Из каких сплавов состоит сталь

Механические свойства стали во многом определяют то, в каких сферах она применяется. Именно поэтому мы можем отнести их к наиболее важным. Такие качества, как высокая прочность и способность значительно изменять форму, дают возможность применять металл практически везде: от изготовления хирургических инструментов до космической отрасли.

Для определения данных параметров применяются различные методы. Кроме того, они учитывают механические свойства не только сталей, но и их сплавов, благодаря чему данные металлы можно с уверенностью назвать универсальными и удобными в работе. О том, какие параметры данных материалов позволяют применять их в самых разнообразных сферах, поговорим далее.

Состав стали

Основными компонентами стали являются железо и углерод, на долю последнего приходится до 2,14 %. Все существующие на данный момент подобные сплавы классифицируют, исходя из их химического состава.

Химический состав стали

В производстве используются два вида стали:

• Углеродистая, в состав которой, помимо основных составляющих, входят фосфор, сера, марганец, кремний. Сырье может относиться к высоко-, средне- и низколегированным маркам в соответствии с долей углерода в материале. Такой металл подходит для любых нужд, в том числе для изготовления инструмента, эксплуатируемого в условиях высоких нагрузок под постоянным напряжением.
• Легированная содержит в себе железо, углерод в сочетании с легирующими элементами (такими как кремний, бор, азот, хром, цирконий, ниобий, вольфрам, титан). От состава легированной стали зависят ее механические и иные свойства, цена, качество продукции, сферы возможного применения. Сегодня можно найти жаропрочные, цементуемые, улучшаемые стали. По структуре специалисты выделяют сырье доэвтектоидного, ледебуритного, эвтектоидного и заэвтектоидного типа.

Определить химические и механические свойства стали, а также область ее использования позволяет марка.

В процессе производства в сталь вносят примеси. На основании их доли в составе сплава выделяются два типа продукции:

• Обыкновенного качества, что предполагает наличие до 0,6 % углерода и соответствие металла ГОСТ 14637 и ГОСТ 380-94. Для маркировки подобной продукции используются буквы «Ст» – данное сокращение говорит о том, что сталь имеет стандартное качество. Такое сырье входит в число наиболее доступных по цене.
• Качественная сталь, то есть легированная и углеродистая, которая производится по ГОСТ 1577. Маркировка обязательно содержит в себе особенности состава, количество углерода в сотых долях. Данный материал более дорогой, чем аналог обыкновенного качества, его ценят за высокую пластичность, способность противостоять механическому воздействию. Кроме того, подобный металл можно без труда варить.

Физические, химические и технологические свойства стали

Физические свойства:

Сталь | Как это сделано

1. Плотность, которая определяется как масса металла на единицу объема. Высокий данный показатель стальных изделий, в том числе арматуры а500с, позволяет активно использовать их для строительных нужд.
2. Теплопроводность, то есть способность стали обеспечивать распространение теплоты от более нагретых частей к менее нагретым.
3. Электропроводность – способность материала пропускать электрический ток.

Химические свойства:

1. Окисляемость, что предполагает возможность соединения металла кислородом. Данное свойство усиливается при нагревании стали. На сплавах, имеющих малую долю углерода, в процессе окисления под действием воды, влажного воздуха формируется ржавчина, то есть оксиды железа.
2. Стойкость к коррозии – способность металла не вступать в химические реакции, не окисляться.
3. Жаростойкость представляет собой отсутствие окислительных процессов на сплаве под воздействием высокой температуры, а также способность не образовывать окалину.
4. Жаропрочность – сохранение сталью прочности в условиях высокой температуры.

Технологические свойства:

1. Ковкость, то есть способность материала принимать заданную форму под действием внешних сил.
2. Обрабатываемость резанием – важное свойство стали, которое упрощает производство металлопроката, так как данный металл хорошо поддается обработке режущим инструментом.
3. Жидкотекучесть – способность расплава проникать в узкие зазоры, заполнять пространство.
4. Свариваемость – позволяет осуществлять эффективные сварочные работы, формируя надежное неразъемное соединение, лишенное дефектов.

Механические свойства стали по ГОСТу

Прочность

От данной характеристики зависит, сможет ли металл не разрушиться под действием больших внешних нагрузок. Это механическое свойство стали измеряется количественно при помощи предела текучести и прочности:

• Пределом прочности называют максимальное механическое напряжение, при превышении которого происходит разрушение сплава.
• Предел текучести, то есть степень механического напряжения. Превышение данного показателя вызывает дальнейшее растяжение металла без дополнительной нагрузки.

Так, при небольших деформациях металлический стержень сохраняет упругость, возвращаясь к исходной длине после снятия приложенного напряжения. Если же напряжение оказывается выше предела текучести, наблюдается пластическая деформация изделия. Иными словами – происходит необратимое удлинение стержня, после которого он не способен вернуться к исходной длине.

Растяжение стержня до разрыва позволяет установить максимальное напряжение, то есть предел прочности материала на разрыв.

Пластичность

Данное механическое свойство стали позволяет ей под действием внешней нагрузки менять форму и потом сохранять ее. Для количественной оценки этого показателя измеряют удлинение при растяжении и угол изгиба. Если во время простого испытания на изгиб металл разрушается при большом пластическом прогибе, его признают пластичным. В противном случае речь идет о хрупком сплаве.

Хорошая пластичность проявляется при испытании растяжением в виде значительного удлинения заготовки либо ее сжатия. Под удлинением понимают увеличения длины в процентном выражении после разрушения до первоначальной длины. А сужение в процентах – это сокращение площади изделия в сравнении с исходным объемом.

Вязкость

Еще одно важное механическое свойство стали, которое подразумевает способность материала справляться с динамическими нагрузками. Его оценивают количественно как отношение работы, необходимой для разрушения образца, к площади его поперечного сечения. Чаще всего понятием «вязкость» обозначают уровень, при котором происходит нехрупкое разрушение металла.

Характер разрушения может быть хрупким или пластичным – разница между этими явлениями наиболее ярко прослеживается на примере ферритных стальных сплавов. Ферритные стали и все металлы, обладающие объемно-центрированной кубической атомной решеткой, имеют общую особенность: при низких температурах им свойственен хрупкий характер разрушения, а при высоких – пластичный. Температуру перехода из одного состояния в другое специалисты обозначают как температуру вязко-хрупкого перехода.

Маркировка сталей

В машиностроении высоко ценятся механические свойства конструкционной, то есть углеродистой и легированной стали, а также высоколегированных нержавеющих сталей. При обозначении марок конструкционной легированной стали (ГОСТ 4543) первые две цифры свидетельствуют о среднем содержании углерода, которое указывается в сотых долях процента.

Буквы в маркировке имеют такую расшифровку:

• Р – бор;
• Ю – алюминий;
• С – кремний;
• Т – титан;
• Ф – ванадий;
• Х – хром;
• Г – марганец;
• Н – никель;
• М – молибден;
• В – вольфрам.

Механические свойства нержавеющих высоколегированных сталей (ГОСТ 5632) зависят от перечисленных далее компонентов. При маркировке они обозначаются таким образом:

• А – азот;
• В – вольфрам;
• Д – медь;
• М – молибден;
• Р – бор;
• Т – титан;
• Ю – алюминий;
• Х – хром;
• Б – ниобий;
• Г – марганец;
• Е – селен;
• Н – никель;
• С – кремний;
• Ф – ванадий;
• К – кобальт;
• Ц – цирконий.

После букв идут цифры, отражающие долю легирующего элемента в составе сплава в процентах.

Для фиксации основных механических свойств сталей применяют следующие обозначения:

• E – модуль упругости. Представляет собой коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и относительным удлинением.
• G – модуль сдвига, также известный как модуль касательной упругости. Это коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и относительным сдвигом.
• μ – коэффициент Пуассона. Является абсолютным значением отношения поперечной к продольной деформации в упругой области.
• σт – условный предел текучести, то есть напряжение, при котором после снятия нагрузки остаточная деформация находится на уровне 0,2 %.
• σв – временное сопротивление, известное как предел прочности. Представляет собой такое механическое свойство металла, в том числе углеродистой стали, как прочность на разрыв.
• δ – относительное удлинение. Это отношение абсолютного остаточного удлинения образца после разрыва к начальной расчетной длине.
• HB, HRC, HV – твердость.

Таблица механических свойств сталей разных марок

Далее представлены механические свойства стали после термической обработки.

E = 200. 210 ГПа, G = 77. 81 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,28. 0,31.

Наименование
Параметры термической обработки
Предел прочности σв, МПа
Предел текучести σт, МПа
Калибровка после отжига и отпуска
Калибровка после отжига и отпуска

После отжига и отпуска
Пруток, закалка +860 °C, отпуск +500 °C в воде, масле
Сталь 20Х13
Пруток, закалка +1000…+1050 °C, отпуск +600…+700 °C на воздухе, в масле
Сталь 08Х18Н10Т

Пруток, закалка и отпуск
Сталь 12Х18Н10Т
Пруток, закалка +1020…+1 100 °C на воздухе, в масле, воде

Влияние углерода на механические свойства стали

Механические свойства углеродистой стали определяются в первую очередь количеством углерода в составе сплава. При увеличении его доли возрастает объем цементита, сокращается величина феррита. Иными словами, повышаются прочность и твердость, снижается пластичность.

Стоит оговориться, что прочность становится выше при доле углерода в пределах 1 %, а при переходе этой отметки показатель уменьшается. Данная особенность объясняется тем, что по границам зерен в заэвтектоидных сталях образуется сетка вторичного цементита, которая негативно отражается на прочности материала.

Рост доли углерода приводит к увеличению количества цементита, а он является очень твердой и хрупкой фазой. Превосходит феррит по твердости примерно в 10 раз, имея показатель 800HB против 80HB. Вот почему увеличение содержания углерода позволяет повысить такие механические свойства стали, как прочность и твердость, и снизить пластичность, вязкость.

Когда количество углерода доходит до 0,8 %, возрастает доля перлита в сплаве от 0 % до 100 %, вызывая повышение твердости, прочности. Однако не стоит забывать, что последующий рост количества углерода вызывает образование вторичного цементита по границам перлитных зерен. Это явление мало влияет на твердость, но негативно сказывается на прочности, так как цементитная сетка очень хрупкая.

Повышение доли углерода отражается не только на механических, но и на физических свойствах стали. Снижается плотность, теплопроводность, магнитная проницаемость, тогда как удельное электросопротивление, коэрцитивная сила увеличиваются.

С ростом количества углерода происходит повышение порога хладноломкости, а именно: каждая десятая доля процента повышает t50 примерно на 20є. Поэтому сталь с долей углерода в 0,4 % при нулевой температуре становится хрупкой, из-за чего считается недостаточно надежной.

В железоуглеродистом сплаве содержится преимущественно связанный углерод в форме цементита. Тогда как в чугунах он присутствует в свободном состоянии в виде графита. Увеличение доли данного компонента приводит к изменению свойств металла: возрастает твердость, прочность, снижается пластичность.

Рекомендуем статьи

• Сплав железа и меди: область применения
• Углерод в металле и его влияние на свойства материала
• Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

От механических и химических свойств стали зависит сфера применения материала – ее можно узнать по маркировке. Металл, обладающий высокой жаропрочностью, подходит для использования при постоянных высоких температурах. Это же правило распространяется на марки стали с хорошей свариваемостью и стойкостью к образованию ржавчины.

Источник: vt-metall.ru

Из каких сплавов состоит сталь

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами «Ст» и цифрами «0», «1», «2», «3», к примеру, Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 («Сталь ноль, сталь один, сталь два, сталь три»).

Стали автоматные маркируются буквой «А», а именно: А12, А30 и так далее.

В Российской Федерации используют следующие обозначения химического состава стали:
• В — вольфрам;
• Г — марганец;
• К — кобальт;
• М — молибден;
• С — кремний;
• У — углерод;
• Ф — ванадий;
• Ц — цирконий;

• Ю — алюминий.

При содержании легирующего элемента менее 1.5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква «А» в конце обозначения марки стали указывает на то, что сталь является высококачественной. Буква «Ш» обозначает особо высококачественную сталь.

Сталь углеродистая обыкновенного качества согласно ГОСТ 380-88 производится марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст2кп, Ст2пс, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп.
Углеродистая сталь обыкновенного качества подразделяется на три группы:
• А — поставляемую по механическим свойствам;
• Б — поставляемую по химическому составу;
• В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу.
Сталь каждой группы подразделяют на категории:
• Группы А — 1, 2, 3;
• Группы Б — 1, 2;
• Группы В — 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Сталь изготавливают следующих марок:
• Группа А — Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;
• Группа Б — БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;
• Группа В — ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.
Изготавливают сталь по степени раскисления:
• Спокойную — сп;
• Полуспокойную — пс;
• Кипящую — кп.

▼ Таблица марок — Сталь углеродистая обыкновенного качества ГОСТ 380-88

➤ Качественная углеродистая конструкционная сталь ГОСТ 1050-88

Сталь качественная углеродистая конструкционная изготавливается марок: Ст08кп, Ст08пс, Ст08, Ст10кп, Ст10, Ст15кп, Ст15пс, Ст15, Ст18кп, Ст20кп, Ст20пс, Ст20, Ст25, Ст30, Ст35, Ст40, Ст45, Ст50, Ст55, Ст58, Ст60.

▼ Таблица марок — Сталь углеродистая качественная конструкционная ГОСТ 1050-88

➤ Низкоуглеродистая качественная сталь ГОСТ 9045-80

Сталь качественная низкоуглеродистая изготавливается марок: Ст08пс, Ст08кп, Ст08Ю.

▼ Таблица марок — Сталь низкоуглеродистая качественная ГОСТ 9045-80

➤ Углеродистая качественная сталь для котлов и сосудов под давлением ГОСТ 5520-79

Сталь качественная углеродистая для котлов и сосудов работающих под давлением изготавливается марок: Ст16К, Ст18К, Ст20К, Ст22К.

▼ Таблица марок — Сталь качественная углеродистая для котлов и сосудов под давлением ГОСТ 5520-79

➤ Конструкционная сталь высокой обрабатываемости резанием ГОСТ 1414-75

Сталь конструкционная высокой обрабатываемости резанием изготавливается марок:
• Углеродистая сернистая А20, А30;
• Сернистомарганцовистая А40Г.

▼ Таблица марок — Сталь конструкционная высокой обрабатываемости резанием ГОСТ 1414-75

➤ Низколегированная сталь повышенной прочности ГОСТ 19281-89

Сталь низколегированная повышенной прочности изготавливается марок:
• Марганцовистая — марка 14Г2, 09Г2;
• Кремнемарганцовистая — марка 12ГС, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2С1;
• Марганцово-ниобиевая с добалением меди — марка 10Г2БД;
• Марганцово-ванадиевая с добалением азота — марка 14Г2АФ, 16Г2АФ, 18Г2ФДпс;
• Хромокремненикелевая — марка 14ХГС;
• Марганцево-ванадиевая с добавлением меди и азота — марка 15Г2АФДпс;
• Хромокремненикелевая с добавлением меди — марка 10ХСНД, 15ХСНД;
• Хромоникелефосфористая с добовлением меди — марка 10ХНДП.

▼ Таблица марок — Сталь низколегированная повышенной прочности ГОСТ 19281-89

➤ Арматурная низколегированная сталь ГОСТ 5781-82

Сталь арматурная низколегированная изготавливается марок: 20ХГ2Ц, 35ГС, 25Г2С.

▼ Таблица марок — Сталь низколегированная арматурная ГОСТ 5781-82

➤ Легированная конструкционная сталь ГОСТ 4543-71

Конструкционная легированная сталь делится на группы:
• Хромистая — марка 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Х;
• Марганцовистая — марка 15Г, 20Г, 30Г, 35Г, 40Г, 50Г, 10Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2, 47ГТ;
• Хромомарганцовая — марка 18ХГТ, 20ХГР, 25ХГТ, 30ХГТ;
• Хромокремнистая — марка 33ХС, 38ХС, 40ХС;
• Хромованадиевая — марка 15ХФ, 40ХФА;
• Хромомолибденовая — марка 15ХМ, 30ХМ, 30ХМА, 35ХМ, 38ХМ;
• Хромоникелевая и хромоникелевая с добавлением бора — марка 20ХН, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 20ХНР, 12ХН2, 12ХН3, 12Х2НЧА, 30ХН3А, 20ХН3А;
• Хромокремнемарганцовая и хромокремнемарганцовоникелевая — марка 20ХГСА, 25ХГСА, 30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА, 30ХГСН2А;
• Хромомарганцовоникелевая с добавлением бора и без — марка 38ХГН, 20ХГНР;
• Хромоникельмолибденовая — марка 20ХН2М, 30ХН2МА, 38Х2Н2МА, 40ХН3МФА, 40Х2Н2МА, 38ХН3МА, 18Х2НЧМА;
• Хромоникельмолибденованадиевая и хромоникельванадиевая — марка 30ХН2МФА, 36Х2Н2МФА, 38ХН3МФА, 45ХН2МФА, 20ХНЧФА;
• Хромоалюминиевая с молибденом — марка 38Х2МЮА.

Конструкционная легированная сталь в зависимости от химического состава и свойств делится на следующие категории:
• Качественная;
• Высококачественная;
• Особовысококачественная.

▼ Таблица марок — Сталь легированная конструкционная ГОСТ 4543-71

➤ Рессорно-пружинная углеродистая и легированная сталь ГОСТ 14959-79

Рессорно-пружинная сталь изготавливается марок:
• Углеродистая сталь — марка 65, 70, 75, 85;
• Легированная сталь — марка 60Г, 65Г, 55С2, 60С2, 70С3А, 55ХГР, 50ХФА, 60С2ХА, 65С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А.

▼ Таблица марок — Сталь рессорно-пружинная углеродистая и легированная ГОСТ 14959-79

➤ Инструментальная нелегированная сталь ГОСТ 1435-90

Нелегированная инструментальная сталь изготавливается марок: У7, У7А, У8, У8А, У9, У9А, У10, У10А, У12, У12А.

▼ Таблица марок — Сталь инструментальная нелегированная ГОСТ 1435-90

➤ Инструментальная легированная сталь ГОСТ 5950-73

Легированная инструментальная сталь изготавливается марок: ХВ4Ф, 9Х1, 9ХС, 9ХВГ, ХВГ, Х6ВФ, Х12, Х12Ф1, Х12МФ, 7ХГ2ВМФ, 7Х3, 8Х3, 5ХНМ, 4ХМФС, 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 3Х3М3Ф, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2СФ, 6ХВ2С, 6ХВГ.

▼ Таблица марок — Сталь инструментальная легированная ГОСТ 5950-73

➤ Быстрорежущая инструментальная сталь ГОСТ 19265-73

Инструментальная быстрорежущая сталь изготавливается марок: Р18, Р6М5К5, Р9М4Н8.

▼ Таблица марок — Сталь быстрорежущая инструметальная ГОСТ 19265-73

➤ Подшипниковая сталь ГОСТ 801-78

Подшипниковая сталь изготавливается марок: ШХ15, ШХ15СГ, ШХ4.

▼ Таблица марок — Сталь подшипниковая ГОСТ 801-78

➤ Теплоустойчивая легированная сталь ГОСТ 20072-74

Теплоустойчивая легированная сталь изготавливается марок: 12МХ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 20ХЭМВФ, 15Х5М.

▼ Таблица марок — Сталь теплоустойчивая легированная ГОСТ 20072-74

➤ Высоколегированная сталь и коррозионностойкие жаростойкие и жаропрочные сплавы ГОСТ 5632-72 (Нержавеющий металлопрокат)

Сталь высоколегированная и сплавы коррозионностойкие жаростойкие и жаропрочные изготавливают марок: 40Х9С2, 40Х10С2М, 08Х13, 12Х13, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 10Х14АГ16, 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, 95Х18, 15Х25Т, 15Х28, 20Х23Н13, 20Х23Н18, 20Н23Н18, 10Х23Н18, 20Х25Н20С2, 15Х12ВНМФ, 20Х12ВНМФ, Х12Н8Г8МФБ, 13Х11Н2В2МФ, 45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС, 08Х17Н13М21, 10Х17Н3М2Т, 03Х17Н14М2, 03Х17Н14М3, 08Х17Н13М2Т, 31Х19Н9МВБТ, 10Х14Г14Н4Т, 14Х17Н2, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х18Н10, 08Х18Н11, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х18Г8Н2Т, 20Х20Н14С2, Х25Н16Г7АР, 08Х22Н6Т, 06ХН28МДТ, ХН35ВТ, ХН35ВТЮ, ХН70Ю, ХН70ВМЮТ, ХН70ВМЮФ, ХН77ТЮР, ХН78Т, ХН80ТБО, AISI 201, AISI 304, AISI 304H, AISI 304L, AISI 321, AISI 316, AISI 316S, AISI 316L, AISI 316Ti, AISI 310S, AISI 420, AISI 430, AISI 439, AISI 409L, AISI 410S, AISI 904L.

▼ Таблица марок — Нержавеющие марки стали, сталь высоколегированная и сплавы коррозионностойкие жаростойкие, жаропрочные ГОСТ 5632-72

➤ Стали для отливок нелегированные и легированные конструкционные и легированные со специальными свойствами ГОСТ 977-88

Стали конструкционные нелегированные: 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л.
Стали конструкционные легированные: 20ГЛ, 35ГЛ, 20ГСЛ, 30ГСЛ, 20Г1ФЛ, 20ФЛ, 30ХГСФЛ, 45ФЛ, 32Х06Л, 40ХЛ, 20ХМЛ, 20ХМФЛ, 20ГНМФЛ, 35ХМЛ, 30ХНМЛ, 35ХГСЛ, 35НГМЛ, 20ДХЛ, 08ГДНФЛ, 13ХНДФТЛ, 12ДН2ФЛ, 12ДХН1МФЛ, 23ХГС2МФЛ, 12Х7Г3СЛ, 25Х2ГНМФЛ, 27Х5ГСМС, 30Х3С3ГМЛ, 03Н12Х5М3ТЮЛ.
Стали легированные со специальными свойствами:
• Мартенситного класса — марки коррозионностойкие 20Х13Л, 08Х14НДЛ, 09Х16Н4БЛ, 09Х17Н3СЛ, 10Х12НДЛ, марки жаростойкие 20Х5МЛ, 20Х8ВЛ, 40Х9С2Л, марка жаропрочная 20Х12ВНМФЛ;
• Мартенситно-ферритного класса — марка коррозионностойкая 15Х13Л;
• Ферритного класса — марка коррозионностойкая 12Х25ТЛ;
• Аустенитно-мартенситного класса — марки коррозионностойкие 08Х15Н4ДМЛ, 08Х14Н7МЛ, 14Х18Н4Г4Л;
• Аустенитно-ферритного класса — марки коррозионностойкие 12Х25Н5ТМФЛ, 16Х18Н12С4ТЮЛ, 10Х18Н3Г3Д2Л, марки жаростойкие 35Х23Н7СЛ, 40Х24Н12СЛ, 20Х20Н14С2Л;
• Аустенитного класса — марки коррозионностойкие 10Х18Н9Л, 12Х18Н11БЛ, 07Х17Н16ТЛ, 12Х18Н12М3ТЛ, марки жаростойкие 55Х18Г14С2ТЛ, 15Х23Н18Л, 20Х25Н19С2Л, 18Х25Н19СЛ, 45Х17Г13Н3ЮЛ, марки жаропрочные 35Х18Н24С2Л, 31Х19Н9МВБТЛ, 12Х18Н12БЛ, 08Х17Н34В5Т3Ю2РЛ, 15Х18Н22В6М2РЛ, 20Х21Н46В8РЛ, марки износостойкие 110Г13Л, 110Г13Х2БРЛ, 110Г13ФТЛ, 130Г14ХМФАЛ, 120Г10ФЛ.

▼ Таблица марок — Стали для отливок нелегированные, легированные конструкционные, легированные со специальными свойствами ГОСТ 977-88

Источник: moshimstal.ru

Что такое углеродистая сталь – простыми словами

Промышленность, строительство, транспорт и другие отрасли науки и техники немыслимы без сталей. Из нашей статьи Вы узнаете, что такое углеродистая сталь, в чем их отличие, как их получают и где применяют.

Углеродистая сталь: что это

С точки зрения химического состава любой такой сплав, не являющийся специально легированным, может называться углеродистым. Материал популярен, он нужен для изготовления инструментов, ножей, пружин, металлопроката и многого другого.

Классификация и марки

Стали углеродистые подразделяются по своему несложному химическому составу и по сфере назначения. При оценке первого критерия можно заметить схожесть сплавов и по второму.

По химическому составу

Состав углеродистой стали включает в себя 2 основных химических элемента: железо Fe и углерод С. Ключевая роль в составе стали принадлежит углероду. Свойства основываются на содержании углерода — бывает сплав:

• низкоуглеродистый: доля С – в интервале 0,02-0,25% (к примеру, такие марки как 10, 05кп, Ст1);
• среднеуглеродистый: 0,26-0,6% (35, Ст4);
• высокоуглеродистый: 0,61-1,35% (70, У13).

Вторая группа уверенно себя чувствует в большинстве ситуаций с механической, химической и температурной нагрузкой, материалы усиливаются при термической обработке и увеличивают прочность. Свариваются с определенными условиями. Применяются для постоянно нагруженных деталей по типу шкивов, осей и шестерней

Третья группа не сваривается из-за высокой доли С (образуются поры, трещины и прочие дефекты), но отличается высокой твердостью и прочностью. Материалы задействуются для создания инструмента, пружинящих деталей и специальных механизмов.

По области применения

Состав углеродистой стали прямо определяет сферу ее использования, которые давно разделены на такие группы:

• конструкционные, подразделяемые на стали общего назначения (например, марки Ст1, Ст5), качественные (10, 60) и с повышенной обрабатываемостью (А30);
• специальные: рессорно-пружинные (65, 85), подшипниковые (ШХ4) и для строительных конструкций (С285);
• инструментальные (У10).

Конструкционные применяют в любой области экономики: от сельского хозяйства до атомного машиностроения.

Специальные используют для создания металлопроката, узлов качения и скольжения, а также рельсов. Последние работают в условиях высокой удельной нагрузки и сильного трения.

Инструментальные – нужны для создания металлорежущей оснастки и инструмента. Высокая твердость позволяет снимать поверхностный слой обрабатываемого металла без появления дефектов на самом резце.

Маркировка углеродистых сталей

Сталь углеродистая маркируется цифрами и буквами, а сам поставляемый прокат дополнительно подкрашивается специальным образом.

Основные правила чтения маркировки и состава углеродистой стали:

• если сплав имеет качество нормального уровня, в начале пишется «Ст», после чего указывается цифра, соответствующая максимальному количеству углерода в десятых долях процента, название завершается способом раскисления (к примеру, «Ст2кп»);
• при качестве повышенного уровня пишется «Сталь», затем – количество С в сотых долях процента и обозначение имеющейся лигатуры (например, «Сталь 40Х»);
• к названию стали высокого качества в конце добавляется «А» («Сталь 20А»);
• буква «У» укажет на сталь инструментальную, высокоуглеродистую или специальную («У7»), буква «Р» – на сталь быстрорежущую («Р6М5К5»).

Маркировка цветом производится полосой определенного цвета:

• желтая – Ст2;
• красная – Ст3;
• зеленая – Ст5;
• синяя – Ст6, и т.д.

Точная расшифровка химического состава материала, его механических и физических свойств легко находится в специальных справочниках.

Свойства углеродистой стали

Поведение материала зависит не только от содержания углерода, сколько от комплекса физико-химических свойств. На их основе становится возможным охарактеризовать эксплуатационные параметры. Все эти значения сведены в таблицы и справочники, поэтому задача чаще всего сводится к определению ключевых параметров и подборе технического решения.

Прочностные характеристики

Базовое требование к стали – механическая прочность как устойчивость к различным нагрузкам. Прочностные характеристики представляют собой комплекс количественно измеряемых свойств:

• твердость: устойчивость к вхождению в поверхность материала более твердой поверхности;
• предел текучести: величина усилия, от которого материал переходит в деформированное состояние;
• предел прочности: величина усилия, от которого начинается разрушение материала;
• удлинение: способность к увеличению линейных размеров детали до начала разрушения;
• ударная вязкость: устойчивость к динамическим силовым нагрузкам.

Интересно, что при отсутствии значений каких-то показателей возможно достаточно точно указать на поведение стали по другим параметрам – из-за взаимосвязи свойств. После термической обработки соотношение значений меняется. К примеру, после закалки повышается прочность и падает относительное удлинение.

Коррозионная стойкость

Проблема заключается в отсутствии лигатуры. В других материалах устойчивость к окислению получается добавкой отдельных химических элементов (Cu, Mo, Ni, Zn), для углеродистой стали это неприменимо в принципе. Здесь могут присутствовать никель и хром, но в количестве до 0,2%, чего очень недостаточно. Как следствие сплавы уязвимы перед водой.

Коррозионная стойкость повышается с помощью защитных покрытий и термообработки:

• нанесение лакокрасочных материалов;
• кадмирование, никелирование, хромирование и т.д.

Задача этих техник – создать оксидированный защитный слой, ограждающий сталь от прямого контакта с кислородом.

А вы знаете сколько сохнет холодная сварка? Если нет, то переходите по ссылке на нашу статью.

Износостойкость

Устойчивость к трению и сохранению своей поверхности является одним из базовых свойств стали. Оно проявляется при работе в контакте с другими деталями и в потоках рабочих газовой и жидкой средах.

Износостойкость создается методом снижения шероховатости поверхности и повышением ее твердости. С этим успешно справляются термическая и химико-термическая обработка с последующей шлифовкой:

• низкоуглеродистые марки: цианирование и цементация;
• среднеуглеродистые и высокоуглеродистые: закалка;
• все разновидности: нитроцементация.

При этом на металл воздействуют углеродом, азотом, цианистыми солями. В результате твердость поверхностного слоя доводится до 60-63 HRC, немного повышается устойчивость к коррозии.

Стойкость к воздействию температур

Оптимальный интервал рабочих температур для большинства марок: -100°С..+350°С. Выход за указанные пределы ведет к быстрой потере прочности – из-за слабой устойчивости связки «железо-углерод» в отношении температуры. Типовое эффективное решение – введение лигатуры (Mo, Ma, Si, Ni), но в таком случае теряется суть углеродистой стали.

Больше всего изменения проявляются при нагреве свыше 400°С (потеря до 25% прочности) и свыше 500°С (до 50%).

Технологичность в обработке

Параметр описывает степень сложности при формировании геометрии изделия и полезных свойств материала. У углеродистых сталей технологичность очень высокая, они качественно воспринимают все основные типы технического воздействия:

• резание, сверление и другие типы механической обработки – без существенных ограничений;
• штамповка, вальцовка – в горячем и холодном состояниях без ограничений;
• сварка – с учетом содержания углерода: чем оно выше, тем больше сложностей возникает с предварительным и сопутствующим подогревом, но процесс соединения принципиально выполняется (даже если требуются последующие отжиг или нормализация);
• термическая обработка – также по содержанию углерода, но сплавы легко подвергаются всем типам процессов.

Применение именно таких сталей с точки зрения производства детали – оптимальный путь для инженера.

Производство

Получить равномерно распределенный углерод в стали – непростая техническая задача. Сегодня производство стали ведется 3-мя основными способами, каждый из которых требует специализированного оборудования.

Кислородно конвертерный способ

Технология производства основывается на расплавлении всего объема чугунной и стальной шихты, загружаемой в конвертер. Масса, перешедшая в жидкую форму, обрабатывается кислородом, в нее добавляется известь – в результате примеси и нежелательные включения выводятся из состава будущей стали.

Особенностями процесса являются сильное окисление металлов (приводит к образованию значительного количества так называемого «угара») и приличный объем пыли. Для очистки воздуха и улавливания летучих загрязнений приходится затрачивать деньги на соответствующие фильтры.

Способ отличается производительностью и не требует значительных затрат на топливо.

Электротермический способ

Технология заключается в целенаправленном нагреве загружаемого сырья теплостойкими электродами. Через них в закрытую печь подается электрический ток, преобразующийся в теплоту. Генерируемое тепло разогревает шихту и чугун, которые преобразуются в сталь.

Весомое достоинство способа – в низкой степени окисляемости железа внутри печи. Из-за этого сталь удается качественная и с равномерной структурой.

Мартеновский метод

Технология выполняется в мартеновской печи – плавильной установке с уникальной конструкцией (называется по имени своего создателя). В ее отсек подаются куски чугуна и металлический лом.

Готовую шихту разогревают, в ходе чего она становится жидкой однородной массой. На выходе получаются стали в широком спектре марок и с высоким качеством каждой плавки. Метод достаточно старый и в настоящее время применяется все реже и реже. Почти все крупные мартеновские печи в России закрыты.

Применение углеродистой стали

Для создания продукции углеродистые стали подходят как технологичный материал: они хорошо воспринимают обработку и сварку. Их характеристики позволяют работать в широком спектре нагрузок и условий.

Производство деталей машин

Массовое применение находит углеродистая сталь в мире машин и механизмов. Условия работы изделия полностью зависят от содержания углерода в сплаве.

Стали низкоуглеродистые нужны для деталей, на которые не воздействуют сильные нагрузки: втулки, колпаки, крышки, маховики, планки, кольца и пр. Много делается различных металлоконструкций и каркасов. Невысокая механическая прочность компенсируется увеличением поперечного сечения.

Стали среднеуглеродистые хорошо работают при значительных нагрузках: шкивы, зубчатые колеса, валы, рычаги, шпиндели, ролики, штоки и т.д. После механической обработки обязательно выполняется термическая обработка (к примеру, цементация).

Стали высокоуглеродистые применяются в исключительных случаях: пружины, рессоры, цанги, прочие твердые или упругие изделия. Они сложны в изготовлении, поэтому продукция имеет повышенную стоимость.

Производство инструмента

Содержание углерода и лигатуры делает углеродистые стали оптимальным материалом для всевозможного инструмента:

• отвертки;
• ножницы садовые и по металлу;
• ключи гаечные и другие;
• ножовки, пилы, режущие полотна, топоры;
• напильники и надфили;
• плоскогубцы и другой шарнирно-губцевый инструмент;
• метчики, плашки;
• резцы по металлу и иным материалам;
• микрометры, штангенциркули и иные измерительные инструменты;
• матрицы для штамповки и многое другое.

Для производства применяют ковку (литье не допускается), прокат упрочняют, заготовки подвергают точению, сверлению, фрезеровке и шлифовке. Одна из основных сложностей – удалить поверхностный слой металла с дефектами от термообработки.

Полезная статья – Что должен знать и уметь сварщик 6 разряда

Производство крепежа

Шпильки, болты, винты и прочие крепежные изделия изготавливаются из таких марок углеродистых сталей:

• 10, 20: для получения класса прочности до 6.8 включительно, изделие не подвергается термообработке;
• 30, 35, 45: с классами прочности 5.6, 6.6, изделия проходят термообработку;
• 35: для класса прочности от 8.8 до 12.9, с термообработкой.

Регламентирует механические свойства изделий ГОСТ 898-1-2014.

Метод производства: штамповка на автоматах для крупносерийного и массового выпуска и обработка на металлорежущих станках для менее масштабной программы производства.

Источник: mrmetall.ru