Маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируют сочетанием цифр и букв, обозначающих химические элементы в составе стали. Цифры, расположенные перед буквенной частью маркировки, показывают содержание углерода в стали. Первые две цифры показывают содержание углерода в сотых долях процента, однозначное число — в десятых долях процента. При содержании углерода около 1% цифру перед буквенными обозначениями опускают.

Содержание углерода в легированной стали, как и в случае углеродистой стали, характеризует ее назначение (инструментальная сталь или конструкционная).

Обратим внимание, что по числу цифр или по их отсутствию перед буквенной частью маркировки можно определить назначение легированной стали. Однозначное число и его отсутствие указывает, что данная марка стали рекомендуется для изготовления инструмента. Многозначные числа в начале маркировки показывают, что сталь имеет конструкционное назначение.

Для маркировки используют обозначение введенных в состав стали легирующих элементов буквами русского алфавита: Н — никель; X — хром; К — кобальт; М — молибден; Г — марганец; Д — медь; Р — бор; Б — ниобий; Ц — цирконий; С — кремний; П — фосфор; Ч — редкоземельные металлы; В — вольфрам; Т — титан; Ф — ванадий; Ю — алюминий.

Первые цифры в маркировке сталей указывают среднее содержание углерода: сотые доли процента — конструкционные стали; десятые доли процента — инструментальные стали.

Цифры, стоящие после буквы, указывают содержание данного химического элемента в процентах. Отсутствие цифры после буквы означает, что содержание данного элемента в стали около 1%. Исключения составляют те химические элементы, содержание которых в стали, при отсутствии стоящих за буквенными обозначениями элемента цифр, составляет соответственно десятые (титан Т, цирконий Ц, ниобий Б, ванадий Ф, молибден М) и тысячные (бор В) доли процента.

Маркировка сложнолегированных сталей несколько отличается от маркировки легированных сталей конструкционного и инструментального назначения.

Например, шарикоподшипниковые стали обозначают буквой Ш, быстрорежущие — буквой Р (от англ, rapid — быстрый), автоматные — буквой А, которые ставят в начале буквенной части маркировки.

Легированные стали обыкновенного качества не выпускают. Высококачественные и особовысококачественные легированные стали обозначают соответственно буквами, А и Ш в конце маркировки. Буква А, находящаяся в начале маркировки, обозначает автоматную сталь.

Особовысококачественные стали (содержание вредных примесей — менее 0,015% серы и 0,025% фосфора) получают в процессе электрошлакового переплава стали, что нашло отражение в маркировке сталей этой группы в виде буквы Ш после дефиса в конце марки. Остальные легированные стали относятся к группе качественных сталей.

При описании легированных сталей вместо текстового названия химических элементов используют их символы, которые приведены в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. На примере маркировки ряда легированных сталей рассмотрим, какую информацию она содержит.

• 12Х18Н9Т — 0,12% С, т. е. сталь имеет конструкционное назначение; 18% Сг; 9% Ni; 0,1% Ti; сталь качественная — содержание S и Р не более 0,04% каждого.
• 9ХС — 0,9% С, т. е. сталь инструментальная; 1% Сг; 1% Si; сталь качественная, — S и Р менее 0,04% каждого.

ХВГ — 1% С, т. е. сталь инструментальная; 1% Сг; 1% W; 1% Мп; сталь качественная — S и Р менее 0,04% каждого.

• 38Х2МЮА — 0,38% С, т. е. сталь конструкционная; 2% Сг; 0,1% Мо; 1% А1; сталь высококачественная — S и Р менее 0,03% каждого.
• 08Х13-Ш — 0,08% С, т. е. сталь конструкционная; 13% Сг; сталь особо высококачественная-S и Р менее 0,025% каждого.

ШХ15 — 1% С, шарикоподшипниковая сталь; 1,5% Сг; сталь качественная — S и Р менее 0,04% каждого. Обратим внимание, что содержание хрома в марке ШХ15 не 15%, как было бы при отсутствии буквы Ш в начале маркировки, а 1,5%.

Р18 — 1% углерода, быстрорежущая сталь, 18% W; сталь качественная — S и Р менее 0,04% каждого. Обратим внимание, что наличие вольфрама в маркировке не отражено буквенным обозначением. В быстрорежущей стали первые цифры всегда обозначают содержание вольфрама.

Экспериментальные марки сталей до накопления данных, необходимых для их включения в ГОСТ, маркируют сочетанием букв ЭИ или ЭП и цифр, означающих порядковый номер марки стали. Первая буква обозначает завод, выпускающий данную марку стали, вторая — характеризует уровень отработанности технологии производства данной марки: исследовательская или пробная. Информация о химическом составе стали в маркировке отсутствует. Например, ЭИ415 — исследовательская марка стали, выпускаемая заводом ОАО «Электросталь», порядковый номер марки 415.

Области применения легированных сталей Стали конструкционные. Сталь улучшенная марки ЗОХГСА (0,28— 0,34% С; 0,8—1,1% Сг; 0,8—1,1% Мп и 0,9—1,2% Si) подвергается закалке от 830—850°С в масле и высокому отпуску при 600 °C на сорбит (рис. 6.1) с получением высоких значений прочности и пластичности. Применяется для изготовления осей, болтов, крепежей, заклепок и др.

Рис. 6. 7. Микроструктура ЗОХГСА

Сталь рессорно-пружинная марки 60С2 (0,57—0,65% С; 0,6— 0,9% Мп и 1,5—2% Si) работает в условиях знакопеременных нагрузок, например в конструкциях большепролетных зданий или мостов. Для обеспечения требуемых свойств упругих значений ее подвергают закалке от 820—840°С в масле и отпуску при 350—400°С на троостит (^рео.(^с)пер + ^Fe" +Fe₃C).

Сталь шарикоподшипниковая марки ШХ15 (0,95—1,05% С; 1,3— 1,65% Сг и 1,5—2% Si) работает в условиях поверхностного износа и высоких контактных напряжений (усталостных). Для обеспечения требуемых свойств она закаливается от 830—850°С в масле и отпускается при 140—160°С на мартенсит. На рис. 6.2 показана структура нормально нагретой стали с мелкоигольчатым мартенситом и равномерно распределенными карбидами хрома.

Рис. 6.2. Микроструктура стали ШХ15

Сталь инструментальная (карбидного класса). Сталь быстрорежущая марки Р18 (0,7—0,8% С; 3,8—4,4.% Сг; 17,5—19% W и 1—4,4%. V) работает в условиях разогрева режущей кромки до 600 °C. Ее используют для изготовления металлорежущих изделий и строительного инструмента. Микроструктура такой стали в литом состоянии состоит из темного сорбитообразного перлита, светлых карбидов и «скелетного» вида ледебуритной эвтектики (рис. 6.3). Последующая ковка или прокатка разрушают эвтектику. Термообработка стали Р18 состоит из отжига, закалки и трехкратного отпуска. После отжига структура состоит из темного цвета сорбитообразного перлита, светлых крупных первичных карбидов, выделившихся из жидкости при кристаллизации, и более мелких светлых вторичных карбидов, выделившихся из аустенита. Из-за низкой теплопроводности нагрев быстрорежущей стали Р18 до 850 °C проводят медленно, а затем до 1280 °C быстро, во избежание окисления и обезуглероживания.

Рис. 6.3. Микроструктура литой быстрорежущей стали Р18

После закалки стали в масле получается структура, состоящая из мартенсита (50%), остаточного аустенита (30%) и карбидов (20%). Но под микроскопом при указанном увеличении мартенсит не виден. После закалки сталь имеет твердость HRC 60—62.

Для устранения остаточного аустенита, имеющего пониженную теплопроводность, твердость, и ухудшающего тем самым режущую способность инструмента, закаленную сталь марки Р18 подвергают трехкратному отпуску при 560 °C с часовой выдержкой. После окончательного отпуска структура стали состоит из игольчатого мартенсита и светлых карбидов. Количество остаточного аустенита уменьшается до 2%, а твердость повышается до HRC65.

Стали с особыми свойствами. Нержавеющая сталь мартенситного класса марки 30X13 (0,26—0,35% С, 12—14% Сг) работает в слабоагрессивных средах (водных растворах солей, азотной и некоторых органических кислотах). Закаливается от 1050—1100°С в масле и отпускается (в зависимости от эксплуатационных условий работы детали) при 200 °C на мартенсит или при 700 °C на сорбит. В низкоотпущенном состоянии сталь применяют для изготовления игл карбюраторов, пружин и др., а в высокоотпущенном — для валов, зубчатых колес, болтов и др.

Нержавеющая сталь аустенитного класса марки 12Х18Н9 (0,12% С, 17—19% Сг, 8—10% Ni) работает в средах повышенной агрессивности (муравьиная, уксусная, щавелевая и другие кислоты). Для предотвращения выпадения из твердого раствора стали карбидов хрома, сохранения в ней однофазной структуры и высокоантикоррозийных свойств эта сталь закаливается в воде от 1050—1100°С. После закалки сталь имеет структуру аустенита с линиями сдвига. Эту сталь применяют для трубопроводов, обшивок, различных емкостей.

Жаропрочная и жаростойкая сталь аустенитного класса марки 45Х14Н14ВСМ (0,45% С, 14% Сг, 14% Ni, 2—2,5% W и 0,2—0,4% Мо) работает в условиях высоких температур (до 1000°С), сохраняет длительное время жаростойкость и жаропрочность без образования заметных остаточных деформаций. После закалки в воде от 1050—1300°С сталь имеет структуру аустенита, а после закалки и старения при 750 °C структура состоит из аустентита и карбидов. Сталь применяют для изготовления клапанов мощных двигателей и трубопроводов, в строительстве мостов.