Марки сталей

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.

Класифікація марок сталі

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.

Основні марки сталі

Види і марки сталі класифікуються залежно від хімічного складу, технології виробництва і призначення. Так, на нашому ринку зараз присутні основні групи такої продукції: 

• конструкційні;
• інструментальні;
• спеціальні (жаростійкі, жароміцні, підшипникові та ін.).

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:

• кп – кипляча;
• пс – напівспокійна;
• сп – спокійна.

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. 

Конструкційні сталі

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:

• звичайної якості – до 0,05% S та до 0,04% P – прикладом даних сталей можуть служити сталі Ст0, СтЗсп, Ст5кп;
• якісна – до 0,030% Р, до 0,35% S – приклад 08кп, 10пс, 20;
• високоякісна – до 0,025% Р, S – «А» в кінці маркування, приклад 20А, 15Х2МА;
• особливо високої якості (після електрожужелевого переплаву) – до 0,015% Р, S – «Ш» в кінці маркування, приклад 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

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.

Сталь конструкційна вуглецева звичайної якості загального призначення

Відрізняється широтою сфер застосування при виробництві:

• гарячекатаного листового та сортового прокату;
• холоднокатаного тонколистового прокату;
• катаних і безперервнолитих заготовок;
• труб;
• метизів;
• дроту;
• злитків та ін.

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.

Сталь конструкційна вуглецева якісна

Тут визначальним показником є ​​вміст вуглецю в компонентній формулі:

• від 0,025 д 0,25% – низьковуглецева;
• від 0,25 до 0,6% – середньовуглецева;
• від 0,6 до 2,14% – високовуглецева.

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.

Сталь конструкційна підвищеної оброблюваності

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.

Сталь конструкційна легована

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:

• до 2,5% – низьколегована сталь;
• від 2,5 до 10% – середньолегована;
• більш 10% – високолегована.

 З конструкційних легованих сплавів випускають великий асортимент металопродукції, наприклад:

• прокат круглий;
• прокат квадратний;
• прокат шестигранний;
• прутки ковані квадратні й круглі;
• смуги;
• профілі для косих шайб;
• товстолистовий та тонколистовий прокат різного призначення. 

Приклад маркування легованих сталей: 09Г2ФБ, 25Х2Н4М (В) А, 20ХН4ФА, 30Х2Н2ВА.

Сталь конструкційна низьколегована для зварних конструкцій

Йдеться про сплави, що містять такі компоненти:·        

• С – до 0,22%;
• Mn – до 1,8%;
• Si – до 1,2%;
• Cr – 0,8%, ін.

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.

Сталь конструкційна теплотривка

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.

Сталь конструкційна підшипникова

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.

Сталь конструкційна ресорно-пружинна

Характеризується змістом вуглецю на рівні 0,5-0,75%. Як легуючі елементи часто використовуються:

• кремній – до 3%;
• хром – до 1,5%;
• марганець – до 1,5%;
• вольфрам – до 2%;
• ванадій – до 0,25%;
• нікель – до 2%.

В процесі виготовлення матеріалу виконується подрібнення зерна, що сприяє збільшенню релаксаційної стійкості сталі.

Сталь інструментальна

Це група марок сталей, які набувають при термообробці підвищеної твердость, міцності і зносостійкості. Ці якості необхідні для обробки металопродукції різанням або тиском.

Інструментальна вуглецева сталь

Матеріал з вмістом вуглецю від 0,7%. Також в хімічній формулі присутні марганець, кремній, сірка і фосфор. Сталі цієї групи діляться на:

• якісну: сірка – до 0,028%, фосфор – до 0,030%.
• високоякісну: сірка – 0,018%, фосфор – до 0,025%.

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.

Сталь інструментальна легована

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:

• Г – марганець;
• С – кремній;
• Д – мідь;
• М – молібден.

При відсутності в коді цифри кількість легуючого елемента вважається приблизно рівною 1%. Основне застосування сталей цієї групи – виготовлення різноманітних інструментів підвищенної експлуатаційної міцності.

Сталь інструментальна штампова

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:

• впливає на холодний метал – тверді, стійкі до стирання;
• впливає на розігрітий метал – низька чутливість до місцевих нагріву.

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.

Жаростійкі і жароміцні сталі

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.

Розшифровка марок сталей – приклади

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.