Глава 1 КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЕ СТАЛЕЙ
В
данной главе рассмотрены параллельно с классификацией принципы обозначения и
приведены примеры маркировки отечественных и европейских сталей.
Конструкционные
(машиностроительные) стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени
раскисленности и назначению, а строительные, инструментальные стали и стали с
особыми свойствами – по качеству и назначению.
По химическому составу конструкционные стали классифицируются на углеродистые, свойства
которых определяются только содержанием углерода, и легированные, свойства
которых определяются наличием в них кроме углерода легирующих элементов. В свою
очередь, углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (0,09 < C
< 0,25 %), среднеуглеродистые (0,26 < C < 0,45 %) и высокоуглеродистые
(С > 0,46 %).
По уровню качества их разделяют на стали
обыкновенного качества и качественные стали. Уровень качества определяется
наличием вредных примесей (серы, фосфора) и способом производства (степенью
раскисления). В сталях обыкновенного качества (S < 0,05 % и P < 0,04 %),
примесей больше, чем в качественных сталях (S 
0,035 % и P < 0,035
%).
По назначению и уровню гарантированных
свойств конструкционные углеродистые стали разделены на 3 группы (А, Б и В).
Легированные стали, кроме углерода
содержат различные компоненты (Cr, Ni, Ti, Si, Mn, Nb, Mo, W, Al и т.п.),
суммарное содержание которых определяет степень легирования, принадлежность к
определенному структурному классу, уровень прочности или специальных свойств:
низколегированные
(2,5...4,5 % легирующих элементов);
среднелегированные
(5,0...9,0 % легирующих элементов);
высоколегированные
(более 9,0 % легирующих элементов).
Для
этих сталей чаще используется классификация по назначению и структуре. Как
правило, это качественные стали.
В
последние годы находят применение и другие классификационные признаки: по
величине зерна, видам и режимам прокатки и термообработки и т.д. [1]
В странах
Европы и Америки часто используются и другие признаки. Это затрудняет взаимное
пользование технической документацией, справочными данными, мешает разработке
совместных проектов, технологий и т.д.
Ниже
приводятся краткие сведения о принципах обозначения сталей и сплавов в России,
других странах.
В
России единые требования к составу, качеству и назначению, формам поставки
полуфабрикатов из сталей установлены Государственными стандартами (ГОСТами), в
Германии – Немецкими индустриальными нормами (DIN), во Франции – Нормалями
Франции (NF), в США – Американским обществом испытания материалов (ASTM). В
европейских странах для этого установлены Европейские нормы (EN).
Согласно
ГОСТ 380-88 стали обыкновенного
качества обозначаются (маркируются) буквами, символами и цифрами:
заглавная
буква обозначает группу стали: Б или В (А не ставится);
символ
“Ст” – сокращенное наименование стали;
цифра,
следующая за символом - условный номер марки стали.
Символы
“кп”, “пс” и “сп” обозначают степень раскисленности стали: кипящая,
полуспокойная и спокойная.
Цифра
обозначает категорию качества (т.е. нормируемые показатели свойств стали в
группе, от 1 до 6).
Пример
обозначения: ВСт3сп5, БСт3пс.
Конструкционные
углеродистые качественные стали поставляются
по ГОСТ 1050-84 двух групп:
с
нормальным содержанием марганца;
с
повышенным содержанием марганца.
Их
обозначают (маркируют) следующим образом:
«сталь»
– полное наименование материала;
двузначное
число, обозначающее среднее содержание углерода в сотых долях процента;
буква
«Г», обозначающая повышенное содержание марганца;
символы,
обозначающие степень раскисления.
Пример
обозначения: Сталь 05, Сталь 08кп, Сталь 15Г.
Низколегированные и среднелегированные стали поставляются и
маркируются по ГОСТ 19281-73, 19282-73 и по специальным Техническим условиям
производителей (ТУ). Порядок их маркировки следующий:
двузначное
число, обозначающее среднее содержание углерода в сотых долях процента;
буква,
условно обозначающая название химического элемента, являющегося легирующим компонентом;
цифра
за буквой, обозначающая среднее содержание легирующего элемента в процентах;
буква
«А» в конце марки стали, обозначающая повышенный уровень качества, т.е.
пониженное содержание серы и фосфора (
0,035%).
Большая
часть низколегированных сталей с целью повышения уровня механических свойств
поставляется в термически обработанном (улучшенном) состоянии. Эта группа
сталей поставляется по ГОСТ 4543-71. Сюда же относят судостроительные стали
(ГОСТ 5521-76) и теплостойкие стали (ГОСТ 5520-79, ГОСТ 20072-74) и др.
Пример
обозначения: 09Г2С, 15ХСНД, 12МХ, 16Г2АФ, 30ХМА.
Некоторая
группа низко- и среднелегированных сталей для сварных конструкций, поставляемых
по ГОСТ 4543-71 термически обрабатывается на высокий уровень прочности. Эта
группа сталей получила условное название высокопрочных.
Пример
обозначения: 14ХГ2МР, 30ХГСНА, 42Х2ГСНМА.
Высоколегированные
стали и сплавы, часто называемые в литературе специальными [1],
поставляются по ГОСТ 5632-72, ГОСТ 10835-75 и многочисленным ТУ производителей.
В основу их обозначения положен принцип указания химического состава. Все они
относятся к качественным или особокачественным. Дополнительными информационными
признаками для них является разделение по назначению (коррозионностойкие,
жаростойкие, жаропрочные, хладостойкие и т.п.) и структуре в состоянии поставки
(мартенситные, мартенситно-ферритные, ферритные, ферритно-аустенитные и
аустенитные).
Пример
обозначения: 15Х11МФ, 12Х11В2МФ, 08Х13, 14Х17Н2, 12Х18Н12Т, 08Х17Н13МЗТ.
Приведем
информацию о принципах классификации и обозначения сталей в других странах.
В
Германии по стандарту DIN 1706 обозначение низкоуглеродистых сталей
осуществляется по двум принципам.
1. Обозначение
стали с помощью двух цифр (от 0 до 9).
Первая
цифра обозначает способ производства (мартеновский, кислородно-конвертерный и
т.д.), а вторая цифра указывает особенности обработки полуфабриката (прокатка,
нормализация, улучшение и т.д.).
Пример:
01 – обычная конструкционная низкоуглеродистая сталь, содержащая 0,1-0,3 % С.
40 –
коррозионностойкая сталь с 2% Ni без Мо и особых присадок.
2.
Обозначение стали с помощью букв и цифр, определяющих способ плавки, состояние
поставки, степень легирования, нормируемые показатели качества и вид обработки.
В
качестве примера в табл. 1.1 приведено обозначение низкоуглеродистой
неулучшаемой стали с пределом прочности 
= 420 МПа.
Таблица
1.1 – Значение кодовых чисел для легированных сталей
|
№ п/п |
Легирующий элемент или примесь |
Кодовое число (на него делится цифра, обозначающая
содержание элемента в низколегированной стали) |
|
1. |
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W |
4 |
|
2. |
Al, Be, Mo, Nb, Ti, V, Cu,
Pb, Ta, Zr |
10 |
|
3. |
P,
S, N, C, Cе |
100 |
|
4. |
B |
1000 |
Углеродистые
качественные стали по этому стандарту обозначаются (маркируются) буквой «С» с
последующей цифрой, определяющей содержание углерода, увеличенное в сто раз.
Пример:
С35.
Углеродистые
улучшенные (термообработанные) стали маркируются буквой «С» с индексом «К» и
цифрой, обозначающей содержание углерода, увеличенное в сто раз.
Пример:
Ск45.
Кодовые
числа показаны в табл. 1.2.
Таблица
1.2 – Структура маркировки сталей по DIN MASt 420.6N
|
Условные обозначения |
Сущность обозначения, образованная |
Условные обозначения |
||
|
Вид плавки |
Состояние поставки |
Гарантированные показатели |
Состояние обработки |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Б – бессемеровская сталь Е – электросталь М – мартеновская сталь I – электросталь, выплавленная в индукторе Е – электросталь, выплавленная дуговым способом Т – томасовская сталь W – особокачественная сталь V – сталь, продутая кислородом посредством В – основной футеровки Y – кислой футеровки |
А – устойчивая против старения L – устойчивая против щелочного разрушения Р – пригодная к ковке, штамповке Q – хладостойкая S – свариваемая плавлением Z – пригодная к протяжке Ro – трубная сталь R – спокойная плавка H – полуспокойная плавка U – кипящая плавка RR-особо спокойная плавка |
1. По показателю прочности неулучшаемых углеродистых
сталей St – символ стали 420 – величина минимальной прочности на растяжение, МПа Пример: St420 2 По содержанию углерода 2.1 Для качественных и улучшаемых углеродистых сталей С – символ углерода Число – содержание углерода, умноженное на 100. Пример: С45, Ск25 2.2 Для низколегированных сталей Цифра – содержание углерода, умноженное на 100. Символ легирующего элемента. Цифра – содержание легирующего элемента в кодовых числах
(см. табл. 1.2). Пример: 13СrMo44 (углерода 0,13 %, хрома 1 %, молибдена
0,4 %). 2.3 Для легированных сталей Х – отличительный знак легированной стали Символы легирующих Цифры – содержание легирующих в процентах. Пример: Х10CrNi1810 3 По цифровой системе Пример: 01, 40 |
0 – без испытания на изгиб и сжатие 1 – предел текучести 2 – с испытанием на изгиб и сжатие 3 – ударная вязкость 4 – предел текучести и испытание на изгиб и сжатие 5 – испытание на изгиб, сжатие и ударную вязкость 6 – предел текучести и ударная вязкость 7 – предел текучести, испытание на изгиб, сжатие и ударную
вязкость 8 – теплостойкость или длительная прочность 9 – электрические и магнитные свойства |
А – отпущенная Б – обработанная на лучшую обрабатываемость резанием Е – термоупрочненная Ст – закаленная Н – упрочненная К – холоднодеформированная (прокат) N – нормализованная NT – азотированная S – без напряжений НР – поверхность, упрочненная плазменной обработкой U – не обработанная Y – улучшенная D – свариваемая |
В
Европе согласно Европейским нормам (ЕN) за основу обозначения принимается
комбинация букв и цифр, отражающая важнейшие свойства стали (физические,
химические и технологические признаки). Нормы допускают введение дополнительных
характеристик. В конце обозначения стали требуется простановка символов EU,
однако допускается не проставлять этот символ.
По
химическим признакам согласно EN стали подразделяются на углеродистые,
низколегированные и легированные Ограничение содержания серы и фосфора (уровень
качества) обозначается буквами Y, V, U, T, R, Q, N, M... Z от максимальных
значений до минимальных.
Из
физических признаков обозначаются минимально гарантированный предел прочности,
предел текучести или оба эти показателя.
Примеры
обозначения сталей по EN:
Fe420N
– здесь символ Fe обозначает сталь с
минимально гарантированным 
= 420 МПа, а буква N –
содержание S 0,04% и P 0,04 %.
Fe420DEU
– сталь аналогична указанной выше, но обозначенная по Европейскому стандарту.
Буква «D» указывает, что сталь – свариваемая.
18NiCr16
– низколегированная сталь с содержанием углерода 0,18 % и никеля 4% без оговоренного
содержания хрома.
Х10CrNi1808
– легированная сталь с содержанием углерода 0,1 %, хрома 18 % и никеля 8 %.
Более
подробная и систематизированная информация по обозначению марок сталей и
сплавов в различных странах изложена в работе. [4]