Сталь – это сплав железа (от 45%) и углерода (0.1-2.14%), который отличается от чугуна пониженным содержанием карбона, примесей и присутствием специальных добавок, изменяющих его физико-механические и химические свойства. Металлургия производит много видов стали с различной структурой, свойствами и сферой применения. Производители стальных изделий пользуются системой классификации и маркировки, которая ведется согласно стандартам ГОСТ Р 54384-2011.
Классы и группы стальных сплавов
Классификация основных видов стали производится с учетом трех главных параметров – химический состав, качество и назначение. Такой подход позволяет систематизировать большое количество стальных сплавов, определить их основные эксплуатационные показатели и сферу применения.
Классификация по составу
Наличие в сплавах определенной концентрации железа, углерода и специальных добавок делает возможной классификацию сталей по химическому составу на:
- Углеродистые – твердые, прочные стали, которые легко подвергаются металлообработке, имеют пластичный и упругий внутренний слой. Их свойства определяет универсальность металла и широкую сферу его использования. Сталь делится на низко- (менее 0.25%), средне- и высокоуглеродистую (более 0.6%).
- Легированные, содержащие в своем составе более 20 видов дополнительных элементов, которые придают металлу различные физические и химические свойства. Класс таких сталей делится на три группы – низко- (добавок не более 0.25%), средне- (до 0.6%) и высоколегированные, количество добавок в которых может превышать 10%.
Если углеродистые стали относятся к категории универсальных, то легированные сплавы являются специализированными. Существуют 5 структурных типов легированной стали с различной зернистостью и молекулярными связями, которые определяют сферу применения металла:
- аустенитная с высоким уровнем легирования, присутствием в числе добавок хрома и никеля, дающих сплаву пластичность, устойчивость к коррозии и сверхпрочность при критически низких температурах;
- ферритная, с наличием в кристаллической решетке мелкодисперсного зерна. Присутствие ванадия, карбидов и кремния увеличивает жаростойкость металла и снижает показатель хрупкости, позволяя избегать его растрескивания;
- мартенситная с высоким (до 17%) содержанием хрома и добавками (молибден, ванадий, вольфрам), отличается особым способом остывания металла после закалки, который обеспечивает стали;
- бейнитная – отличается возможностью сохранения промежуточной стадии формирования кристаллической решетки и включением компонентов (марганец, хром, кремний), которые обеспечивают металлу хорошую свариваемость и сопротивление растрескиванию;
- перлитная – широко распространенный тип инструментальной стали с низким уровнем легирования, прошедшей закалку и отпуск.
Специализированные сплавы могут, как улучшать эксплуатационные показатели металла, так и делать его недопустимым для применения в некоторых областях. Знание структуры металла и содержания добавок позволит не только провести классификацию, но и выбрать самую подходящую марку стали для условий производства.
Классификация по качеству
Эксплуатационные показатели сталей зависят не только от присутствия в их составе легирующих добавок, но и от количества вредных примесей, допущенных в производстве металла. Поэтому классификация сталей производится и по их качеству. Стали группируются в 4-х категориях:
- стандартная – с присутствием серы до 0.06 и фосфора не более 0.07%;
- качественная – содержание серы и фосфора не превышает 0.035%;
- высокого качества – сера и фосфор до 0.025%;
В четвертую группу входят стали особо высокого качества, в которых объем S и F не превышает 0.015%.
Классификация по назначению
В число особо высококачественных марок входят металлы, составляющие отдельную группу. Она позволяет провести классификацию сталей по их назначению:
- конструкционные;
- инструментальные;
- с особыми физико-механическими показателями;
- с особыми химическими характеристиками.
Система такой классификации достаточно условна. Некоторые обозначения сталей могут дублироваться в разных группах. Среди всего разнообразия марок можно выделить несколько общих групп:
- инструментальные,
- нержавеющие,
- шарикоподшипниковые,
- конструкционные,
- быстрорежущие,
- автоматные,
- жаростойкие.
Многие виды сталей по своим техническим характеристикам подходят и для соседних групп. Поэтому при разработке деталей инженеры и технологи отдают предпочтение маркам сталей с учетом таких важных показателей, как цена, совместимость с другими механизмами, обрабатываемость.
