Хим состав сталей и их расшифровка

Сталь – сплав железа и углерода, содержание которого не превышает 2,14%. Обладает высокой ковкостью и прокатываемостью, чем обусловлено его широкое применение в промышленности, машиностроении и в других отраслях.

Хим состав сталей и их расшифровка

В металлургическом производстве, где прокат отличается не только профилем, но и марками стали, маркировка каждой штуки прокатанных изделий давно стала непременным правилом. Расшифровка сталей дает возможность сразу сделать вывод о применимости данного металла для той или иной технологической операции или для конкретного изделия вообще.

Хим состав сталей и их расшифровка

Маркировка наносится на торец каждой единицы профилей методом "горячего клейма" в потоке производства так называемыми клеймовочными машинами. Маркировка содержит: марку стали, номер плавки, клеймо производителя. Кроме того, каждая заготовка маркируется несмываемой краской в комбинации цветов по группам сталей на остывших заготовках. По соглашению сторон, цветовая маркировка может наноситься на отдельные профили в пакете в количестве 1-3 штук на пакет. Пакет – связка профилей общим весом 6-10 тонн, упакованная обвязкой из катаной проволоки диаметром 6 мм в 6-8 ниток.

Хим состав сталей и их расшифровка

Стали легированные

Таблица расшифровки сталей по составу представлена ниже.

Хим. элементНаименованиеОбозначениеХим. элементНаименованиеХCrХромАNАзотСSiКремнийНNiНикельТTiТитанКCoКобальтДCuМедьМMoМолибденВWoВольфрамБNbНиобийГMnМарганецЕSeСеленФWВанадийЦZrЦирконийРBБорЮAlАлюминий

Если в названии имеется буква "Ч", значит в состав легирующих элементов входят редкоземельные элементы – ниобий, лантан, церий.

Церий (Ce) – оказывает влияние на прочностные характеристики и пластичность.

Лантан (La) и неодим (Ne) – снижают содержание серы и уменьшают пористость металла, приводят к уменьшению зернистости.

Расшифровка сталей: примеры

Для примера расшифровки рассмотрим распространенную марку стали 12Х18Н10Т.

Цифра "12" в начале названия марки – показатель содержания углерода в этой стали, он не превышает 0,12%. Далее идет обозначение "Х18" – следовательно, в стали имеется элемент хром в количестве 18%. Аббревиатура "Н10" говорит о присутствии никеля в объеме 10%. Буква "Т" свидетельствует наличие титана, отсутствие цифрового выражения означает, что его там менее 1,5%. Очевидно, что квалифицированная расшифровка сталей по составу сразу дает понятие о ее качественных характеристиках.

Если сравнивать обозначения легированных и углеродистых сталей, это становится заметным отличием, свидетельствующим об особенных свойствах металла, обусловленных специально введенными легирующими добавками. Расшифровка сталей и сплавов указывает на их химический состав. Основными легирующими добавками являются:

  • никель (Ni) – снижает химическую активность и улучшает прокаливаемость металла;
  • хром (Cr) – повышает предел прочности и предел текучести сплавов;
  • ниобий (Nb) – повышает кислотостойкость и устойчивость к коррозии сварных соединений;
  • кобальт (Co) – повышает жаропрочность и ударную вязкость.

Хим состав сталей и их расшифровка

Легирование – механизм воздействия легирующих элементов

Сложна расшифровка сталей. Материаловедение комплексно изучает этот предмет.

Содержание легирующих добавок в стали может меняться в широких пределах, в зависимости от того, какие свойства нужно придать металлу. Так, никель и хром могут присутствовать в стали в количестве до 1%, в некоторых случаях и более. Молибден, ванадий, титан и ниобий – 0,1-0,5%, марганец и кремний – от 1% и более.

Воздействие легирующих добавок в любом случае связано с искажением кристаллической решетки железа, внедрением в нее чужеродных атомов другого размера.

Как облегчается расшифровка сталей (материаловедение)? Таблица дает полезную информацию.

ЭлементОбозначениеХим. знакВлияние элемента на свойства металлов и сплавов
НикельНNi

Корозионную устойчивость никель придает сплавам через усиление связей между узлами кристаллической решетки. Усиленная прокаливаемость таких сплавов определяет устойчивость свойств в течение длительного времени.

ХромХCrУлучшение механических свойств – повышение пределов прочности и текучести – обусловлено нарастанием плотности кристаллической решеткиАлюминийЮAlПодается в струю металла при разливке для раскисления, большая часть остается в шлаке, но часть атомов переходит в металл и настолько сильно искажает кристаллическую решетку, что это приводит к многократному повышению прочностных характеристик.ТитанТTiПрименяется для повышения жаропрочности и кислотоустойчивости сплавов.

Положительные стороны легирования

Особенности свойств наиболее явно проявляется после термообработки, в связи с этим все детали из такой стали подвергаются обработке перед применением.

  1. Улучшенные легированием стали и сплавы имеют более высокие механические свойства по сравнению с конструкционными.
  2. Легирующие добавки способствуют стабилизации аустенита, улучшая показатель прокаливаемости сталей.
  3. Из-за снижения степени распада аустенита снижается образование закалочных трещин и коробление деталей.
  4. Повышается ударная вязкость, что приводит к снижению хладоломкости, и детали из легированных сталей имеют более высокую долговечность.

Отрицательные стороны

Наряду с положительными сторонами легирование сталей имеет и ряд характерных недостатков. К ним можно причислить следующие:

  1. В изделиях из легированных сталей наблюдается обратимая отпускная хрупкость второго рода.
  2. Сплавы класса высоколегированных включают остаточный аустенит, снижающий показатель твердости и сопротивляемости усталостным факторам.
  3. Склонность к образованию дендритных ликваций, что приводит к возникновению строчечных структур после прокатки или ковки. Для устранения эффекта применяется диффузионный отпуск.
  4. Такие стали склонны к образованию флокенов.
Читать также:  Как правильно устанавливать резцы на токарный станок

Хим состав сталей и их расшифровка

Классификация сталей

Как осуществляется расшифровка стали по составу? Материалы, имеющие в своем составе менее 2,5% легирующих добавок, классифицируются как низколегированные, с количеством от 2,5 до 10% считаются легированными, более 10% – высоколегированными.

Содержанием углерода в составе сталей обусловлено разделение их на:

  • высокоуглеродистые;
  • среднеуглеродистые;
  • низкоуглеродистые.

Химический состав определяет разделение сталей на:

Чугуны

Чугун – сплав железа и углерода с содержанием последнего выше 2,15%. Разделяется на нелегированный и легированный с содержанием марганца, хрома, никеля и других легирующих добавок.

Различия в структуре разделяют чугун на два вида: белый (имеет излом серебристо-белого цвета) и серый (излом характерного серого цвета) Форма углерода в белом чугуне – цементит. В сером – графит.

Серый чугун разделяется на несколько разновидностей:

  • ковкий;
  • жаропрочный;
  • высокопрочный;
  • жаростойкий;
  • антифрикционный;
  • коррозионностойкий.

Хим состав сталей и их расшифровка

Обозначение марок чугуна

Различные марки чугуна предназначены для использования в различных целях. Основными из них являются следующие:

  1. Передельные чугуны. Обозначаются как "П1", "П2" и предназначаются для переплавки при производстве стали; чугун с обозначениями "ПЛ" применяются в литейном производстве для изготовления отливок; передельный с повышенным содержанием фосфора, обозначается буквами "ПФ"; передельный высокого качества обозначается аббревиатурой "ПВК".
  2. Чугун, в котором графит находится в пластинчатом виде – "СЧ".
  3. Антифрикционные чугуны: серый – "АЧС"; высокой прочности – "АЧВ"; ковкий – "АЧК".
  4. Чугун с шаровидным графитом, применяемый в литейном производстве, – "ВЧ".
  5. Чугун с легирующими добавками, наделенный специальными свойствами, – "Ч". Легирующие элементы обозначены буквами так же, как для стали. Обозначение буквой "Ш" в конце названия марки чугуна гворит о шарообразном состоянии графита в такой марке.
  6. Чугун ковкий – "КЧ".

Хим состав сталей и их расшифровка

Расшифровка сталей и чугунов

Для чугунов, называемых серыми, характерной формой графита является пластинчатая. Они маркируются буквами СЧ, цифры после буквенного обозначения говорят о минимальном значении величины предела прочности при растяжении.

Пример 1: ЧС20 – чугун серый, имеет предел прочности при растяжении до 200МПа. Для серых чугунов характерны высокие литейные свойства. Он хорошо подвергается обработке резанием, обладает антифрикционными характеристиками. Изделия из серого чугуна способны хорошо гасить вибрации.

В то же время они недостаточно устойчивы к растягивающим нагрузкам, не имеют ударной стойкости.

Пример 2: ВЧ50 – чугун высокой стойкости с сопротивлением при растяжении до 500МПа. Обладая структурой в виде шаровидного графита, он имеет прочностные характеристики более высокие по сравнению с серыми чугунами. Они обладают некой пластичностью и более высокой ударной вязкостью. Наряду с серыми, высокопрочным чугунам свойственны хорошие литейные характеристики, антифрикционные и демпфирующие свойства.

Эти чугуны применяются при производстве тяжелых деталей, таких как станины прессового оборудования или прокатные валки, коленвалы ДВС и прочее.

Пример 3: КЧ35-10 – чугун ковкий, обладающий пределом прочности до 350 МПа и допускающий относительное удлинение до 10%.

Чугуны ковкие, в сравнении с серыми, обладают большей прочностью и пластичностью. Их применяют для производства тонкостенных деталей, испытывающих ударные и вибрационные нагрузки: ступицы, фланцы, картеры двигателей и станков, вилки карданных валов и так далее.

Заключение

Широта применения металлов в промышленности требует способности быстро ориентироваться в свойствах и возможностях изделий. Такие показатели, как упругость, свариваемость, изнашиваемость, встречаются едва ли не ежедневно в той или иной форме.

В течение долгих десятилетий объемы производства чугуна и стали на душу населения были одними из важнейших факторов оценки успешности государства. От металлургии зависела, и сейчас зависит, успешная работа машиностроения, автомобилестроения и многих других отраслей народного хозяйства. От наличия большого количества качественного металла зависит состояние нашего единственного верного союзника – армии и флота. Металл служит нам на воде, под водой и в воздухе.

Хим состав сталей и их расшифровкаСплав железа с углеродом, где содержание углерода находится в пределах от 0,1% до 2,14%, называется сталью. Стоит добавить, что содержание железа должно составлять не менее 45%.

Для придания нужных свойств при выплавке производят легирование, то есть добавляют в расплав дополнительные присадки, содержащие легирующие элементы. Таким образом получают сплавы с заданными свойствами. Все марки стали соответствуют строго определённым техническим стандартам (ГОСТ). По их написанию можно узнать количество каждого из элементов в составе сплава, а также вредных примесей (все прописано в соответствующем ГОСТ).

Классификация сплавов

По содержанию углерода и добавок (легирующих) стали делятся:

  • Хим состав сталей и их расшифровкаНизколегированные (содержат легирующих до 4%).
  • Среднелегированные (до 11%).
  • Высоколегированные (свыше 11%).
  • При содержании углерода больше 0,6% стали относятся к высокоуглеродистым.
  • Среднеуглеродистые имеют до 0,55% углерода в своём составе.
  • Низкоуглеродистые — не более 0,25%.

Информация в маркировке

Способ раскисления металла можно увидеть в названии марки. Обозначается так:

  • СП (спокойная), кислород удалён;
  • ПСП (полуспокойная);
  • КП (кипящая) не раскисленная, кислород не удалён.

Если эти обозначения отсутствуют, то сталь принято относить к спокойной (Ст3сп и Ст3 — одно и то же). Стали обычного качества, не легированные, обозначаются «Ст» и цифра, означающая его верхний предел по углероду (в 0,1%).

Читать также:  Плотность нержавеющей стали 12х18н10т

Способы переплавки металла

Способы переплавки различают в зависимости от сталеплавильных печей, в которых плавят металл:

  • мартеновский;
  • кислородно-конверторный;
  • электротермический.

Электрические же могут быть плазменными, дуговыми, шлаковыми и другими. Эти названия указывают, в каких сталеплавильных агрегатах (печах) проводилась выплавка металла. Способ переплава обычно показывается в конце всей марки через дефис. Например, по названию 12Х18Н10Т-ВД видно, что сплав содержит хром (Х), титан (Т) и никель (Н), вакуумно-дугового переплава (-ВД). Соответственно, 12Х18Н10Т-Ш означает шлаковый переплав.

Обозначение некоторых способов выплавки:

  • Хим состав сталей и их расшифровкашлаковый «-Ш»;
  • дуговой «-Д»;
  • вакуумно-дуговой «-ВД»;
  • плазменный «-ПТ»;
  • плазменно-дуговой «-П»;
  • электронно-лучевой «-ЭЛ»;
  • плазменно-лучевой «-ПЛ»;
  • вакуумирование «-В».

Знаки качества

Если в конце наименования марки стоит «А» (например, 50ХФА), это значит, что сталь высококачественная с содержанием фосфора и серы менее 0,025%. Стали обычного качества содержат этих примесей до 0,07%, качественные — до 0,035%. Для особовысококачественных сталей принято ставить «Ш» в конце марки.

Место, где буква расположена в марке, имеет значение. Стоящая перед всеми знаками «А» — это сера, а в середине марки показывает азот.

Отражение химического состава

Хим состав сталей и их расшифровкаНа каком бы заводе ни был выплавлен металл, он имеет строго регламентированный состав, переплав, соответственно, будет иметь определённые именно этой марке присущие свойства. В зависимости от промышленного использования стали делятся на конструкционные, конструкционные, стали и сплавы со специальными свойствами.

Для маркировки сталей принято использовать обозначение состава буквами русского алфавита и цифрами.

Расшифровка букв

Если посмотреть нижеприведенную таблицу с разъяснениями, какая буква соответствует каждому элементу, станет понятно, что ХНМ означает, что сплав содержит хром, никель и молибден.

ЭлементСимвол в маркировкеХимический знак
АзотАN
АлюминийЮAl
БорРB
ВанадийФW
ВольфрамВWo
КобальтКCo
КремнийСSi
МарганецГMn
МедьДCu
МолибденМMo
НикельНNi
НиобийБNb
СеленЕSe
ТитанТTi
ХромХCr
ЦирконийЦZr

Цифры и их отсутствие

В маркировке могут присутствовать цифры. Для расшифровки сталей надо знать, что они показывают. Расположенные после значка, они означают массовую долю данного вещества в составе сплава.

Первое число показывает процент углерода. Например, расшифровка марки 40Х13: нержавеющая сталь содержит 0,40% углерода и 13% хрома. При этом если доля углерода показана числом из двух цифр, его содержание выражено в сотых долях процента, а одной — в десятых долях. Цифра после значка легирующего элемента показывает его процент. Содержание элементов 1,0-1,5% — по умолчанию при отсутствии цифры. Пример: 5ХНМ — 0,5% углерода, 0,1% никеля и молибдена.

Что можно узнать из марки

Хим состав сталей и их расшифровкаДля марки стали 30ХГСА расшифровка такая: высококачественная (это показывает «А» в конце марки), содержит 0,3% углерода (что соответствует первым цифрам), хром, марганец и кремний — по 1%. Проверим, соответствует ли ответ стандарту ГОСТ 4543–71 для конструкционных сталей.

Легко узнать все о металле из государственных стандартов. Марки сталей с расшифровкой в таблице покажут их полный состав. В преамбуле указаны области применения и другая полезная информация.

Видно, что для каждой марки стали таблица с разъяснениями предельного содержания того или иного элемента поможет прочесть маркировку. В нашем случае углерод в интервале 0,28-0,34; кремний 0,9-1,2; марганец 0,8-1,1; хром 0,8-1,1.

Случается, что нужен металл похожей марки. В таком случае проводят сравнительный анализ марок сталей с расшифровкой по таблице. Например, имеется плавка стали 30ХГСА с такими параметрами: C=0,28; Si=1,0; Mn=0,9; Cr=1,1. Можно ли маркировать металл 25ХГСА, если есть необходимость? Понятно, что содержание вредных примесей соответствует норме. Ответ однозначный: да, химический состав полностью соответствует данной марке. Таким образом, одна и та же плавка удовлетворяет условиям двух разных марок.

Специальные знаки

Дополнительные буквы принято использовать в некоторых сталях специального назначения.

Перечислим некоторые из них:

  • Хим состав сталей и их расшифровкаНелегированные углеродистые инструментальные (У7, У8, У10А, У8ГА) содержат число после буквы «У», оно означает десятую долю процента углерода.
  • Подшипниковые сразу видно, они начинаются с «Ш»: ШХ15, ШХ15СГ.
  • Стали с улучшенными литейными свойствами обозначаются «Л» в конце: 40ХЛ.
  • Металл для сосудов высокого давления содержит «К», которая показывает, сколько углерода в составе (20К).
  • Маркировка строительных сталей начинается с «С» и может использовать дополнительно «К» — повышенная устойчивость к коррозии, «Т» — термоустойчивый прокат (С390К).
  • С «Р» начинаются быстрорежущие вольфрамсодержащие марки: Р9К5, Р18. Цифра после «Р» показывает содержание вольфрама. Если ванадия в них больше 2,5%, то его содержание указывается: Р6М5Ф3 (3%). Хром и углерод имеют стандартные значения, поэтому не показываются.
  • Стоит упомянуть стали, идущие на наплавочную проволоку. Их обозначают в начале марки значком «НП», например, НП30ХГСА.

Можно сказать, что при возникновении любых спорных вопросов по маркировке ответ можно узнать из соответствующего ГОСТ или ТУ.

Как происходит маркировка на практике

Хим состав сталей и их расшифровкаПрежде чем выплавить плавку металла какой-либо марки, производится расчёт шихтовых материалов. Затем нужный состав засыпают в печь, варят и разливают. По ковшевой пробе в соответствии с таблицами ГОСТ или ТУ сверяют все нужные элементы. Проверяют вредные примеси (они попадают в расплав с шихтой и от футеровки). Если все составляющие попали в норму, то плавку маркируют, как и предполагалось.

Читать также:  Фара на снегоуборщик своими руками

Бывает и такое, что в нормативы по химическому составу не укладываются. Тогда металл маркируют другой маркой. Заказчик должен быть уверен, что он получит именно ту продукцию, которую заказал. От этого зависит качество изделий. Заводская система технического контроля завода строго следит за этим.

Сталь

Все известные в природе металлы относят к двум группам — черные и цветные металлы. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун). Кроме того, к черным металлам относят марганец — металл серебристо-белого цвета; но в металлургии и в бытовом сленге этот элемент в перечне черных металлов упоминается редко.
Хим состав сталей и их расшифровкаВсе прочие металлы и сплавы, не содержание железо или содержащие его в небольшом количестве, относят к цветным металлам.

Такая классификация обусловлена рядом причин, в первую очередь, химико-механическими свойствами железосодержащих металлов и сплавов, обладающих низкой коррозийной стойкостью (кроме некоторых сталей со специфическими добавками) и магнетизмом. Черные металлы привлекают машиностроителей хорошей податливостью к обработке, механической прочностью, а также низкой ценой.
Цветные металлы обладают рядом уникальных свойств — высокой электропроводностью, устойчивостью к коррозии, небольшим удельным весом при высокой прочности, а в некоторых случаях и высокими эстетико-ювелирными качествами. Как правило, цветные металлы являются более дорогостоящими из-за их относительной редкости в природе, а также сложности выделения из породы.
Цветные металлы, чаще всего, классифицируют на легкие, тяжелые и благородные металлы.

Итак, основой черных металлов является железо . Однако в чистом виде этот металл в природе практически не встречается из-за относительно низкой коррозийной стойкости, поэтому железо в чистом виде в машиностроении не применяется, а используются сплавы, основу которых составляют соединения железа с углеродом — стали и чугуны.
Сталями называют многокомпонентные сплавы с содержанием углерода до 2,14 %.
Чугун – сплав железа с углеродом при содержании углерода более 2,14 %.

Стали и чугуны очень широко используются в машиностроении. При этом незначительные добавки цветных металлов или неметаллических элементов в стальные или чугунные сплавы позволяют существенно изменять их химико-механические свойства в зависимости от потребностей машиностроителей, незначительно влияя, при этом, на стоимость полученного сплава.

Свойства, классификация и маркировка сталей

В основу классификации сталей заложены их химический состав, структура, назначение, технологическая обрабатываемость, качество.
В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).
По структуре — доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные, феррито-перлитная, аустенитная, мартенситная.
По назначению — конструкционные, машиностроительные и инструментальные.

Углеродистые стали, в зависимости от содержания в них углерода, могут быть:

  • малоуглеродистыми , содержащими углерода менее 0,25%;
  • среднеуглеродистыми , содержание углерода составляет 0,25…0,60%;
  • высокоуглеродистыми , в которых концентрация углерода превышает 0,60%.

Легированные стали подразделяют на:

  • низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%;
  • среднелегированные , в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
  • высоколегированные , которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Хим состав сталей и их расшифровка

Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

Стали с особыми физическими свойствами: с определенными магнитными характеристиками (электротехническая сталь) или с малым коэффициентом линейного расширения (суперинвар).

Стали с особыми химическими свойствами: нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные стали.

Качество стали зависит от содержания вредных примесей: серы и фосфора. Стали обыкновенного качества, содержат до 0.06% серы и до 0,07% фосфора; качественные – до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно; высококачественные – до 0,025% серы и фосфора; особо высококачественные – до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

По степени удаления кислорода из стали, т. е. по степени её раскисления, существуют:

  • спокойные стали , т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «СП» в конце марки (иногда буквы опускаются);
  • кипящие стали – слабо раскисленные; маркируются буквами «КП»;
  • полуспокойные стали , занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «ПС».

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

  • сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
  • сталь группы Б – по химическому составу;
  • сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Конструкционные стали

Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества обозначают по ГОСТ 380-94 буквами «Ст» и условным номером марки (от до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали.
Например:

Ст1КП2 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 1, кипящая второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

ВСт5Г – углеродистая сталь с повышенным содержанием марганца, спокойная, номер марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

БСт0 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки , группы Б, первой категории.

Таблица 1. Содержание углерода в стали:

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *