Расшифровка марок стали металлов и сплавов

Сталь – это деформируемый сплав железа с массовой долей углерода до 2,14% - именно углерод позволяет обеспечивать этому материалу прочность. При этом важно, что наличие железа в стали должно быть не менее 45%. На сегодняшний день существует более 1500 разных видов сталей и сплавов из них. За счёт такого разнообразия сталь является одним из самых популярных металлических сплавов, которые применяются во многих производственных сферах, для изготовления разнообразных конструкций, инструментов. Одно из преимуществ стали в том, что этот сплав легко перерабатывается, а значит его можно переплавить и использовать повторно.

Стали можно классифицировать по многим признакам, однако главный критерий – это химический состав.

Классификация по химическому составу

Химический состав стали бывает углеродистым и легированным.

Углеродистая сталь – это сталь с большим содержанием углерода (до 2%) без легируемых элементов. Материал востребован в промышленности и народном хозяйстве за счёт таких характеристик как отличная обрабатываемость, долгий срок службы, прочность, невысокая цена. В кристаллической решетке углеродистой стали есть углерод – это делает сталь более резучей и твердой, но в то же время относительно хрупкой.

В зависимости от процентного содержания углерода бывают:

• Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода от 0,10 до 0,25 % обладают высоким уровнем твёрдости, но имеют низкую способность к пластическому деформированию. Этот вид стали отличается мягкостью и небольшой массовой долей марганца.

• Среднеуглеродистые стали с массовой долей углерода от 0,3 до 0,6 % и постоянных примесей; в качестве которых часто выступают никель, хром, кремний.

• Высокоуглеродистые стали с повышенным содержанием углерода – от 0,6% до 2%. В процессе производства высокоуглеродистая сталь проходит термообработку. Марки высокоуглеродистой стали применяются и в машиностроении, и для изготовления инструментов, и для производства точных измерительных приборов.

Поскольку один из признаков углеродистой стали – это способность особенно пользуется популярностью в машиностроении, что связано со способностью металла сопротивляться активным нагрузкам, а также с высокими пределами усталости.

Сталь, которая помимо углерода и железа содержит другие специально вводимые в её структуру компоненты (например, кремний, никель, хром и др.) – это легированная сталь. Недостаточно просто смешать расплав, все компоненты связываются на уровне молекул, формируя новые соединения и строения кристаллической решетки. Эти дополнительные вещества используются для того, чтобы сплав получил особые свойства, необходимые для определённых ситуаций. Несмотря на то, что концентрация добавочных веществ в легированной стали не слишком большая, даже эта небольшая доля (примерно 1-3%) позволяет трансформировать характеристики материала в нужную сторону.

Так, суммарный состав легирующих компонентов внутри стали определяет три класса:

• Низколегированные (не более 2,5% легирующих компонентов); среди преимуществ можно выделить высокий предел текучести, хладостойкость, износостойкость, устойчивость к коррозии, а также пониженную склонность к механическому старению.

• Легированные (от 2,5 до 10%); такое соединение используется чаще всего

• Высоколегированные стали имеют в составе сплава больше 10% легирующих компонентов и используются практически во всех отраслях современной промышленности. Они характеризуются высокой степенью прочности и сложной кристаллической структурой.

Классификация по назначению

• Конструкционные стали. Такой тип стали пользуется широким спросом благодаря своей высокой прочности, пластичности и сопротивляемостью к деформации. Находит применение в машиностроении и строительных работах. В свою очередь конструкционные стали делятся на: строительные (углеродистые стали обыкновенного качества), цементируемые (малоуглеродистые стали с содержанием 0,1-0,3% углерода), высокопрочные, пружинно-рессорные, улучшаемые (среднеуглеродистые, хромистые, хромоникелевые, хромокремниемарганцевые, хромоникельмолибденовые стали), автоматные, коррозионностойкие, подшипниковые, износостойкие, жаропрочные и жаростойкие, а также стали холодной штамповки. Ключевая особенность такого металла – это их способность выдерживать постоянные и переменные нагрузки.

• Инструментальные стали – это материалы, в которых доля углерода составляет от 0,7% и более. Этот вид характеризуется высоким уровнем прочности и твёрдости, пластичностью при нагревании. Внутри этой группы также есть свои подгруппы: это сплавы для режущих и измерительных инструментов, штамповые, валковые. Область применения инструментальной стали – инструменты для обработки дерева, игольная проволока, инструменты с пониженной износостойкостью.

• Стали специального назначения используют в средах с повышенными агрессивными свойствами, стойкостью к радиации или с электротехническими качествами. Это сплавы на основе железа, они обусловлены наличием специальных элементов в сплавах и прочими химическими свойствами (коррозионно-стойкие, жаропрочные и жаростойкие, кислотостойкие и др.).

Классификация по качеству

К сталям применима также классификация по качеству, которая определяется способом производства и наличием в составе вредных примесей (серы и фосфора).

• Стали обыкновенного качества сравнительно недорогие, поэтому этот вид наиболее часто используют в самых разных отраслях. Содержат не более 0,6% углерода, не более 0,05% серы и до 0,04% фосфора. Не обладают особыми свойствами, но достаточно хорошо поддаются обработке.

• Качественные стали могут быть углеродистыми или легированными. Используются для производства ответственных деталей и узлов, достаточно дорогие. Массовая доля серы до 0,04% и фосфора – до 0,035%.

• Высококачественные стали имеют невысокое содержание вредных примесей – до 0,025% серы и до 0,025% фосфора. Эта группа плавится в электрических печах, используется в особо ответственных узлах.

• Особовысококачественные стали: за счёт особой технологии производства они имеют очень низкое содержание примесей. Массовая доля серы до 0,015% и фосфора – до 0,025%. Их применяют в особенных случаях, например, при создании атомных реакторов или аэрокосмической области.

Классификация по структуре

Здесь важно отметить, что структура стали является менее устойчивым классификационным признаком, поскольку она зависит от множества факторов: это и скорость охлаждения металла, и способ термообработки, и состав легированных компонентов, а также состояние поставки. Именно поэтому классификацию по структуре следует производить в двух состояниях: в отожженном (равновесном) и нормализованном.

В отожженном состоянии структура сталей подразделяется на шесть классов:

• Эвтектоидные стали: относятся к категории технических металлов. Содержат 0,8% углерода и имеют структуру перлита, который может быть как пластичным, так и зернистым. Формирование структуры происходит в результате перекристаллизации аустенита.

• Заэвтектоидные стали – востребованные в строительстве и промышленности марки металлов с хорошей структурой. Они содержат от 0, 8 до 2, 14% углерода и имеют структуру перлита и цементита.

• Доэвтектоидные стали нашли своё применение при строительстве машин и конструкций. Содержание углерода составляет менее 0,8 %. В структуре – избыточный феррит.

• Ледебуритные – стали со структурой первичного ледебурита или карбида. Достоинство ледебурита в его повышенной хрупкости и высоком уровне твердости.

• Аустенитные – стали со структурой твердых растворов, перенасыщенных углеродом, обладают гранецентрированной кристаллической решеткой.

• Ферритные – стали со структурой из легированного феррита с некоторым количеством карбидов, образуются при невысоком содержании углерода и большом количестве легирующего элемента.

Если смотреть на структуру после нормализации – можно выделить 4 класса стали: перлитный, аустенитный, мартенситный, ферритный, где мартенситные стали представляют собой хромистые сплавы, структура которых состоит в основном из мартенсита. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали.

Классификация по способу раскисления

• Кипящие стали – тип низкоуглеродистой стали, расплав которой выходит из металлургических печей в слабо раскисленном состоянии. Ключевой момент – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Это достаточно хрупкая сталь с невысокими показателями свариваемости. Стали, которые относятся к кипящему типу, подвержены коррозии.

• Спокойные стали – это сплавы, в которых практически отсутствует газообмен, когда слиток затвердевает после его разливки. Для этого используется полное раскисление стали: удалением из нее кислорода и образованием на поверхности металла усадочной раковины.

• Полуспокойные стали – стали, полученные при раскислении жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при производстве кипящей стали.

О чем говорит маркировка сталей

Маркировка стали – это уникальное полезное буквенно-числовое обозначение, позволяющее быстро получить данные о её физических свойствах, химическом составе и методе изготовления.

Маркировка производится посредством буквенных и числовых символов. Буквы обозначают легирующие элементы, а цифры – содержание углерода. Если его больше одного процента, используют две цифры, и значение показывается в сотых долях, если меньше – то одну, и значение показывается в десятых долях.

Обозначение сталей с легирующими элементами

Легирующие элементы показываются в маркировке с помощью русских букв. Соответствие каждого элемента маркирующей букве представлено в таблице ниже.

После буквы должно быть проставлено содержание этого элемента в числовом соотношении, выраженном в целых долях. Если после буквы цифра отсутствует, то содержание указанного элемента составляет меньше 1%. Степень раскисления стали указывается с помощью буквенных сочетаний в конце маркировки: СП значит «спокойная»; ПС – полуспокойная; К – кипящая.

Примеры маркировки сталей различных видов

Рассмотрим пример расшифровки маркировки стали 12Х2Н4А

12 – среднее содержание углерода в сплаве составляет 0,12%

Х2 – 2% хрома

Н4 – 4% никеля

А – эта буква характеризует сталь как высококачественную  

Далее рассмотрим сталь 30ХГСА. Она состоит из 0,3% углерода, а также хрома, марганца, кремния с массовой долее 0,8–1,1%.

Как расшифровать маркировку сталей?

Как правило, для того чтобы расшифровать обозначение различных видов сталей необходимо хорошо разбираться в их видах и особенностях. На некоторых группах сталей могут быть особые маркировки, о которых нужно знать.

Особенности расшифровки обозначений марки стали:

• Буквенным сочетанием «Ст» обозначают конструкционные стали обыкновенного качества без легирующих элементов.

• Буква «Ш» в начале маркировки означает конструкционную сталь для подшипников.

• Буква «Ш» в конце маркировки показывает, что сталь особовысококачественная.

• На количество содержащегося углерода указывает «К», находящаяся после первых цифр.

• Если в конце вы видите букву «Л» (например, 40ХЛ), значит перед вами качественная легированная сталь, которая характеризуется улучшенными литейными свойствами.

• Инструментальные нелегированные стали обозначают буквой «У». Стали этой категории могут быть качественными и высококачественными, на что указывает располагающаяся в конце марки буква «А».

• Буква «А» в начале маркировки показывает, что сталь автоматная, а в середине маркировки указывает на содержание азота.

• Для строительной стали используется особое обозначение – используется буква «С» в начале маркировки, а затем идут цифры, которые указывают минимальный предел текучести.

• «Р» в начале маркировки обозначает быстрорежущую инструментальную сталь. Например, Р6М5. Основной элемент такой стали – вольфрам.

• Если в начале маркировки располагается буква «Е», значит перед вами сталь с магнитными свойствами.

Именно правильная расшифровка марки стального сплава позволяет узнать химическом состав стали, физические свойства и характеристики, принадлежность стали к тому или иному классу.