Углеродистые 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 (sв, sт, d, изгиб). Цифра в марке стали означает ее условный номер и изменяется от 0 до 6, чем больше эта цифра, тем больше значение sв и sт. 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: sв, sт, d, изгиб), марки Ст2, кипящая;
сталь ВСт4сп – сталь обыкновенного качества группы В (нормируются механические характеристики: sв, sт, 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 |
Литература
1. Строительные материалы и изделия: Учеб. пособие / П.И. Юхневский, Г.Т. Широкий. – Мн.: УП «Технопринт», 2004. – 476 с.: ил.
2. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. спец. вузов / И.А. Рыбьев. – М.: Высш. шк.., 2003. – 701 с.: ил.
3. Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Логос, 2004. – 424 с.
4. Металлы и сварка (лекционный курс): Учебное пособие. / Н.В. Храмцов.- Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2001.- 160 с.
5. Металлы и сварка: Лабораторный практикум. /Н.В. Храмцов, Л.В. Шулаева. - Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2003.- 156 с.
6. Ремонт деталей и сборочных единиц: Учебное пособие / Н.В. Храмцов.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2006.-134 с.
7. Основы материаловедения (лекционный курс на электронном носителе)./ Храмцов Н.В. -Тюмень: ТюмГАСУ, 2008.-205 с.