Стали по ГОСТ, классификация, свойства.
DPVA logo
Навигация: / / Материалы / / Металлы / / Стали и сплавы / / Стали по ГОСТ, классификация, свойства.
Поделитесь ссылкой с друзьями:

Стали по ГОСТ, классификация, свойства.

Сталь – деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и другими элементами. Это важнейший материал, который применяется в большинстве отраслей промышленности. Существует большое число марок сталей, различающихся по структуре, химическому составу, механическим и физическим свойствам.

Основные характеристики стали:

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (0,1-1,0%), кремний (до 0,4%).

Сталь содержит также вредные примеси (фосфор, серу, газы - несвязанный азот и кислород). Фосфор при низких температурах придает ей хрупкость (хладноломкость), а при нагревании уменьшает пластичность. Сера приводит к образованию мелких трещин при высоких температурах (красноломкость).

Чтобы придать стали какие-либо специальные свойста (коррозионной устойчивости, электрические, механические, , магнитные, и т.д.), в нее вводят легирующие элементы. Обычно это металлы: алюминий, никель, хром, молибден, и др. Такие стали называют легированными.

Свойства стали можно изменять путем применения различных видов обработки: термической (закалка, отжиг), химико-термической (цементизация, азотирование), термо-механической (прокатка, ковка). При обработке для получения необходимой структуры используют свойство полиморфизма, присущее стали так же, как и их основе – железу. Полиморфизм – способность кристаллической решетки менять свое строение при нагреве и охлаждении. Взаимодействие углерода с двумя модификациями (видоизменениями) железа - α и γ – приводит к образованию твердых растворов. Избыточный углерод, не растворяющийся в α-железе, образует с ним химическое соединение - цементит Fe3C. При закалке стали образуется метастабильная фаза - мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. Сталь при этом теряет пластичность и приобретает высокую твердость. Сочетая закалку с последующим нагревом (отпуском), можно добиться оптимального сочетания твердости и пластичности.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Конструкционные стали применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин и механизмов, судовых и вагонных корпусов, паровых котлов. Инструментальные стали служат для изготовления резцов, штампов и других режущих, ударно-штамповых и измерительных инструментов. К сталям с особыми свойствами относятся электротехнические, нержавеющие, кислотостойкие и др.

По способу изготовления сталь бывает мартеновской и кислородно-конверторной (кипящей, спокойной и полуспокойной). Кипящую сталь сразу разливают из ковша в изложницы, она содержит значительное количество растворенных газов. Спокойная сталь - это сталь, выдержанная некоторое время в ковшах вместе с раскислителями (кремний, марганец, алюминий), которые соединяясь с растворенным кислородом, превращаются в оксиды и выплывают на поверхность массы стали. Такая сталь имеет лучший состав и более однородную структуру, но дороже кипящей на 10-15%. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.

В современной металлургии сталь выплавляют в основном из чугуна и стального лома. Основные виды агрегатов для ее выплавки: мартеновская печь, кислородный конвертер, электропечи. Наиболее прогрессивным в наши дни считается кислородно-конвертерный способ производства стали. В то же время развиваются новые, перспективные способы ее получения: прямое восстановление стали из руды, электролиз, электрошлаковый переплав и т.д. При выплавке стали в сталеплавильную печь загружают чугун, добавляя к нему металлические отходы и железный лом, содержащий оксиды железа, которые служат источником кислорода. Выплавку ведут при возможно более высоких температурах, чтобы ускорить расплавление твердых исходных материалов. При этом железо, содержащееся в чугуне, частично окисляется:

2Fe + O2 = 2FeO + Q

Образующийся оксид железа (II) FeO, перемешиваясь с расплавом, окисляет, кремний, марганец, фосфор и углерод, входящие в состав чугуна:

Si +2FeO = SiO2 + 2 Fe + Q

Mn + FeO = MnO + Fe + Q

2P + 5FeO = P2O5 + 5Fe + Q

C + FeO = CO + Fe – Q

Чтобы довести до конца окислительные реакции в расплаве, добавляют так называемые раскислители – ферромарганец, ферросилиций, алюминий.

Марки стали

Марки стали углеродистой

Углеродистая сталь обыкновенного качества в зависимости от назначения подразделяется на три группы:

В зависимости от нормируемых показателей стали группы А подразделяются на три категории: А1, А2, А3; стали группы Б на две категории: Б1 и Б2; стали группы В на шесть категорий: В1, В2, В3, В4, В5, В6. Для стали группы А установлены марки Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Для стали группы Б марки БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6. Сталь группы В изготовляется мартеновским и конвертерным способом. Для нее установлены марки ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

Буквы Ст обозначают сталь, цифры от 0 до 6 - условный номер марки стали в зависимости от химического состава и механических свойств. С повышением номера стали возрастают пределы прочности (σв) и текучести (σт) и уменьшается относительное удлинение (δ5).

Марку стали Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.

В ответственных конструкциях применяют сталь Ст3сп.

Буквы Б и В указывают на группу стали, группа А в обозначении не указывается.

Если сталь относится к кипящей, ставится индекс "кп", если к полустойкой - "пс", к спокойной - "сп".

Качественные углеродистые конструкционные стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Качественные стали по ГОСТ 1050-74 маркируются двузначными цифрами, обзначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 10, 15, 20 и т.д. означают, что сталь содержит в среднем 0,10%, 0,15%, 0,2% углерода.

Сталь по ГОСТ 1050-74 изготовляют двух групп: группа I - с нормальным содержанием марганца (0,25-0,8%), группа II - с повышенным содержанием марганца (0,7-1,2%). При повышенном содержании марганца в обозначение дополнительно вводится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Марки стали легированной

Легированные стали кроме обычных примесей содержат элементы, специально вводимые в определенных количествах для обеспечения требуемых свойств. Эти элементы называются лигирующими. Лигированные стали подразделяются в зависимости от содержания лигирующих элементов на низколегированные (2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10% и высоколегированные (свыше 10%).

Лигирующие добавки повышают прочность, коррозийную стойкость стали, снижают опасность хрупкого разрушения. В качестве легирующих добавок применяют хром, никель, медь, азот (в химически связанном состоянии), ванадий и др.

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, указывающими примерный состав стали. Буква показывает, какой легирующий элемент входит в состав стали (Г - марганец, С - кремний, Х -хром, Н - никель, Д - медь, А - азот, Ф - ванадий), а стоящие за ней цифры - среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится менее 1%, то цифры за буквой не ставятся. Первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Нержавеющая сталь. Свойства. Химический состав

Нержавеющая сталь - легированная сталь, устойчивая к коррозии на воздухе, в воде, а также в некоторых агрессивных средах. Наиболее распространены хромоникелевая (18% Cr b 9%Ni) и хромистая (13-27% Cr) нержавеющая сталь, часто с добавлением Mn, Ti и других элементов.

Добавка хрома повышает стойкость стали к окислению и коррозии. Такая сталь сохраняет прочность при высоких температурах. Хром входит также в состав износостойких сталей, из которых делают инструменты, шарикоподшипники, пружины.


Примерный химический состав нержавеющей стали ( в %)

Наименование стали C Si Mn P S
Хромистая сталь (нержавеющая и кислотостойкая) Не более
0,35-0,45
Не более
0,60
Не более
0,60
Не более
0,03
Не более
0,035
Хромоникелевая сталь (нержавеющая и кислотостойкая) 0,06 0,50-1,0 1,0-2,0 0,030 0,020
Хромоникелевая сталь (окалиностойкая и жаропрочная) 0,20 1,50 2,00 0,035 0,030

Дамасская и булатная сталь.

Дамасская сталь - первоначально то же, что и булат; позднее - сталь, полученная кузнечной сваркой сплетенных в жгут стальных полос или проволоки с различным содержанием углерода. Название получила от города Дамасск (Сирия), где производство этой стали было развито в средние века и, отчасти, в новое время.

Булатная сталь (булат) - литая углеродистая сталь со своеобразной структурой и узорчатой проверхностью, обладающая высокой твердостью и упругостью. Из булатной стали изготовляли холодное оружие исключительной стойкости и остроты. Булатная сталь упоминается еще Аристотелем. Секрет изготовления булатной стали, утерянный в средние века, раскрыл в XIX веке П.П.Аносов. Опираясь на науку, он определил роль углерода как элемента, влияющего на качество стали, а также изучил значение ряда других элементов. Выяснив важнейшие условия образования лучшего сорта углеродистой стали - булата, Аносов разработал технологию его выплавки и обработки (Аносов П.П. О булатах. Горный журнал, 1841, № 2, с.157-318).


Плотность стали

Наименование Плотность
СИ, кг3 СГС, г/см3 МКСС, тем3
Сталь 7800 7,8 796

Модули упругости стали и коэффициент Пуассона

Наименование стали Модуль Юнга, кГ/мм2 Модуль сдвига, кГ/мм2 Коэффициент Пуассона
Стали легированные
Стали углеродистые
21000
20000-21000
8100
8100
0,25-0,30
0,24-0,28

Величины допускаемых напряжений стали (кГ/мм2)

Наименование стали Допускаемое напряжение
на растяжение на сжатие
Сталь легированная конструкционная в машиностроении 10-40 и выше 10-40 и выше
Сталь (ст. 3) 14 14
Сталь углеродистая конструкционная в машиностроении 16-25 16-25

Свойства некоторых электротехнических сталей

Марка стали Начальная магнитная проницаемость, гс/эрсm Максимальная магнитная проницаемость, гс/эрсm Коэрцитивная сила, эрсm Индукция при 25 эрсm , гс Удельное электрическое сопротивление, ом*мм2
Э 31
Э 41
Э 42
Э 45
Э 310
250
300
400
600
1000
5500
6000
7500
10000
30000
0,55
0,45
0,4
0,25
0,12
15200
14900
14900
14600
17800
0,52
0,6
0,6
0,62
0,5

Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-71

Марка стали Содержание элементов, %
C Mn Si P S
не более
Ст0 Не более 0,23 - - 0,07 0,06
Ст2пс
Ст2сп
0,09...0,15 0,25...0,50 0,05...0,07
0,12...0,30
0,04 0,05
Ст3кп
Ст3пс
Ст3сп
Ст3Гпс
0,14...0,22 0,30...0,60
0,40...0,65
0,40...0,65
0,80...1,10
не более 0,07
0,05...0,17
0,12...0,30
не более 0,15
0,04 0,05
Ст4кп
Ст4пс
Ст4сп
0,18...0,27 0,40...0,70 не более 0,07
0,05...0,17
0,12...0,30
0,04 0,05
Ст5пс
Ст5сп
0,28...0,37 0,50...0,80 0,05...0,17
0,12...0,35
0,04 0,05
Ст5Гпс 0,22...0,30 0,80...1,20 не более 0,15 0,04 0,05

Нормируемые показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-71

Марка стали Предел прочности
(временное сопротивление)
σв, МПа
Предел текучести σт, МПа Относительное удлинение коротких образцов δ5, % Изгиб на 180° при диаметре оправки d
толщина образца s, мм
до 20 20...40 40...100 до 20 20...40 40...100 до 20
Ст0 310 - - - 23 22 20 d=2s
ВСт2пс
ВСт2сп
340...440 230 220 210 32 31 29 d=0 (без оправки)
ВСт3кп
ВСт3пс
ВСт3сп
ВСт3Гпс
370...470
380...490
380...500
240
250
250
230
240
240
220
230
230
27
26
26
26
25
25
24
23
23
d=0,5s
ВСт4кп
ВСт4пс
ВСт4Гсп
410...520
420...540
260
270
250
260
240
250
25
24
24
23
22
21
d=2s
ВСт5пс
ВСт5сп
ВСт5Гпс
500...640
460...600
290
290
280
280
270
270
20
20
19
19
17
17
d=3s

Примечания: 1. Для листовой и фасонной стали толщиной s>=20 мм значение предела текучести допускается на 10 МПа ниже по сравнению с указанным. 2. При s<20 мм диаметр оправки увеличивается на толщину образца.