Под металлургическими особенностями производства в настоящее время при классификации сталей подразумевают степень раскисления стали перед разливкой

КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ

 

Для удобства хранения и ускорения обмена информацией о каждой разновидности материала разработаны разные условные обозначения, называемые марками материала.

Характеристика классификационных признаков

И классификация сталей

К числу современных классификационных признаков сталей относятся следующие:

- качество;

- химический состав;

- назначение;

- металлургические особенности производства;

- микроструктура;

- традиционный способ упрочнения;

- традиционный способ получения заготовок или деталей;

- прочность.

Кратко охарактеризуем каждый из них.

Качество стали определяется в первую очередь содержанием вредных примесей – серы и фосфора – и характеризуется по 4-м категориям (см. табл. 1.2).

Категория «обыкновенного качества» включает только углеродистые (по химическому составу) стали. Все остальные категории качества могут относиться к любым по степени легирования сталям.

Таблица - КАТЕГОРИИ КАЧЕСТВА СТАЛИ

Наименование категории	Содержание вредных примесей (не более), мас. %		Способ обозначения в марке
	серы	фосфора
Обыкновенного качества	0,050	0,040	Системообразующий символ «Ст»
Качественная	0,035	0,035	Подробнее в разд. 1.2
Высококачественная	0,025	0,025	Символ «А» в конце марки
Особовысококачественная	0,015	0,015	Символ «-Ш» в конце марки

По химическому составу стали условно разделяют на углеродистые (нелегированные) стали и легированные.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. Содержащиеся в углеродистых сталях элементы, кроме углерода, относятся к числу так называемых постоянных примесей. Их концентрация должна находиться в пределах, определяемых соответствующими государственными стандартами (ГОСТами). В таблице 1.3. даются усредненные предельные значения концентрации некоторых элементов, позволяющие относить эти элементы к разряду примесей, а не легирующих элементов. Конкретные пределы содержания примесей в углеродистых сталях дают ГОСТы.

Таблица - ПРЕДЕЛЬНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ СЧИТАТЬ ИХ ПОСТОЯННЫМИ ПРИМЕСЯМИ

УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Элемент в составе стали	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	V
Предельная концентрация элемента как примеси в углеродистой стали, мас.%, не более	0,8	0.35	0.25	0.25	0.25	0.03

Легирующие элементы, иногда называемые легирующими добавками или присадками, специально вводятся в сталь для получения требуемой структуры и свойств.

Легированные стали подразделяются по суммарной концентрации легирующих элементов, кроме углерода, на низколегированные (до 2,5 мас.%), легированные (от 2,5 до 10 мас.%) и высоколегированные (более 10 мас.%) при содержании в последних железа не менее 45 мас.%. Обычно вводимый легирующий элемент дает легированной стали соответствующее название: «хромистая» – легированная хромом, «кремнистая» – кремнием, «хромокремнистая» – хромом и кремнием одновременно и т.д.

Кроме того, выделяют также ещё сплавы на основе железа, когда в составе материла железа менее 45%, но его более любого другого легирующего элемента.

По назначению стали подразделяют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционными считаются стали, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении, строительстве и приборостроении. Должны обладать необходимой прочностью и вязкостью, а также, если требуется, комплексом специальных свойств (коррозионной стойкостью, парамагнетизмом и т. д.). Как правило, конструкционные стали являются низко- ( или мало-) и среднеуглеродистыми. Твердость не является для них решающей механической характеристикой.

Инструментальными называются стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента. Должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью и рядом других специфических свойств, например, теплостойкостью. Необходимым условием получения высокой твердости является повышенное содержание углерода, поэтому инструментальные стали, за редким исключением, всегда являются высокоуглеродистыми.

Внутри каждой из групп имеет место более детальное деление по назначению. Конструкционные стали подразделяют на строительные, машиностроительные и стали специального применения (с особыми свойствами – жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие, немагнитные).

Инструментальные стали разделяют на стали для режущего инструмента, штамповые стали и стали для измерительного инструмента.

Общим эксплуатационным свойством инструментальных сталей является высокая твердость, обеспечивающая сопротивляемость инструмента деформации и истиранию его поверхности. В то же время к сталям для режущего инструмента предъявляется специфическое требование – сохранять высокую твердость при повышенных температурах (до 500…600ºС), которые развиваются в режущей кромке при больших скоростях резания. Указанная способность стали называется ее теплостойкостью (или красностойкостью). По указанному критерию стали для режущего инструментаподразделяют на нетеплостойкие, полутеплостойкие, теплостойкие и повышенной теплостойкости. Две последние группы известны в технике под названием быстрорежущих сталей.

От штамповых сталей, помимо высокой твердости, требуется большая вязкость, так как штамповый инструмент работает в условиях ударного нагружения. Кроме того, инструмент для горячей штамповки, соприкасаясь с нагретыми металлическими заготовками, при длительной работе может разогреваться. Поэтому стали для горячей штамповки должны быть еще и теплостойкими.

Стали для измерительного инструмента помимо высокой износостойкости, обеспечивающей точность размеров в течение длительного срока службы, должны гарантировать стабильность размеров инструментов независимо от температурных условий эксплуатации. Другими словами, они должны иметь очень небольшое значение коэффициента теплового расширения.

Под металлургическими особенностями производства в настоящее время при классификации сталей подразумевают степень раскисления стали перед разливкой.

По степени раскисления (или раскисленности) стали подразделяют на кипящие, полуспокойные и спокойные. Кипящей сталью называется нераскисленная сталь. Критерием для указанного разделения сталей служит содержание в них кремния.

В результате добавления раскислителя псевдокипение подавляется частично или полностью. В первом случае сталь называется полуспокойной, во втором – спокойной. Соответственно, в конце марки стали ставятся буквосочетания «кп», «пс» и для углеродистых сталей обыкновенного качества – «сп».

 

Таблица - СОСТОЯНИЕ СТАЛИ ПОСЛЕ РАЗЛИВКИ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСКИСЛЕНИЯ

Состояние стали перед кристалли- зацией	Раскислители	Содержание кремния после кристаллизации, мас.%	Условное качество стали (по возрастанию)	Условная стоимость стали (по возрастанию)
Кипящая	Mn	< 0,05	1	1
Полуспокойная	Mn + Al	0,05…0,14	2	2
Спокойная	Mn+Al+Si	0,15…0,30	3	3

 

По микроструктуре классификация сталей в значительной степени условна. При этом учитывают особенности её строения в отожжённом (равновесном) и нормализованном состояниях. По структуре в равновесном состоянии, т.е. после медленного охлаждения на воздухе, все стали разделяют на 5 классов: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит, эвтектоидные, структура которых состоит из перлита, заэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный цементит (третичный); аустенитные и ферритные.

По структуре после нормализации, т.е. после охлаждения на воздухе образцов небольших сечений с температуры приблизительно 900⁰ С, стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, бейнитный, мартенситный, ледебуритный, аустенитный и ферритный.

Традиционный способ упрочнения. К традиционным способам упрочнения относят закалку с высоким отпуском, (улучшение), цементацию и азотирование. Соответственно, различают стали улучшаемые, цементуемые и азотируемые. В последние три-четыре десятилетия появились стали с другими способами (механизмами) упрочнения – дисперсионно-твердеющие, мартенсито-стареющие и др.

Традиционный способ получения заготовок или деталей как классификационный критерий позволяет выделять стали для холодной штамповки (или глубокой вытяжки), стали повышенной обрабатываемости (автоматные), а также иногда литейные.