Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, а также с другими элементами: магний, марганец, кобальт и т.п. Содержание каждого компонента стального сплава варьируется в зависимости от требуемых характеристик металла. Например, чем больше углерода, тем тверже и прочнее полуфабрикат. Однако при этом материал становится менее пластичным, труднее поддается обработке. Чтобы обозначить химический состав сплава, а также другие параметры металла, используют специальную маркировку.
Марка стали представляет собой буквенно-цифирный шифр, в котором отражается состав сплава, метода обработки и другие данные. Маркировка облегчает выбор материала для использования в конкретных задачах. Например, конструкционные сплавы применяются в строительстве, машиностроении, инструментальные — в изготовлении разных инструментов, нержавеющие — в медицине, пищевой промышленности.
В статье мы рассмотрим классификацию стали по разным параметрам, расскажем, как расшифровать маркировку.
Классификация стали
Классификация стали необходима для систематизации, упрощения выбора материала в зависимости от его свойств и предполагаемого использования. Различные марки стали обладают уникальными характеристиками: прочность, устойчивость к коррозии, твердость, пластичность, которые делают их подходящими для определенных технических задач. Маркировка помогает инженерам, конструкторам и производителям правильно идентифицировать марку сплавов, чтобы получить высокую эффективность и безопасность в производственных процессах и конечных продуктах. В общем виде схему можно представить следующим образом:
Кроме того, классификация стальных заготовок облегчает стандартизацию процессов, позволяя специалистам из разных отраслей оперировать общепринятыми терминами и стандартами. Рассмотрим подробнее каждый вид.
По химическому составу
Сырьем для производства стали обычно служит железная руда, которая содержит оксиды железа. Ее обогащают для увеличения содержания железа, плавят в доменных печах. В результате плавки получается чугун, содержащий около 4% углерода, а также другие примеси. Затем чугун расплавляют, добавляют специальные примеси, регулируют содержание углерода. В итоге процесса плавки, по химическому составу получают следующие виды сплава:
Углеродистые. Главным легирующим элементом здесь является углерод. В зависимости от его концентрации выделяется высокоуглеродистая (0,6-2%), среднеуглеродистая (0,25-0,55%) и низкоуглеродистая (до 0,25%) сталь. Чем выше содержание углерода, тем стальной сплав более устойчив к механическим нагрузкам, особенно ударным. Низкоуглеродистые марки более пластичные и гибкие.
Легированные. Эти сплавы, кроме углерода, содержат другие легирующие элементы — хром, никель, марганец, молибден, ванадий, титан и пр. Их добавление улучшает характеристики и свойства металла, например, увеличивает прочность, жаропрочность, коррозионную стойкость и т.п.
Из этих видов стальных сплавов изготавливают широкий спектр материалов за счет регулирования химического состава.
По структуре
Классификация стальных сплавов по структуре основана на их составе и структуре, которая зависит от тепловой обработки. Основными типами стали являются:
Ферриты. Ферритная структура характеризуется кубической кристаллической решеткой. Обычно содержат низкий процент углерода, отличаются хорошей пластичностью, магнитными свойствами. Ферриты имеют относительно низкую твердость, прочность, используются при производстве бытовой техники.
Аустениты. Аустенитные полуфабрикаты могут содержать высокий процент никеля и хрома. Эти сплавы не магнитные, обладают высокой прочностью и пластичностью. Используются в пищевой промышленности, медицине, а также в условиях агрессивных сред.
Перлиты. Облегчают механическую обработку сплавов. Так, при нагреве с последующим охлаждением зерно измельчается, расслаивается на пластинки, создавая принципиально иную структуру материала.
Мартенситы. Мартенситная структура формируется в результате быстрого охлаждения (закалки) стали из аустенитного состояния. Это приводит к образованию игольчатой структуры материала. Мартенситы обладают высокой твердостью и прочностью.
Помимо этих четырех основных типов, существует множество других микроструктур, которые могут быть образованы в результате различных легирующих элементов и методов обработки.
По назначению
Классификация сталей по назначению основана на их свойствах и предполагаемом применении.
Конструкционная сталь используется для изготовления деталей и конструкций, которые подвергаются механическим нагрузкам. Она обладает высокой прочностью и стойкостью к износу, что делает ее идеальным материалом для строительных конструкций, автомобильных рам и инструментов.
Специальные стали имеют специфические свойства, которые необходимы для выполнения конкретных инженерных задач. Например, сплавы с улучшенными механическими, тепловыми или химическими свойствами. Среди них можно выделить высоколегированные стали и стали, прошедшие термообработку, например, закалку и отпуск, нержавеющие и инструментальные стальные сплавы.
Сталь общего назначения — универсальный материал с широким спектром применения. Он используется там, где не требуются специальные свойства. Например, изготовление посуды, мебели, разных профилей, листового, фасонного и сортового проката и т.п.
По способу раскисления
Когда плавят руду, чтобы получить металл, важно удалить кислород. Если этого не сделать, металлические изделия могут быстро покрыться ржавчиной. Кислород находится в руде в соединениях, которые надо разрушить. Для этого используют активные вещества, такие как ферромарганец, силикомарганец, алюминиевый расплав и другие. Некоторые из этих веществ могут работать только в вакууме.
Существует несколько методов раскисления, в результате которых получаются разные виды стали:
Спокойная («сп»). На этапе затвердевания не образуется газов, а весь кислород удаляется за счет добавок. Сплав получается равномерным по химическому составу, физические и механические свойства также однородны по всему слитку. Спокойная сталь характеризуется высокой прочностью и твердостью.
Полуспокойная («пс»). Сплавы с неоднородным химическим составом. В центре и верхней части заготовки образуются пузыри из-за газов, которые возникают в результате раскисления. Они удаляются при прокатке слитков, поэтому материал используется для производства штрипса или трубопроката.
Кипящая («кп»). При раскислении выделяется большой объем газа, поэтому состав будет отличаться по поперечному срезу. Материал с низкими характеристиками, подвержен коррозии. Однако полуфабрикат востребован из-за низкой стоимости. Используется для производства труб, проволоки, листового проката.
По качеству
Чем меньше остается примесей, тем сплав качественнее. По стандартам предусмотрено три класса — качественная, высококачественная и особо качественная сталь. В маркировке также есть отображение класса материала. Например, качественные сплавы обозначаются буквой «К», конструкционные высокого качества — «А» в начале или конце. Марка особых сплавов содержит обозначение способа получения: ВД — вакуумно-дуговая переплавка, Ш — электрошлаковый переплав, ВИ — вакуумно-индукционный и т.п.
По способу производства
Классификация сталей по способу производства включает несколько основных методов. Например, мартеновский способ подразумевает переплавку чугуна и лома в печах с использованием топлива (газ или нефтепродукты). Метод позволяет получать марки стали с контролируемым химическим составом и свойствами.
Конвертерный способ предполагает окисление примесей чугуна (углерода, кремния, марганца) в конвертере при помощи продувки кислородом. Электросталеплавильный метод плавит лом или чугун с помощью электроэнергии, что позволяет точно контролировать состав и температуру стальной заготовки.
Принципы шифрования информации
Классификация стали позволяет лучше понять, что зашифровано в маркировке. Маркировка представляет собой буквенно-цифровой код. Каждый элемент несет определенную информацию. Цифры обозначают содержание основных легирующих элементов в процентах по массе. Первая обычно указывает на содержание углерода (десятые доли процента). Последующие цифры — содержание других элементов (в порядке убывания их содержания). Например, марка 12ХКДФ означает, что углерод составляет около 0,12%. Наличие хрома, кобальта, меди, ванадия не превышает 1,5%. Если концентрация элементов другая, то это отмечается цифрой.
Как понятно из примера, буквы означают дополнительные легирующие элементы. Но есть марки сплавов, которые их не содержат. Например, Ст30, Ст20 и т.п. То есть. это стали, легированные только углеродом.
Буквы также могут означать свойства материала или способ производства. Например, СТ20СП обозначает, что сталь нелегированная с содержанием углерода 0,2%, спокойный способ раскисления.
Существует большое количество марок стали, расшифровка которых зависит от систем маркировки: российский ГОСТ, европейский AISI, немецкий DIN. Каждый из них имеет свои собственные правила и принципы. Поэтому для точной расшифровки марки сплава необходимо ознакомиться с соответствующим стандартом или спецификацией.
Общие советы, как расшифровать маркировку:
- Сосредоточьтесь на первых символах в маркировке, которые указывают на основные легирующие элементы. Это поможет вам быстро определить тип стали.
- Дополнительные символы могут дать важную информацию об обработке, которая влияет на ее свойства. Например, Zn может означать цинковое покрытие.
- Используйте технические справочники или онлайн-ресурсы для сравнения и подтверждения информации, указанной в марке. Это поможет убедиться в точности вашей расшифровки.
Компания «Русметром» предлагает стальной металлопрокат разных марок. Все изделия производятся в соответствии с ГОСТ. Узнать подробнее о предлагаемых марках сталей и сплавов можно у наших менеджеров.
Источник фото: ru.freepik.com
