Термін «марки сталі» знайомий практично кожній людині, адже вироби з різних сталей є практично в кожному будинку. Але для фахівців позначення марок сталі – не просто буквено-цифровий код. Професіоналам він дає розуміння про хімічний склад матеріалу, його фізико-механічні характеристики та можливе застосування. До речі, розібратися у маркуваннях, викриствуванних окремими групами стандартів, не так складно, як може здатися – просто необхідно зрозуміти принцип їх складання.
Нагадаємо, що сталь – це сплав заліза з вуглецем, вміст якого не повинен перевищувати 2,14%. Саме завдяки вуглецю сталь володіє твердістю та міцністю, але надлишок цього компонента призводить до крихкості.
Марочник сталей – довідник, який повинен бути в арсеналі будь-якого інженера. У ньому міститься комплекс відомостей про класифікацію, хімічний склад і фізичні якості, критичні температурні точки, механічних і ливарних властивостях. Звертаємо увагу, що для кожної групи сталей існує свій довідник, наприклад, інформація про антикорозійні матеріали міститься в марочнику нержавіючих сталей.
Приклад маркування нержавіючої сталі за стандартами СНД (основний хімічний склад) – 12Х18Н10Т. Це вказує на присутність в сплаві вуглецю – близько 0,12%, хрому – 17-19%, нікелю – приблизно 10% й до 1% титана. До речі, якщо наведений приклад характеризувати далі, то цей сплав підходить для виготовлення виробів, що піддаються взаємодії з хімічно агресивними середовищами - лужними і кислотними розчинами, солями.
Також звертаємо увагу на те, що в роботі фахівця може знадобитися Марочник сталей і сплавів за зарубіжними стандартами і порівняння зарубіжних аналогів марок сталей з вітчизняним маркуванням.
Види і марки сталі класифікуються залежно від хімічного складу, технології виробництва і призначення. Так, на нашому ринку зараз присутні основні групи такої продукції:
Унаслідок такого розмаїття сталей і виникла необхідність в їх маркуванні. Тут варто звернути увагу, що марочник сталей і сплавів у нас в країні відрізняється від зарубіжних класифікаторів. Світова промислова індустрія не виробила єдиних стандартів у маркуванні металопродукції і мають місце різні точки зору. Наприклад, сталі з однаковим позначенням за різними стандартами можуть мати абсолютно різні хімічний склад та комплекс механічних характеристик, що іноді призводить до плутанини при поставках споживачам металопрокату.
У зв'язку з цим ще раз наголошуємо на актуальності важливого документа, який необхідний фахівцям – марочник іноземних сталей і сплавів. Він містить повну інформацію про ключові властивості різних марок, й в тому числі про наявність аналогів за іншими групами стандартів. Такий довідник допоможе співставити маркування аналогічних за параметрами сплавів з урахуванням позначень, прийнятих в різних країнах.
В багатьох стандартах України, як і в документації інших країн СНД, використовується система позначення марок сталей за допомогою букв (назви хімічних елементів) і цифр (їх процентний вміст в сплаві). Наприклад, Х – хром, С – кремній, К – кобальт, В – вольфрам, Д – мідь, Ч – включення рідкоземельних металів і т. д.
Також за допомогою букв вказується спосіб розкислення сталі:
Спокійні сплави мають максимальні показники однорідності структури і хімічного складу по перетину виливки.
Звертаємо увагу, що існує марочник ливарних сталей – металопродукція в кінці маркуванні містить букву «Л». В цілому, такі матеріали призначені для виготовленя виливків різної форми та мають гарну рідкоплинність та заповнюванність форм.
Сталі, що використовуються для виготовлення конструкцій і деталей в будівництві та машинобудуванні, називаються конструкційними. Якість таких матеріалів визначається кількістю шкідливих домішок сірки (S) і фосфору (P), наявністю легуючих елементів, комплексом механічних та технологічних властивостей.
З урахуванням кількості сірки і фосфору в стандартах ДСТУ та ГОСТ виділяють сталь конструкційну:
Марки сталі конструкційної вуглецевої звичайної якості, що не включають великої кількості легуючих елементів, позначаються буквосполученням «Ст». Далі йде цифра, яка вказує на умовний номер в залежності від хімічного складу, а потім – ступень розкиснення (кп – кипяча, пс – напівспокійна, сп – спокійна). Наприклад, Ст3пс.
Відрізняється широтою сфер застосування при виробництві:
Також цей матеріал використовується у промисловому машинобудуванні і виготовленні металоконструкцій для будівельної галузі. Марки сталей і сплавів дозволяють фахівцям максимально точно підбирати хімічний склад матеріалів з урахуванням тих експлуатаційних навантажень, яким їм доведеться протистояти.
Тут визначальним показником є вміст вуглецю в компонентній формулі:
Вуглецеві сталі не містять значних легуючих включень. При цьому в них присутні в невеликих кількостях марганець - до 1% і кремній - до 0,8%, але в такій концентрації вони не роблять великого легирующего впливу.
У такого типу легованих марок сталей розшифровка містить букву «А», що означає автоматна. Якщо для поліпшення експлуатаційних характеристик сплаву використовується свинець, то літерна комбінація має вигляд - «АС». Також, з метою профілактики проявів червоноламкості в матеріали цієї групи додають підвищену кількість марганцю. Крім того, наявність селену і телуру, забезпечує 2-3 кратне скорочення витрат ріжучого інструменту.
Найчисленніша за марочним сортаментом група сталей. Відмінною особливістю марок даної категорії є наявність в їх складі значної кількості модифікуючих добавок – аж до 50%.
Марки конструкційних сталей цієї групи класифікують в залежності від змісту легуючих елементів у складі сплаву:
З конструкційних легованих сплавів випускають великий асортимент металопродукції, наприклад:
Приклад маркування легованих сталей: 09Г2ФБ, 25Х2Н4М (В) А, 20ХН4ФА, 30Х2Н2ВА.
Йдеться про сплави, що містять такі компоненти:·
Зміст легуючих домішок може досягати 2,5%. Марки сталі та їх характеристики також відображаються у вигляді літерно-цифрового коду – 09Г2, 09Г2С, 14Г2, 10ХНДП, 15ХСНД та ін.
Листова сталь цієї категорії або сортовий фасонний прокат широко використовуються у будівництві, мостобудуванні та машинобудуванні для виготовлення зварних конструкцій підвищенної міцності. Конкурентною перевагою таких матеріалів є хороша зварюваність. Наприклад, марка 17ГС застосовується в трубної промисловості - з неї випускають труби середнього та великого діаметру. Крім того, деякі різновиди низьколегованих сплавів для зварних конструкцій використовуються в суднобудуванні, вагонобудуванні, мостобудуванні. Межі температурного режиму, в якому допускається їх експлуатація від -40 до +450°С.
До цієї групи металопродукції відносяться сталі, що мають достатній ресурс для роботи при підвищених температурах. Межа теплотривкості знаходиться в межах 600-650°С. Робочий ресурс деталей з матеріалів з такими характеристиками визначається 10000-20000 годинами. Сфера застосування – енергетичне машинобудування, виробництво котельних агрегатів, конструктивних елементів паропроводів, паронагрівачів ін. Термообробка таких сталей – це загартування з високим відпуском, нормалізація, нормалізуюча прокатка, відпал та ін.
Марки легованих сталей, з яких виготовляються підшипники, відрізняються спеціальною мікроструктурою. Також до них пред'являються особливі вимоги щодо кількості та виду неметалевих включень, твердості і глибини зневуглецьованого шару. У готових виробах цей шар не допускається, оскільки наявність хоча б часткової зневуглецьованої поверхні кульки призводить до зминання, збільшення тертя в підшипниках і, як наслідок, виходу деталі з ладу.
Для підшипників кочення, які призначені для експлуатації в нормальних умовах, використовуються сталі ШХ15 і ШХ15СГ, а також їх аналоги.
Характеризується змістом вуглецю на рівні 0,5-0,75%. Як легуючі елементи часто використовуються:
В процесі виготовлення матеріалу виконується подрібнення зерна, що сприяє збільшенню релаксаційної стійкості сталі.
Це група марок сталей, які набувають при термообробці підвищеної твердость, міцності і зносостійкості. Ці якості необхідні для обробки металопродукції різанням або тиском.
Матеріал з вмістом вуглецю від 0,7%. Також в хімічній формулі присутні марганець, кремній, сірка і фосфор. Сталі цієї групи діляться на:
Сталь має ряд недоліків: мала зносостійкість і низька теплостійкість в режимах нагріву ріжучої кромки інструменту вище температури в 250-300°С. При перегріві має місце відпуск, що супроводжується втратою твердості.
Інструментальна вуглецева сталь випускається у вигляді прутків різної форми перетину – круг, квадрат, шестиграник, а також дроту, листів, смуг.
Легована інструментальна сталь, крім вуглецю, включає компоненти, що поліпшують її функціональні характеристики – марганець, мідь, нікель, вольфрам, молібден, ванадій та ін. Їх присутність позначається в маркуванні відповідними буквами, наприклад:
При відсутності в коді цифри кількість легуючого елемента вважається приблизно рівною 1%. Основне застосування сталей цієї групи – виготовлення різноманітних інструментів підвищенної експлуатаційної міцності.
З цих сталей виробляється металопродукція, що застосовується для виготовлення інструментів для сфери обробки металів тиском. Тобто мова йде про штампи, валіки, роліки, пуансони та ін. Сталі цієї групи поділяються на 2 категорії:
При використанні сталі у легких експлуатаційних умовах показано застосування матеріалу з вмістом вуглецю в межах 0,6-1,0%, без значної кількості легуючих у складі. Найбільш затребувана для таких штампів сталь – У7.
У більш важких умовах показано застосування легованих сталей. Найпопулярніша марка – 5ХНМ.
Марки жароміцних сталей 12Х1МФ, 12Х1МФ-ПВ, 13Х1МФ, 15Х1М1Ф та ін. відрізняються високою міцністю при високих температурах експлуатації. Ці властивості роблять їх актуальними для виготовлення деталей авіаційних газових турбін, суднових газотурбінних установок, газових турбін в вузлах систем перекачування нафти і нафтопродуктів, в нагрівальних металургійних печах, ін.
Споживачам варто враховувати, що марки жаростійких сталей набувають найкращих механічних параметрів в процесі термічного оброблення. При цьому у таких сплавах, внаслідок високого ступеня легування, є схильніть до розтріскування при загартуванні з високою швидкістю. Тому для них потрібно ретельно підбирати режим термічної обробки та середовища охолодження.
Максимальна температура нагріву деталей з більшості сталей цієї групи знаходиться в межах 550-585ºС. Однак є високолеговані сплави, здатні витримувати набагато більш високий нагрів.
Марки швидкорізальних сталей включають в позначенні букву Р. Вона вказує на вміст вольфраму. Приклад маркування - Р9, Р18, Р12. Марки нержавіючих сталей відрізняються більш складним кодуванням, наприклад, 10Х13Н17М3Т. Тут вказано, що в складі є хром, нікель, молібден, титан, а цифри - це їх процентний вміст в сплаві.
