Конструкционная легированная сталь

Конструкционные легированные стали - общие сведения

Большая группа конструкционных легированных сталей, производимых сегодня металлургической отраслью, находит самое широкое применение. Но особенно она незаменима в производстве сложных конструкций и ответственных элементов, несущих большие нагрузки и применяемых в особых условиях. Используемая раньше обычная конструкционная сталь не имела тех качественных характеристик и параметров, которые имеет этот вид сплавов. Улучшение, а иногда и появление совершенно новых его свойств было получено за счет добавления различных химических элементов. Это позволило повысить механическую прочность, термо- и коррозийную устойчивость, получить другие необходимые свойства материала. Вносимые компоненты получили название легирующих, а сама сталь - легированной. Основными добавками чаще всего являются хром (Cr), марганец (Mn), никель (Ni), кремний (Si), вольфрам (W), молибден (Mo), титан (Ti) и прочие.  От их наличия металл приобретал прочность, термостойкость, повышенную устойчивость к агрессивной среде, антикоррозийные свойства, гибкость или другие необходимые качества.

Все прокатные изделия, выпускаемые металлургией, стандартизированы; в зависимости от формы выпуска делятся на следующие большие группы:

• Сортовая сталь
• Листовая сталь
• Специальные виды проката
• Трубы

Марки легированных конструкционных сталей:

• 05Г4МНФ
• 06Х1
• 06Х1Ф
• 06ХГР
• 06ХФ
• 07Х3ГНМЮА
• 08ГДНФ
• 08Х2Г2ФА
• 08ХМФЧ
• 08ХМФЧА
• 08ХМЧ
• 08ХМЧА
• 09ГСФ
• 09ГСФА
• 09Н2МФБА
• 09СФА
• 09ХГ2НАБч
• 09ХН2МД
• 09ХН3МД
• 09ХН4МД
• 10Г2
• 10Г2А
• 10ГН
• 10ГНА
• 10Х1С2М
• 10Х2ГНМ
• 10Х2ГНМА
• 10Х2М
• 10Х2М1
• 10Х2М1А
• 10Х3ГНМЮА
• 10ХН3МД
• 12Г1Р
• 12Х2Н4А
• 12Г2
• 12Х2М
• 12Х2НВФА
• 12Х2НВФМА
• 12Х2НМ1ФА
• 12Х2НМФА
• 12ХГН2МФБДАЮ
• 12ХГНМ
• 12ХГНМФ
• 12ХН
• 12ХН-Ш
• 12ХНА
• 12ХН2
• 12ХН2А
• 12ХН3А
• 12ХН2МД
• 12ХН3МД
• 12ХН2МДФ
• 12ХН4МБД
• 12ХНВФА
• 13Н2ХА
• 13Н5А
• 13Х3НВМ2Ф
• 13ХГМРБ
• 13ХГН2МД
• 13ХФА
• 14Х2ГМР
• 14Х2Н3МА
• 14ХГН
• 14Н2МФД
• 14Х3ГМЮ
• 14ХГ2САФД
• 14ХГНМДАФБ
• 14ХГНМД
• 14ХГН2МДАФБ
• 14ХГНМДАФБРТ
• 14ХГСН2МА
• 14ХН3МА
• 15Г
• 15ГЮТ
• 15НМ
• 15Н2М
• 15Н2М-Ш
• 15Н3МА
• 15Х
• 15Х-Ш
• 15ХА
• 15Х2ГН2ТА
• 15Х2ГН2ТРА
• 15ХГН2ТА
• 15ХГНМ
• 15ХН3
• 15ХМФА
• 15ХР
• 15ХСМФБ
• 15ХФ
• 15ХФА
• 15ХФ-Ш
• 16Г2
• 16Х2Н3МФБАЮ
• 16Х3НВФМБ
• 16ХГ
• 16ХГТА
• 16ХН3МА
• 16ХСН
• 17Н3МА
• 17ХГ
• 18ХГ
• 18Г2ХФЮД
• 18Х2Н4ВА
• 18Х2Н4МА
• 18ХГТ
• 18ХГН2МФБ
• 18ХН2Т
• 18ХН3МА
• 18ХНВА
• 18ХНМДФ
• 19Х2НВФА
• 19Х2НМФА
• 19ХГН
• 19ХГНА
• 19ХГС
• 19ХГНМА
• 20Г
• 20Г2
• 20Г2АФ
• 20Г2Р
• 20ГЮТ
• 20Н2М
• 20Ф
• 20Х
• 138 ИЗ-2
• ЭИ83
• ЭИ274
• ЭИ712
• ЭИ712М
• ЭИ763
• ЭП79
• ЭП176
• ЭП506

Классификация легированных сталей

Область применения продукции имеет широкий диапазон и с учетом технических характеристик бывает четырех видов – конструкционная, строительная, инструментальная и специальная.

Конструкционные стали являются очень прочными. Как правило, проходят термическую обработку. За счет введения небольшого количества марганца обладают цементирующим и стойким к высоким нагрузкам эффектом. Используются для изготовления важных конструктивных элементов и узлов.

Строительные – сплавы обычного класса, хорошо выдерживающие динамические и статическое напряжение. Это низколегированные, легко поддающиеся сварке виды, применяемые в строительных конструкциях. Как правило, эта группа металлов не проходит стадию термической закалки.

Инструментальные – являются представителями высоколегированных сталей. Вид изготавливаемого инструмента определяет тип используемого металлургического сырья - для режущего оборудования применяют прочные и термостойкие, для измерительного - с высокой степенью износа материалы.

Специальные - являются подвидом конструкционных сплавов, но обладают более высокой жаропрочностью и повышенной устойчивостью к агрессивной среде.

Количество легирующих добавок в конструкционной стали

Количество легирующих добавок определяют стали как:

• Высоколегированные – содержание добавок выше 10%
• Среднелегированные – от 2,5 до 10%
• Низколегированные – не выше 2,5%

Конструкционная сталь в зависимости от того, какого легирующего компонента внесено больше, разбивается на следующие основные подгруппы:

• Хромистая
• Хромоникелевая
• Хромомарганцевоникелевая

Однако, это очень узкая классификация, так как при внесении других добавок в названии сплава указывается и их присутствие.

Влияние легирующих элементов на свойства сталей

Добавки применяются для придания сплавам необходимых свойств и качеств. Но некоторые химические элементы (содержатся в сплаве в качестве примесей) могут формировать не только полезные, но и негативные характеристики. Избыток серы, фосфора придают металлу хрупкость, ломкость. Кислород уменьшает прочность металла, его стойкость к механическому воздействию, чем вызвана необходимость проведения процесса раскисления в ходе технологического процесса производства.

Хром – один из самых часто употребляемых. В обязательном порядке вводится при получении нержавеющей стали. Придает металлу твердость, жаропрочность, повышает стойкость к статическим нагрузкам, воздействию влаги.

Титан – придает стали высокую плотность за счет уменьшения зернистости, отчего достигается высокая прочность. Металл хорошо поддается обработке, увеличиваются антикоррозийные свойства, кислотоустойчивость.

Никель – как и хром, повышает прочность и антикоррозийные свойства, жаростойкость, способствует приобретению пластичности, стойкости к механическим ударам.

Марганец – придает прочность, увеличивает износоустойчивость. Участвует в процессе удаления из сплава кислорода, нейтрализует влияние на металл серы.

Вольфрам – при нагревании препятствует укрупнению зернистых образований, при закалке понижает хрупкость, увеличивает прочность.

Молибден – придает прочность и упругость металлу при нагрузках на растяжение, при воздействии высоких температур препятствует окислению материала, понижает его хрупкость.

Ванадий – увеличивает твердость, плотность стали за счет снижения зерновой фракции, повышает текучесть, устойчивость к нагрузкам на разрыв.

Кремний – придает свойства упругости при достаточной прочности. При повышенных температурах обеспечивает магнитную проницаемость и устойчивость к окислению. Однако сверх нормы содержания повышает хрупкость сплава.

Алюминий – с его добавлением повышается окалиностойкость.

Кобальт – увеличивает прочность при механических ударах, повышает жаропрочные и магнитные свойства.

Значительно на качество стали влияют примеси, от которых полностью избавиться при процессе производства технологически сложно. К примесям относятся сера, углерод, марганец, кремний, водород, кислород, азот, фосфор.

Углерод – важная составляющая сплава. При содержании до 1,2% придает материалу положительные качества, дает прочность и упругость. Если выше – ухудшает его характеристики - делает металл хрупким, чувствительным к механическому воздействию.

Сера – сверхнормативное (более 0,6%) количество значительно ухудшает характеристики металла. Он становится хрупким, коррозийнонеустойчивым, теряется прочность, пластичность. Возможна вероятность разрыва шва после сварки.

Азот, фосфор, кислород – при превышении допустимых концентраций существенно понижаются прочность, вязкость, пластичность. Сплав становится очень хрупким и неустойчивым к механическому воздействию.

Водород – высокий процент содержания приводит к хрупкости стали.

Деление конструкционной легированной стали на группы

В зависимости от последующего применения, металл делится на используемый как сырье для заготовок или как готовое изделие. В первом случае будет подлежать дальнейшей переработке (например, для получения полосы), во втором – применяться без изменений (как вариант - покрытие поверхностей в строительных работах).

От количественного соотношения компонентов сплава и его структуры после закалки сталь обозначают как:

• Доэвтектоидная – входит перлит и значительная массовая доля феррита
• Эвтектоидная –  состоит только из перлита
• Заэвтектоидная – микроструктуру образуют перлит и в избытке цементит или другие вторичные карбиды
• Ледебуритная –  кристаллическая решетка характеризуется высоким содержанием первичных карбидных компонентов.

Химический состав легированных сталей

В зависимости от химического составасталь определяется как:

• Качественная
• Высококачественная – обозначается буквой А
• Особо высококачественная – ставится буква Ш. Данный вид получают путем электрошлаковой переплавки металла.

Виды обработки конструкционной легированной стали

Вид обработки служит еще одним критерием сортировки данной металлургической продукции:

• Кованый или горячекатаный прокат
• Со специальной отделкой поверхности
• Калиброванный

По уровню термической обработкистальную продукциюразличают:

• Без термической обработки
• Подвергнута термической обработке, на что указывает обозначение ТО
• Нагартованная – полученная методом проката. Обозначается буквой Н.

По показателю качества поверхности прокат делится на:

• 1 группа
• 2 группа
• 3 группа.

Маркировка конструкционной легированной стали

Маркировка стали в металлургической отрасли в России отличается от мировых стандартов. Она оговаривается ГОСТом и дает возможность сразу увидеть состав изучаемого сплава, а значит, и область его применения.

Аббревиатура маркировки начинается двухзначным числом, которое показывает количество углерода в десятых долях процента. Затем ставится литера, обозначающая название легирующей добавки. После нее проставляется цифра, указывающая в процентах наличие этой добавки в сплаве. Если удельный вес легирующего элемента меньше или равен 1,5%, количественные показатели не проставляются.

Существуют некоторые марки стали, имеющие особые свойства, которые по требованию ГОСТа 4543 – 71 обозначаются иначе. Самой первой проставляется буква, определяющая вид стали, например, Ш (шарикоподшипниковая), Р (быстрорежущая - рапид), Е (магнитная) Э (электротехническая), Я (нержавеющая хромоникелевая) и т.д. Затем идут обозначения по обычной схеме.

Часто в маркировке вводятся литеры в конце аббревиатуры. Это говорит о том, что данная группа продукции не является обычной сталью, имеет специфические признаки и качества. Так, например, высококачественная и особо высококачественная имеют в конце маркировки буквы А и Ш соответственно. Литейные сплавы обозначаются литерой Л. Сплавы с коррозийной устойчивостью маркируют литерой К.

Сталь, полученная методом проката – нагартованная, имеет в конце обозначение Н, подвергнувшаяся термической обработке – ТО.

Существует большое разнообразие обозначений сплавов по причине огромного разнообразия марок и сортов продукции этого ряда. Например, созданные на заводе «Электросталь» пробные и опытные образцы получили обозначение ЭП и ЭИ. Чтобы разобраться в таком количестве разновидностей стали и приобрести продукцию по необходимому назначению и качеству, можно воспользоваться нормативной документацией, справочниками, где прописываются технические характеристики продукции. В сортаменте, зная основные принципы маркировки, всегда можно подобрать необходимый вид проката.

Расшифровка легирующих элементов в аббревиатуре

Иногда распознать легирующие элементы в маркировках бывает затруднительно. Для этого нужно ознакомиться с принятыми обозначениями добавок. Существуют следующие обозначения: хром – Х, марганец – Г, ниобий – Б, медь – Д, азот – А, Молибден – М, титан – Т, фосфор – П, вольфрам – В, никель – Н, кремний – С, ванадий – Ф, алюминий – Ю, бор – Р, кобальт – К и др. 

Область применения конструкционных сталей с легирующими добавками

Как отмечалось выше, все виды конструкционной стали подразделяются на три большие группы в зависимости от их назначения – конструкционные, инструментальные и стали специальные с особенными свойствами.

Машиностроительные и строительные стали

Конструкционные стали, в свою очередь, делятся на машиностроительные и строительные.

Машиностроительные виды составляют большую группу и являются одними из самых высококачественных.  Обязательная термическая обработка придает им лучшие механические характеристики – высокая прочность, текучесть, вязкость, очень малую хрупкость. Очень устойчивы к постоянным нагрузкам, имеют длительный срок эксплуатации.

В свою очередь, они подразделяются на еще на несколько подгрупп.

Жаропрочные стали

Жаропрочные стали – основные отличительные особенности – высокие длительная прочность и ползучесть. Сталь, выдерживая нагрузки, не деформируется и не разрушается. Используются при производстве оборудования и конструкций, работающих долгое время под воздействием высоких температур - турбин, роторов для электростанций, оборудования для котельных, печей с высокими температурами, всевозможных клапанов двигателей, при сооружении особо ответственных конструкций на открытом воздухе, где нельзя допускать коррозию металла. Такие уникальные свойства получают за счет добавки в сплав хрома.

Улучшаемые стали

Улучшаемые – стали, содержащие не выше 5% легирующих компонентов. Процесс улучшения заключается в закалке и последующем высоком отпуске, после чего повышается прочность, вязкость сплава, стойкость к ударным нагрузкам. Из такого материала изготавливают элементы, повергающиеся ритмическим механическим нагрузкам. Недостаток - трудно поддается резке при обработке деталей.

Цементируемые стали

Цементируемые – стали, у которых поверхностный слой под воздействием высокой температуры обогащается атомами углерода. При этом получая прочную, антикоррозийную поверхность, внутренний слой сплава остается вязким, пластичным. Используют такую сталь для производства валов, зубчатых передач, мелких незначительных запчастей. Если добавляют никель, марганец, титан, получают более прочную сталь и из нее изготавливают уже более сложные конструкции и детали, хорошо переносящие резко меняющее, длительное механическое напряжение.

Строительные легированные стали

Строительные легированные стали – используются в строительной отрасли для изготовления несущих конструкций, литых изделий, профилей и арматуры. Основное требование к ним – длительно выдерживать статистические нагрузки. В основном это легко свариваемые низколегированные виды. Все виды стали делятся в зависимости от области применения на 4 группы:

• Для производства конструкций, работающих в особо сложных условиях динамической нагрузки (в мостостроении, как основа эстакад, строительных кранов и т.д.)
• Для элементов, находящихся длительно под статическим напряжением (балки перекрытий, ригели и др.)
• Для создания сварных конструкций, работающих на сжатие (опоры, колонны, стойки)
• Для вспомогательных строительных элементов (лестничные марши, балконные решетки, ограждения и пр.).

Металлургия выпускает также специальные марки строительной стали:

• Судостроительная хладостойкая с нормальной, повышенной и высокой прочностью (для работы в низкотемпературных средах). Практически не обладает хрупкостью
• Низкоопущенная – применяется в строительной авиации. Хорошо переносит значительное напряжение, высокопрочна
•  Упрочненная – получена методом проката при температуре до 850 °C
• Для работы во влажной среде и с горячей водой – можно использовать при температурах до 600°C
• Повышенной и высокой прочности  - используется упрочнение карбонитритом для создания мелкозернистой структуры.

Инструментальные стали

Инструментальные сталиимеют достаточную прочность, твердость и износостойкость, используется для изготовления высокоточного оборудования, измерительных приборов и различных инструментов. Эта сталь должна легко обрабатываться, шлифоваться, обладать устойчивостью к перегреву, прокаливанию, образованию трещин. Обладая небольшой вязкостью и значительной хрупкостью, сталь не переносит резких ударных воздействий, материал может разрушиться.

В данной подгруппе выделяется быстрорежущая сталь, имеющая высокий коэффициент твердости, красностойкости (до 600°C), высокое сопротивление к разрушению. Она позволяет изготавливать инструменты, осуществляющие резку на высоких скоростных оборотах без причинения вреда режущему оборудованию. Такие уникальные свойства создает ряд специально подобранных легирующих компонентов, введенных в сплав.

Стали с особыми свойствами

Стали с особыми свойствамиполучают путем подбора определенного химсостава сплава, особого способа производства или обработки. Они имеют специализированное применение. В настоящее время единой классификации этой группы не существует.

Расшифровка обозначения сталей ЭИ, ЭП, ЗИ, ДИ и другие

ЭП — электростальская (завод) поисковая;
ЭИ — электростальская исследовательская;
ЧС — челябинская сталь;
ЗИ — златоустовская исследовательская;
ВНС — ВИЭМовская нержавеющая сталь;
ДИ — днепроспецстальская (завод) исследовательская.

В данной таблице приведена расшифровка обозначений стали ЭП,  ЭИ, ЧС, ЗИ, ВНС, ДИ. Вы без труда сможете найти маркировку завода изготовителя и соответствующую ей маркировку стали по химическому составу. Выше приведены расшифровки стелей, вы их можете посмотреть в начале этой страницы.

• Конструкционная сталь
• Инструментальная сталь
• Магнитная сталь