Виды и марки стали

Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Содержание углерода невелико (до 2,14%), но именно он придает материалу прочность и твердость, снижая при этом его пластичность. В состав стали также вводят легирующие элементы, которые улучшают ее характеристики. Стальной сплав получают путем переработки чугуна и металлического лома, при этом содержание углерода в чугуне уменьшают за счет добавления железа.

Рассмотрим в статье, сколько видов стали существует, какие классификации приняты в отечественной и мировой металлургии, каким образом наносится маркировка.

Виды стали

В черной металлургии используется обширная классификация стали, которая учитывает разные критерии. Сталь может различаться по способу производства, химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структурным характеристикам.

Способ производства

Начнем рассмотрение классификации марок стали с учета способа или технологии производства. Ранее классическим методом переплавки считалось использование мартеновских печей. Этот процесс занимал значительное время и сопровождался высокими выбросами вредных веществ в атмосферу.

Со временем мартеновские печи были заменены на более современные кислородные конвертеры и электропечи. Наивысшее качество стали достигается при использовании технологии электрошлаковой переплавки.

Химический состав

Классификация сталей по химическому составу заключается в разделении по содержанию углерода:

• низкоуглеродистая сталь — менее 0,3 % углерода;
• среднеуглеродистая — от 0,3 до 0,7 % углерода;
• высокоуглеродистая — более 0,7 % углерода.

Сталь классифицируют также на углеродистую и легированную. Первая используется в стандартных условиях эксплуатации, в то время как легированная применяется в экстремальных ситуациях (высокие температуры или агрессивные среды).

Содержание углерода в стальном сплаве оказывает значительное влияние на его свойства, независимо от того, легированная это сталь или нет. Чем выше процент углерода, тем тверже делается сталь. Однако с увеличением углерода материал сложнее обрабатывать и сваривать, он становится более хрупким и подверженным деформации.

Для изготовления изделий сложной формы выбирают сталь с содержанием углерода не более 1 %. Низкоуглеродистая сталь легко сваривается без дополнительной подготовки, тогда как для стали с высоким содержанием углерода необходимо предусмотреть специальные процессы, чтобы избежать образования трещин при обработке.

Классификация стали по составу включает анализ добавления легирующих элементов, которые придают материалу уникальные физические или химические свойства. По этому признаку сталь можно выделить как низколегированную — до 5 %, легированную — от 5 до 10 % и высоколегированную — более 10 %.

Наиболее распространенными легирующими элементами считаются следующие:

• Хром — доступный элемент, который улучшает прочность, твердость и устойчивость к коррозии, особенно при значительном содержании. Его популярность связана с невысокой стоимостью и широким применением.
• Никель — редкий компонент, его природные запасы ограниченны. Даже небольшие количества (до 5 %) заметно повышают сопротивляемость коррозии, а также увеличивают прочностные характеристики и ударную вязкость.
• Молибден и вольфрам — премиальные элементы, наделяющие сплавы способностью выдерживать высокие температуры, повышенной износостойкостью и ударной прочностью.
• Марганец — используется стабильно в малых объемах (до 0,6 %). При увеличении содержания может заменить никель, что выгодно с точки зрения стоимости. Улучшает стойкость к износу, прочность и сохраняет пластичность.
• Кремний — традиционно входит в состав стали в пределах 0,4 %, но при увеличении содержания повышает упругость и делает материал прочнее.
• Титан — усиливает стойкость к механическим и температурным нагрузкам, а также повышает прочность и твердость стали, что делает его незаменимым для создания качественных сплавов.

Назначение

Классификация сталей по назначению разделяет их на виды в соответствии с особенностями дальнейшего применения:

• Конструкционная — наиболее распространенная группа стали, используемая в строительстве, жилищно-коммунальной сфере и промышленности. В зависимости от требований и условий эксплуатации применяется углеродистая или легированная сталь.
• Инструментальная — предназначена для производства режущих и измерительных инструментов. Для этой группы особенно важны высокая прочность, устойчивость к нагреву и нагрузкам.
• Специального назначения — изготавливается с учетом специфики будущего применения. Может быть устойчива к воздействию кислот, высоким температурам и другим агрессивным условиям.

Качество

Классификация сталей по качеству определяет качественные характеристики, которые имеют важное значение для дальнейшего использования.

По качеству выделяют следующие виды марок стали:

• Обыкновенного качества — нелегированная сталь, присутствует сера (не допускается содержание выше 0,06 %) и фосфор (не более 0,07 %).
• Качественная — может быть как легированной, так и нелегированной. Доля серы и фосфора равна или менее 0,04 %.
• Высококачественная — легированная или нелегированная, серы не более 0,02 %, фосфора — 0,03 %.
• Особо высокого качества — легированная сталь, полученная современным электрошлаковым или электродуговым переплавом. Вредные примеси содержатся в минимальном количестве: сера — менее 0,015 %, фосфор — до 0,025 %.

Степень раскисления

Классификация и маркировка сталей включает разделение по степени раскисления — процессу, удаляющему кислород из сплава. Этот этап важен для улучшения качества стали и повышения ее прочности при высоких температурах.

Раскисление выполняется с использованием таких элементов, как алюминий, кремний и марганец. В зависимости от метода обработки различают следующие виды стали:

• Кипящая сталь — при затвердевании выделяются газы, создающие эффект кипения. Для стабилизации добавляют марганец, что особенно характерно для низкоуглеродистых сплавов. Такой металл чаще всего используется для получения проката небольшого сечения, а крупные изделия из него переплавляют для создания более качественной стали.
• Полуспокойная сталь — углеродистый сплав, отличается хорошей ковкостью. Для улучшения свойств в процессе раскисления добавляют алюминий и марганец.
• Спокойная сталь — добавление марганца, кремния и алюминия полностью устраняет кислород из сплава. Это делает сталь максимально качественной, с улучшенными характеристиками, позволяющими отнести ее к высококлассным легированным маркам.

Структура

Легирующие элементы формируют уникальную структуру сплава, представляющую собой молекулярные решетки определенной формы. Металлы по своей природе имеют зернистое строение, оно заметно на изломе. Под воздействием давления или высокой температуры эта структура изменяется.

В зависимости от химических связей выделяют такие виды, как ферриты, аустениты, перлиты и мартенситы.

На структуру сплава влияют химический состав, способ производства и дополнительные технологические процессы. Сталь может различаться по состоянию, например, быть отожженной или нормализованной.

Рассмотрим разновидности стали в отожженном состоянии:

• Доэвтектоидный вид — состоит из феррита и перлита, включает углеродистую и низколегированную сталь.
• Эвтектоидный вид — благодаря содержанию перлита легко поддается обработке.
• Заэвтектоидный вид — содержит перлиты и цементиты, что придает особые свойства.
• Ледебуритный вид — также состоит из перлитов и цементитов, обладает специфической структурой.
• Аустенитный вид — сплавы с высоким содержанием углерода, включающие хром, никель и марганец, отличаются высокой ударной вязкостью.
• Ферритный вид — твердая структура с низким содержанием углерода.

Углеродистая сталь может относиться к доэвтектоидному, эвтектоидному или заэвтектоидному видам. Легированная сталь может обладать характеристиками любого из перечисленных типов, в зависимости от своего состава и структуры.

Классификация сталей — как происходит маркировка в России

В Российской Федерации принята буквенно-цифровая маркировка, которая указывает на качественную характеристику определенного сплава:

• Ст — обыкновенное качество стали.
• 0-6 — показатель индекса марки и уровня раскисления.
• СП — спокойная сталь, ПС — полуспокойная, КП — кипящая.
• А — сталь имеет гарантированные механические параметры. Б — сталь имеет гарантированный химический состав. В — сталь имеет и гарантированные механические параметры, и химический состав.

Если говорить о качественной стали, ее маркировка может включать указание процентного содержания углерода и буквенные обозначения. Например, 07КП — это кипящая сталь с содержанием углерода 0,07 %, характеризующаяся высоким качеством.

Качественная инструментальная сталь имеет свою систему обозначений. В начале маркировки присутствует буква У, за которой указывается процент углерода в составе. Затем ставится буква А, обозначающая стабильность механических свойств. Такой подход к маркировке помогает быстро определить основные характеристики стали.

Быстрорежущие классы стали помечаются буквой Р, затем ставится процентное содержание элемента вольфрама. То есть Р16 — это быстрорежущая сталь с процентным содержанием вольфрама 0,16.

Конструкционная легированная сталь обозначается указанием сотых долей процента углерода и целых процентов остальных компонентов. Например, маркировка 13Х17Н11Т расшифровывается следующим образом: углерод — 0,13 %, хром — 17 %, никель — 11 %, титан — 1 %. Такой подход позволяет четко указать состав сплава.

В промышленности маркировка стали выполняется с помощью специальной несмываемой краски, цвет которой зависит от ее качественных характеристик. Например:

• сталь Ст5 обозначается зеленым цветом;
• Ст6 маркируется синим;
• Ст2 и ССт2Кп получают желтую маркировку.

Цветовое обозначение облегчает идентификацию стали в производственных условиях.

На вид невозможно определить, какого вида материал стали, поэтому каждой партии назначается определенная маркировка.

Существует множество методов маркировки стали. Каждая разновидность имеет свои особенности и применяется в различных условиях. Рассмотрим основные:

• Лазерная — универсальный способ, подходящий для металлов и других материалов. Отличается высокой точностью и может выполняться на портативном оборудовании.
• Фрезерная — механическое нанесение с использованием вращающейся фрезы. Применяется для работы с толстостенными изделиями.
• Ударно-точечная — текст создается с помощью ударного маркиратора, оставляющего вмятины, которые формируют символы.
• Электрохимическая — надписи наносятся воздействием электротока и кислоты. Границы букв могут быть слегка размытыми.
• Электроискровая — осуществляется с помощью электрического разряда, оставляющего четкие следы на металлической поверхности.
• Каплеструйная — напоминает печать, но применяется для металла. Позволяет наносить цветные надписи. Оборудование бывает стационарным или переносным.
• Шелкографическая — можно создавать однотонные или многокрасочные изображения путем нанесения дополнительного слоя краски.

Выбор метода зависит от материала, толщины поверхности и специфики задачи.

Различные виды стали: как расшифровать европейскую и американскую системы маркировки

Американская система маркировки стали AISI включает несколько цифр и букв. Цифры обозначают класс стали и порядковый номер сплава, а буквы указывают содержание углерода, азота, серы, фосфора, селена, кремния или меди. Такая система позволяет точно определить состав и свойства материала.

Европейская маркировка стали схожа с отечественной. Процент углерода указывается одной натуральной цифрой без нуля и запятой. Далее перечисляются легирующие элементы в порядке их расположения в периодической таблице. Если содержание элемента превышает 5 %, перед маркировкой ставится буква Х.

Например, Х6CrNi15-9 означает, что сталь содержит:

• углерод — 0,06 %;
• хром — 15 %;
• никель — 9 %.

Эта система позволяет легко определить состав и характеристики стали.