Классификация сталей

Стали классифицируют по химическому составу, качеству, степени раскисления, структуре и прочности.

По химическому составу — углеродистые и легированные. По концентрации углерода те и другие подразделяют на низкоуглеродистые (<0,3 % С), средне-углеродистые (0,3 — 0,7 % С и высокоуглеродистые (>0,7 % С).

Легированные стали в зависимости от введенных элементов подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромоникелевые, хромокремнемарганцовые и многие другие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко-, средне- и высоколегированные (содержание легирующих элементов до 5 %, от 5 до 10 % и более 10 % соответственно).

По качеству — стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особокачественные. Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства.

Однородность химического.состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей — серы и фосфора.

Стали обыкновенного качества содержат до 0,055 % S и 0,045 % Р, качественные — не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные — не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особокачественные — не более 0,015 % S и 0,025 % Р.

По степени раскисления и характеру затвердевания — стали спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании частично взаимодействуют с углеродом и удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si < 0,07 %), но с повышенным количеством газообразных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях.

В отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса:

1. доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит;
2. эвтектоидные, структура которых состоит из перлита;
3. аустенитные;
4. ферритные.

Углеродистые стали могут быть первых двух классов, легированные — всех классов. Стали аустенитного класса образуются при введении большого количества элементов Ni, Mn, расширяющих γ-область, стали ферритного класса - при введении элементов Сг, Si, V, W и др., расширяющих α-область. При определенном легировании возможны частичная перекристаллизация и образование сталей промежуточных классов — полуферритных и полуаустенитных.

По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие классы:
1. перлитный,
2. мартенситный,
3. аустеннтный,
4. ферритный.

Стали перлитного класса имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или тростита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит и карбиды. К сталям перлитного класса относятся углеродистые и низколегированные. Эта большая группа дешевых, широко применяемых сталей для деталей машин и аппаратов, для работы при нормальной или повышенной температуре (не выше 45 °С) и в неагрессивных средах.

Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита; при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали.

Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже 0 °С и сохраняют аустенит при температуре 20 — 25 °С.

По прочности, оцениваемой временным сопротивлением, конструкционные стали с некоторой условностью можно разделить на стали нормальной (средней) прочности (σ_в ~ до 1000 МПа), повышенной прочности ( σ_в - до 1500 МПа) и высокопрочные ( σ_в ~ более 1500 МПа).