Все про сталь

Классификация сталей

1. По химическому составу:
• углеродистые;
• легированные.

2. По концентрации углерода:
• низкоуглеродистые (< 0,3%С); • среднеуглеродистые (0,3-0,7%С); • высокоуглеродистые (>0,7%С).

3. По содержанию легирующих элементов:
• низколегированные (легирующих добавок < 5,0%); • среднелегированные (легирующих добавок 5,0-10,0%); • высоколегированные (легирующих добавок >10,0%).

4. По качеству:
• обыкновенного качества (S-0,055%; P-0,045%);
• качественные (S-0,04%; P-0,035%);
• высококачественные (S-0,025%; P-0,025%);
• особо высококачественные (S-0,015%; P-0,025%).

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей серы и фосфора. Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству.

5. По способу раскисления:
• спокойные – сп (раскисляются FeMn, FeSi, Al);
• полуспокойные — пс (раскисляются FeMn, FeSi);
• кипящие — кп (раскисляются FeMn)

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми. Недостаток этих сталей – повышенное содержание газообразных примесей.

6. По прочности:
• нормальной прочности σв≤1000 МПа;
• повышенной прочности σв≤1500 МПа;
• высокопрочные σв≥1000 МПа.

7. По назначению (легированные стали):
• конструкционные;
• инструментальные;
• с особыми свойствами.

Углеродистая сталь обыкновенного качества

Углеродистые стали обыкновенного качества наиболее дешевые стали, в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями.

Стали обыкновенного качества выпускаются в виде проката: балки, прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры, а также поковок.

В зависимости от гарантированных свойств их поставляют трех групп:
1) Стали группы А поставляют с гарантированными механическими свойствами. Химический состав не указывается. С повышением номера марки повышается прочность и снижается пластичность стали.

2) Стали группы Б поставляют с гарантируемым химическим составом. Механические свойства не гарантируются. Стали этой группы предназначены для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковки, сварки и термической обработки) при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких сталей важны сведения о химическом составе для определения режимов горячей обработки.

3) Стали группы В поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Их широко применяют для сварных конструкций. В этом случае важно знать исходные механические свойства, т.к. они сохраняются неизменными на участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки же свариваемости, важны сведения о химическом составе стали. Именно стали группы В используются в котлостроении (ВСт2кп, ВСт3кп, ВСт2сп, ВСт4пс).

Углеродистую сталь обыкновенного качества изготавливают следующих марок:
— Ст0, Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп, Ст4кп, Ст5пс, Ст6пс
— Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс, Ст4пс, Ст5сп, Ст6сп
— Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп, Ст4сп, Ст5Гпс
— Ст3Гпс
— Ст3Гсп

Буквы «Ст» обозначают – сталь, цифры – условный номер марки в зависимости от химического состава стали (с увеличением номера марки возрастает содержание углерода в стали). Стали групп Б и В имеют перед маркой буквы «Б» и «В», указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Например: Ст3сп, БСт3пс, ВСт2кп.

Стали с повышенным содержанием Mn (0,8÷1,1%) имеют в марке стали букву «Г», например, Ст3Гпс, Ст5Гпс.

С повышением номера марки предел прочности и предел текучести повышаются, а характеристики пластичности снижаются. Повышение содержания углерода в стали ухудшает свариваемость, поэтому для сталей Ст5 и Ст6 сварку не применяют.

Кипящие стали (Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп) содержат повышенное количество кислорода и имеют порог хладноломкости на 30÷40°С выше, чем спокойные тех же марок. Поэтому для конструкций, работающих при низких температурах, применяют спокойные стали.

Хладноломкость – склонность материала к появлению (или значительному возрастанию) хрупкости при понижении температуры. Критерием оценки служит температура, при которой значение ударной вязкости равно минимально допустимому значению – порог хладноломкости.

Качественная углеродистая сталь

Качественные углеродистые стали поставляются в виде проката, поковок, и других полуфабрикатов с гарантированными химическим составом и механическими свойствами.

Химический состав – нормируемый показатель для стали всех марок, цифры в которых означают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Например: 20 – сталь с содержанием С 0,17÷0,24%.
Кроме железа и углерода стали большинства марок содержат:
Si – 0,17÷0,37%;
Mn – 0,35÷0,8%;
Cr < 0,15÷0.25%; S < 0,04%; P < 0,035%. По степени раскисления сталь может быть: • кипящая (обозначается "кп", например: 20кп); • полуспокойная (обозначается "пс", например: 20пс); • спокойная (без индекса, например: 20). Прокат без термообработки обозначается буквой "Н", прокат термически обработанный (отожженный, высокоотпущенный, нормализованный с отпуском, закаленный с отпуском) – обозначается буквой "Т". Существует две группы качества поверхности: • а - предназначенные для горячей обработки давлением; • б – предназначенные для холодной обработки. Для листовой стали стандартом предусмотрено изготовление следующих марок: 15К, 16К, 18К, 20К, 22К. "К" – обозначает котельная. Качественные стали находят многостороннее применение в технике, т.к. в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами. Так стали 15, 20 25 применяются для изготовления элементов котлов (трубы пароперегревателей), работающих под давлением при температурах от 40 до 425 °С. Повышение содержания углерода в стали сопровождается повышением кратковременных прочностных характеристик и снижением деформационных.

Сталь Свойства после нормализации
σв σ0,2 δ ψ НВ
МПа МПа % %
10
Содержание
С – 0,07÷0,14%
340 210 31 55 1430
45
Содержание
С – 0,42÷0,5%
610 360 16 40 2290

Легированные стали

Легированными называются стали, содержащие в своем составе один или несколько специальных элементов в количестве заметно изменяющим ее свойства, или содержащая повышенное против углеродистых сталей количество марганца (более 1%) и кремния (более 0,5%).

Наименование марок легированных сталей состоит из буквенного обозначения элементов и следующих за ним цифр.

Цифры обозначают среднее содержание легирующего элемента в %. При содержании элемента в количестве менее 1,5%, цифра не ставится.

Цифры перед первым буквенным обозначением указывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента.

Химические элементы в марках стали обозначают следующими буквами:

Г марганец Ю алюминий
С кремний Д Медь
Х хром Б Ниобий
Н никель К Кобальт
М молибден Р Бор
В вольфрам П Фосфор
Ф ванадий Ц Цирконий
Т титан Е Селен

Конструкционные стали делятся на:
• качественные (например: 30ХГС);
• высококачественные (в конце марки ставится буква «А»,
например: 30ХГСА);
• особовысококачественные (в конце марки через «-» буква 2Ш», например: 30ХГСА-Ш).

По микроструктуре после нормализации легированные стали делятся на три основные класса:
• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный.

Образование той или иной структуры легированных сталей после нормализации можно объяснить с помощью диаграммы изотермического распада аустенита. Большинство легирующих элементов сдвигает линии начала и конца распада аустенита вправо, увеличивая его устойчивость, и снижает температуру мартенситного превращения.

Легирующие элементы, вводимые в сталь, определяют ее физико-химические и прочностные свойства.

Углерод (С) – строго говоря, не относится к легирующим элементам, увеличивает σв, σт, снижает δ и ударную вязкость.

Кремний (Si) – в количестве 0,3% остается после раскисления, при содержании > 0,3% легирующий элемент, увеличивает σв, снижает δ, увеличивает жаростойкость (окалиностройкость).

Жаростойкость (окалиностойкость) – способность материала противостоять химическому разрушению поверхности под воздействием воздушной или газовой среды при высоких температурах. Критерием окалиностойкости служит потеря массы при окислении металла за определенный период.

Марганец (Mn) – в количестве до 0,8% остается после раскисления, при содержании > 0,8% легирующий элемент. Способствует стабилизации аустенитной структуры. Увеличивает σв, снижает δ.

Алюминий (Al) – уменьшает склонность к росту зерна аустенита в высоколегированных сталях, применяется для повышения жаропрочности и жаростойкости.

Жаропрочность – способность материала выдерживать механические нагрузки без существенной деформации и разрушении при повышенных температурах.

Хром (Cr) – увеличивает прочность, сопротивление ползучести (до 2% без снижения пластичности), при содержании > 12% сталь становится коррозионно-стойкой.

Никель (Ni) – повышает прочность, пластичность, ударную вязкость, снижает температуру перехода в хрупкое состояние, уменьшает склонность к перегреву, в высоколегированных сталях обеспечивает устойчивую аустенитную структуру с повышенной жаропрочностью и коррозионной стойкостью.

Молибден (Mo) – повышает жаропрочность, коррозионную стойкость аустенитных сталей.

Вольфрам (W) – повышает жаропрочность высоколегированных сталей и сплавов.

Ванадий (V) – увеличивает прочность и жаропрочность, уменьшает склонность к росту зерна аустенита. Микродобавки V уменьшают содержание азота в твердом растворе.

Титан и ниобий (Ti и Nb) – действие аналогично ванадию, в высоколегированных сталях уменьшают склонность к межкристаллитной коррозии и повышают жаропрочность.

Медь (Cu) — в количестве 0,15÷0,25% повышает сопротивление стали атмосферной коррозии; при содержании 1,5÷2% несколько повышает твердость и прочность отожженной стали.

Бор (B) – повышает прокаливаемость и жаропрочность высоколегированных сталей.

Цветовая маркировка сталей

В соответствии с ГОСТ 27772-88 для сталей используется цветовая маркировка.

Сталь обыкновенного качества
Ст0 Красный и зеленый
Ст1 Желтый и черный
Ст2 Желтый
Ст3 Красный
Ст4 Черный
Ст5 Зеленый
Ст6 Синий
Углеродистая качественная сталь
08, 10, 15, 20 Белый
25, 30, 35, 40 Белый и желтый
45, 50, 55, 60 Белый и коричневый
Легированная конструкционная сталь
Хромистая Зеленый и желтый
Хромомолибденовая Зеленый и фиолетовый
Xромованадиевая Зеленый и черный
Марганцовистая Коричневый и синий
Хромомарганцовая Синий и черный
Хромокремнистая Синий и красный
Хромокремнемарганцовая Красный и фиолетовый
Никельмолибденовая Желтый и фиолетовый
Хромоникелевая Желтый и черный
Хромоникелемолибденовая Фиолетовый и черный
Хромоалюминиевая Алюминиевый
Коррозионностойкая сталь (хрома более 10%)
Хромистая Алюминиевый и черный
Хромоникелевая Алюминиевый и красный
Хромотитановая Алюминиевый и желтый
Хромоникелекремнистая Алюминиевый и зеленый
Хромоникелетитановая Алюминиевый и синий
Хромоникелениобиевая Алюминиевый и белый
Хромомарганценикелевая Алюминиевый и коричневый
Хромоникелемолибденотитановая Алюминиевый и фиолетовый

Технологические свойства сталей

Марка стали Заменитель Свариваемость
Ст0 Сваривается без ограничений
Ст2кп
Ст2пс
Ст2сп
Ст2сп
Ст2пс
Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая ТО
Ст3кп Ст3пс Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая ТО
Ст3пс
Ст3сп
Ст3сп
Ст3пс
Сваривается без ограничений. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая ТО
Ст4пс Ст4сп Сваривается ограниченно
08 10 Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки
20 15 Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки
15Х 20Х Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки
16К
18К
Сваривается без ограничений
20К Сваривается без ограничений
22К Ограниченно свариваемая. Рекомендуется подогрев и последующая ТО
12Х18Н10Т Сваривается без ограничений

НАЗНАЧЕНИЕ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Марка стали Назначение
Углеродистая сталь обыкновенного качества
Ст2сп, Ст2пс Малонагруженные элементы конструкций, работающие при постоянных нагрузках и положительных температурах: до 150 °С (элементы котлов) и до 300 °С (сосуды, трубопроводы); газопроводы.
Ст2кп То же, но при температурах до 200 °С (сосуды, трубопроводы)
Ст3сп, Ст3пс Несущие элементы конструкций, работающие при перемнных нагрузках в диапазоне температур от – 40 °С до + 425 °С. Сосуды под давлением; трубопроводы пара и воды при температуре до 200 °С (трубные элементы котлов), 425 °С (сосуды) и 300 °С (трубопроводы)
Ст3кп Для второстепенных, малонагруженных и ненесущих конструкций, работающих в диапазоне температур от –40 °С до + 400 °С. Элементы, работающие под давлением при температуре выше 0 до 150 °С (элементы котлов) и 200 °С (сосуды и трубопроводы); газопроводы.
Ст3Гпс Несущие элементы конструкций, работающие при переменных нагрузках в диапазоне температур от – 40 °С до + 425 °С.
Качественная углеродистая сталь
10 Элементы сварных конструкций и корпуса, трубные пучки теплообменных аппаратов, трубопроводы, змеевики и другие детали, работающие при температуре от – 40 °С до + 425 °С, к которым предъявляются требования высокой пластичности. Поверхности нагрева котлов, работающие при температуре до 450 °С
20 Детали сварных конструкций с большим объемом сварки, трубопроводы, змеевики, трубы перегревателей и коллекторов, трубные пучки теплообменных аппаратов, работающие при температурах от – 40 °С до + 450 °С под давлением. Допускается температура эксплуатации труб поверхностей нагрева котлов до 450 °С.
16К, 20К Сварные узлы паровых котлов и сосудов, корпуса цилиндров и камеры горения газовых турбин, работающие при температуре до 450 °С.

НАЗНАЧЕНИЕ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Марка стали Назначение Рекомендуемая рабочая температура °С
Стали перлитного класса
12МХ рубы пароперегревателей, паропроводы и коллекторы высокого давления, работающие при температуре до 530 °С, сосуды с температурой среды до 540 °С, поковки для паровых котлов и паропроводов, детали цилиндров газовых турбин 510
12Х1МФ Коллекторы котлов, паропроводы и корпусное оборудование высокого и сверхвысокого давления для работы при температуре до 570 °С, поверхности нагрева котлов с температурой пара до 585 °С 570 ÷ 585
10ГН2МФА Элементы оборудования АЭС, корпуса парогенераторов, компенсаторы объема, коллекторы и др. 350
20Х1М1Ф1БР Крепежные детали турбин и фланцевые соединения паропроводов и аппаратов 500 ÷ 580
Стали аустенитного класса
09Х14Н16Б Трубы пароперегревателей и трубопроводы установок сверхвысокого давления 650
12Х18Н9Т
12Х18Н10Т
Сварные изделия (детали выхлопных систем, трубы, листовые детали) 600
20Х23Н18 Газопроводы, камеры сгорания 1000


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru