Так, в стали 18ХГТ содержится (в процентах): 0,18% углерода, 1% хрома, 1% марганца и около 0,1% титана. Марка легированной стали 38ХНЗМФА расшифровывается как: 0,38% углерода, 1,2-1,5% хрома, 3% никеля, 0,3-0,4% молибдена и 0,1-0,2% ванadium. В сталь 30ХГСА входят: 0,30% углерода, 0,8-1,1% хрома, 0,9-1,2% марганца и 0,8-1,25% кремния. Сталь марки ОЗХ13АГ19 включает в себя 0,03% углерода, 13% хрома, 0,2-0,3% азота и 19% марганца.
Легированная сталь: виды, марки и назначение
Сплав, в котором содержание железа составляет менее 45%, называется сталью. В стандартные сталевые сплавы, помимо железа, обычно входят углерод и различные примеси. Легированная сталь, в свою очередь, содержит дополнительные элементы, именуемые легирующими, которые необходимы для придания материалу определённых характеристик.
Благодаря легирующим элементам легированная сталь приобретает свойства, способствующие её более широкой эксплуатации. Эти добавки существенно повышают устойчивость стали к внешним воздействиям, а также увеличивают её пластичность и прочность, что способствует выполнению различных технических задач. В данной статье мы подробнее рассмотрим виды и марки легированной стали, а также их предназначение.
Отличия легированной стали от углеродистой
Легированная сталь содержит не только стандартные примеси, но и дополнительные вещества, которые позволяют ей соответствовать определённым химическим и физическим требованиям.
Говоря проще, легированная сталь является разновидностью углеродистой, к которой добавлены легирующие элементы. Существует множество степеней легирования: даже небольшое количество таких добавок может значительно улучшить эксплуатационные характеристики металлического материала.
Что считается легированной сталью? Основное различие между легированным и нелегированным материалом состоит в их химическом составе. Легированная сталь, помимо обычного железа и углерода, содержит множество дополнительных компонентов, которые изменяют её свойства. В отличие от неё углеродистая сталь имеет незначительное количество случайных примесей, которые не оказывают заметного влияния на её характеристики.
Легированная сталь отличается от углеродистой следующими особенностями:
- устойчивость к коррозии и химически агрессивным средам;
- образование искр при обработке металла на заточном кругу;
- низкая несущая способность;
- высокая стоимость производства.
Методы легирования
- Металлургический метод. Это основной подход, при котором в расплавленный металл вводятся нужные легирующие компоненты. В процессе производства устанавливаются параметры, способствующие ускорению химических реакций.
- Дополнительный метод. В этом случае легирующие добавки наносятся в виде поверхностного слоя, в результате чего происходит постепенное взаимовлияние элементов.
Необходимость маркировки
Разнообразие различных сплавов может порой вводить в заблуждение людей, не знакомых с металлургией и имеющих ограниченные знания в этой области. Как определить, к какому именно типу относится данный сплав?
В мире существуют специальные системы маркировки, разработанные государством согласно ГОСТу, которые призваны облегчить использование и учёт материалов. Эти нормы обязаны соблюдать все заводы по производству стали и других металлов.
Маркировка включает характеристики, на основе которых определяется состав:
- назначение стали;
- основной компонент;
- состав примесей.
Сплав может быть предназначен, например, для изготовления инструментов (рабочих частей, карданных валов или болтов). Или специальный прочный сплав может использоваться для создания конструкций, таких как корпуса автомобилей, детали мостов или профильные изделия. Эта категория называется конструкционной сталью.
Кроме того, в маркировке могут встречаться дополнительные буквы, которые помогают определить, какие именно элементы использовались в примесах. Также буквы применяются для обозначения физических свойств. Например, сталь может быть магнитной, жаропрочной или устойчивой к коррозии.
Кроме букв, в маркировке присутствуют цифровые обозначения, которые помогают определить процентное содержание примесей.
Легированная сталь делится на три категории в зависимости от стандартов для примесей.
Как маркируются стали?
Как упоминалось ранее, все виды стали имеют свои маркировки. Каждая страна разрабатывает свою систему наименований по стандартам ГОСТ и обозначает их буквами алфавита. В России используются кириллические буквы, которые указывают на первую букву названия конкретного легирующего элемента.
Процесс производства стали довольно интересен. Изначально используется только рудное сырьё, после чего в процессе выплавки образуется чугун. Далее чугун очищается от газов, оксидов и других примесей, что называется рафинированием. После этого удаляется кислород с использованием угля, марганца или других раскислителей. Эти компоненты способствуют вымещению газов и тяжёлых оксидов.
Следующим этапом является удаление углерода с помощью водорода и полного сжигания карбидов.
Данные сложные процессы формируют качество готовой стали. И только после этого заключается маркировка. Легированная сталь классифицируется по качеству.
- Обычные. Это недорогие сплавы, содержащие до 0,4-0,6% углерода. В них могут присутствовать пузырьки воздуха различного размера. Они обозначаются маркировками СтО, Ст5кп или Ст3сп.
- Качественные. Эти сплавы намного лучше предыдущей категории и содержат примеси кислорода, азота и водорода. Качество определяется на основе концентрации газов в структуре и делится на спокойные, полуспокойные и кипящие. Марки таких сплавов могут обозначаться как Ст08кп, Ст10пс, Ст20, 7ХФ и 8ХФ.
- Высококачественные. При их производстве используется не уголь, а электричество. Уровень содержания серы и фосфора здесь сведён к минимуму – около 0,03%. Примером таких образцов могут служить марки 6ХВ2С и 6ХЗ3ФС.
- Особо высококачественные. Данные сплавы являются самыми дорогими, они проходят тщательную очистку от оксидов, неметаллических элементов и сульфидов. Содержание серы здесь составляет всего 0,01%, а фосфора – 0,025%. Например, сплав с маркировкой 30ХГС3-Ш.
Чтобы уметь правильно читать маркировку, нужно учитывать все нюансы буквенных обозначений. Но в первой степени необходимо разобраться, какие именно элементы входят в состав сплавов и для каких целей они применяются.
- Хром повышает стойкость, прочность и твердость материала, а также снижает риск коррозии.
- Никель увеличивает пластичность и вязкость стали.
- Титан выравнивает зернистость структуры, улучшает плотность и прочность, а также упрощает обработку.
- Ванадий способствует повышению тягучести сплава и снижает порог разрушения.
- Молибден уменьшает хрупкость изделия, позволяя безопасно прокалывать полотно и повышая устойчивость к коррозии.
- Вольфрам делает сталь более твёрдой, предотвращая перегрев внутри зерен во время охлаждения и тем самым минимизируя хрупкость.
- Алюминий способствует увеличению окалинности.
Тем не менее такие элементы, как углерод, марганец, сера, фосфор, азот, кислород и водород, могут ухудшать качество стали, если их содержание в сплаве превышает допустимые нормы. Это может привести к потере прочности и пластичности материала, а также к повышенной хрупкости и восприимчивости к коррозии.
Давайте подробнее рассмотрим буквенную маркировку. Не всегда первые буквы названия элемента присутствуют в маркировке. Это стоит учитывать. Однако благодаря требованиям ГОСТа справочные материалы облегчают понимание.
Маркировка легированных сталей
Маркировка легированных сталей основывается на системе обозначений, которая включает буквенные и цифровые индексы. Эти индексы информируют нас о легирующих элементах, их пропорциях в стали. В разных странах могут применяться различные системы маркировки, но основные принципы остаются одинаковыми.
- Цифровая часть маркировки указывает на содержание углерода в сотых долях процента. Например, в марке стали 12Х18Н10Т содержание углерода составляет 0,12%.
- Буквенные обозначения соответствуют химическим элементам, используемым для легирования стали:
- Х – хром (Cr)
- Н – никель (Ni)
- Г – марганец (Mn)
- В – вольфрам (W)
- Т – титан (Ti)
- М – молибден (Mo)
- С – кремний (Si)
- А – азот (N)
За буквенным обозначением может следовать число, показывающее ориентировочное содержание данного элемента в стали (в процентах).
2. Примеры маркировки легированных сталей
Давайте рассмотрим несколько примеров, чтобы более наглядно усвоить принципы маркировки:
- Сталь 40Х: в этой марке углерода содержится 0,4%, «Х» указывает на наличие хрома, которого примерно 1%.
- Сталь 12Х18Н10Т: содержит 0,12% углерода, почти 18% хрома, 10% никеля и добавленный титан (обычно ~1%).
Маркировка легированных сталей
Процесс легирования необходим для придания сталям особых свойств, он подразумевает добавление различных присадок. Классификация по маркировке сталей в зависимости от наличия и соотношения легирующих компонентов включает низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (до 50%) сплавы.
Таблица, представленная ниже, описывает, как в маркировке стали указаны металлы, которые применяются в качестве легирующих добавок:
Примеры маркировки сталей различных видов
Определение марки стали и её отнесение к определенному виду не должно вызывать затруднений у специалистов. В ситуации, когда под рукой нет таблиц с расшифровкой названий марок, можно опираться на приведенные ниже примеры.
Конструкционные стали, не содержащие легирующих элементов, обозначаются сочетанием букв «Ст». Цифры, следящие за ними, указывают содержание углерода в сотых долях процента. Низколегированные конструкционные стали маркируются несколько иным образом. Например, в стали марки 09Г2С углерода содержится 0,09%, а легирующие добавки (марганец, кремний и т.д.) содержатся в пределах 2,5%. Стали 10ХСНД и 15ХСНД имеют схожую маркировку, однако отличаются количеством углерода, а доля каждого легирующего элемента в них составляет не более 1%. По этой причине после букв, обозначающих лёгирующий элемент, не следуют цифры.
Стали маркируются, используя такие обозначения, как 20Х, 30Х, 40Х и т.д., где доминирующим легирующим элементом является хром. Цифра перед буквой указывает на содержание углерода в сплаве в сотых долях процента. За буквенным обозначением каждого легирующего элемента может присутствовать цифра, показывающая его количественное содержание в сплаве. Если данный элемент отсутствует, его содержание не превышает 1,5%.
Например, рассматривая маркировку хромокремнемарганцевой стали 30ХГСА, она указывает на содержание углерода (0,3%), марганца, кремния и хрома, где каждый из этих элементов находится в количестве 0,8–1,1%.
Как расшифровать маркировку сталей?
Чтобы декодировать обозначения различных видов сталей без затруднений, необходимо знать, какими они бывают. У каждого отдельного вида стали может быть своя особая маркировка. Их обычно обозначают определенными буквами, что позволяет быстро понять как назначение данного сплава, так и его ориентировочный состав. Давайте рассмотрим несколько марок и разберем их обозначение.
Конструкционные стали, специально предназначенные для изготовления подшипников, можно узнать по букве Ш, которая ставится в начале их маркировки. За ней следуют буквенные обозначения соответствующих легирующих добавок и цифры, указывающие их количественное содержание. Например, в сортах стали марки ШХ4 и ШХ15, помимо железа и углерода, содержится хром в количестве 0,4% и 1,5% соответственно.
Буква К, располагающаяся после первых цифр в названии марки, которые информируют о содержании углерода, указывает на конструкционные нелегированные стали, предназначенные для изготовления сосудов и паровых котлов, работающих под высоким давлением (например, 20К, 22К и др.).
Качественные легированные стали с улучшенными литейными свойствами можно отличить по букве Л, которая располагается в самом конце маркировки (к примеру, 35ХМЛ, 40ХЛ и др.).
Расшифровка марок строительной стали может вызвать некоторые трудности, если не знать деталей маркировки. Сплавы данной категории начинаются с буквы С, которой сообщается о минимальном пределе текучести. Также могут встречаться дополнительные буквы:
- буква Т – термоупрочненный прокат;
- буква К – сплав с улучшенной коррозионной устойчивостью;
- буква Д – сплав с увеличенным содержанием меди (например, С345Т, С390К и др.).
Нелегированные стали, относящиеся к инструментальным, обозначаются буквой У, которая ставится в начале маркировки. Цифра, следующая за ней, указывает на содержание углерода в сплаве. Стали данной категории могут быть как качественными, так и высококачественными (определяются по букве А, помещаемой в конце марки). В их маркировке также может присутствовать буква Г, означающая повышенное содержание марганца (У7, У8, У8А, У8ГА и др.).
Инструментальные стали с легирующими элементами маркируются по аналогии с легированными конструкционными сталями (например, ХВГ, 9ХВГ и др.).
Что касается маркировки быстрорежущих сталей, то она начинается с буквы Р, за которой указываются цифры, отображающие содержание вольфрама. В общем, марки таких сталей следуют стандартной схеме: буквы, обозначающие легирующие компоненты, и цифры, указывающие на их содержание. При этом в маркировке этих сталей не учитывается содержание хрома, так как его стандартное содержание составляет приблизительно 4%, и также не указывается углерод, количество которого пропорционально содержанию ванадия. Если содержание ванадия превышает 2,5%, его буквы и числовой эквивалент размещаются в конце маркировки (например, З9, Р18, Р6М5Ф3 и др.).
