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 (s_в, s_т, d, изгиб). Цифра в марке стали означает ее условный номер и изменяется от 0 до 6, чем больше эта цифра, тем больше значение s_в и s_т. 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: s_в, s_т, d, изгиб), марки Ст2, кипящая;

сталь ВСт4сп – сталь обыкновенного качества группы В (нормируются механические характеристики: s_в, s_т, 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