материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Сталь — сплав железа (не менее 45%) с углеродом (0,022-2,14%) и другими элементами. Обычно сталь имеет плотность 7,6-7,9 т/м3, временное сопротивление растяжению — 800-3000 МПа, относительное удлинение — 5-12%. Сталь является важнейшим конструкционным материалом для тяжёлой промышленности, строительства и прочих отраслей.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей

Углерод (С, 0,022-2,14%) — увеличивает твёрдость и прочность, понижает пластичность и вязкость, ухудшает свариваемость и повышает порог хладоломкости.

Марганец (Mn, 0,4-0,8%) — увеличивает прочность, упругость, удаляет кислород (раскислитель) и вредные сернистые соединения.

Кремний (Si, 0,3-0,5%) — раскислитель, повышает прочность, износостойкость, антифрикционные и упругие качества.

Сера (S, 0,02-0,04%) — вредная примесь, придаёт красноломкость (появление трещин при высоких температурах), облегчает обработку резанием.

Фосфор (Р, 0,02-0,04%) — вредная примесь, придаёт хладоломкость, облегчает обработку резанием.

Водород, азот, кислород (Н, N, O) — создают труднодеформируемые вредные включения, анизотропию свойств, флокены, снижают усталостные характеристики (вязкость, порог хладоломкости).

Классификация сталей

По способу получения: мартеновские, конверторные, электростали.

По степени раскисления: кипящие (раскисленные только Mn, обладают высокой пластичностью), полуспокойные (раскисленные Mn, Al), спокойные (раскисленные Mn, Al, Si).

По равновесной структуре: доэвтектоидые (< 0,8% С, феррит + перлит), эвтектоидные (0,8% С, перлит), заэвтектоидыне (> 0,8% С, перлит + цементит).

По химическому составу: углеродистые (по содержанию С: низкоуглеродистые — < 0,3%, среднеглеродистые — 0,3..0,55%, высокоуглеродистые — > 0,55%) и легированные (по содержанию легирующих элементов: низколегированные — < 3%, среднелегированные — 3-5%, высоколегированные — > 5%).

По назначению (рисунок 1) [1]:

  • конструкционные (по содержанию С: цементуемые — 0,1-0,25%, улучшаемые — 0,3-0,45%, пружинно-рессорные — 0,5-0,7%, шарикоподшипниковые — > 1%, строительные — 0,01-0,25%);
  • инструментальные (более 0,7% С, по назначению: для режущего, мерительного инструмента, быстрорежущие, штамповые и твёрдые сплавы);
  • специальные (магнитные, износостойкие, кислотостойкие, нержавеющие, жаропрочные и пр.).

Схема классификации сталей по назначению и термообработке

Рисунок 1 — Схема классификации сталей по назначению и термообработке

По качеству (содержание серы, фосфора, газовых включений):

  • обыкновенного качества — строительные сварные конструкции, малонапряжённые детали машин (маркируются буквами «Ст» и цифрой от 0 до 6 — чем выше номер, тем меньше вредных примесей и выше механические свойства):
    • группа А — гарантируются механические свойства;
    • группа Б — гарантируется химический состав (дополнительно указывается буква «Б» перед маркой);
    • группа В — гарантируются механические свойства и химический состав (дополнительно указывается буква «В» перед маркой).

    Стали групп Б и В подвергают сварке, горячей обработке давлением и термической обработке;

  • качественные — более высокие требования относительно состава (маркируются цифрами, обозначающими содержание углерода в сотых долях процента);
  • высококачественные — содержание серы и фосфора менее 0,03%, минимальное количество неметаллических (в том числе газовых) включений (маркируются аналогично качественным с буквой «А» после указания марки).

Стали, предназначенные для изготовления режущего и мерительного инструмента, маркируются буквой «У» перед содержанием углерода в десятых долях процента и называются инструментальные.

Буква «А» перед наименованием марки обозначает автоматные стали с повышенным содержанием S и Р для облегчения обрабатываемости резанием.

Название, начинающееся с буквы «Ш», применяется для обозначения шарикоподшипниковых сталей; с буквы «Р» — для быстрорежущих; «Е» — для магнитных; «Э» — для электротехнических.

Маркировка легированных сталей

Легированные — сплавы, в которые специально вводятся дополнительные химические элементы для получения необходимых свойств.

Первое число в обозначении указывает на содержание углерода в сотых долях процента, а последующие буквы — на легирующие компоненты и их содержание в процентах (если числовое значение не приводится, содержание легирующего компонента не превышает 1,0-1,5%). В высокоуглеродистых легированных инструментальных сталях с содержанием углерода более 1,0% количество углерода не указывается.

Буквенные обозначения легирующих элементов:

  • А — азот (N);
  • Б — ниобий (Nb);
  • В — вольфрам (W);
  • Г — марганец (Mn);
  • Д — медь (Cu);
  • Е — селен (Se);
  • К — кобальт (Co);
  • Л — бериллий (Be);
  • М — молибден (Mo);
  • Н — никель (Ni);
  • П — фосфор (P);
  • Р — бор (B);
  • С — кремний (Si);
  • Т — титан (Ti);
  • Ф — ванадий (V);
  • Х — хром (Cr);
  • Ц — цирконий (Zr);
  • Ч — редкоземельные материалы;
  • Ю — алюминий (Al).

Специальный префикс имеют нержавеющие хромистые стали — «Ж», нержавеющие хромоникилевые — «Ю».

Список литературы

  1. Загуляева С.В., Макашова Л.С. Материаловедение. — Ярославль: ЯГТУ, 1996. — 60 с.
< Чугуны Содержание Цветные сплавы >