Маркировка металлов и сплавов

Черные и цветные металлы, а также их сплавы маркируются буквенно-цифровой аббревиатурой, в которой содержится информация об их химических и физических параметрах. Каждой марке соответствует определенный состав, от которого зависит сфера ее применения. Поэтому важно знать принципы, по которым маркируются металлы и сплавы, а также уметь правильно расшифровать значение буквенно-цифрового набора.

Сталью называется сплав, в котором железа содержится не менее 45 %, а углерода – в пределах 0,02–2,14 %. Последний придает стали необходимую твердость, но не делает ее слишком хрупкой, как это происходит, если углерода в сплаве больше 2,2 %. При введении в состав никеля, хрома, молибдена и других легирующих элементов можно получить марки с хорошими эксплуатационными свойствами и высокой устойчивостью к коррозии. Основными признаками, по которым осуществляется классификация сталей, являются:

• химический состав металла;
• содержание примесей (качество);
• назначение;
• степень раскисления.

В ней предусмотрено разделение по двум основным показателям.
По содержанию углерода. Согласно этому параметру, марки делятся на 3 категории:

• низкоуглеродистые (содержание углерода 0,25 % и менее);
• среднеуглеродистые (0,25–0,6 %);
• высокоуглеродистые (более 0,6 %).

Чем меньше углерода в стали, тем она пластичнее.

По содержанию добавок. Это легирующие элементы (никель, хром, молибден, ванадий и т. д.), которые улучшают механические и эксплуатационные свойства металла. В зависимости от их процентного содержания сталь может быть:

• низколегированной, с общим процентным содержанием добавок менее 2,5 %;
• среднелегированной, с легирующими элементами в пределах 2,5–10 %;
• высоколегированной, с 11–50 % добавок от всего сплава.

Качественный уровень металла зависит от технологии производственного процесса и процентного содержания вредных примесей, ухудшающих свойства металла. По качеству все марки стали делятся на четыре основные категории.

Обыкновенные, называются также рядовыми. Содержат до 0,06 % серы и 0,07 % фосфора. Такие марки довольно дешевы и хорошо обрабатываются, Обыкновенные стали недороги, хорошо обрабатываются, поэтому широко востребованы в различных отраслях промышленности. Однако они не слишком износоустойчивы и не отличаются высокой прочностью.

Качественные. К этой группе относятся все марки сталей, в которых содержится не более 0,035 % фосфора и 0,04 % серы, независимо от того, легированные они или нет. Они имеют более высокую цену, используются в производстве ответственных деталей, узлов и конструкций, работающих при высоких нагрузках.

Высококачественные. Металл такой категории выплавляется в электропечах, благодаря чему содержание вредных примесей (фосфора и серы) составляет не более 0,025 % (для каждого элемента). Механические свойства таких марок очень высоки, поэтому высококачественные стали используются в производстве особо ответственных изделий и конструкций. Стоимость же их в несколько раз выше, чем сталей рядового качества.

Особовысококачественные. В них содержится столько же фосфора, сколько в сталях предыдущей категории, а серы намного меньше – не более 0,015 %. Производство особовысококачественных марок осуществляется по электрошлаковой технологии, а по стоимости иные особовысококачественные марки сравнимы с драгоценными металлами. Поэтому применяют их там, где высокая цена окупается уровнем ответственности конструкции.

Наиболее точной и правильной является система обозначения, приведенная в справочниках по материаловедению. Она предусматривает разделение всех сталей на следующие группы.

Конструкционные. Это одна из наиболее широких категорий. В нее входят такие стали:

• строительные. Включают низколегированные и углеродистые марки обычного качества. Основное требование к таким материалам – хорошая свариваемость. Строительные стали предназначены для создания пространственных каркасов и конструкций с нагрузкой, равномерно распределенной между всеми элементами;
• холодной штамповки. Так как в процессе обработки исходная деталь существенно деформируется и изменяет свои размеры, то главными требованиями к сталям данной группы будут высокая пластичность и устойчивость к нагрузкам на разрыв. Этим требованиям соответствуют низкоуглеродистые качественные марки;
• цементируемые. К ним относятся низкоуглеродистые и некоторые легированные стали. Они применяются для изготовления элементов, работающих в парах трения и/или испытывающих переменные нагрузки различной направленности;
• улучшаемые. Данная категория включает марки, которые предполагают последующую термообработку. Например, закалку, отпуск, нагартование, естественное/искусственное старение и другие виды согласно ГОСТу. К улучшаемым относятся среднеуглеродистые и хромистые стали;
• высокопрочные. В эту группу входят среднеуглеродистые высоколегированные стали. Состав легирующих добавок и программы термической обработки, которой подвергается металл, тщательно подобраны. Все это позволяет получить конечные эксплуатационные характеристики, которые в разы превосходят исходные значения;
• пружинные. Так называют углеродистые стали, легированные марганцем, бором, кремнием и рядом других элементов. Пружинные марки легко выдерживают многократные упругие нагрузки, не теряя своих исходных характеристик;
• автоматные. Стали характеризуется хорошей обрабатываемостью, легко отламывающейся стружкой и уменьшенным трением между резцом и заготовкой. Для придания таких свойств металл легируется серой, свинцом, теллуром и селеном. Основное назначение – производство крепежа на автоматизированных производственных линиях;
• подшипниковые. Отличаются однородностью структуры, высокой прочностью, износостойкостью и устойчивостью к постоянным интенсивным нагрузкам. К подшипниковым маркам относятся стали с содержанием углерода порядка 1 %, хрома – 0,8–1 %, которые прошли термическую обработку и специальное уплотнение;
• износостойкие. Такие сплавы отличаются высоким содержанием марганца и применяются при изготовлении узлов, испытывающих сильное трение и значительные нагрузки динамического и статического характера. Например, железнодорожных стрелок, гусениц, ковшей экскаваторов и т. п.;
• коррозионностойкие нержавеющие. Эти низкоуглеродистые стали, содержащие большое количество марганца и хрома. Такой состав обеспечивает формирование поверхностного оксидного слоя, устойчивого к воздействию агрессивных химических веществ.

Инструментальные стали. Основное назначение таких марок, как можно видеть из названия, – это производство инструментов различного назначения. Требования к инструментальным сталям варьируются в зависимости от того, что из них будут изготавливать:

• для режущих инструментов. Сплавы этой группы сохраняют свои исходные свойства при длительной термической и механической нагрузках. Из-за высокой стоимости такая сталь обычно используется в виде режущих пластин, которые крепятся на основании из конструкционных марок;
• для измерительных инструментов. К этой группе относятся все марки, которые обеспечивают неизменность формы и размеров, а также хорошо обрабатываются и особенно шлифуются. Это могут быть как углеродистые сплавы обычного качества, так и стали, легированные хромом и никелем;
• штамповые. Они предназначаются для изготовления штампов, работающих при высоком давлении и ударах. Требования к стали зависят от того, для чего требуется оснастка – для холодной или горячей штамповки. В первом случае, помимо твердости и отсутствия деформации, требуются вязкость и термоустойчивость. Во втором – сохранение этих свойств при нагреве до +500 °С, а также хорошая теплопроводность;
• валковые. Такие марки используются в производстве матриц, пуансонов, ножей и гильотин для резки металла, других высоконагруженных узлов. Так как из таких сплавов изготавливают наиболее ответственные элементы промышленного оборудования, требования к ним очень высоки: глубокая прокаливаемость, износостойкость, контактная прочность, отсутствие деформаций при воздействии производственных нагрузок и т. д.

Так называется производственный процесс, в ходе которого из жидкого металла удаляют кислород. Нераскисленная сталь имеет ухудшенные эксплуатационные свойства. Она недостаточно пластична и разрушается под давлением при высокой температуре. По степени раскисления сталь делится на три группы:

• спокойная (сп). Она хорошо раскислена алюминием, кремнием, марганцем. Затвердение осуществляется спокойно, без выделения газов;
• кипящая (кп). Она раскислена недостаточно, так как использовался только марганец. В расплаве такой стали содержится большое количество кислорода, который выделяется при затвердевании, поэтому кажется, будто металл «кипит»;
• полуспокойная (пс). Занимает промежуточное положение между перечисленными категориями.

Чтобы сделать расшифровку маркировки металла, не требуется высшего технического образования. Достаточно знать основные принципы, по которым маркируется сталь.

Маркировка нелегированных марок. Конструкционная сталь рядового качества без легирующих добавок обозначается как Ст. Затем указывается содержание углерода в процентах, например, Ст3. Если раскисление жидкого металла было неполным, указывается кп (кипящая) или пс (полуспокойная). Пример – Ст8кп. Если обозначения нет, сталь по умолчанию определяется как спокойная.

Маркировка легированных марок. Легирующие элементы обозначаются буквами кириллицы и числами, указывающими содержание в процентах. Например, Х3 означает, что хрома содержится 3 %. Если добавка находится в пределах 0,8–1,5 %, то цифра после ее буквенного обозначения отсутствует. Отсутствие числа в начале маркировки означает, что данная марка легированной стали содержит более 1 % углерода. В таблице приведены буквенные обозначения различных легирующих добавок.

В конце маркировки могут стоять буквы А (качественная) или АА (высококачественная сталь). Для марок специального назначения используются дополнительные обозначения. Например, «Ш» – подшипниковая, «Р» – быстрорежущая», «С» строительная и т. д.

За рубежом приняты свои системы маркировки сталей. Соответствие различных марок указывается в специальных таблицах.