Качественные конструкционные стали маркируются:0,5кп; 0,8кп; 0,8пс; 0,8; 10кп; 10пс; 10; 15кп; 15; 20кп; 20; 25; 30; 35 и т. д. до 85, 15Г, 20Г, 25Г, 30Г и т. д. до 70Г. В марках двузначные числа показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буква Г обозначает повышенное содержание марганца.
Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали широко применяют для штампованных изделий. Штампуемость стали тем хуже, чем больше в ней углерода. Для глубокой вытяжки применяют кипящие стали 0,8кп, Юкп, 15кп. Малоуглеродистые стали применяют для изделий, подвергающихся цементации. Эти стали хорошо свариваются, обрабатываются резанием на металлорежущих станках.
Из качественных конструкционных сталей изготовляют зубчатые колеса, шатуны, валы, оси, кулачки, муфты, толкатели клапанов, пальцы рессор, вилки и валики переключения передач и т. д.
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435 — 74) выплавляются в мартеновских и электрических печах; они содержат от 0,7 до 1,35 % углерода. Такие стали подразделяются на качественные и высококачественные.
Инструментальные качественные стали изготовляют марок: У7, У8, У9, ..., У13. Число в обозначении марки указывает на среднее содержание углерода в десятых долях процента.
К марке инструментальных высококачественных сталей добавляют букву А: У7А, У8А, ..., У13А. Такие стали содержат меньше серыи фосфора, чем качественные.
Из углеродистых инструментальных сталей изготовляют разнообразные слесарные инструменты, подвергаемые термической обработке. Из сталей марок У7А, У8, У8А делают зубила, молотки, штампы, измерительный инструмент; из стали марок У8, У8А — ножи и ножницы по металлу, кернеры, ролики труборезов. Из сталей марок У10А, У11, У11А, У12, У12А изготовляют инструменты, обладающие высокой твердостью: напильники, шаберы, ножовочные полотна для механических ножовок.
6 Легированные стали
Легированные стали в отличие от углеродистых кроме углерода, железа и обычных примесей содержат определенное количество добавок, придающих сталям особые свойства и называемых легирующими элементами. К легирующим элементам относятся хром — X, вольфрам — В, молибден — М, медь — Д, кремний — С, алюминий— Ю, бор — Р, цирконий — Ц, никель — Н, ванадий— Ф, марганец—Г, кобальт — К, титан — Т, фосфор— П, ниобий — Б. Каждый легирующий элемент имеет свое назначение.
По назначению легированные стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами.
Влияние легирующих добавок на свойства сталей. Свойства легированных сталей зависят от содержания в них легирующих элементов.
Никель и хром улучшают механические свойства, повышают жаростойкость и коррозионную стойкость сталей.
Вольфрам повышает твердость, прочность, улучшает режущие свойства стали при высоких температурах (красностойкость).
Марганец повышает твердость, износостойкость, сопротивление ударным нагрузкам сталей.
Кремний повышает упругие свойства стали, увеличивает кислотостойкость сталей.
Титан увеличивает жаропрочность и кислотостойкость сталей.
Молибден улучшает механические свойства при нормальной и повышенной температурах, несколько повышает свариваемость сталей.
Ванадий улучшает пластические свойства стали, измельчает ее микроструктуру.
Кобальт увеличивает ударную вязкость и жаропрочность сталей.
Конструкционные стали (низколегированные) содержат углерод не более 0,6%. Основные легирующие элементы таких сталей — хром, никель, кремний, марганец. Другие легирующие элементы вводят в сталь в небольших количествах, чтобы дополнительно улучшить ее свойства. Общее количество легирующих элементов у большинства сталей не превышает 5%.
Конструкционные низколегированные стали (ГОСТ 19281—73, ГОСТ 19282—73) обладают наилучшими механическими свойствами после термической обработки.
При маркировке легированных сталей первые две цифры показывают содержание углерода в сотых доляхпроцента, следующая за ними буква — условное обозначение легирующего элемента, входящего в сталь. Если количество легирующего элемента составляет 2 % и более, то после буквы ставится еще цифра, указывающая это количество. Например, 15Х — сталь содержит 0,15% углерода и до 1 % хрома, 20Х2Н4А — сталь содержит 0,20 % углерода, около 2 % хрома, 4 % никеля, высококачественная (А), т.е. содержит меньше вредных примесей серы и фосфора.
Легированные конструкционные стали 19Г, 14Г, 17ГС, 14ХГС широко применяют при строительстве нефтегазопроводов высокого давления диаметром до 820 мм. Сталь 14ГС используют для крупных листовых сварных конструкций доменных печей, пылеуловителей, воздухонагревателей. Сталь 17ГС предназначается для корпусов аппаратов, днищ, фланцев и других деталей паровых котлов, работающих при температурах до 450 °С.
Хромокремненикелевые стали 10ХСНД, 15ХСНД используют для сварных ферм, конструкций мостов, вагонов, рам, аппаратов и сосудов химической промышленности. Стали 35ХС и 25Г2С служат для изготовления арматуры гладкого и периодического профилей, для армирования обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций.
Легированные конструкционные стали хорошо свариваются, не образуют при сварке горячих и холодных трещин. Механические свойства сварных соединений аналогичны свойствам основного металла.
В машиностроении применяют большое количество марок легированных конструкционных сталей, главным образом для изготовления ответственных деталей машин и металлических конструкций: валов двигателей, тяже-лонагруженных зубчатых колес экскаваторов, автокранов и других строительных машин, деталей и арматуры, работающих при повышенных температурах. Из кремнистых сталей изготовляют рессоры и пружины.
Инструментальные стали подразделяются на низколегированные с содержанием легирующих элементов до 5 % и высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10 %.
Низколегированные инструментальные стали (ГОСТ 5950—73) 11Х, 13Х, ХСВГ, 9ХС, ХВГ после термической обработки обладают более высокими показателями механических свойств по сравнению с углеродистыми инструментальными сталями: имеют более высокую твердость после термообработки (62...65 HRC), повышенные износостойкость и теплостойкость (до 200...250°С), меньшую чувствительность и склонность к перегреву и короблению при термообработке.
Низколегированные инструментальные стали применяют для изготовления режущих инструментов большого сечения, работающих при небольших скоростях резания: ручных сверл, протяжек, разверток, гребенок.
Высоколегированные инструментальные стали (ГОСТ 19265—73) содержат большое количество легирующих элементов, образующих в структуре стали химические соединения с углеродом (преимущественно карбиды). Основной легирующий элемент таких сталей — вольфрам. Изделия, изготовленные из высоколегированных инструментальных сталей с большим количеством карбидов, сохраняют высокие твердость, прочность и износостойкость режущей кромки инструмента при температурах 600...620°С в процессе резания металлов с большой скоростью. Такие стали называют быстрорежущими.
В состав быстрорежущих сталей входят, % углерод 0,7...0,95; хром 3,1...4,4; вольфрам 8,5...19; ванадий 1... ...2,5. Маркируются быстрорежущие стали следующим образом: Р9, Р18, Р12, где буква Р обозначает, что сталь быстрорежущая; цифры 9, 18, 12 показывают среднее содержание вольфрама, предусмотренное стандартом.
Быстрорежущие стали обладают высокими показателями механических свойств после сложной термической обработки. Из таких сталей изготовляют сверла, фрезы, долбяки, протяжки, развертки, пилы, напильники для твердых металлов и другой инструмент.
К быстрорежущим относятся также стали: высокованадиевые Р9Ф5, Р14Ф4, кобальтовые Р9К5, Р9К10, кобальто-ванадиевые Р10К.5Ф5, Р18К5Ф2 и вольфрамо-молибденовая Р6МЗ. Эти стали обладают повышенной теплостойкостью, меньшей хрупкостью. Применяют их для изготовления режущих инструментов, предназначенных для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей с высокой вязкостью, титановых сплавов и пластмасс.
Стали со специальными свойствами (ГОСТ 5632—72) в зависимости от основных свойств бывают коррозион-ностойкие, жаростойкие, жаропрочные и износостойкие. Такие стали содержат большое количество легирующих элементов (10...35 %).
Коррозионностойкие нержавеющие стали обладают высокой стойкостью против электрохимической коррозии. По содержанию основных легирующих элементов — хрома и никеля — коррозионностойкие стали бывают хромистые и хромоникелевые: 1Х18Н9Т, 5Х18Н9, 15Х25Н19С, 45Х17ПЗНЗЮ, 55Х18П4СТ и др. Из коррозионностой-ких сталей изготовляют арматуру, коллекторы выхлопных систем, детали паровых и газовых турбин, детали химического машиностроения и т. п.
Жаростойкие стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей при небольших нагрузках, можно использовать при температурах выше 550 °С. Такие стали устойчивы против химического разрушения в газовых средах. К жаростойким сталям относятся стали марок 25Х23Н7С, 30Х24Н12С, 15Х6С10, 12X13, 09Х14Н16Б, 15X28. Из них изготовляют клапаны двигателей внутреннего сгорания, лопатки компрессоров, детали котельных установок, газовые турбины, трубы пароперегревателей и других деталей, работающих при высоких температурах и небольшом давлении.
Жаропрочные стали, обеспечивающие длительную стойкость деталей в работе, можно применять при высоких температурах и больших нагрузках; при этом они сохраняют жаростойкость и высокие показатели механических свойств (прочность, пластичность).
К жаропрочным сталям относятся стали марок 12Х8ВФ, 10Х11Н20ТЗР, 09Х16Н4Б; их применяют для изготовления деталей турбин, трубопроводов установок сверхвысокого давления и других деталей.
Износостойкая сталь (ГОСТ 2176—77) марки 110Г13Л, получившая наибольшее распространение, содержит в среднем 1,1 % углерода и 13 % марганца. Такая сталь очень трудно обрабатывается режущим инструментом, поэтому ее используют для получения деталей, требующих незначительной механической обработки. Детали изготовляют методом литья, поэтому в маркировке стали на конце стоит буква Л. Из этой стали отливают стрелки железнодорожных путей, гусеницы бульдозеров, щеки каменных дробилок, зубья ковшей экскаваторов, черпаки и козырьки землечерпательных машин, драг и другие детали.
Список литературы
1. Материаловедение и технология металлов. - М.: Высшая школа, 2001. - 637 с
2. Курдюмов Г.В. Явление закалки и отпуска стали. - М.: Металлургиздат, 1960. - 64с.
3. Лахтин Ю.М. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1993. - 448с.
4. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544с.
5. Зарембо Е.Г. Превращения в структуре и свойства стали. - М.: ВИИИТ, 1990
6. Стеклов О. И. Основы сварочного производства - М.: Высш. школа, 1986.- 224с., ил.
7. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов - М.: Машиностроение, 1973.- 408с.