L_2_1_Stali_klassifikatsia_stalei_774

Металлы в строительной практике
Из всего многообразия, выпускаемых в настоящее время металлов и сплавов, в строительной практике при создании металлических конструкций используются, в основном, два вида сплавов:
Сплавы железо - углерод (черные металлы) (сталь, чугун);
Сплавы алюминия.

Сплавы железа
Сталь (основной материал для создания как металлоконструкций, так и инструмента)
Сталь – сплав железо-углерод с концентрацией углерода от 0,02 – 2,14%; (реально концентрация углерода в сталях доходит до 1,3%).
Стали значительно лучше чугунов по механическим характеристикам.
Чугун - – сплав железо-углерод с концентрацией углерода 2,14% - 6,67%; (Реально С до 4,6%)
Чугуны более дешевы у них лучше литейные свойства, но в строительной практике используются мало из-за высокой хрупкости.

Стали
Благодаря комплексу великолепных свойств стали были, есть и, по крайней мере, в ближайшее время будут самым главным конструкционным материалом.
Отечественная промышленность выпускает в настоящее время очень много различных марок сталей.
Каждая сталь имеет свое обозначение, в разных странах стали обозначаются по разному. Российское, буквенно-цифровое обозначение сталей самое лучшее. Оно позволяет много узнать о ней: ее состав, а, сл-но, способность к термообработке и сварке, ее коррозионные свойства и т.д.
Ваша первая задача заключается в знакомстве с обозначением различных марок Российских сталей, научится расшифровывать это обозначение и по составу сталей определять ее коррозионные свойства.

Существует несколько видов классификаций
сталей:
По составу:
- Углеродистые;
- Легированные.
По структуре:
- Перлитные;
- Мартенситные;
- Аустенитные;
- Ферритные.
По назначению:
Конструкционные
Инструментальные
Классификация сталей

Углеродистые стали:
а) обычного качества (Самые дешевые стали, в них больше вредных примесей (S и P) и содержание углерода изменяется в широких пределах).
Обозначение: Ст0, Ст1кп, … Ст3сп,… Ст6.
где, цифры 1, 2, 3…- 6 - обозначают номер стали, (чем больше номер, тем больше в стали углерода). Буквы обозначают степень удаления из стали СО2:
КП – кипящая;
ПС – полуспокойная;
СП – спокойная.
Конструкционные стали
(Содержание углерода обычно меньше 0,6%)

Углеродистые стали обычного качества
Старое обозначение углеродистых сталей обычного качества: , Ст1сп, БСт3кп, ВСт2пс
А – стали, гарантированные по механическим свойствам; (в обозначении буква А не ставилась).
Б – стали, гарантированные по химическим свойствам;
В – стали, гарантированные по механическим и химическим свойствам.
Такое обозначение встречается на старых чертежах и в старых учебниках.

б) качественные стали.
(Качество сталей повышается за счет более четкого содержания углерода и снижения концентрации вредных примесей (S и P).
Обозначение: Сталь05; сталь08кп; сталь10; сталь15сп; …; сталь 60.
где: цифры 05, 08, 10,… 60 – обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
в) автоматные стали.
Стали для крепежа, получающегося при высоких скоростях резания.
Для повышения чистоты поверхности такие стали дополнительно легируются небольшими количествами (<<1%) серы, селена, свинца или кальция.
Обозначение: А15, А20, А25, …А40. – стали легируются серой;
АЕ15 – легируются селеном;
АС15 – легируются свинцом;
АЦ15 – легируются кальцием.
Цифры 15, 20…40 в обозначении стали указывают на количество в ней углерода в сотых долях процента.
Конструкционные углеродистые стали

Конструкционные стали
За счет дополнительного легирования автоматных сталей вредными компонентами (S, Se, Pb, Ca) эти стали менее прочны и у них выше коррозионная активность, в сравнении с углеродистыми сталями обычного качества и качественными .
г) литейные стали. Стали для изготовления деталей методом литья.
Обозначение: 15Л, 20Л, 25Л,… 45Л.
Буква Л в обозначении – сталь литейная;
Цифры 15, 20…45 в обозначении указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Легированные стали
Стали очень часто легируются другими компонентами. Легирование делает сталь более дорогой, но улучшает ее свойства.
Различают три вида легирования:
- низкое (суммарная концентрация легирующих компонентов до 2,5%); (до 5%). Используется, в основном, для улучшения механических характеристик стали.
- среднее (от 2,5 до 10%); (от 5%)
- высокое (свыше 10%).
Среднее и высокое легирование изменяет не только механические характеристики стали, но и коррозионные.
В строительной практике наиболее широко используется низкое легирование, как более дешевое.
Конструкционные стали

Конструкционные легированные стали
а) качественные
40Х, 30ХГС, 34ХН1М2Ф, 10ХСНД, 22Х2Г2АЮ.
где: цифра в начале обозначения (40, 30, 34, 10, 22) – среднее содержание углерода в сотых долях процента;
Буквы (Х, Г, С, Н, М) – обозначение легирующих компонентов в стали; Порядок букв определяет порядок введения легирующих элементов в сталь при ее варке.
Цифры после букв обозначают среднее содержание легирующего компонента в стали: если цифра отсутствует, содержание компонента в стали меньше 1%, если стоит цифра 1 – содержание элемента в стали больше 1%, если стоят цифры 2, 3, 4 и т.д., то они обозначают среднее содержание элемента в стали в процентах.

Обозначение легирующих элементов в сталях
Студентам необходимо знать обозначение компонентов в сталях. Компоненты в сталях обозначаются:
По первой букве русского названия:
Х – Cr, Н – Ni, М – Mo, Т – Ti, В – W, К –Со, А – N,
Если буква уже использована, компонент обозначается последующей буквой русского названия, отсюда:
Д – Cu, Г – Mn, Ю – Al, Б – Nb, Е – Se, P – B,
Исключения (все буквы в названии элемента использованы):
Ф – V, П – P, С – Si,

Влияние низкого легирования на свойства сталей
Низкое легирование с суммарной концентрацией легирующих элементов до 5% широко используется для улучшения механических характеристик сталей.
Низкое легирование мало меняет коррозионные характеристики сталей в электролитах.
Только медь в очень небольшом количестве (0,3%) повышает стойкость низколегированных сталей к атмосферной коррозии в условиях открытой атмосферы. Повышение коррозионной стойкости невелико и составляет всего 20%.

Влияние концентрации меди на скорость коррозии строительных сталей в условиях открытой атмосферы
Примеры сталей с медью: 10ХСНД, 10Г2С1Д, 10ХДНП, 09Г2Д, 18Г2АФ(Д)
Т.к. концентрация меди очень не высока, поэтому даже при небольшом коррозионном эффекте легирование медью широко используется в строительных сталях, вагоностроении, изготовлении емкостей и т.д.

б) высококачественные
Стали с меньшим содержанием S и Р и поэтому прочнее.
Высокое качество обозначается буквой А в конце обозначения.
Примеры обозначения: 30ХГСА, 34ХН1М2ФА.
Таким образом, буква А в обозначении сталей может встретиться в 3 положениях:
В начале обозначения А15, АС12ХН, АЦ10ХН3, что означает, что сталь автоматная;
В середине обозначения 30ХНАМ, что означает , что сталь азотированная, легированная азотом;
В конце обозначения 35ХМА, 38Х2МЮА, что означает, что сталь высококачественная.
Конструкционные легированные стали

Конструкционные легированные стали
в) особо высококачественные.
Стали с меньшим содержанием неметаллических включений (НВ), которые удаляются с помощью различного вида переплавов.
Обозначение: 95Х18-Ш, 20ХМФ-ВД
Вид переплава:
Ш – шлаковый; ВД – вакуумно-дуговой;
ПД – плазменно-дуговой;
ВИ – вакуумно-индукционная выплавка.
Так как дополнительная очистка сталей требует дополнительных переплавов, т. е расхода энергии, стали становятся дорогими, поэтому особо высококачественные стали в строительстве используются редко.

Конструкционные легированные стали
г) шарикоподшипниковые
Стали для изготовления подшипников. Стали способные выдержать высокие нагрузки и сопротивляться контактной усталости, что обеспечивается дополнительным четким легированием хромом.
Обозначение: ШХ4, ШХ15, ШХ20СГ,
где Ш – шарикоподшипниковая, Х - легированная хромом, 4,15 – содержание хрома в десятых долях процента.
Содержание углерода в шарикоподшипниковых сталях не показывается, т.к. одно и то же и составляет около 1 %.

3. Стали особого назначения
В сталях особого назначения используется среднее и высокое легирование, что позволяет менять, как механические, так и коррозионные характеристики сталей.
3.1 Жаростойкие (окалиностойкие)
Жаростойкость – способность сталей сопротивляться химической коррозии при высоких температурах.
Достигается введением в сталь 3 легирующих компонентов:
Главные элемент Cr -4-5 – 30%, дополнительные Al – 0-5%,
Si – 0–4%. Жаростойкая сталь узнается по содержанию Cr > 4%
Примеры обозначения:
15Х5М, 40Х9С2Ю, 12Х13, 10Х28.
Стали конструкционные особого назначения

Конструкционные стали особого назначения
3.2 Жаропрочные
Жаропрочность – способность сталей сохранять свои механические характеристики при высоких температурах.
Достигается дополнительным легированием сталей W, Mo, V, Co, Nb, B
15Х11МФ, 18Х12ВМБФР.
Жаропрочные стали обязательно должны быть и жаростойкими, т.е. в своем составе содержать не менее 5% хрома.

3.3 Коррозионностойкие (нержавеющие) стали
Коррозионная стойкость – способность сталей сопротивляться электрохимической коррозии в электролитах.
Достигается легированием стали Cr, Ni, Mo, Cu
Основной легирующий элемент Cr, который вводится в сталь в соответствии с правилом Таммана
Правило Таммана: коррозионная стойкость сплавов с ростом содержания легирующего компонента меняется скачками. Скачки наблюдаются при достижении концентрации легирующего компонента n/8 атомной доли, где n = 1, 2, … , 7.
Конструкционные стали особого назначения

Графическое выражение правила Таммана для Cr в нержавеющих сталях
Коррозионностойкие (нержавеющие) стали содержат в своем составе более 12,5 % хрома)

а) Хромистые
08Х13, 10Х13, 12Х17, 20Х13, 12Х17 , стали более дешевые, но с невысокой коррозионной стойкостью
б) Хромникелевые стали – самые распространённые коррозионностойкие стали.
12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х18Г8Н2Т.
Наилучшее соотношение Cr : Ni = 18 : 9 или Cr : Ni = 18 : 10
Такие стали являются аустенитными и не магнитятся.
в) Хромникельмолибденомедные
Mo, Cu – дополнительные легирующие компоненты, повышающие стойкость в хлоридах и кислотах. Ti – повышает стойкость к межкристаллитной коррозии. Стали более дорогие.
08Х17Н15М3Т, 10Х17Н13М3Т
Стали с содержание легирующих элементов более 50% обозначаются, как сплавы, более кратко: например 08Х23Н23М3Д3Т. (08ХН23МДТ)
Виды коррозионно-стойких сталей.

Арматурные стали
Строительные стали ( арматурные стали, строительный прокат) обозначаются по своему. В них не показывается состав стали и количество в ней углерода, а приводится только главная механическая характеристика стали предел текучести (σТ, σ02).
Арматура железобетона изготовляется по двум ГОСТам;
ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций» Технические условия.
ГОСТ 10884-94 «Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций». Технические условия.
Согласно ГОСТ 5781-82 арматурная сталь различается по классам и обозначается:
A-I (A240); A-II (A300); Ас-II (Ас300); A-III (A400); A-IV (A600); A-V (A800); A-VI (A1000).

Арматурные стали
Чем выше класс, тем выше прочность арматурной стали, цифры в обозначении стали определяют условный предел ее текучести (σ02) в н/мм2.
Стержни арматурной стали класса изготовляются:
Класс А-I - гладкие; Классы A-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI - периодического профиля.
Примеры обозначения арматурной стали:20-А-II (А300) - Арматурная сталь диаметром 20 мм, класса А-II (А300) с пределом текучести в 300 н/мм2.
Состав арматурной стали в обозначении не показывается, но чем выше ее прочность, тем больше в ней легирующих компонентов. Состав арматурных сталей разных классов приведен на следующем слайде.

Характеристики и состав горячекатаной арматурной стали.

Арматурные стали
Арматурный пруток может быть гладкий и с переменным профилем:
Арматура периодического профиля представляет собой круглые профили с двумя продольными и поперечными выступами.

Упрочненные арматурные стали
.
Упрочненная арматурная сталь согласно ГОСТ 10884-94 также различается по классам: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ав600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К и Ат1200.
Буквы в обозначении стали означают:
"т"- термически упрочненная арматурная сталь;
"в"- арматурная сталь, упрочненная вытяжкой.
С – обозначение, которое обычно помещается после цифр класса показывает, что предложенную сталь можно варить электросваркой;
К – обозначение указывающее на то, что выбранный вид арматуры имеет повышенную стойкость к коррозионному растрескиванию.

Арматурная упрочненная сталь
Пример расшифровки обозначения арматурной упрочненной стали:
20Ат800 ГОСТ 10884-94 - Арматурная сталь диаметром 20 мм термически упрочненная, класс Ат800, с пределом текучести 800 н/мм2.
16Ав600К ГОСТ 10884-94 – Арматурная сталь, диаметром 16 мм, класса Ав600, упрочненная вытяжкой, с пределом текучести 600 н/мм2, стойкая против коррозионного растрескивания.
Арматурные упрочненные стали также могут быть углеродистые и легированные, чем выше класс стали, тем больше в ней легирующих компонентов (следующий слайд)

Характеристики термомеханически упрочненной арматурной стали и ее состав

Строительный прокат
В строительстве широко используется строительный прокат различного профиля:
Лист;
Уголок;
Швеллер;
Стержень;
Труба
Квадрат;
Арматура.
Двутавр

Строительные стали
Строительный прокат обозначаются специфично.
Листовой универсальный прокат и фасонный прокат (уголки, швеллера, двутавр) обозначаются: С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375,
С390, С390К, С440, С590, С590К.
Буква С означает - сталь строительная, цифры обозначают предел текучести (σТ, σ02) проката, в н/мм2
буква К - вариант химического состава.
Марки строительных сталей и их состав можно узнать в ГОСТ (Таблица приведена ниже).

Строительные стали
Марки конструкционных сталей для строительного проката приведены в таблице.
Чем прочнее сталь, тем больше в ней легирующих элементов.

Строительные стали
Анализ таблицы показывает, что для строительного проката используется углеродистая сталь обычного качества Ст 3 или низколегированные стали с невысоким содержанием углерода от 0,09 до 0,16%, что обеспечивает хорошую их свариваемость.
Легирующие элементы позволяют увеличить прочность стали (σ02).
В легированный строительный прокат часто вводится медь (Д) для небольшого повышения стойкости проката в условиях открытой атмосферы.

Стали для изготовления инструмента, режущего, мерительного, штампов. Основное требование высокая твердость и износостойкость, что обеспечивается прежде всего закалкой.
Углеродистые
У7, У8, …У13.
где 7,8,13 – среднее содержание углерода в десятых долях процента.
У9А, У10А – высококачественные.
Легированные
Х, 9Х, 6ХВГ, 9ХС, 7ХГ2ВМ, 4Х2В5МФ.
Если перед обозначение стали нет цифры, то содержание углерода в ней 1 %
Инструментальные стали
Содержание углерода обычно > 0,6 %

Инструментальные быстрорежущие стали
Быстрорежущие стали. ГОСТ 19265-73
Р18, Р6М3, Р9К5, Р6М5К5.
где, Р- быстрорежущая;
Быстрорежущие стали используются для изготовления инструмента (фрез, сверл, метчиков) для резания с большой скоростью, они должны обладать способностью сохранять высокую твердость. прочность и износостойкость при повышенных температурах.
В большинстве быстрорежущих сталей содержание углерода одинаково и составляет 0,8-0,9 % и в обозначении стали не показывается, если содержание углерода иное, например, 1,1%, то углерод в стали показывается 11Р3АМ3Ф2

Инструментальные быстрорежущие стали
В процессе работы быстрорежущие стали нагреваются, поэтому должны быть жаропрочными, цифра после буквы Р обозначает процентное содержание основного упрочняющего элемента жаропрочного легирования W.
Для повышения жаропрочности быстрорежущие стали дополнительно часто легируются молибденом (М), кобальтом (К), ванадием (Ф)

Инструментальные быстрорежущие стали
В процессе работы быстрорежущие стали нагреваются и следовательно должны быть еще и жаростойкими.
Жаростойкость обеспечивается введением в быстрорежущие стали Сr, который в них вводится всегда в одной и той же концентрации 4-5% , обеспечивает жаростойкость до 550 о С и в маркировке стали, также как и углерод не показывается.

Примеры классификации сталей
Таким образом, обозначение сталей, применяемое в России позволяет узнать:
Какая это сталь: конструкционная или инструментальная (это определяется по обозначению углерода: две цифры- сталь конструкционная, одна цифра – инструментальная.
Дает сведения о составе стали: количества в ней углерода и основных легирующих элементов. По составу стали можно определить ее коррозионные свойства (при концентрации Сr > 4% сталь становится жаростойкой, при концентрации Сr > 12,5% коррозионностойкой (нержавеющей) , при дополнительном легировании жаростойкой стали W, Mo, Co, V, Nb сталь становится жаропрочной.
Количество углерода в стали позволяет узнать способность ее к сварке и закалке.

Примеры расшифровки обозначения сталей
05кп – конструкционная, углеродистая, качественная, кипящая, содержит 0,05% углерода, особых коррозионных свойств не имеет (ОКСН).
30ХГСА – конструкционная, легированная, высококачественная, содержит: С - 0,3%, Cr, Mn, Si < 1%,
особых коррозионных свойств не имеет (ОКСН).
10ХНДП – конструкционная, легированная, содержит 0,1% С, Cr, Ni, Cu, P < 1%, за счет меди (Д) имеет повышенную (на 20%) стойкость в условиях открытой атмосферы.
У9А – инструментальная углеродистая сталь, высококачественная, содержит: 0,9%С, ОКСН.
4Х3ВМФ – инструментальная легированная сталь, содержит: 0,4%С, 3%Cr, <1% W, Mo, V, ОКСН.