Конструкционная сталь – ее классификация и особые свойства

1 Конструкционные стали – что они собой представляют?

Под такими сталями понимают особые сплавы с заданным набором особых технологических свойств, обеспечивающих их безаварийную эксплуатацию в определенных условиях.

Требуемые потребительские, физические и химические характеристики подобных сталей достигаются за счет грамотного и максимально точного подбора их химсостава, выполнения операции поверхностного упрочнения и специальных видов термообработки, а также путем повышения их металлургического качества.

Существующая классификация делит конструкционные стали на:

• машиностроительные;
• арматурные (иначе их называют строительными), сварка коих отличается простотой и надежностью.

Кроме того, марки таких сплавов причисляются к одной из двух групп – стали специального или общего назначения.

В состав конструкционных сплавов входит множество химических элементов и примесей, включая и те, которые причисляют к категории вредных. Наиболее небезопасными из них признаются фосфор и сера, которые делают готовую продукцию ломкой (сварка таких составов вызывает серьезные трудности). В зависимости от содержания серы и фосфора все марки сплавов подразделяют на особовысоко- и высококачественные, качественные и обыкновенные.

В особовысококачественных сплавах (маркировка – литера "Ш") указанных вредных элементов должно быть не более 0,015 %, в высококачественных ("А") – не более 0,025 %, в качественных ("Сталь") – не более 0,035 %, в обыкновенных ("Ст") – не более 0,05 %.

Классификация описываемых составов ведется и по другим признакам, о которых мы будем рассказывать далее, рассматривая конструкционные машиностроительные и строительные стали.

2 Сталь конструкционная машиностроительная общего назначения

Сплавы для машиностроительной отрасли делят с учетом их химсостава на две подгруппы:

• средне- и низколегированные;
• средне- и малоуглеродистые.

Машиностроительная сортовая продукция всегда имеет специальный набор механических характеристик. Они проверяются на соответствие требованиям по следующим показателям:

• ударная вязкость:
• пластичность;
• прочность.

Большая часть средне- и низколегированных сплавов, изготавливаемых метпредприятиями для машиностроителей, причисляются к доэвтектоидным перлитным сталям (распространенные марки – 40ХН2СМА, 25Х2ГНТРА, ЗОХГСН2А, ЗОХ2ГСН2ВМ). В них вводится молибден и никель, которые увеличивают вязкость.

Предусматривается еще одна классификация рассматриваемых машиностроительных сталей, которая учитывает метод их упрочнения. В соответствии с ней сортовая сталь может быть:

• с упрочнением верхнего слоя;
• без обработки;
• с упрочнением по всему объему.

Многие марки конструкционных машиностроительных металлов (например, Ст3, 15кп, 08кп и другие) применяются без термообработки, они производятся и отпускаются потребителям в листах. К такой продукции предъявляют одно основное требование – малое количество кремния и углерода. Незначительное содержание указанных элементов обеспечивает материалу отличную вытяжку (то есть сортовая сталь легко деформируется) в холодном виде. Также в этом случае отмечается качественная сварка изделий из машиностроительных сталей.

В тех случаях, когда выпускается качественная сортовая сталь конструкционная, она обязательно проходит один из далее указанных вариантов термообработки:

• закалка (поверхностного типа), после которой может иногда проводиться отпуск;
• стандартная закалка металла с обязательным отпуском (обеспечивается эффективная сварка готовых изделий);
• нормализация.

3 Машиностроительные конструкционные стали спецназначения – их марки и особенности

Такие сплавы делят на классы, ориентируясь на их главный составляющий компонент. Специальные стали могут изготавливаться на никелевой либо на железоникелевой основе. Кроме того, распространена их классификация на такие категории:

• литейные;
• автоматные;
• износостойкие;
• коррозионностойкие;
• шарикоподшипниковые;
• пружинные;
• жаростойкие;
• криогенные;
• жаропрочные.

В жаростойких составах, которые эксплуатируются при высоких (более 550 градусов) температурах, присутствует незначительное количество кремния. Они не боятся науглероживающих и окислительных сред, газовой коррозии, но под действием сильных нагрузок у них иногда проявляется ползучесть. Популярные марки жаростойких сплавов – 20Х20Н14С2, 12Х17, 15Х6СМ, 15Х28, 15Х5, ЗОХ13Н7С2. Из них производят:

• емкости для цементации стали;
• элементы поршневых двигателей;
• трубы.

Криогенная сортовая высоколегированная сталь и низкоуглеродистые сплавы отличаются хорошей вязкостью и пластичностью. Они имеют улучшаемые характеристики (повышение ползучести при снижении температуры их эксплуатации, а также при добавочной обработке сплавов нормализацией и последующим отпуском). Маркировка таких сталей в соответствии с Госстандартом 5632 следующая – ОЗХ13АГ19, ОН9А, 08Х18Н10.

Для жаропрочных сталей важна повышенная ползучесть в сочетании с хорошей сопротивляемостью к химическому ржавлению. Жаропрочные сплавы идеальны для выпуска различных элементов газо- и паротурбинного оборудования, труб, работающих при температурах от 400 до 650 градусов. Востребованные марки таких сплавов – ХН62МВКЮ, ХН70Ю, 45Х14Н14В2М, 40Х10С2М, 25Х2М1Ф, ХН77ТЮР, 12Х18Н9Т, 15Х5М, 15ХМ.

Коррозионностойкие материалы имеют свыше 12,5 процентов хрома в своем составе, что дает возможность использовать их для производства изделий, функционирующих в коррозионных средах (трубы, карбюраторные валы, иглы, компоненты гидравлической аппаратуры, лопатки турбин и пр.). По структуре коррозионностойкая сортовая сталь бывает разной. Классификация ее следующая:

• мартенситно-стареющей (марки – 09Х15Н8Ю, 10Х17Н13МЗТ);
• мартенситной (95Х18, 30Х13, 12Х13, 20Х17Н2);
• аустенитной и ферритной (маркировка соответственно –12Х18Н10Т и сортовая сталь 15Х28).

Сварка указанных видов стали требует их дополнительного отпуска. Кроме того, стоит добавить, что описанные выше жаростойкие и жаропрочные, а также криогенные сплавы являются разновидностями коррозионностойкой продукции (классификация предусматривает именно такое положение вещей, несмотря на множественные различия в характеристиках таких сталей).

4 Другие виды и марки специальных машиностроительных сталей – краткая информация, классификация

Износостойкие сплавы бывают высоколегированными с малым содержанием углерода и высокоуглеродистыми (сварка последних выполняется только после подогрева металла). Их применяют для производства траков, дробилок, лопастей насосного оборудования. Они характеризуются замечательной стойкостью против механического изнашивания (ОХ14АГ12М, ОХ14АГ12) и коррозии кавитационного типа (сортовая сталь Г13, 12Х18Н9Т).

Автоматные сплавы (качественная конструкционная сталь) включают в свой состав от 0,6 до 1,5 % марганца, от 0,05 до 0,16 % фосфора, от 0,05 до 0,3 % серы и до 0,45 % углерода. Эти улучшаемые сплавы обретают новые свойства (лучшая обрабатываемость и другие) при дополнительном легировании их селеном, свинцом и кальцием (АЦ40Г2, А40Г, АЦ45Х). Как правило, из-за сравнительно малых прочностных показателей описываемая сортовая продукция используется для изготовления автомобильных деталей (шпилек, болтов, шайб).

Пружинные стали характеризуются повышенным пределом прочности и упругости, хорошей пластичностью и вязкостью. Они бывают низколегированными и среднеуглеродистыми (до 0,8 процентов углерода, минимум – 0,6). Из названия понятно, что подобная сортовая продукция идет на изготовление рессор и пружин. Сварка таких сталей нередко сопровождается появлением трещин. Известные марки пружинных сталей – 70С2ХА, 60С2ХФА, 55С2, 65ГЮ, 50ХФА, 70.

Низколегированные и высокоуглеродистые (до 1,05 процента углерода) улучшаемые сплавы имеют мартенситную мелкоигольчатую структуру, малую пористость и рыхлость. В них отсутствует карбидная ликвация и сетка, а также неметаллические добавки. Главные достоинства таких сталей – повышенная стойкость к износу и твердость (по шкале HRC до 65 единиц). Их маркировка всегда начинается с литеры "Ш" (ШХ15Ш, ШХ15СГ, ШХ4).

5 Сталь строительная – особенности и общая характеристика

Такие стали имеют хорошую ковкость, высокий показатель жидкотекучести, их сварка не вызывает обычно никаких проблем. К основным механическим свойствам строительных сплавов причисляют вязкость (ударную), твердость, относительное удлинение и прочностной предел.

Стали для строительных конструкций (строительные стали) – это сплавы с малым уровнем легирования (в незначительных количествах добавляется хром, марганец, кремний) и углеродистые (углерода не более 0,2 процентов, минимум – 0,1). Сварка данных сталей выполняется всеми известными способами. Для строительной отрасли это очень важно.

Легируют описываемую продукцию с целью увеличения ее закаливаемости. За счет такого процесса они впоследствии получают высокий предел текучести. В тех случаях, когда строительные сплавы делают не из углеродистого, а из низколегированного металла, экономится до 30 процентов сырья.

К популярным маркам строительных сталей относят следующие сплавы:

• 35ГС;
• 15ХСНД;
• 18Г2;
• 25Г2С;
• 14ХГС;
• 14Г2;
• 18Г2С;
• 10Г2С1.

Сварка этих стальных композиций выполняется очень легко, а потребители получают их в виде проката (сортовая сталь), полос большой ширины, прутков и в листах.