9.4 Маркировка и классификация легированных сталей.
В основу классификации легированных сталей заложены четыре принципа: равновесная структура, структура после охлаждения на воздухе, состав и назначение сталей.
По равновесной структуре стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные и ледебуритные.
Эвтектоидные стали имеют перлитную структуру; доэвтектоидные и заэвтектоидные наряду с перлитом содержат феррит или вторичные карбиды типа Ме3С. В структуре литых ледебуритных (карбидных) сталей присутствует эвтектика (ледебурит), образованная первичными карбидами с аустенитом.
В соответствии с диаграммой Fe - C доэвтектоидные стали содержат менее 0.8% углерода, эвтектоидные около 0.8%; заэвтектоидные 0.8 - 2.0% и ледебуритные примерно до 2.14%.
Большинство легирующих элементов сдвигает точки S и E(на диаграмме Fe-C) в сторону меньшего содержания углерода, поэтому граница между доэвтектоидными и заэвтектоидными сталями, заэвтектоидными и ледебуритными - в легированных сталях лежит при меньшем содержании углерода, чем в углеродных.
При охлаждении на спокойном воздухе образцов небольшой толщины, можно выделить три основных класса сталей: перлитный, мартенситный, аустенитный.
Получение трех классов стали обусловлено тем, что по мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения понижается. Это отражено на диаграммах изотермического распада аустенита (рис.9.7).
Рис. 9.7 Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов.
Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов и для них кривая скорости охлаждения на воздухе будет пересекать область перлитного распада и будут получаться структуры - перлит, сорбит, тростит.
У сталей мартенситного класса, характеризующихся большим содержанием легирующих элементов, область перлитного распада значительно сдвинута вправо - аустенит переохлаждается без распада до температур мартенситного превращения, образуется мартенсит.
Дальнейшее увеличение содержания углерода и легирующего элемента не только сдвигает область перлитного распада, но и переводит начало мартенситного превращения в область отрицательных температур. Поэтому такая сталь, охлажденная на воздухе при комнатной температуры, сохранит аустенитное состояние.
В зависимости от вводимых элементов (по химическому составу) стали разделяются на: хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и т.п.
Кроме того, стали подразделяются по общему количеству легирующих элементов в них на низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), легированные (от 2,5 до 10%) и высоко легированные (более 10%).
Разновидностью классификации по химическому составу является классификация по качеству.
Качество стали - это комплекс свойств, обеспечиваемых металлургическим процессом, таких, как однородность химического состава, строения и свойств стали, ее технологичность. Эти свойства зависят от содержания газов (кислород, азот, водород) и вредных примесей - серы и фосфора.
По качеству легированные стали подразделяются на качественные (до 0.04% S и до 0.035% P ), высококачественные (до 0.025% S и до 0.025% Р) и особо высококачественные (до 0.015% S и до 0.025% Р ).
В зависимости от назначения стали можно объединить в следующие группы:
конструкционные, применяемые для изготовления различных деталей машин, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающие определенными механическими, физическими и химическими свойствами;
инструментальные - стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением и обладающие высокой твердостью, прочностью, износостойкостью и рядом других свойств.
Конструкционные стали подразделяются на:
строительные;
машиностроительные;
стали с особыми свойствами – теплоустойчивые, жаропрочные, жаростойкие, коррозионностойкие.
Маркировка легированных сталей состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав.
Каждый легирующий элемент обозначается буквой: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - Кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельные элементы, Ю - алюминий.
Первые цифры в обозначении показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, идущие после буквы, указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах (при содержании 1 - 1.5% и менее цифра отсутствует).
Например, сталь 20ХНЗА в среднем содержит 0.20% С;1% Cr и 3% Ni. Буква А в конце марки означает что сталь высококачественная (ограничено содержание вредных примесей S<0.03%; P<0.03%). Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш, например 30ХГС-Ш.
Некоторые группы сталей содержат дополнительные обозначения: марки подшипниковых сталей начинаются с буквы Ш, автоматных с буквы А.
В начале обозначения марки быстрорежущих сталей стоит буква Р, за которой следует цифра показывающая содержание основного легирующего элемента вольфрама в процентах (Р18, Р6М5).
Нестандартные легированные стали выплавляемые заводом "Электросталь", маркируют сочетанием букв ЭИ (исследовательская) или ЭП (пробная) и порядковым номером, например ЭИ415, ЭП617 и т.п. После промышленного освоения условное обозначение заменяют на марку, отражающую примерный состав стали.