Где узнать разновидности стали: марочник в помощь металлургам

Сталь является одним из важнейших конструкционных материалов, который активно используется в промышленности, строительстве, на транспорте и в быту. Знание особенностей различных марок стали позволяет правильно подобрать материал для конкретного случая применения. Давайте разберемся в многообразии сталей и сплавов, их свойствах и областях использования.

Классификация и маркировка сталей

Существует несколько систем классификации и маркировки сталей.

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. Углеродистые содержат не более 2,14% углерода, остальные элементы присутствуют в виде примесей. Легированные стали дополнительно содержат различные легирующие элементы.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные, нержавеющие и специальные.

Конструкционные стали используются в машиностроении, строительстве, на транспорте для изготовления деталей, узлов и конструкций.

Инструментальные стали применяются для изготовления режущего и штампового инструмента, прокатных валков.

Нержавеющие стали устойчивы к коррозии за счет легирования хромом, никелем или другими элементами.

Специальными называют стали со специфическим комплексом свойств (жаропрочные, износостойкие, для работы при низких температурах и др.).

Системы легирования и классификации

Для удобства классификации стали подразделяют на классы и группы в зависимости от химического состава и свойств:

• Углеродистые стали обыкновенного качества
• Углеродистые качественные стали
• Легированные конструкционные стали
• Инструментальные стали
• Стали со специальными свойствами

Широко используется классификация сталей по стандартам AISI, DIN и другим.

Расшифровка марок стали

Марка стали обычно состоит из букв и цифр, несущих определенную информацию о ее составе и свойствах. Рассмотрим для примера марку 20Х13:

• Первая цифра (2) - среднее содержание углерода в сотых долях процента
• Вторая цифра (0) - последняя цифра года утверждения марки
• Буква Х - легированная хромом сталь
• Цифра 13 - среднее содержание хрома в процентах

Таким образом, сталь 20Х13 содержит 0,20% углерода и 13% хрома.

Марки углеродистых и легированных сталей

Наиболее распространены следующие марки:

Полный перечень марок стали можно найти в специальном справочнике - марочнике сталей и сплавов. Там же приводятся подробные характеристики каждой марки.

Конструкционные и инструментальные стали

Конструкционные стали по химическому составу подразделяют на углеродистые и легированные. К конструкционным относят также низколегированные, высокопрочные, нержавеющие стали.

Инструментальные стали должны обладать высокой износостойкостью, твердостью, прочностью. К ним относятся углеродистые и легированные инструментальные, штамповые, быстрорежущие стали.

Стали с особыми свойствами

К сталям со специальными свойствами относятся:

• Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали
• Жаростойкие и жаропрочные
• Износостойкие
• Криогенные стали для работы при низких температурах

Они находят применение в агрессивных средах, при высоких температурах, в условиях интенсивного износа и т.д.

Химический состав и легирующие элементы

Химический состав определяет структуру и свойства стали. Рассмотрим влияние отдельных элементов.

Влияние углерода и примесей

Основным элементом в стали является железо. Оно образует твердые растворы с углеродом и легирующими элементами.

Углерод оказывает основное влияние на механические свойства стали. С повышением содержания углерода прочность стали растет, пластичность снижается.

Марочник сталей и сплавов содержит данные о допустимом содержании примесей в различных марках стали. Их наличие может ухудшать эксплуатационные свойства.

Роль легирующих элементов

Легирующие элементы (Cr, Ni, Mn, Si) вводят в сталь для придания нужных свойств. Например, хром улучшает коррозионную стойкость, никель - пластичность при отрицательных температурах.

Никель, хром, марганец и другие

Рассмотрим подробнее влияние некоторых легирующих элементов.

Никель повышает прочность, пластичность, ударную вязкость сталей. Улучшает свариваемость и обрабатываемость давлением.

Хром обеспечивает высокую коррозионную стойкость, твердость и износостойкость стали. Увеличивает ее прочность.

Марганец используется для раскисления, повышения прочности и износостойкости стали.

Микролегирование

Добавки таких элементов, как титан, ниобий, ванадий, бор в количестве долей процента, называют микролегированием. Оно обеспечивает высокую прочность стали при минимуме легирующих элементов.

Влияние на свойства сталей

Комплекс легирующих элементов в определенных концентрациях придает стали нужный набор физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств.

Например, для изготовления высоконагруженных деталей машин применяют легированные конструкционные стали, сочетающие прочность, пластичность, вязкость и свариваемость.

Механические и технологические свойства

Механические свойства определяют работоспособность деталей из стали, технологические - возможности их изготовления.

К основным прочностным характеристикам сталей относятся:

• Предел прочности - максимальное напряжение, которое выдерживает материал
• Предел текучести - напряжение, выше которого материал начинает необратимо деформироваться
• Относительное удлинение - характеризует пластичность

Эти показатели важны при расчете на прочность ответственных деталей и конструкций.

Твердость - способность материала сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Высокая твердость нужна для деталей, работающих на износ.

Пластичность - способность стали изменять форму и размеры под нагрузкой. Вязкость - сопротивление хрупкому разрушению. Эти свойства важны для сварных конструкций, чтобы избежать образования трещин.

Теплостойкость и коррозионная стойкость

Теплостойкость определяет работоспособность стали при высоких температурах. Коррозионная стойкость нужна для эксплуатации в агрессивных средах.

Для этого используют легированные хромом, никелем коррозионно-стойкие и жаропрочные стали.

Технологичность обработки

Технологичность стали характеризует ее пригодность для обработки давлением, резанием, сварки. Это комплекс показателей, зависящих от структуры и свойств.

Например, для холодной штамповки применяют пластичные низкоуглеродистые стали, для токарной обработки - стали, дающие сдираемую стружку.