глеродистые и легированные стали

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь состоит в основном из двух химических элементов (железа и углерода), а легированные – из железа, углерода и других легирующих добавок. Механические свойства сталей зависят от содержания углерода (рис.2). При расшифровке марок сталей в первую очередь надо определить: легированная или углеродистая сталь. Проще всего ответить на вопрос: «Легированная ли данная сталь?»

У легированных сталей в марке показаны буквами (С, Г, Х, Н, …) соответствующие легирующие элементы, а цифрами их концентрация в долях процента..

Например, сталь 40Х2Н:

цифра 40- это содержание углерода в сотых долях %, т.е. в этой стали содержится 0,40% углерода;

буква Х - означает хром;

цифра 2 – это количество легирующего элемента (хрома) в %, т.е. в этой стали содержится его 2 %;

буква Н – означает никель, содержание которого у этой стали 1%, причем цифра 1 не указывается в марке.

К углеродистым относятся стали вида:

08кп, 10пс, 45, 15Г, Ст6пс, БСт4кп, ВСт3сп и др.

2.1. Углеродистые стали

При малом содержании углерода (от 0,05 до 0,3 %) сталь хорошо прокатывается в листы, гнется, штампуется и вытягивается в холодном состоянии, легко обрабатывается резцом, хорошо сваривается и режется кислородом, но практически не закаливается, имеет относительно низкую твердость и износостойкость. Это строительные стали, из них прокаткой изготовляют трубы, листы, швеллеры, балки двутавровые, сталь угловую и другой сортовой прокат, используемый для изготовления строительных конструкций. Строительные стали хорошо прокатываются и свариваются, но имеют низкую прочность и твердость.

 

Рисунок 2- Влияние содержания углерода на механические характеристики сталей: твердость НВ, прочность , ударную вязкость aн, и относительное удлинение .

 

Стали с содержанием углерода 0,3…0,8 % являются машиностроительными. Из сталей с содержанием углерода 0,3…0,45 % делают валы, оси, а из высокоуглеродистых сталей (0,5…0,7 % углерода) – рельсы и др. Машиностроительные стали по сравнению со строительными имеют более низкие значения ударной вязкости и пластичности, но повышенные значения прочности и твердости, хуже прокатываются и свариваются.

Стали, содержащие углерода 0,7…1,3 %, называют инструментальными, они имеют высокую твердость и из них изготовляют режущий инструмент (сверла, метчики, плашки, резцы и др.).

Стали с содержанием углерода 0,3…1,3 % хорошо закаливаются, становятся более твердыми и износостойкими. Чем больше в этих сталях углерода, тем они становятся тверже и прочнее, менее вязкими и пластичными, хуже обрабатываются и свариваются.

Стали классифицируются не только по химическому составу (углеродистые и легированные) и по назначению (строительные, инструментальные), но и по качеству (обыкновенные, качественные, высококачественные) (рис.3).

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: А, Б и В. Группа А это стали Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6

У этих сталей нормируются механические свойства (sв, sт, d, изгиб). Цифра в марке стали означает ее условный номер и изменяется от 0 до 6, чем больше эта цифра, тем больше значение sв и sт. Индексы Б и В указываются в марках сталей группы Б и В, а индекс А у сталей группы А не указывается.

Имеются разновидности сталей группы А по раскислению (кп, сп, пс) и по содержанию марганца (Г) : Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп,

 

Рисунок 3- Классификация углеродистых сталей по качеству.

 

 

Рисунок 4 - Алгоритм расшифровки марок углеродистых сталей

 

У сталей группы Б нормируется химический состав по углероду (от 0,23 до 0,49%), кремнию (0,05…0,35 %) и марганцу (0,25…1,2 %): БСт0, БСт1,…БСт6.

Повторяются те же разновидности сталей как и у группы А по раскислению и по содержанию марганца: БСт0, БСт1кп, БСт1пс,…БСт6.

Группа В – нормируется химический состав и механические свойства: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Примеры расшифровки обозначений сталей:

сталь Ст2кп – сталь обыкновенного качества группы А, марки Ст2, кипящая;

сталь ВСт4кп – сталь обыкновенного качества, группы В, марки Ст4, кипящая.

Качественные углеродистые стали могут быть с обычным содержанием марганца (05кп, 08кп, …25, …85) и с повышенным (15Г, 20Г, …85Г).

Цифра в марке означает содержание углерода в сотых долях %, а индекс Г указывает на наличие марганца (1%).

Высококачественные стали содержат меньшее количество вредных примесей (S < 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А – высококачественная, высокоуглеродистая, инструментальная сталь, содержащая 0,8 % углерода. В инструментальных сталях У7, У7А, У8,…., У13 цифра означает содержание углерода в десятых долях процента.

 

2.2. Легированные стали

Легированными называют стали, в которые специально введены легирующие вещества, изменяющие их свойства.

Легированные стали делятся по степени легирования:

низколегированные – суммарное количество легирующих элементов до 2,5 %;

среднелегированные – 2,5…10 %,

высоколегированные - > 10 % легирующих элементов.

Буквы в обозначении марки стали (таблица 3) означают присутствие тех или иных химических элементов в стали, а цифры после них – содержание легирующих элементов в %. Если содержание химического элемента не превышает 1,5 %, то цифра не становится. Если стоит буква А в конце марки, то эта сталь высококачественная. Цифры, стоящие в начале марки перед буквами – символами легирующих элементов, означают содержание углерода в конструкционных сталях в сотых долях процента, а в инструментальных – в десятых долях процента.

Например: 40ХН4А – высококачественная среднелегированная хромоникелевая сталь, содержащая 0,4 % углерода, 1 % хрома и 4 % никеля.

Алгоритм расшифровки легированных сталей приведен на рисунке 5.

Легирующие элементы влияют на те или иные свойства сплава. Так, вольфрам придает стали твердость, марганец – износостойкость, кремний – упругость, никель – вязкость, молибден – жаропрочность, хром и никель – кослотоустойчивость.

 

Таблица 3

Обозначения легирующих элементов
В – вольфрам; Ф – ванадий; К – кобальт; С – кремний; Н – никель; Т – титан; Х – хром; М – молибден; Г – марганец; D – медь; Ю – алюминий; Р – бор; А – азот; Е – селен; П – фосфор; Ц – цирконий.  

 

Рисунок 5 - Алгоритм расшифровки марки легированных сталей

 

2.3. Варианты задания по 2-му разделу.

При расшифровке марок (варианты по таблице 4) сталей в работе указать для каждой из них: марку и вид стали, содержание химических элементов, легированная или углеродистая сталь, группу качества, степень раскисления, название и другие показатели.

Примеры расшифровки обозначений сталей:

сталь Ст2кп – сталь обыкновенного качества группы А (нормируются механические характеристики: sв, sт, d, изгиб), марки Ст2, кипящая;

сталь ВСт4сп – сталь обыкновенного качества группы В (нормируются механические характеристики: sв, sт, d, изгиб и химический состав: содержание углерода, марганца, кремния и др.), марки Ст4,спокойная;

сталь 08кп – качественная низкоуглеродистая сталь, содержащая 0,08% углерода, кипящая;

сталь 45 – качественная среднеуглеродистая сталь, содержащая 0.45 % углерода;

сталь 15Г – качественная низкоуглеродистая сталь с повышенным содержанием марганца (1%) и 0,15% углерода.

Сталь 08Х18Н10Т – высоколегированная хромистоникелвотитановая сталь, содержащая 0,08% углерода, 18% хрома, 10 никеля и 1% титана;

Сталь 16Г2С – среднелегированная марганцовокремнистая сталь, содержащая 0,16 % углерода, 2 % марганца и 1 % кремния.

Таблица 4

Варианты марок сталей

№ Марки сталей
Ст0 15Г2СФD 40Х 05кп 12Х2Н4А
40ХФА Ст1кп 15Г2СФ 65Г
15ГФD Ст1сп 30ХМА 40Х9С2
15ГФ 30Г2 Ст2пс 12ХН3А
БСт1кп 10Г2С1D 40ХГТР 45Г2
40Г2 БСт1сп 09Г2СD 60С2
09Г2С 35ХГФ БСт3кп 18ХГТ
38ХГ 17Г2С БСт3сп 20ХНМ
БСт3Гпс 17ГС 30ХГСА У8А
20пс БСт3Гсп 30Х3МФ 16ГС 30ХГСА
12ГС 20кп БСт4кп 40ХН 45Х14Н14В2М
30ХН3М 14Г2 18кп БСт6пс  
ВСт3пс 30ХН2МА 09Г2 15пс У7А
40ХН2МА ВСт3сп 15кп 35ГС 18ХГТ
25Г2С ВСт3Гпс 18Х2Н4МА 08Х18Н10Т
10пс 32Г2Рпс 38ХН3ФМА ВСт3Гсп 50Г2
ВСт4пс 10кп 80С 30ХГСА
25ХГСА ВСт4сп 20ХГ2Ц 18Х2Н4ВА
10ГТ 30ХГСА Ст5Гпс 08пс 25Г
08Х 22Х2Г2АЮ 08кп Ст6сп 12Х18Н
17Т 18кп 20Х2Г2СР 08Х18Н10Т 10Т
БСт5сп 08Х13 40Х 20кп 15ХФ
15Г2СМФ 12ХМ 80С 15пс 17ГС
Н4М 10Х2М1 12Г2Б 08пс 10Г2Б
16ГС 15ГФ ВСт4пс 20ХГ2Ц 06ХН28МDТ
Ст2сп 60С2 10ГТ 37ХН3А
Ст2пс 08кп 35ГС 38ХС
40ХН5С Ст2кп 30ХА 25Г2С
32Г2Рпс 38ХМЮА БСт3кп 30ХНА
С-345 80С 15ХСНД 10пс БСт5пс
ВСт4пс 20ХГ2Т 30ХА 08кп
ВСт5пс 15Г 23Х2Г2Т 30ХГСА
22Х2Г2АЮ Ст3кп 40Х 40ХНА
С-390 22Х2Г2Р Ст3Гпс 40ХФА
40ХН2МА 20Х2Г2СР 16Г2 Ст6сп
БСт3Гпс 16Г2 15Г2АФД 15Х
10ХНДП БСт3Гсп 40ХНА 60С2
10ХСНД Ст5Гсп 40Х13 С-590

Продолжение таблицы 4

12Х25Т 12Г2СД БСтГсп ВСт4кп
Ст3Гсп 40ХНА 10Х17н13М2Т 12Г2С