенитные. Материал, имеющий структуру аустенита (γ-железо с растворенным углеродом). Как пример – это высоколегированные нержавеющие стали с 18 % хрома, 10 % никеля (тип 08Х18Н10). Материал отличается высокой пластичностью и устойчивостью к коррозии.
• Ферритные. Сплав имеет структуру феррита. Характерно для низкоуглеродистых и ряда хромистых сталей. Обладают магнитными свойствами, умеренной степенью прочности и хорошей пластичностью.
• Перлитные. Материал структурно идентичен перлиту. Обычно это средне- и высокоуглеродистые стали, подвергшиеся процессу отжига. Материал одновременно твердый и вязкий.
• Мартенситные. Представляют собой пересыщенный твердый раствор углерода. Структура образуется в момент закалки материала. Иначе говоря, при резком охлаждении. Вещество приобретает очень высокий показатель твердости. Однако если не произвести отпуск, то сталь будет весьма хрупкой. Так, инструментальная сталь, прошедшая закалку, имеет мартенситную структуру.
• Бейнитные. Смесь феррита и карбидов. Структура возникает при изотермической закалке. Сочетает прочность и способность выдерживать ударные нагрузки.
• Двухфазные и многофазные. Формируется в ситуации, когда в структуре стали сопоставимо присутствуют две и более фазы (например, феррит + мартенсит в двухфазных сталях TRIP или DP).

Назначение

Сюда относятся виды марок стали по возможному применению: конструкционные, инструментальные и специальные.

1. Конструкционные. Идут на производство несущих конструкций, деталей механизмов, строительных элементов. Могут быть как углеродистыми, так и легированными. Такая сталь должна быть прочной, пластичной, хорошо поддаваться сварке. Типы конструкционных сталей:
   • обычные;
   • улучшенные;
   • цементируемые;
   • пружинные.
2. Инструментальные. Стали, необходимые для производства инструмента – режущего, ударного, измерительного. Например, резцов, сверл, штампов, молотов. Сталь применяется как углеродистая, так и легированная. Инструментальные стали отличаются высокими показателями твердости и износостойкости после закалки, а также способностью не терять твердость при нагреве.
3. Специальные. В данную группу входят стали, имеющие особые свойства. Материал предназначается для использования в специфических условиях. Сюда относятся:
   • коррозионно-устойчивые;
   • жаростойкие и жаропрочные;
   • пружинно-рессорные;
   • инструментальные быстрорежущие;
   • магнитные;
   • криогенные;
   • износостойкие;
   • подшипниковые;
   • электротехнические.

Технология производства

Виды марок стали по данному признаку – сталь литая либо деформированная (обработанная давлением). Литая распределяется в жидком виде по литейным формам, откуда далее извлекают уже готовые изделия. Так изготавливают, к примеру, корпуса станков, станины, детали сложной конфигурации.

Деформированная сталь производится посредством давления на материал. Это может быть ковка молотом. Другой вариант – прокатанная сталь, когда материал проходит между вращающимися валками, и в процессе этого заготовка приобретает необходимую толщину и конфигурацию.

Читайте также!

Промышленный дизайн: виды, разработка и прототипирование

Подробнее

Прокатка может быть горячей (для стали это температурный режим порядка 1200 °C), либо холодной (когда процесс идет при комнатной температуре, но материал прошел до этого горячую прокатку).

Также металл можно деформировать прессованием, волочением, штамповкой. В итоге получаются готовые стальные изделия – и трубы, проволока, поковки сложной формы.

Плавить сталь можно различными способами – в электропечи, мартеновской печи, конвертере. По способу разливки сталь бывает слитковая (сплав разливают в изложницы с последующей прокаткой слитков) или непрерывно литая (материал льют непрерывно в виде заготовок-слябов или блюмов для прокатки). Сталь, для улучшения качества, можно дополнительно вакуумировать или подвергать электрошлаковому переплаву.

Качество

В России существует национальный стандарт качества, где сталь подразделяют по типам:

• обыкновенного качества;
• качественную;
• высококачественную;
• особовысококачественную.

В основе лежит содержание примесей (S и P). Так, «Сталь 3сп» обыкновенного качества имеет до 0,05 % серы и фосфора, тогда как высококачественная сталь марки 20А содержит не более 0,02 % S и P.

Смысл маркировки марок стали

Виды марок стали позволяют понять химический состав и характеристики сплава, а также качество металла, раскисление и назначение.

Где следует искать маркировку? Это определяется условиями поставки:

• Если материал доставляется неупакованным, тогда маркировка наносится прямо на поверхность изделий либо этикетку.
• Если продукция идет в пачках, рулонах, стопах рулонов, маркировку следует искать на ярлыках.
• Если изделия упакованы в пачки / пакеты, можно дополнительно промаркировать каждую единицу продукции.

Как маркировать товар? Если это не регламентировано в нормативной документации либо заказе, то производитель сам определяет вариант нанесения маркировки. Примеры: нанесение клейма, накатка, электрография, краска, непрозрачный лак / чернила.

Маркировка информирует потребителя о параметрах материала.

Расшифровав данные, можно выяснить:

• Химический состав.
• Класс стали и сферу ее использования.
• Свойства материала.
• Оптимальные режимы обработки.
• Степень соответствия стали предполагаемым задачам.

Маркировка – это набор цифр и букв, в которых зашифрованы химический состав и массовая доля легирующих элементов. Отсюда есть возможность определить, какими техническими свойствами обладает данная марка стали.

Таблица особенностей маркировки видов стали

В РФ маркировка стали производится на основе требований нескольких государственных стандартов. В их число входят:

• ГОСТ 380-2005, регламентирующих состав углеродистых сталей обыкновенного качества,
• ГОСТ 1050-2013, рассматривающий требования к углеродистым качественным конструкционным сталям,
• ГОСТ 5632-72, определяющий государственные нормативы, касающиеся нержавеющих сталей и ряд других.

Далее мы обобщили информацию о видах и марках стали в таблице:

Порядок расшифровки марок стали

Для корректной расшифровки марки стали требуется рассмотреть последовательно все составные части ее обозначения:

Тип стали

Определяется по первым символам:

• Ст + цифра – обыкновенного качества.
• Цифры (30, 40, 50…) – качественная углеродистая конструкционная.
• У + цифра – углеродистая инструментальная.
• Ш в начале – шарикоподшипниковая.
• Р в начале – быстрорежущая.
• Э в начале – электротехническая.

Массовая доля углерода

Если сталь конструкционная, то цифра, стоящая в начале марки – содержание углерода в сотых долях %.

Читайте также!

Преформа: виды, производство и оборудование

Подробнее

Если сталь инструментальная углеродистая цифра, проставленная после У – содержание углерода в десятых долях %.

Легирующие добавки

Определяются по буквенным обозначениям:

• Г – Mn (марганец).
• С – Si (кремний).
• Х – Cr (хром).
• Н – Ni (никель).
• М – Mo (молибден).
• В – W (вольфрам).
• Т – Ti (титан).
• Ю – Al (алюминий).
• Д – Cu (медь).
• Ф – V (ванадий).
• Б – Nb (ниобий).
• К – Co (кобальт).

Массовая доля легирующих веществ в сплаве.

Если после буквы имеется цифра, она обозначает количество элемента в процентах.

Если после буквы цифры нет, то легирующих добавок не более 1-1,5 %.

Дополнительные обозначения.

• А (в конце марки) – высококачественная сталь.
• Сп, пс, кп – степень раскисления (сталь спокойная, полуспокойная, кипящая).
• Ш (в конце марки) – сталь прошла электрошлаковый переплав.
• ВД (в конце марки) – сталь прошла вакуумно-дуговой переплав.
• ИД – материал подвергся вакуумно-индукционной выплавке с последующим вакуумно-дуговым переплавом.

Примеры расшифровки некоторых марок стали

Предлагаем на конкретных примерах произвести расшифровку некоторых видов марок стали:.

Сталь 40ХН2МА:

• 40 – массовая доля углерода 0,40 % (на практике показатель колеблется в интервале от 0,37 до 0,44 %).
• Х – содержание Cr менее 1 % (обычно от 0,6 до 0,9 %).
• Н2 – содержание Ni порядка 2% (чаще всего от 1,25 до 1,65 %).
• М – содержание Mo около 1 % (на практике показатель может разниться от 0,15 до 0,25 %).
• А – высококачественная сталь

Сталь 30ХГСА:

• 30 – доля углерода 0,30 % (обычно от 0,28 до 0,34 %).
• Х – содержание Cr не более 1 % (чаще всего от 0,8 до 1,1 %).
• Г – содержание Mn до 1% (на практике показатель может разниться от 0,8 до 1,1 %).
• С – содержание Si около 1% (фактически в интервале от 0,9 до 1,2 %).
• А – высококачественная сталь.

Сталь Р18:

• Р – быстрорежущая («рапидная») сталь.
• 18 – доля W порядка 18 % (обычно от 17 до 18,5 %).

Таблица соответствия российских марок стали с международными стандартами

Кроме российских стандартов существует международная классификация марок стали. Для понимания того, как эти виды и марки стали соотносятся с отечественными, нами была составлена таблица:

Нужно понимать, что абсолютного сходства между отечественными и импортными марками стали быть не может. Это связано с разницей в химическом составе, нормах допустимых примесей и особенностей технологических процессов.

Популярные виды марок стали

Черная сталь

Конструкционная сталь 20. В России производится по ГОСТ 8732-78 и ГОСТ 8734-75. В качестве аналога подойдут марки 15, 25. Поступает на российский рынок в виде труб, проволоки, прутка. Предназначение: перегреватели, листы для штамповки, коллекторы.

Углеродистая конструкционная сталь 45. В нашей стране выпускается по ГОСТ 1050–88 и 10702–78. Заменителем могут быть стали 40х, 50. В Россию поставляют в виде поковок, труб, листов, полосок. Предназначение: валы повышенной прочности, бандажи, цилиндрические детали, шестерни, шпиндели.

Читайте также!

Основные виды пресс-форм: как правильно выбрать

Подробнее

Сталь 09г2с (низколегированный сплав повышенной прочности с содержанием углерода). Производство организовано на основании требований ГОСТ 10705–80, 5520-79. Аналогами могут являться марки сталей 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.

Выпускается в виде листов, полос, труб. Предназначение: изготовление компонентов сварной продукции, способной работать при температуре до 425°С. Данная сталь служит сырьем для производства широкого ассортимента металлопродукции – от кругов до стальных двутавровых балок.

Нержавеющая сталь

Жаропрочная сталь 40х мартенситного типа. Выпуск организован по ГОСТ 5949–75, 18907–73, 5582–75, 18143–72. Аналогом выступает сталь марки 30х13. Поставляется на отечественный рынок в виде прутков, тонкого листа, проволоки, сортового проката.

Предназначение: детали конструкций, работающих в агрессивной среде. Также сталь идет на оси, втулки, бандажи, турбины, корпуса, лопасти, цапфы, карбюраторные иглы и крепеж.

Сталь 08х13 ферритного типа. Сплав жаропрочен и обладает антикоррозийными свойствами. Производится на основании ГОСТ 5632-72, 5949-75, 25054-81. Заменителем могут быть стали марок 12Х13, 12Х18Н9Т.

Поставляются в РФ прутками, листовым и горячедеформированным трубным прокатом. Предназначение: создание прессов, клапанов и лопаток паровых турбин, болтов и клапанов.

Коррозионно-стойкая жаропрочная сталь марки 08х17. Выпускается по ГОСТ 5949-75 и ГОСТ 2590-2006. Аналог – сталь марки 08Х17Т. Форма выпуска – листы, пруток. Предназначение: производство сварных конструкций. Нашла широкое применение в машиностроении, пищевой и химической промышленности.

Часто задаваемые вопросы о видах марок стали

Какие свойства сплава указываются в марке стали?

Химический состав, физические и механические свойства, и технологические особенности (допустим, пригодность к сварке либо предрасположенность к отпускной хрупкости).

Как расшифровать неполную марку стали?

Никак. Классификация материала невозможна, что ведет к отсутствию корректных представлений о свойствах сплава.

Из какой марки стали получаются самые лучшие изделия?

Все зависит от предназначения и условий эксплуатации изделия. Токарный резец делают из инструментальной стали, а скальпель хирурга из нержавеющей.

Вся современная промышленность базируется на использовании стали разных марок и типов. Правильный выбор материала обеспечит надежность эксплуатации готового изделия – от простого сверла до гидроэлектростанции.

Источник изображения в шапке: freepik / freepik.com