Детализация и систематизация марок сталей

После изобретения новых методов выплавки стали и усовершенствования способов химического анализа металлурги разработали сотни марок сталей, порой отличающихся между собой незначительно, а порой радикально. Без системы классификации сталей сложно найти требуемый сплав с нужными свойствами. Классифицируют их по-разному, системы стандартизации тоже различаются в разных странах, часто между сталями есть полная аналогия, только маркировка отличается. Но случается и так, что сталь уникальна во всех отношениях выпускается только одной компанией, или только в одной стране. Попробуем разобраться, как найти сплав по маркировке, группе или описанию.

Разделение сталей по химическому составу

Сплав может быть разделен по химическому составу на несколько основных типов в зависимости от содержания легирующих элементов. Некоторые из них:

1. Углеродистые стали:
   • Низкоуглеродистые стали (до 0,3% углерода)
   • Среднеуглеродистые стали (0,3% - 0,6% углерода)
   • Высокоуглеродистые стали (более 0,6% углерода)
2. Легированные стали:
   • с добавлением хрома (добавление хрома повышает коррозионную стойкость и твердость)
   • с добавлением никеля (повышает прочность и устойчивость к низким температурам)
   • с добавлением молибдена (улучшает устойчивость к теплу и химическим воздействиям)
   • с добавлением ванадия (улучшает прочность и твердость)

Углеродистые стали

Углеродистые стали представляют собой наиболее распространенный тип сталей, содержащих углерод как основной легирующий элемент. Они могут быть разделены на несколько подтипов в зависимости от содержания углерода и их применения. Вот несколько примеров марок углеродистых сталей по стандартам ГОСТ и DIN (немецкий индустриальный стандарт):

Примеры марок по ГОСТ:

1. 10 (ГОСТ 1050-88). Низкоуглеродистая (0,08-0,14% углерода), применяется для ковки и литья.
2. 20 (ГОСТ 1050-88). Низкоуглеродистая (0,17-0,24% углерода), используется для изготовления крепежных деталей, болтов и шпилек.
3. 45 (ГОСТ 1050-88). Среднеуглеродистая (0,42-0,50% углерода), подходит для производства валов, зубчатых колес и других деталей, требующих повышенной прочности.

Примеры марок по DIN:

1. C15 (DIN EN 10083-2). Низкоуглеродистая (примерно 0,15% углерода), используется для изготовления общих деталей машин и механизмов.
2. C45 (DIN EN 10083-2). Среднеуглеродистая (примерно 0,45% углерода), применяется для изготовления шестерен, валов, рычагов и других деталей, работающих в условиях высоких нагрузок.

Эти марки сталей отличаются по содержанию углерода и, соответственно, по механическим свойствам, что определяет их применение в различных отраслях промышленности и производстве.

Легированные стали

Легированные стали представляют собой материалы, в которые добавлены различные легирующие элементы (такие как хром, никель, молибден, ванадий и другие) для улучшения их механических свойств. Общие свойства легированных сталей включают улучшенную прочность, твердость, устойчивость к коррозии, теплостойкость или способность к закалке и отпуску.

Примеры марок легированных сталей по стандартам ГОСТ и DIN:

Примеры марок по ГОСТ:

1. 40Х (ГОСТ 4543-71). Хромомарганцевая с содержанием хрома (1%) и марганца, применяется для изготовления деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок.
2. 30ХГСА (ГОСТ 4543-71). Хромомарганцевая с добавлением молибдена (0,4-0,6%), обеспечивает улучшенные механические свойства и устойчивость к коррозии.

Примеры марок по DIN:

1. 42CrMo4 (DIN EN 10083-3). Хромомолибденовая с содержанием хрома (0,9-1,2%) и молибдена (0,15-0,30%), обладает высокой прочностью и устойчивостью к ударным нагрузкам.
2. X5CrNi18-10 (DIN EN 10088-1). Нержавеющая хромоникелевая с содержанием хрома (18%) и никеля (10%), используется для производства деталей, работающих в агрессивных средах.

Эти марки легированных сталей демонстрируют разнообразие легирующих элементов и их влияние на свойства материала, что позволяет адаптировать сплав под конкретные условия эксплуатации и требования производства.

Разделение сталей по функциональному назначению

Если рассматривать стали в общем, то можно подумать, что в марочнике представлены совершенно разные вещества, настолько различны их свойства. Заслугой тому не только углерод, являющийся основным легирующим элементом, но другие элементы. Сверхмалая их доля, не превышающая сотых долей процента может кардинально изменить свойства. Чтобы не затруднять инженеров и конструкторов на поиск сплава по марке, все стали разделили на три базовых группы — конструкционные, инструментальные и специальные.

Конструкционные стали

Конструкционные стали предназначены для использования в строительстве и машиностроении, где требуется высокая прочность и устойчивость к механическим нагрузкам. Они часто имеют специальные свойства, такие как устойчивость к износу, хорошую свариваемость и способность к обработке. Общие свойства конструкционных сталей:

1. Конструкционные стали обеспечивают высокую прочность и устойчивость к разрывам и деформациям под нагрузкой.
2. Хорошая свариваемость позволяет легко соединять детали в единую конструкцию.
3. Хорошая обрабатываемость обеспечивает возможность формовки и обработки деталей при производстве.
4. Некоторые виды конструкционных сталей могут быть устойчивы к износу, что делает их подходящими для использования в условиях трения и абразивного износа.

Примеры марок по ГОСТ:

1. 20К (ГОСТ 1050-88). Низкоуглеродистая, применяется для изготовления строительных конструкций и элементов машин.
2. 09Г2С (ГОСТ 19281-89). Конструкционная углеродистая с добавлением марганца и кремния, используется для сварных конструкций и трубопроводов.

Примеры марок по DIN:

1. S355 (DIN EN 10025-2). Низколегированная конструкционная, используется для изготовления мостов, зданий и других строительных конструкций.
2. St52-3 (DIN 17100). Конструкционная углеродистая, подходит для производства строительных и машиностроительных деталей, работающих в условиях высоких нагрузок.

Эти марки конструкционных сталей иллюстрируют их разнообразие и специфические характеристики, что позволяет выбирать материалы в зависимости от требований конкретного проекта и условий эксплуатации.

Инструментальные стали

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущих и формообразующих инструментов, которые должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и термостойкостью. В зависимости от специфических требований к инструменту, используются различные марки. Основные характеристики и примеры марок инструментальных сталей:

Основные характеристики инструментальных сталей:

1. Высокая твердость, необходимая для долговечности режущих кромок и формообразующих поверхностей.
2. Способность сохранять острие и форму при работе с материалами, вызывающими износ.
3. Устойчивость к высоким температурам, что важно для инструментов, работающих при высоких скоростях резания.
4. Некоторые марки инструментальных сталей обладают высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, что важно для инструментов, испытывающих сильные удары.

Примеры марок инструментальных сталей:

• Р6М5 (ГОСТ 19265-73). Это высокоскоростная сталь, содержащая молибден (5%), что придает ей твердость и термостойкость. Применяется для изготовления режущих инструментов, таких как сверла, фрезы и инструменты для точения.
• Х12 (ГОСТ 5950-2000). Карбонитридная хромистая, содержит хром (12%) и обладает высокой твердостью и устойчивостью к износу. Используется для изготовления инструментов, работающих в условиях абразивного износа, например, для штампов и пресс-форм.
• HSS (High-Speed Steel). Высокоскоростные стали, такие как марка M2 (DIN 1.3343), M35 (DIN 1.3243), M42 (DIN 1.3247). Они обладают высокой твердостью и термостойкостью, используются для изготовления сверл, фрез и других инструментов, работающих при высоких скоростях.
• D2 (DIN 1.2379), хромомолибденовая с высокой твердостью и износостойкостью, применяется для изготовления пресс-форм, ножей для резки и других инструментов, требующих высокой твердости и устойчивости к износу.
• Carbide Tool Steel (Карбидные инструментальные стали). Например, марка Tungsten Carbide (вольфрамкарбидная сплав), используемая для изготовления твердосплавных инструментов, таких как резцы и фрезы, благодаря высокой твердости и износостойкости.

Эти примеры демонстрируют разнообразие инструментальных сталей и их специфические характеристики, которые определяют их применение в различных отраслях производства и обработки материалов.

Стали особого назначения

Сплав особого назначения характеризуют специализированные свойства, которые отличают от стандартных видов сталей. Они могут быть разработаны для конкретных условий эксплуатации, требующих уникальных комбинаций механических, термических или химических свойств. Вот две марки сталей особого назначения по стандартам ГОСТ и DIN:

Примеры марок по ГОСТ.

1. 35ХМ (ГОСТ 4543-71). Хромомолибденовая с повышенной прочностью и устойчивостью к тепловым и механическим нагрузкам. Применяется в производстве деталей для авиационной и космической промышленности.
2. ЭИ868 (ГОСТ 14162-79). Электротехническая с высокой электропроводностью и устойчивостью к высоким температурам. Используется для изготовления обмоток электромагнитов и других элементов электротехники.

Примеры марок по DIN:

1. X12CrNiMoV12-3 (DIN EN ISO 4957). Крепкая инструментальная сталь с добавлением хрома, молибдена и ванадия. Имеет высокую твердость и устойчивость к ударным нагрузкам. Используется в производстве высоконагруженных пресс-форм и прочих инструментов.
2. X5CrNi18-10 (DIN EN 10088-1). Нержавеющая хромоникелевая с хорошей коррозионной стойкостью и механическими свойствами. Применяется в пищевой и химической промышленности, а также для производства медицинских и фармацевтических изделий.

Эти марки сталей отличаются высокими техническими характеристиками, которые делают их идеальными для специфических задач и условий эксплуатации в различных отраслях промышленности.

Классификация сталей по методу раскисления

Кислород — один из главных врагов стали. Наличие его в застывшем сплаве резко ухудшает свойства. Поэтому приходится раскислять сплав еще в процессе производства.

Кипящие стали

Кипящая представляет собой низкоуглеродистую сталь, которая после выхода из печи находится в слабо раскисленном состоянии. В процессе застывания в изложницах происходит активное выделение пузырей оксида углерода (CO), что аналогично процессу кипения, откуда происходит название.

Отличия кипящей стали от других видов заключаются в следующем:

• Кипящая содержит больше кислорода по сравнению со спокойной и полуспокойной сталями, что приводит к большему количеству неметаллических включений и пористости.
• В отличие от спокойной и полуспокойной стали, кипящая не проходит полного раскисления.
• Производство кипящей стали дешевле, чем производство других видов.
• Кипящая обладает менее выраженными прочностными и пластичными характеристиками по сравнению со спокойной и полуспокойной сталями.

Применение кипящей стали:

• Из-за более низких характеристик кипящую используют в неответственных конструкциях, где не требуется высокая прочность и пластичность.
• Кипящая применяется для производства листов, штрипсов и труб.

Популярные марки — 10Г2ФБ, 10Г2ФБЮ. Буквы Б и Ю указывают на то, что сталь кипящая. Но в обозначениях других марок их может и не быть.

Спокойные стали

Спокойная представляет собой низкоуглеродистую сталь, которая при выходе из печи находится в полностью раскисленном состоянии.

Это предотвращает выделение газов в процессе застывания, позволяя ей застывать спокойно без "кипения". Отсюда происходит название. Отличия спокойной стали от других видов включают:

• содержит меньше кислорода по сравнению с кипящей и полуспокойной сталями, что способствует повышенным прочностным характеристикам.
• проходит полное раскисление с использованием специальных добавок, таких как ферросилиций и алюминий.
• производство спокойной стали обходится дороже, чем производство кипящей стали.
• обладает высокой прочностью и пластичностью по сравнению с кипящей и полуспокойной сталями.

Применение:

• Ответственные конструкции. Используется в таких отраслях как судостроение, машиностроение, авиастроение и энергетика, где требуется высокая надежность и прочность.
• Кованые изделия. Применяется для изготовления кованых изделий, таких как ворота, ограды, инструменты и декоративные элементы.

Маркировка:

• Обозначается символом СП (спокойная).

Примеры марок:

• Ст3сп — спокойная конструкционная, 3-го класса, обыкновенного качества.
• 09Г2С — спокойная низколегированная, с содержанием марганца (0,9%) и кремния (2%).

Спокойная сталь рекомендуется для использования в ответственных конструкциях, где необходимы высокие прочностные и пластичные характеристики.

Полуспокойные стали

Полуспокойные представляют собой вид низкоуглеродистой стали, которая при выходе из печи находится в не полностью раскисленном состоянии. Это приводит к небольшому выделению газов в процессе застывания в изложницах, однако это происходит менее активно по сравнению с кипящей.

Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной по своим характеристикам и стоимости.

Отличия полуспокойной стали от других видов:

• содержит больше кислорода, чем спокойная, но меньше, чем кипящая сплав.
• проходит неполное раскисление с использованием добавок, например, ферросилиция.
• дешевле спокойной, но дороже кипящей.
• по прочности и пластичности находится между кипящей и спокойной сталями.

Используется в таких областях, как строительство, сельскохозяйственное машиностроение, производство труб и в судостроении для неответственных элементов.

Обозначается символом ПС (полуспокойная).

Примеры марок:

• 08пс — полуспокойная низкоуглеродистая, с содержанием углерода до 0,08%.
• 15ГС — полуспокойная низколегированная, с содержанием марганца (1%) и кремния (1%).

Полуспокойная не рекомендуется для применения в ответственных конструкциях, где требуется высокая прочность и пластичность.

Систематизация сталей по уровню качества

Качественные, высококачественные и особо высококачественные сплавы отличаются по химическому составу, механическим свойствам, области применения и методам производства. Основные различия между ними:

1. Качественные стали:
• Это общее обозначение, которые соответствуют определенным требованиям по химическому составу и механическим свойствам.
• Используются в различных отраслях, включая строительство, производство автомобилей, машиностроение и другие.
• Могут иметь разные маркировки в зависимости от их характеристик и предназначения.
2. Высококачественные:
   • Это сплавы с повышенными механическими свойствами, часто требующие строгих условий производства и контроля качества.
   • Используются там, где необходимы высокие степени прочности, твердости или устойчивости к коррозии.
   • Примеры могут включать инструментальные стали, стали для изготовления подшипников и т.д.
3. Особо высококачественные стали:
   • Обладают экстремально высокими механическими свойствами и специальными характеристиками, такими как высокая температурная стойкость или устойчивость к агрессивным средам.
   • Применяются в высокотехнологичных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность, энергетика и медицинская техника.
   • Обозначаются специализированными маркировками или стандартами, которые указывают на их уникальные свойства.

• Качественные стали часто имеют общие марки, например, Ст3, Ст20 и т.д., где номер указывает на их класс или тип.
• Высококачественные стали могут иметь дополнительные обозначения, например, индексы или добавки к основной марке, указывающие на их специфические свойства (например, 40ХН2МА).
• Особо высококачественные стали часто имеют более сложные маркировки, включая специфические стандарты и названия, которые отражают их высокую специализацию и использование.

Каждая из этих категорий сталей предназначена для определенных технологических и функциональных требований, определяемых их свойствами и спецификациями.