Марки стали

В мире известны тысячи марок сталей (на самом деле меньше, поскольку многие стали производятся по национальным стандартам, и по своему химическому составу, а также свойствам практически одинаковы). Однако важность их применения резко различна — часть используется в специфических отраслях хозяйственной деятельности, а без многих человечество обойтись просто не может. В нашем обзоре мы собрали информацию по наиболее употребительным маркам стали, содержание углерода в которых традиционно не превышает 12…13 %.

Применяемые стандарты

Критерием производственной распространенности стали является ее наличие (или, наоборот, отсутствие) в национальных нормативных документах. В свое время Советский Союз (а позже и Российская Федерация) принял градацию частоты использования марок сталей, включающую четыре базовых уровня:

1. Государственный/национальный стандарт (ГОСТ или ГОСТ Р). Появление какой-нибудь марки стали в ГОСТ свидетельствует о наивысшем уровне ее значимости в народном хозяйстве.
2. Технические условия (ТУ). Разрабатываются на стали, имеющие хотя и широкое, но преимущественно отраслевое использование.
3. Отраслевой стандарт (ОСТ). Используется, главным образом, для экспериментальных марок сталей, встречается также для обозначения ныне уже не действующих общегосударственных стандартов.
4. Стандарт предприятия (СТП). Стали, выплавляемые по СТП, находят применение лишь на отдельных металлургических заводах, а также используются в научно-исследовательской практике.

Общепринятое обозначение стали по национальному стандарту приводится в виде: ГОСТ ХХХХХ-YY, где Х — 4 или 5 цифр, указывающих номер стандарта в общегосударственном реестре, YY — последние две цифры года принятия данного стандарта.

При поиске норм, определяющих состав, свойства и назначение конкретной марки стали, в запрос по любой из принятых в России поисковых систем достаточно ввести регистрационный номер стандарта (цифры года начала внедрения подтягиваются автоматически).

Для поиска сталей низших уровней необходимо в поле вносить все цифры, которыми определяются ТУ, ОСТ или СТП.

В дальнейшем предлагаемый обзор коснется лишь наиболее употребительных отечественных марок стали.

Классификация

В отечественной практике стали различают по следующим признакам:

1. По химическому составу — углеродистые или легированные. Последние, в свою очередь, могут быть экономно (либо слабо) легированными, содержащими не более двух химических элементов. Неизбежные металлургические примеси в расчет не берутся.
2. По способу производства — катаные или литые (последние имеют менее однородную микроструктуру и пониженный уровень механических свойств).
3. По технологическому назначению — стали обыкновенного качества, качественные углеродистые конструкционные и инструментальные (углеродистые или легированные). Сюда же относят специализированные марки сталей, применяющиеся в отдельных отраслях. Например, рессорно-пружинные, строительные, нержавеющие, шарикоподшипниковые и т. п.

Маркировка специальных сталей отличается от общепринятой и принимается по условиям предприятия, впервые выплавившего такую сталь. Например, продукция подмосковного завода «Электросталь» обязательно включает букву Э (ЭИ55, ЭП257).

Топ-марки нелегированных сталей обыкновенного качества

Для таких сталей предприятие-изготовитель гарантирует лишь минимальный уровень механических свойств (предел текучести, предел временного сопротивления, относительное удлинение при растяжении; реже указывается твердость и наиболее употребительный прокатный профиль). Поставка таких сталей ведется соответственно техническим требованиям ГОСТ 380.

Стали Ст.1 и Ст.2

Ближе всего подходят к свойствам технического железа, обладают наибольшей пластичностью и свариваемостью, но сравнительно низкой прочностью. Находят применение в малоответственных деталях, которые не претерпевают динамических нагрузок. Считаются наиболее дешевым (а потому — и распространенным) видом проката.

Иногда к обозначению марки добавляют буквы, определяющие металлургические тонкости производства:

• кп — кипящая сталь;
• пс — полуспокойная;
• сп — спокойная.

Раскисленная (спокойная) сталь имеет наиболее равномерную макро- и микроструктуру и, при прочих равных условиях, считается сталью более высокого качества. Впрочем, на практике для таких сталей дополнительных обозначений в маркировке не вводят.

Стали Ст3 и Ст4

Обладают более высоким уровнем механических характеристик, что, в сочетании с хорошей свариваемостью, предопределяет выбор таких марок для производства обычных по нагрузкам, но сложных по форме металлоконструкций — мачт, вышек, опор.

Стали Ст5 и Ст6

Из всего разнообразия марок сталей обыкновенного качества именно эти марки имеют наибольший процент углерода и, несмотря на достаточно высокое расхождение в показателях прочности и пластичности, используются для изготовления ответственных металлоконструкций, с широким использованием сварочных технологий.

Нелегированные конструкционные стали

Здесь, в отличие от сталей, рассмотренных выше, изготовителем гарантируется не только уровень механических свойств, но и пределы имеющихся в составе обязательных химических элементов: кремния, марганца, иногда — меди. Механические характеристики становятся более равномерными. Это позволяет использовать такие стали при изготовлении ответственных конструкций. Уровень допустимых нагрузок увеличивается с ростом процентного содержания углерода и марганца, пластичность снижается при увеличении кремния.

Конструкционные стали производят по нормам ГОСТ 1050.

Сталь 08кп

Распространена и целесообразна при изготовлении плоских и объемных деталей, получаемых штамповкой из листа, ленты или полосы. Качество готовых изделий обусловлено, с одной стороны, высоким уровнем механических показателей, а с другой стороны — повышенной пластичностью металла, который можно не подвергать отжигу. Сталь особенно хороша при формоизменяющих операциях холодной штамповки, поскольку дает минимальный процент брака по трещинообразованию.

Сталь 10

Чуть менее пластична в сравнении с предыдущей маркой, но при действии усилий разного знака (динамических) показывает более высокую долговечность, независимо от сортамента исходного проката. Популярна в производстве крепежа, особенно сложных форм. Относительно небольшая прочность исходного металла либо компенсируется конструктивно, либо устраняется применением технологий холодной высадки на многопозиционных прессах-автоматах, когда в полной мере проявляют себя процессы упрочнения.

Стали 20 и 30

При достаточной пластичности и свариваемости эти марки обладают гораздо более высокой прочностью. Это позволяет конструкторам использовать данные стали при производстве сварных компонентов оборудования, которые подвергают цементации — повышению поверхностной твердости за счет увеличения процентного содержания углерода в поверхностных слоях.

Сталь 45

Получила наибольшее распространение в конструкторской практике, поскольку обладает оптимальным сочетанием прочности, пластичности и свариваемости. «Платой» за это является некоторое снижение пластических свойств, из-за чего сталь 45 не подвергают деформирующей обработке в холодном состоянии, а используют ковку или горячую штамповку. Несколько ухудшаются и условия для металлорежущих процессов — точения, сверления или фрезерования.

Неписаный закон конструктора гласит: «Если не знаешь, из чего изготавливать деталь оборудования, проектируй ее из стали 45».

Сталь 45Л

Производится по техническим требованиям ГОСТ 977 и применяется для изготовления литьем массивных стальных деталей — станин, фундаментов под оборудование, — где применение прокатных профилей неэффективно. При несколько сниженных прочностных показателях в сравнении со сталью 45 превосходит ее по параметрам себестоимости и трудоемкости обработки заготовок, сложных по конфигурации. Целесообразно использовать данную сталь в условиях мелкосерийного и единичного производства.

Лучшие марки нелегированных инструментальных сталей

Углеродистые инструментальные стали производят по ГОСТ 1435. Для них важны две особенности: высокая твердость, ее зависимость по глубине рабочей поверхности инструмента, а также регулируемость потребительских характеристик от режима термообработки.

Сталь У8

Применяется для ножей, ручных резцов и ударного инструмента — зубил или клейм. Бытовые потребители ценят сталь У8 за высокую твердость, однако в производственных масштабах этот материал применяется редко. Из-за сравнительно небольшого (для инструментальных сталей) процентного содержания углерода прокаливаемость деталей в глубину невелика, а при обработке твердых поверхностей инструмент быстро теряет свою режущую кромку и нуждается в заточке.

Стали У12, У12А

Твердость стали этих марок намного выше, чем У8, поэтому и долговечность изготовленного инструмента больше. Прокаливаемость невысока, поэтому область распространения деталей — производственный инструмент простой формы (ножи, пуансоны, резцы), работающий при удельных усилиях до 150…180 МПа.

Экономно легированные конструкционные стали

К таким сталям относят строительные и (с некоторыми оговорками) стали, используемые в котлостроении. Остановимся на строительных видах, технические условия производства которых рассматривает ГОСТ 27772. Такие стали сочетают в себе достаточную механическую прочность и хорошую свариваемость. Для этого в их составе имеются кремний и марганец.

Сталь 09Г2С

Эта марка подменяет собой стали, поставляемые по механическим свойствам. Например, в ответственных строительных конструкциях, где требуется повышенный, против обычного, запас механической прочности, сталь 09Г2С используют вместо марки Ст3. Стоимость единицы погонного метра материала увеличивается ненамного, а надежность существенно возрастает.

Сталь 09Г2С используют и для изготовления котлов, поскольку она сочетает высокую прочность с неплохими теплофизическими характеристиками. Характерно, что при идентичности эксплуатационных параметров и хим. состава котловую сталь 09Г2С производят по другим техническим условиям — ГОСТ 19281-89.

Стали 10С2 и 12ГС

Имеют те же сферы применения, что и 09Г2С, однако отличаются повышенной прочностью, поэтому могут использоваться для производства котлов большой мощности и размеров.

Топ-марки легированных сталей

В зависимости от сферы применения легированные стали подразделяют на три группы:

• конструкционные;
• стали с повышенной коррозионной и теплостойкостью;
• инструментальные.

Среди конструкционных легированных сталей повышенным спросом пользуются те, которые содержат хром, никель и молибден. Из таких материалов производят высоконагруженные детали, например, зубчатых передач, абразивный износ которых традиционно велик. Стали этой группы поставляются по техническим требованиям ГОСТ 4543.

Сталь 20Х

Формально ее можно классифицировать как слабо легированную, однако процент хрома в ней обычно превышает 1 %, и это положительно сказывается на износостойкости деталей. Сталь очень хорошо реагирует на изменение режимов упрочняющей термообработки, а простота химического состава положительно сказывается на стоимости материала.

Стали 40ХНМ, 45ХН

Безошибочный выбор в качестве материала для деталей, действующих в условиях длительного фрикционного контакта и повышенных напряжений. Материал хорошо прокаливается, изменяя параметры твердости и глубины термически измененного слоя, а также легко поддается наплавке. Наличие в составе никеля благоприятно сказывается на механической обрабатываемости заготовок.

Сталь 38ХМЮА

Тщательно подобранный набор легирующих элементов позволил этой стали безоговорочно выиграть конкуренцию в области особо тяжело нагруженных деталей механических передач: при их работе контактные температуры достигают 150…200 °С. Детали из этой стали всегда подвергают азотированию, в результате чего на рабочей поверхности формируется твердый, износостойкий слой с благоприятной микрогеометрией и структурой.

Легированные стали с повышенной коррозионной и жаростойкостью

Такие стали называют нержавеющими. Они также производятся по нормам ГОСТ 5632, однако пока не имеют собственного стандарта. Между тем класс нержавеющих сталей обширен. Он включает:

1. Материалы, имеющие высокую коррозионную стойкость при обычных температурах.
2. Стали, сохраняющие свои потребительские показатели при температурах до 300…350 °С (жаростойкие).
3. Жаропрочные стали, которые длительное время могут сопротивляться температурным воздействиям до 460…600 °С.

Популярность нержавеющих сталей связывается не только с их высокой защитой от окалинообразования, но и с эстетическими характеристиками внешних конструктивных элементов сооружений.

Сталь 08Х18Н10

В обиходе такую сталь именуют пищевой нержавейкой. Сравнительно невысокий процент углерода положительно сказывается на обрабатываемости материала, а также повышает его способность к сварке. Широко используется в бытовых и в промышленных изделиях, поскольку нечувствительна к внешним воздействиям от химически агрессивных сред.

Сталь 10Х17Н13М2

Заменяет сталь 08Х18Н10, если заказчиком определены более высокие требования к коррозионной стойкости. Бытового применения не имеет, но используется для изготовления изделий в нефтехимической и газовой промышленности, где наблюдается активное влияние корродирующих (в том числе кислотных) сред, сопровождаемое повышенными температурами.

Сталь 12Х15Г9НД

В массовом производстве продукции из нержавеющих сталей важна и себестоимость производственных затрат. В этом смысле сталь 08Х18Н10 имеет недостаток: высокий процент дефицитных хрома и никеля. Здесь же в качестве равноценных заменителей использована благоприятная комбинация марганца с растворенным азотом. Сталь широко применяется в медицинской промышленности.

Основные марки инструментальных легированных сталей

Состав таких материалов существенно зависит от проектируемой технологии металлообработки. Для металлорежущей оснастки более важен предел тепловой прочности и контактной твердости, а для штампового инструмента — граничные значения удельных нагрузок.

Стали Р6М5, Р9К6

Относятся к группе так называемых быстрорежущих сталей (ГОСТ 19265-73), для которых характерен высокий процент вольфрама в составе. Имеют очень высокую поверхностную твердость, однако характеризуются повышенной хрупкостью, что исключает их использование в инструменте ударного действия.

Сталь 5ХНМ

Отличительными качествами этой стали, поставляемой по ГОСТ 5950, являются высокая разгаростойкость и достаточная прочность при повышенных температурах. Из нее производят горячештамповочный и ковочный инструмент. Сталь легко поддается различным режимам термообработки, обладает высокой усталостной прочностью.

Стали Х12М, Х12Ф1

Популярны при изготовлении холодноштамповой оснастки — матриц, пуансонов, выталкивателей. Стали изменяют в широких пределах свою твердость и глубину закаленного слоя в зависимости от параметров упрочняющей обработки. В то же время, благодаря наличию молибдена и ванадия, имеют и хорошую устойчивость к усталостным нагрузкам. Технические требования — по ГОСТ 5950.

Специализированные и специальные стали

Несмотря на специфические условия применения, в этой группе также имеются свои лидеры. Разница только в том, что популярность указанных ниже сталей обусловлена внешними проявляющими себя факторами, не характерными для материалов другого типа.

Сталь 50ХФА

Относится к высокоуглеродистым пружинным сталям, для которых требуется и обычная, и усталостная прочность, а также упругость — способность полностью восстанавливать свою форму и размеры после каждого цикла нагружения.

Сталь ШХ15

Высокохромистая сталь, применяемая не только при производстве подшипников, но и штампового инструмента, если он работает в схожих эксплуатационных условиях. Такие стали поставляются по ГОСТ 801 и имеют специфическое требование — высокую контактную прочность при периодически повторяющихся внешних нагрузках.

В обзоре рассмотрены лишь некоторые наиболее употребительные марки сталей. Практика применения постоянно выявляет новых лидеров такого рейтинга, поэтому позиции и популярность материалов могут изменяться в зависимости от требований, выдвигаемых производством.

03.08.2024