Как определить что сталь высококачественная

Высококачественные и особовысококачественные стали

Высококачественные и особовысококачественные стали — вполне стандартный продукт в наши дни. Но потребителям надо знать, что это означает, и какие стали являются таковыми. Внимания заслуживают их маркировка и популярные марки, методы получения таких сплавов.

Что это означает?

Главное, чем высококачественные стали отличаются от качественных, — это не столько механические и практические характеристики, сколько химический состав. Они содержат заметно меньшее количество таких опасных примесей, как фосфор и сера. Из-за серы повышается красноломкость металла. Дополнительно эта примесь ухудшает эффективность сваривания, пластические свойства, понижает вязкость при ударном воздействии. Фосфор повышает вероятность коррозии, из-за него растет и предел текучести, провоцируется хладноломкость.

Высококачественные стали являются металлургическим продуктом, хорошо защищенным от этих эффектов. Такой металл поставляют в виде полуфабрикатов, имеющих проверенный химический состав и контролируемые технологические, практические параметры.

Маркировка всех сталей — и высококачественных, и особо высокого, и обычного качества — всегда строится на одних и тех же принципах.

Буквенные обозначения говорят о присутствии химических элементов:

Количество углерода всегда указывается на первом месте. Это две цифры, говорящие о его присутствии, измеряемом в десятых долях процента. Например, «14» надо понимать как среднее введение 0,12%. Если цифр углеродного индекса нет, значит, он составляет 1% или даже больше. То, что это именно высокосортный металл, обозначают индексом «А» в конце марки. Особовысококачественные стали обозначаются символом «Ш» через дефис. Спокойный металл не имеет специальных индексов. Если он полуспокоен, то это показывают обозначением «пс», а кипящие сплавы маркируют сочетанием «кп». Методы получения высококачественных сталей — преимущественно путем электрической плавки. Для максимально добротного продукта этого уже недостаточно, и требуется электрошлаковый переплав или иной усовершенствованный метод. Только так можно обеспечить максимальную чистоту по вхождению неметаллов и газов.

Металл высокого качества применяется различными способами. Важную роль тут играет концентрация углерода и проводимая термическая обработка. Однако нельзя игнорировать и введение дополнительных легирующих компонентов.

Стоит учесть, что в отдельных случаях маркирование все же производят иначе. Так поступают с шарикоподшипниковыми, автоматными и иными специализированными сталями.

Маркировка и популярные марки

Указанной выше информации хватит, чтобы вкратце разобраться, какое обозначение металла чему соответствует, и каковы характеристики готового материала. Но надо учесть еще классификацию по другим признакам. Выделяют:

• инструментальные;
• углеродистые (марка начинается с «У»);
• легированные;
• низколегированные металлы;
• стали специального назначения.

Более подробно это можно охарактеризовать на конкретных примерах. Хорошим образцом высококачественной стали выступает 30ХМА. Она может делаться по ГОСТу 1971 или 2006 года. Это жаропрочный металл с низким уровнем легирования и средней концентрацией углерода. Образование флокенов вероятно, но не слишком интенсивно.

Отпускная хрупкость для такого материала не свойственна. Сера и фосфор крайне неоднородно рассредоточены по толще металла. Справиться с их негативными эффектами помогает введение легирующих добавок. Антикоррозийная стойкость такой стали обеспечивается еще и присоединением меди. Дуговая сварка этого сплава возможна под флюсом и в атмосфере защитного газа.

Логично рассмотреть и сталь 40ХН2МА. В ее состав входят:

• от 0,37 до 0,44% углерода;
• не более 0,025% серы и фосфора;
• от 0,5 до 0,8% марганца;
• типичные для многих сплавов 0,17-0,37% кремния;
• 0,2% (в среднем) молибдена;
• 0,75% (в среднем) хрома.

Удельная масса 40ХН2МА составляет 7850 кг на 1 м3. Этот металл сваривается с трудом. Обязательно требуются прогрев и дальнейшая тепловая обработка. Отмечается чувствительность к образованию флокенов. Отпускная хрупкость нетипична. Среди особовысококачественных сталей стоит назвать 30ХГС-Ш. Доля углерода в ней колеблется от 0,28 до 0,35%. Концентрация кремния составит от 0,9 до 1,2%. Несколько меньше (0,8-1,1%) будет содержание марганца и хрома. Ограничение по количеству серы даже строже, чем в предыдущем случае — максимум 0,015%.

Внимания заслуживает еще 12Х2Н4А-Ш (другое обозначение — ЭИ83-Ш). Это превосходная хромоникелевая сталь, которая очень хорошо очищается от сульфидов и оксидов. Концентрация углерода составляет 0,12%, также в составе есть 2% хрома и 4% никеля. Такой материал применяют, чтобы изготавливать особенно прочные ответственные изделия, к которым предъявляют высокие требования. Прокаливаемость у ЭИ83-Ш очень хороша, но она также весьма подвержена возникновению флокенов. Свариваемость у этого металла ограничена. Работать сварщики могут как ручной, так и автоматической дугой. Предварительно сталь требуется разогреть, и нанести флюс.

Такой металл не подходит для экстремальных условий применения. В сложных ситуациях он может трескаться изнутри.

Применение

Качественную сталь 30ХМА можно использовать, чтобы делать роторы и диски для паровых турбин, цапфы и шестерни. А также из нее получают:

• валы промышленных машин;
• болты;
• гайки;
• бесшовные трубы (заготовки мотоциклов и велосипедов);
• фланцы.

40ХН2МА достаточно прочна, чтобы ее можно было использовать в ответственных тяжелонагруженных деталях. Речь идет про изготовление болтов, кулачковых муфт, дисков, шатунных крышек. Отдельно стоит упомянуть части вертолетных хвостов. Сталь 30ХГС-Ш применяется для выработки:

• осей;
• фланцев;
• зубчатых колес;
• тормозных элементов двигателей;
• крепежных метизов;
• толкателей.

Наконец, сплав ЭИ83-Ш востребован при производстве:

• шестеренок;
• червяков;
• кулачковых муфт;
• пальцев поршней;
• колец, получаемых прокатыванием в целом виде;
• зубчатых колес;
• прочих цементируемых деталей на основе горячего листового проката.

Источник

Расшифровка маркировок сталей, правила обозначения

Сталь является самым распространенным сплавом. Разнообразие областей применения обуславливает большое количество разновидностей с различными требованиями, как по механическим, так и химическим характеристикам стали. Различные марки стали подразумевают не только разнообразие химического состава, но и технологию изготовления.

В основе многообразия сплавов лежит именно химический состав металла, поскольку легирующие компоненты определяют конечный результат, а технология изготовления и обработки лишь подчеркивает и выделяет отдельные характеристики. Некоторые элементы, входящие в состав, могут ухудшать характеристики, поэтому отдельные элементы маркировки могут указывать на отсутствие или низкое содержание подобных веществ.

Расшифровка маркировки позволяет определить содержание основных элементов сплава и, отчасти, технологию производства, а также оценить технические характеристики, а с ними и область возможного применения.

Кроме различий в составе и обработке, подразделяют также категории стали по механической прочности. Насчитывается 5 категорий, которые различаются методикой испытаний на соответствие механической прочности. Испытания проводятся на растяжение и ударную вязкость контрольных образцов.

Виды сталей и особенности их маркировки

Различные области применения сталей требуют наличие у нее строго определенных свойств – физических, химических. В одном случае требуется максимально высокая износоустойчивость, в других – повышенная устойчивость против коррозии, в третьих внимание уделяется магнитным свойствам.

Видов стали много. Основная масса выплавляемого металла идет в производство конструкционной стали, в которую входят такие виды:

• Строительная. Низколегированная сталь с хорошей свариваемостью. Основное назначение – производство строительных конструкций.
• Пружинная. Имеют высокую упругость, усталостную прочность, сопротивление разрушению. Идет на производство пружин, рессор.
• Подшипниковая. Основной критерий – высокая износоустойчивость, прочность, низкая текучесть. Применяется для производства узлов и составляющих подшипников различного назначения.
• Коррозионностойкая (нержавеющая). Высоколегированная сталь с повышенной стойкостью к воздействию агрессивных веществ.
• Жаропрочная. Отличается способностью длительное время работать в нагруженном состоянии при повышенных температурах. Область применения – детали двигателей, в том числе газотурбинных.
• Инструментальная. Применяется для производства метало- и деревообрабатывающих, измерительных инструментов.
• Быстрорежущая. Для изготовления инструмента металлообрабатывающего оборудования.
• Цементируемая. Применяется при изготовлении деталей и узлов, работающих при больших динамических нагрузках в условиях поверхностного износа.

При расшифровке обозначений нужно учитывать, что каждому из видов соответствует строго определенная буква в маркировке.

Классификация по химическому составу

Основными легирующими добавками являются металлы. Варьируя количественный состав добавок и их массовую долю, получают большое разнообразие марок стали. Само по себе чистое железо имеет невысокие технические свойства. Малая механическая прочность, сильная подверженность коррозии, требуют введения в состав сплава дополнительных веществ, которые направлены на улучшение одного из качеств, либо сразу нескольких.

Нередко улучшение одних характеристик влечет за собой ухудшение иных. Так, высоколегированные нержавеющие стали могут иметь низкую механическую прочность, а качественные углеродистые вместе с высокой прочностью получают ослабленные коррозионные свойства.

Как уже говорилось выше, одной из классификаций марок стали является ее химический состав. Основными компонентами всех без исключения сталей являются железо и углерод, содержание которого не должно превышать 2,14 %. В зависимости от количества и пропорций добавок, содержание железа в композиции должно составлять не менее 50 %.

По количеству содержащегося углерода классифицируют три группы сталей:

• Малоуглеродистые – содержание углерода менее 0,25 %;
• Среднеуглеродистые – 0,25-0,6 % углерода;
• Высокоуглеродистые, с содержанием углерода более 0,6 %.

Увеличение процентного содержания углерода повышает твердость металла, но, вместе с тем, снижается его прочность.

Для улучшения эксплуатационных качеств, в состав сплава вводят определенное количество химических элементов. Такие стали называют легированными. Для легированных сталей также существует деление на три группы:

• Низколегированные, с содержанием добавок до 2,5 %;
• Среднелегированные, которые содержат от 2,5 до 10 % легирующих элементов;
• Высоколегированные. Содержание легирующих примесей варьируется от 10 до 50 %.

Маркировка сталей отражает наличие и процентное содержание легирующих добавок. При расшифровке каждому элементу соответствует определенная буква, рядом с которой находится цифра, соответствующая его содержанию в процентах. Отсутствие чисел говорит о том, что добавка присутствует в сплаве в количестве менее 1-1,5%. Наличие углерода в составе не отражается, поскольку он входит во все композиции, но его содержание обозначается в самом начале маркировки.

Маркировка может говорить и о назначении сплава. Поскольку в данной классификации также используются буквенные обозначения, то регламентируется порядок их расположения – в начале, середине и конце маркировки.

Классификация по назначению

Выше уже были приведена классификация видов сталей по назначению. Маркировка конструкционных сталей включает в себя такие обозначения:

• Строительная – обозначается буквой С и цифрами, характеризующими предел текучести.
• Подшипниковая – обозначается буквой Ш. Далее идет обозначение и содержание легирующих добавок, в основном, хрома.
• Инструментальная нелегированная – обозначается буквой У и содержанием углерода в десятых долях процента.
• Быстрорежущая – обозначается буквой Р и символами легирующих компонентов.
• Нелегированная конструкционная сталь имеет в обозначении символы Сп и число, показывающее содержание углерода в десятых или сотых долях процента.

Классификация стали по назначению

Остальные разновидности, в том числе и инструментальные марки из легированных сталей, не имеют специальных обозначений, кроме химического состава, поэтому расшифровку и назначение отдельных видов можно определить только по справочной литературе.

Классификация по структуре

Под структурой стали подразумевается внутреннее строение металла, которое может существенно меняться в зависимости от условий термообработки, механических воздействий. Форма и размер зерен зависят от состава и соотношения легирующих добавок, технологии производства.

Основу зерен стали составляет кристаллическая решетка железа, в которую включены атомы примесей – углерода, металлов. Углерод может образовывать твердые растворы в кристаллической решетке, а может создавать с железом химические соединения, карбиды.

Добавки металлов существуют в виде растворов, и многие из них влияют на состояние раствора углерода.

Структура стали меняется при изменениях температуры. Эти изменения называются фазами. Каждая фаза существует в определенном температурном диапазоне, но легирующие добавки могут существенно смещать границы перехода одной фазы в другую.

Насчитывают такие основные фазы состояния металла:

• Аустенит. Атомы углерода находятся внутри кристаллической решетки железа. Данная фаза существует в диапазоне 1400-700 °С. При наличии в составе от 8 до 10% никеля, аустенитная фаза может сохраняться и при комнатной температуре.
• Феррит. Твердый раствор углерода в железе.
• Мартенсит. Пересыщенный раствор углерода. Данная фаза свойственна закаленной стали.
• Бейнит. Фаза образуется при быстром охлаждении аустенита до температуры 200-500 °С. Характеризуется смесью феррита и карбида железа.
• Перлит. Равновесная смесь феррита и карбида. Образуется при медленном охлаждении аустенита до температуры 727 °С.

Фазы строения металла характеризуют его физические свойства, в зависимости от которых определяется класс стали – конструкционная, литейная и так далее.

Классификация по качеству

Легированная и нелегированная сталь в пределах каждой марки отличается качеством, которое зависит от технологии производства и качества исходных материалов.

На качество стали особо влияют примеси, которые остаются в ней при восстановлении железа из рудных концентратов. В основном негативно влияют на качество стали фосфор и сера. По их содержанию классифицируют стали обыкновенного качества и высококачественную, в конце обозначения которой присутствует буква А. Содержание фосфора в высококачественной стали не превышает 0,025 %.

Классификация по способу раскисления

При выплавке стали в ней остается некоторое количество кислорода в составе окислов железа. Для снижения количества кислорода и восстановления железа из окислов применяется реакция раскисления, при которой в расплавленный металл добавляют соединения, более активные по взаимодействию с кислородом, чем железо. Во время реакции высвободившийся кислород также реагирует с углеродом, в результате чего образуется углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков.

В зависимости от количества раскислителей и продолжительности процесса можно выделить три вида итогового сплава:

• Кипящая сталь. В результате минимального использования присадок и времени реакции увеличен выход готовой продукции, которая, при этом отличается низким качеством;
• Спокойная сталь. Металл, в котором полностью прошли процессы раскисления. Отличается высоким качеством, но дорога в производстве в связи с высокой стоимостью реагентов и сниженным выходом продукта;
• Полуспокойная сталь. Промежуточный вариант с оптимальным сочетанием качества и стоимости.

При изготовлении ассортимента марок стали из металла разной степени раскисления применяется специальная маркировка материалов, соответственно символами «сп», «кп» и «пс».

Маркировка сталей по российским стандартам

Маркировка сталей по российским стандартам позволяет определить состав металла и, частично, принадлежность к определенному виду.

При наличии углерода в стали более 1 %, его количество в маркировке не указывается. Марка стали включает буквенные обозначения легирующих добавок с указанием их количества в десятых и сотых долях процента, но если содержание компонента менее 1,5 %, то в маркировке присутствует только буквенное обозначение.

Кроме химического состава, маркировка содержит символы, характеризующие назначение стали, степень ее качества.

Маркировка сталей по американской и европейской системам

Маркировка сталей отечественного производства и на постсоветском пространстве позволяет приблизительно определить состав, назначение и характеристики, не прибегая к справочной литературе. В американских и европейских стандартах такая расшифровка, по большей части, отсутствует. Это связано с большим количеством организаций, занимающихся стандартизацией металлопродукции.

По большей части обозначение стали по американским и европейским стандартам не содержит указаний на химический состав. Виды стали по назначению характеризуются буквенным или цифровым кодом, который можно расшифровать при помощи справочной литературы.

Только в европейском стандарте EN10027 существует вариант маркировки сплавов по химическому составу, который имеет близкое сходство с отечественными обозначениями.

Обозначения легирующих элементов

Для того чтобы по маркировке стали узнать качественный и количественный состав, для легирующих элементов используют буквенные обозначения. В основном, русские буквы соответствуют названиям элементов, хотя встречаются исключения, поскольку есть элементы, которые начинаются с одинаковых букв. Таблица легирующих элементов выглядит следующим образом.

Обозначение легирующих элементов в сталях

В	Вольфрам	Б	Ниобий
К	Кобальт	Е	Селен
М	Молибден	Р	Бор
Н	Никель	Ф	Ванадий
Т	Титан	Ц	Цирконий
Х	Хром	Ю	Алюминий
Г	Марганец	А	Азот
Д	Медь	С	Кремний

Как видно из таблицы, в ней присутствуют два неметалла – кремний и азот, а углерода нет. Наличие углерода подразумевается в составе любой стали, поэтому в обозначении указывается лишь его содержание

Цветовая маркировка

Цветовая маркировка сталей применяется для обозначения проката. Это удобно при хранении материалов на складах, транспортировке. Обозначение сталей производится метками в виде точек или полос, выполненных несмываемой краской. Цвет обозначений выбирается из таблицы согласно назначениям стали. При этом группа стали и степень ее раскисления не учитываются.

Пример цветовой маркировки стали

Примеры расшифровки маркировки

Для того чтобы расшифровка была понятнее, следует привести некоторые, наиболее яркие примеры маркировки. На основании примеров, определение марки стали в сравнении с уже известными, будет являться несложной задачей. Вот некоторые виды стали с расшифровкой условных обозначений:

• 30ХГСА – расшифровка марки стали говорит о том, что в сплаве содержится 0,3 % углерода, о чем свидетельствует цифра в начале обозначения. Сталь содержит хром (Х), марганец (Г), кремний (С), но их содержание менее 1,5 %. Символ «А» в конце обозначения говорит о том, что сталь высококачественная.
• У8ГА – инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8 %. Высококачественная с добавлением марганца.
• Р6М5Ф2К8 – быстрорежущая сталь. Содержит 5 % молибдена, 2 % ванадия, 8 % кобальта. Хром содержится во всех быстрорежущих сталях в количестве около 4 %, поэтому в обозначение не входит. Вольфрам также всегда присутствует, но его содержание может изменяться, поэтому в данной марке его количество составляет 6 %.
• Ст3сп5 – сталь конструкционная нелегированная, полностью раскисленная – спокойная, 5-й категории, то есть может применяться для изготовления несущих сварных конструкций.
• ХВГ – сталь ХВГ имеет в составе хром, вольфрам и марганец в количестве около 1 % и дополнительные легирующие элементы, но их содержание меньше 0,5 %.

Источник