Л3.1. Стали, классификация сталей

Литература
Основная литература
Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение. Учебник для вузов. – С.П.: Химиздат, 2004, 735 с.
Пейсахов А.М. Кучер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. СПб.: Изд-во Михайлова, 2003, 2004 г
Методическая литература
Лихачев В.А. Материаловедение и технология В.А.Лихачев конструкционных материалов/ Учебное пособие. –Киров: Изд-во ГОУ ВПО «ВятГУ», 2010. – 64с.

Модуль 3. Основные конструкционные материалы.
Слайд 7.01

Виды классификаций.
Слайд 7.02
Существует несколько видов классификаций
сталей:
По составу:
- Углеродистые;
- Легированные.
По структуре:
- Перлитные;
- Мартенситные;
- Аустенитные;
- Ферритные.
По назначению:
Конструкционные
Инструментальные
Классификация сталей

Конструкционные стали.
Слайд 7.03
Углеродистые стали:
а) обычного качества
Ст0, Ст1, … Ст3сп,… Ст6 .
Старое обозначение: БСт3кп, ВСт2пс
А – стали, гарантированные по механическим свойствам;
Б – стали, гарантированные по химическим свойствам;
В – стали, гарантированные по механическим и химическим свойствам.
КП – кипящая;
ПС – полуспокойная;
СП – спокойная.
Конструкционные стали

Конструкционные стали.
Слайд 7.04
б) качественные стали
Сталь0,5; сталь0,8кп; сталь10; сталь15сп; сталь20;…; сталь 60. где: 0,8, 10,… 60 –среднее содержание углерода в сотых долях процента
в) автоматные стали. Стали для крепежа, получающегося при высоких скоростях резания
А15, А20, А25, …А40. – легируются серой;
АЕ15 – легируются селеном;
АС15 – легируются свинцом;
АЦ15 – легируются кальцием.
г) литейные стали. Стали для изготовления деталей методом литья.
15Л, 20Л, 25Л,… 45Л.
Конструкционные стали

Конструкционные стали.
Слайд 7.05
Легированные стали
Легирование:
- низкое (суммарная концентрация легирующих компонентов до 2,5%); (до 5%)
- среднее (от 2,5 до 10%); (от 5%)
- высокое (свыше 10%).
а) качественные
40Х, 30ХГС, 34ХН1М2Ф, 10ХСНД, 22Х2Г2АЮ.
где: 40, 30, 34, 10 – среднее содержание углерода в сотых долях процента;
Х, Г, Н, М – обозначение легирующего компонента;
1, 2 – среднее содержание легирующего компонента
Конструкционные стали

Обозначение легирующих элементов в сталях
По первой букве русского названия:
Обозначение легирующих компонентов:
Х – Cr, Н – Ni, М – Mo, Т – Ti, В – W, К –Со, А – N,
По последующим буквам русского названия:
Д – Cu, Г – Mn, Ю – Al, Б – Nb, Е – Se, P – B,
Исключения:
Ф – V, П – P, С – Si,

Конструкционные стали.
Слайд 7.06
б) высококачественные
30ХГСА, 34ХН1М2ФА. С меньшим содержанием S и Р.
Таким образом, буква А в маркировке сталей может встретиться в 3 положениях:
В начале маркировки А15, АС12ХН, АЦ10ХН3, что означает, что сталь автоматная;
В середине маркировки 30ХНАМ, что означает , что сталь азотированная, легированная азотом;
В конце маркировки 35ХМА, 38Х2МЮАчто означает, что сталь высококачественная.
Конструкционные легированные стали

Конструкционные легированные стали
в) особо высококачественные
30ХГС-Ш, 20ХМФ-ВД
Вид переплава:
Ш – шлаковый; ВД – вакуумно-дуговой;
ПД – плазменно-дуговой;
ВИ – вакуумно-индукционный.
г) шарикоподшипниковые
ШХ4, ШХ15, где Ш – шарикоподшипниковая, Х легированная хромом, 4,15 – содержание хрома в десятых долях процента.

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

Арматурные стали
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:
A-I (A240); A-II (A300); Ас-II (Ас300); A-III (A400); A-IV (A600); A-V (A800); A-VI (A1000).
Согласно ГОСТ 10884-94 классы упрочненной арматурной стали следующие: Ат400С, Ат500С, Ат600, Ат600С, Ат600К, Ат800, Ат800К, Ат1000, Ат1000К и Ат1200.

Арматурные стали
Чем выше класс, тем выше прочность арматурной стали, цифры в скобках определяют предел текучести (σ02) в н/мм2.
Стержни арматурной стали класса:
А-I - гладкие; A-II, A-III, A-IV, A-V, A-VI - периодического профиля.
Примеры обозначения:
20-А-II ГОСТ 5781-82 - Арматурная сталь диаметром 20 мм,
класса А-II (А300).
20Ат800 ГОСТ 10884-94 - Арматурная сталь термически
упрочненная диаметром 20 мм, класса прочности Ат800.
16Ат600К ГОСТ 10884-94 - То же, диаметром 16 мм, класса прочности Ат600, стойкая против коррозионного растрескивания
Каждый класс арматуры изготовляется из углеродистой или низколегированной конструкционной стали:

Характеристики горячекатаной арматурной стали и состав.

Характеристики термомеханически упрочненной арматурной стали и ее состав

Строительные стали
Строительный прокат также маркируется специфично.
Фасонный прокат (уголки, швеллера, двутавр) изготовляют из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375,
Листовой универсальный прокат и гнутые профили - из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С590, С590К.
Примечание. Буква С означает - сталь строительная, цифры условно обозначают предел текучести (σТ, σ02) проката, в н/мм2
буква К - вариант химического состава.

Лист;
Строительный прокат
Уголок;
Швеллер;
Стержень;
Труба
Квадрат;
Арматура.

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

Конструкционные стали.
Слайд 7.07
3. Стали особого назначения
3.1 Жаростойкие (окалиностойкие)
Жаростойкость – способность сталей сопротивляться химической коррозии при высоких температурах.
Достигается введение в сталь легирующих компонентов:
Cr -4-5 – 30%, Al – 0-5%, Si – 0–4%
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

Конструкционные стали.
Слайд 7.08
3.3 Коррозионностойкие
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

Конструкционные стали.
Слайд 7.09
Правило Таммана для Cr в нержавеющих сталях

Конструкционные стали.
Слайд 7.10
Хромистые
08Х13, 10Х13, 12Х17, 20Х13, 12Х17
Хромникелевые стали – самые распространённые коррозионностойкие стали.
12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 10Х18Г8Н2Т.
Cr : Ni = 18 : 9 Cr : Ni = 18 : 10
Хромникельмолибденомедные
Mo, Cu – дополнительные легирующие компоненты, повышающие стойкость в хлоридах и кислотах. Ti – повышает стойкость к межкристаллитной коррозии.
08Х23Н23М3Д3Т.
Виды коррозионно-стойких сталей.

Инструментальные стали.
Слайд 7.11
Инструментальные стали.
Стали для изготовления инструмента, режущего, мерительного, штампов. Основное требование высокая твердость и износостойкость.
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 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 маркировке стали не показывается, если содержание углерода иное, например, 1,1%, то 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)