Маркування легованих сталей

Леговані сталі маркують буквами і цифрами. Двозначні цифри, які приведені на початку марки, показують середній вміст вуглецю в сотих (конструкційні) і десятих (інструментальні) долях відсотка, букви справа від цифри позначають легуючий елемент.

А − азот (А − в кінці марки сталі − високоякісна, перед цифрою − автоматна)

Б − ніобій – Nb В − вольфрам – W Г − марганець − Mn

Д − мідь – Cu Е − селен – Se К − кобальт − Co

Н − нікель – Ni М − молібден − Mo П − фосфор − P

Р − бор – B С − кремній – Si Т − титан − Ti

Ф − ванадій − V Х − хром – Cr Ц − цирконій − Zr

Ч − рідкоземельні − Ca, K, Na, Mg Ю − алюміній − Al.

Цифри після букв показують приблизний вміст відповідного легуючого елемента у цілих відсотках; відсутність цифри вказує, що середній вміст легуючого елемента не перевищує 10…15 %. Основна маса легованих сталей є якісними.

30ХГСА, 40ХН, 65Г, 9ХС, 18ХГТ, Х18Н10Т.

Виняток із правил позначення: ШХ15, Р18, Р6М5.

Автоматні сталі

Вони відрізняються високою оброблюваністю різанням, яка досягається введенням у конструкційну сталь S, P, Se, Te, Ca й утворенням неметалевих включень, або Pb, який утворює металічні включення. Наявність у сталі таких включень з низькою температурою плавлення призводить до утворення плівки між інструментом і заготовкою, що знижує коефіцієнт тертя в умовах різання. Присутність сірки і фосфору полегшує відділення стружки і руйнування металу, сприяє отриманню гладкої блискучої поверхні різання. Недоліком автоматних сталей є їхня понижена пластичність. Це пов’язано з тим, що переважна більшість включень в умовах прокатування сприяє утворенню смугастої структури, що викликає появу анізотропії властивостей.

А12, А30, А40Г.

Будівельні сталі

Це сталі, що містять не більше 0,22 % С і невелику кількість недефіцитних легуючих елементів до 1,8 % Mn, 1,2 % Si, 0,8 % Cr, 0,8 % Ni, 0,5 % Cu, 0,15 % V, 0,15 % Nb, 0,03 % Ti, 0,015…0,025 % N.

Це такі марки сталей − 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1, 14Г2, 17ГС, 14ХГС, 15ГФ, 15ХСНД, 14Г2АФ, 10Г2Б, 30ХГС, 17Г2АФБ та інші. Поступають у вигляді листів, сортового та фасонного прокату, використовують у будівництві та машинобудуванні в основному без термічної обробки.

Ці сталі добре зварюються, в порівнянні з вуглецевими сталями звичайної якості, мають кращі механічні властивості, що дозволяє приблизно на 15 % зекономити метал.

Нікель, мідь чи одночасно введені мідь і фосфор підвищують корозійну стійкість сталей в атмосферних умовах, знижують поріг холодноламкості.

Використання у будівництві термічно оброблених профілей і листів із низьколегованих сталей з σ_0,2 = 400…500 МПа, дозволяє зекономити до 50% металу.

Сталі будівельного класу поставляються у нормалізованому стані і після контрольованого прокату. Сталі використовують в залежності від типу споруди, умов експлуатації і розрахованих температур, характеру та величині діючих навантажень.

Для армування звичайного та попередньо напруженого залізобетону використовують гладкий або періодичний прокат з більш міцних сталей з вмістом до 0,3 % С − 25Г2С, 30ХГС.

У мостобудуванні для виготовлення зварних конструкцій застосовують сталі з високою міцністю σ_0,2 ≥ 600 МПа: 10ХСНД, 10Г2СД, 10Г2АФ.

У вагонобудуванні та сільськогосподарському машинобудуванні використовують сталі, у яких σ_0,2 ≥ 750 МПа: 12Г2СМФ, 14ГСМР та ін..

Для забезпечення надійної роботи нафто- і газопроводів застосовують низьколеговані сталі із σ_0,2 ≥ 500 МПа, σ_т ≥ 300 МПа, δ ≥ 16 % і ударною в’язкістю при -70 ºС не менше 400 кДж/м².

Для виготовлення нафтопроводів труб великого діаметра до 2500 мм застосовують вуглецеві сталі з вмістом не більше 0,22 % С, 0,65 % Mn, 0,37%Si і низьколеговані сталі з вмістом не більше 0,20 % С, 1,65 % Mn, і з добавками Cr, V, Nb та ін. Для виготовлення магістральних газопровідних труб великого діаметру використовують сталі 14ХГС, 17Г1С, 16Г2САФ та ін. з σ_0,2 ≥ 520 МПа, а σ_т≥370 МПа у гарячекатаному стані, і сталі 09Г2С, 17ГСФ з σ_0,2 ≥ 500 МПа, σ_т≥ 350 МПа у термозміцненому стані.

Останнім часом для магістральних трубопроводів, як перспективний матеріал, використовують двофазні сталі з ферито-бейнітною або ферито-мартенситною структурою після контрольованого прокатування. Ці сталі містять 0,03…0,1 % С; 1,6 % Mn; 0,6 % Cr; 0,6 % Si; 0,02 % Ti; 0,03…0,18 % Nb і мають σ_в = 700 МПа при Т₅₀ від -80 до -90 ºС.

Для захисту трубопроводів від корозії в залежності від умов їх експлуатації застосовують покриття.

Сталі для холодного штампування

В багатьох галузях промисловості велика кількість деталей виготовляється із листової сталі холодним штампуванням.

Для забезпечення високої штампованості відношення σ_в / σ_0,2 сталі повинно бути в межах 0,5-0,65 при відносному звуженні не менше 40 %. Штампованість сталі тим гірше, чим більше в ній вуглецю. Кремній, який підвищує межу плинності, знижує штампованість, особливо здатність сталі до витягування. В зв’язку з цим для холодного штампування широко використовують холоднокатані киплячі сталі 08кп, 08Фкп, 08Ю. Сталь 08кп схильна до старіння, тому її мікро легують алюмінієм чи ванадієм, які зв’язують азот, що знаходиться у твердому розчинні і визиває деформаційне старіння в нітридах AlN та VN. Сталі 08Фкп і 08Ю такі, що не старіють. Для виключення деформаційного старіння після відпалу холоднокатаний лист нерідко піддають дресировці, тобто невеликій пластичній деформації.

Для штампування рекомендуються сталі з зерном 6-8 балу. При дрібному зерні спостерігається пружинячий ефект і сильно зношуються штампи, а при більш крупному зерні утворюється шорстка поверхня (апельсинова шкірка) і розриви. Для штампування виробів, які повинні мати підвищену міцність застосовують низьколеговані двофазні сталі із стуктурою фериту і мартенситу чи фериту і бейніту. Це сталі 09Г2С, 09Г2 − Ф-Б і 16ГФР − Ф-М. Таку структуру отримують після гартування у воді з між критичного інтервалу температур (Ас₁ − Ас₃). Використання цих сталей дозволяє зменшити товщину листа для штампування, що дає велику економію металу.

Сталі, що цементуються (цементовані)

Для виготовлення деталей, що працюють під дією динамічних навантажень (невеликі зубчаті колеса, шестерні, вали коробок передач автомобілів, вали швидкохідних верстатів, шпинделів та ін.) в умовах поверхневого зношування застосовують низько вуглецеві (0,15-0,25 % С) сталі. Вміст легувальних елементів у них не повинен бути занадто високим, але має забезпечити необхідну прогартовуваність поверхневого шару та серцевини. Тому сумарна кількість легуючих елементів у них не перевищує 3-5 % і за структурою вони належать до сталей перлітного класу. Після цементації, гартування і низького відпуску цементований шар повинен мати твердість 58-62 HRC а серцевина − 30-42 HRC, що забезпечує її підвищену границю текучості. Для подрібнення зерна цементовані сталі можна додатково мікролегувати елементами (V, Ti, Nb, Zr, Al, N), що утворюють дисперсні нітриди, карбонітриди чи карбіди, які гальмують ріст зерна аустеніту.

До цементованих сталей відносяться низьколеговані хромисті сталі 15Х, 20Х, які мають невисоку прогартовуваність, додаткове легування ванадієм 15ХФ дозволяє отримати більш дрібне зерно, що покращує пластичність і в’язкість сталей.

Більш крупні деталі, або такі, що мають складну конфігурацію, такі що піддаються дії значних знакозмінних напружень, виготовляються із сталей 20 ХН, 12ХЗА, 12Х2Н4А. Внаслідок дефіцитності нікеля його іноді замінюють марганцем і додатково вводять титан або ванадій (18ХГТ, 25ХГМ).

Легування хромонікелевих сталей вольфрамом або молібденом додатково стабілізує переохолоджений аустеніт і ще більше підвищує прогартовуваність сталі. В результаті гартування у мастилі серцевина деталі отримує структуру мартенситу. Це сталі 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА, які застосовують для важко навантажених зубчастих коліс, осей роликів. Ці деталі є стійкими до динамічних навантажень.