Углеродистые стали. классификация и маркировка углеродистых сталей. инструментальные и конструкционные углеродистые стали

Конструкционные износостойкие стали

Под термином «конструкционные стали» подразумевается ряд сплавов, используемых в изготовлении разнообразных узлов, деталей, конструкций и механизмов в машиностроении и строительной области. Конструкционные стали отличаются от других типов особой прочностью.

Конструкционные стали имеют несколько классификаций. В частности их можно разделить по содержанию углерода и добавок на углеродистые и легированные; по способам обработки (цементуемые и улучшаемые), по предназначению – пружинные, подшипниковые. Особую категорию таких сталей составляют износостойкие сплавы, разрабатываемые для работы в экстремально тяжелых условиях, где присутствует высокий абразивный износ, износ в результате скольжения и ударов.Эти сплавы разрабатываются специально для механизмов и оборудования, работающих в горно-добывающей и лесопильной промышленности, на переработке отходов и металлолома, в строительстве дорог, почвообработке и т. д.

Износостойкие стали должны обладать повышенной твердостью. Этого добиваются различными способами. Как правило, для получения данного типа сплавов используются разнообразные легирующие элементы, в частности, марганец. Из отечественных сплавов такой сталью является высокомарганцовистая сталь Г13. Она имеет от 1 до 1,4% углерода и от 12 до 14% марганца в своем составе. Поскольку эта сталь относится к аустенитным, ее характерной особенностью является только стойкость к интенсивному наклепу.

Шарикоподшипниковые стали предназначены для работы в условиях повышенного истирающего износа, возникающего вследствие трения скольжения и трения качения. Эти стали содержат приблизительно 1% углерода и до 1,5% хрома. К таким сплавам относятся отечественные стали ШХ6, ШХ9, ШХ15.

Особняком стоят высокопрочные износостойкие легированные военные стали типа А3 и стали производства концерна SSAB Oxelosund AB, в частности, линейка сплавов, объединенных общим названием Hardox. Так же, как и вышеописанные марки шарикоподшипниковых сталей, Хардокс-стали имеют в своем составе высокое содержание хрома. Например, в марке Hardox 500 от 1 до 1,5% в зависимости от толщины листа. Однако содержание углерода в этих сплавах намного ниже. Отдельные марки этого бренда включают всего 0,2% С. Концентрация углерода влияет на такие характеристики сталей, как твердость и прочность. Несмотря на то, что сплавы Hardox относятся к низкоуглеродистым, они, тем не менее, являются высокопрочными. К примеру, сталь Hardox 450 обладает твердостью в 425-475 НВ и прочностью на разрыв – 1400 МПа. Производитель добивается этого, применяя различные инновационные методики, например, миролегирование, продувку инертными газами в ковше, а также выбирая исходное сырье по высоким стандартам. На заводах концерна практикуется, в частности, использование руды с низким содержанием серы. Сравнительные испытания на Уралвагонзаводе иностранных и Российских сталей в рамках программы импортозамещения показывают, что ХАРДОКС многократно проигрывает А3.

Лабораторные испытания на истирание и износ не дают ХАРДОКСУ эксплуатироваться более 3 месяцев, тогда как А3 практически вечен.

В отечественной практике используется в качестве износостойкого сплава также сталь с высоким содержанием углерода и кремния – так называемая графитизированная сталь. Количество этих двух элементов варьирует от 1,3 до 1,75%. За счет присутствия кремния часть углерода образует графит. Эти сплавы применяются для выплавки валов, производства штампов, калибров, пресс-форм.

Высокомарганцевые стали наподобие марки Г13 уступает по твердости (эта характеристика составляет примерно 200-250 НВ), но относится к недорогим вариантам износостойких сталей. Максимальную износостойкость этот сплав приобретает после закалки при температуре от 1000 до 1100 °С и охлаждении на воздухе. Такая сталь может быть применена для производства звеньев тракторных гусениц, крестовин, устанавливаемых на железных дорогах.

Использование износостойких сталей является весьма выгодным и перспективным в любой отрасли, где детали, узлы и другие изделия из стальных сплавов подвергаются повышенным нагрузкам. Поэтому с каждым днем спрос на такие стали неуклонно и стремительно растет.

Применение быстрорежущих сталей

Кобальтовые и ванадиевые быстрорежущие стали применяются для обработки конструкционных сталей при повышенных режимах резания, а также жаростойких, нержавеющих и высокопрочных сталей.

Инструменты из кобальтовых сталей применяются для обработки жаропрочных и коррозионно-стойких сталей, а также других труднообрабатываемых сплавов, подходят для эксплуатации в условиях недостаточного охлаждения, прерывистого резания и вибраций. Область применения быстрорежущих ванадиевых сталей – изготовление инструментов, предназначенных для чистовой обработки труднообрабатываемых металлов (разверток, протяжек и т.д.)

Быстрорежущая сталь Р18

Сплав содержит 18% вольфрама, относительно хорошо шлифуется. Твердость инструмента после термической обработки — HRC 62-65, красностойкость 600ºС. Присутствие избытка карбидной фазы придает стали мелкозернистую структуру, увеличивает износостойкость изделий, уменьшает чувствительность к перегреву. Быстрорез Р18 используется для изготовления долбяков, шеверов, сверл, фрез, метчиков, разверток. Основной недостаток вольфрамовых сталей – значительная карбидная неоднородность, приобретающая критическое значение в изделиях большого сечения. Карбидная неоднородность уменьшает стойкость инструмента и приводит к выкрашиванию режущих кромок.

Быстрорежущая сталь Р6М5

Быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама в последнее время вытесняются сложнолегированными сплавами в которых вольфрам частично заменен молибденом. Таким образом заметно уменьшается карбидная неоднородность металла, что повышает прочность инструмента и его устойчивость к ударным нагрузкам. Среди типичных представителей группы вольфрамомолибденовых сталей – стали Р6М5 и Р6М3.

Технологические качества стали Р6М5 близки к таковым стали Р18, то есть эти сплавы являются взаимозаменяемыми. В ряде случаев применение стали Р5М6 более предпочтительно, в частности, при изготовлении крупногабаритных инструментов. Благодаря высокой прочности, технологичности и стойкости сталь Р6М5 на данный момент является наиболее востребованной из сталей высокой продуктивности.

В сортамент быстрорежущей стали входят:

• Круг;
• Квадрат:
• Лист;
• Полоса.

Круги из быстрорежущей стали используется для изготовления сверл, лерок, пил, метчиков и других режущих инструментов. Квадраты применяются реже, в основном для производства токарных резцов и ножей для электрорубанков.

2 Применение инструментальных сплавов – зачем нужны разные их марки?

Рассматриваемые стали используются для выпуска измерительного и режущего инструмента, а также для производства штампов. Далее мы приводим некоторые марки ЛИС и указываем сферу их применения:

• 3Х3М3Ф. Такую легированную инструментальную сталь используют для выпуска рабочих приспособлений горизонтально-ковочных агрегатов и кривошипного прессового оборудования (ножи для горячего разрезания заготовок, пресс-формы и другой инструмент, который не боится активного охлаждения в процессе работы станков).
• Х12МФ. Отличный материал для производства матриц и пуансонов для выдавливания, просечных и вырубных сложных по конфигурации штампов. Сталь Х12МФ находит применение и при изготовлении компонентов кузнечных штампов, эталонных шестерен, роликов для профилирования металлических деталей, плашек накатной группы. Этот инструментальный сплав допускается использовать для выпуска практически любых изделий, которые функционируют под давлением в районе 1500–1600 МПа.

Материал Х12МФ

• 4Х5МФС. Сталь, предназначенная для изготовления прессовых и молотовых вставок диаметром более 20 сантиметров, а также для небольших молотовых штампов, используемых при массовом производстве деталей. Также 4Х5МФС подходит для литейных пресс-форм, с помощью которых обрабатывают магниевые и алюминиевые изделия.
• ХВГ. Сплав применяют при выпуске износостойких деталей, обладающих повышенными упругими характеристиками и высоким противодействием усталости при изгибе. К их числу относят клейма, фрезы, плашки, развертки, машинные штампели, метчики для холодных работ, а также разные типы технологической оснастки металлообрабатывающего оборудования.

Сплав ХВГ

Указанные марки сталей используются для строго определенных целей. Стоимость таких ЛИС достаточно высока за счет высокого уровня их легирования и большого количества легирующих добавок. Существуют и более «универсальные» инструментальные стали, которые подходят для выпуска различных по назначению инструментов. О них мы поговорим в следующем разделе.

2 Как производятся углеродистые стали – краткие сведения

Сейчас наиболее эффективным вариантом производства стальных сплавов считается кислородно-конверторная технология, длительность которой составляет не более одного часа. Кроме того, выплавляют их в электрических и мартеновских печах, конверторах бессемеровского типа.

Получение бессемеровской стали предполагает продувку воздухом чугуна, находящегося в жидком состоянии. Эта методика достаточно производительна, но имеет немало недостатков – выплавленный металл сильно загрязнен примесями неметаллического характера, склонен к быстрому старению, имеет малую прочность, что вызвано высоким содержанием в нем азота и других газов. Кроме того, из бессемеровского металла не удается в должной мере удалить фосфор и серу.

А вот кислородный конвертор дает возможность убрать фосфор и серу до требуемого безопасного уровня. При этом не будет фиксироваться и повышенного содержания азота. Мартеновская технология обеспечивает металлу параметры аналогичные составам, выплавляемым по кислородно-конвертерному способу. Но длительность плавки в мартеновской печи составляет порядка 11 часов, что, конечно же, экономически нецелесообразно.

Максимальное удаление фосфора, серы и кислорода из углеродистых сталей становится возможным при использовании индукционных либо дуговых электрических печей. Металл, выплавленный в таких агрегатах, признается по-настоящему качественным. Он предназначается для изготовления наиболее ответственных конструкций и изделий. Часто углеродистая инструментальная сталь производится именно в электропечах. К сожалению, такая плавка очень дорогая, поэтому многие металлургические предприятия предпочитают производить продукцию по более экономным технологиям.

Инструментальная легированная (ИСЛ)

Инструментальные легированные стали, помимо примесей традиционных, содержат специальные добавки, наличие которых позволяет получить у конечного продукта заданные физические или механические параметры. Эти добавки именуются легирующими. Их наличие повышает прочность металла и его коррозийную стойкость при одновременном снижении хрупкости. Чаще всего легирующими элементами являются:

• ванадий,
• хром;
• медь;
• никель;
• азот.

Сталь указанных марок принято классифицировать:

• по её назначению;
• по содержанию легирующих элементов (в %):
  • низколегированная;
  • среднелегированная;
  • высоколегированная;
• по качеству изготовления и отделке поверхности:
  • высококачественная;
  • обычная;
• по способу последующей обработки.

Инструментальная сталь легированная, включая штамповую, производится согласно положениям стандарта 5950-2000. Действующая редакция указанного ГОСТ датируется 24.07.12.

Сталь инструментальная легированная маркируется и обозначается аналогично сталям конструкционным легированным.

Марка — высококачественная сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Марка — высококачественная сталь

Марки высококачественной стали имеют в конце обозначения букву А; марки стали, указанные в настоящем стандарте с индексом А, могут быть заказаны только как высококачественные.  

Марки высококачественной стали имеют в конце букву А.  

Марки высококачественной стали имеют в конце обозначения букву А.  

Обозначения марок высококачественной стали, с пониженными против качественной стали содержаниями вредных элементов ( серы и фосфора) и с повышенными механическими свойствами дополняются буквой А в конце обозначения марки стали. Буква А, означающая наличие в стали азота, ставится не в конце обозначения.  

В марках высококачественных сталей в отличие от качественных имеется буква А.  

В обозначениях марок высококачественных сталей в отличие от качественных ставится буква А.  

В конце марки высококачественных сталей должна находиться буква А.  

В настоящее время отечественная металлургия выпускает значительное количество всевозможных марок высококачественных сталей и цветных металлов. Однако стоимость этих сталей и цветных металлов относительно высока. Поэтому применение гуммирования и биметаллов там, где это возможно по условиям эксплуатации и изготовления, является целесообразным и экономически выгодным.  

Мощная советская металлургия выпускает в настоящее время достаточное количество всевозможных марок высококачественных сталей. Некоторые из этих сталей, в частности нержавеющие, обладая способностью к сопротивлению коррозии и высокой прочностью, являются прекрасным материалом для изготовления химических аппаратов.  

ГОСТ 4543 — 48 предусмотрено 14 марок легированных качественных сталей и 11 марок высококачественных сталей. Марки высококачественных сталей отличаются от качественных более низким содержанием серы и фосфора и обозначаются буквой А. Легированные марки сталей обозначаются двумя цифрами, показывающими процентное содержание углерода в стали, и буквами, обозначающими, какой легирующий элемент входит в сталь. Например, сталь 20Х означает хромистую сталь с 0 20 % углерода, сталь, 40ХН означает хромоникелевую сталь с содержанием 0 40 % углерода.  

Различие в обозначении качественной стали по сравнению с высококачественной сталью состоит в том, что в конце марки высококачественной стали ставят букву А: сталь ЗОХНМ — качественная, а стали ЗОХНМА и У10А — высококачественные.  

Различие в обозначении качественной стали по сравнению с высококачественной сталью состоит в том, что в конце марки высококачественной стали ставят букву А: сталь ЗОХНМ — качественная, а сталь ЗОХНМА — высококачественная.  

В тех случаях, когда одна и та же марка стали может быть и качественной, и высококачественной, в конце буквенного обозначения марки высококачественной стали ставится буква А.  

В обозначении марки первые две цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы за цифрами обозначают элементы согласно табл. 2; цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание легирующего элемента в целых единицах; отсутствие цифры обозначает, что содержание этого легирующего элемента не более 1 5 %; марки высококачественной стали имеют в конце обозначения букву А.  

Химические элементы в марках стали обозначены следующими буквами: В — вольфрам, Г — марганец, М — молибден, Н — никель, С-кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ю — алюминий. Марки высококачественной стали имеют в конце обозначения букву А.  

Страницы:      1    2    3

Классификация стали по содержанию примесей

Кроме классификации по содержанию углерода и по степени раскисления, применяется классификация по качеству, определяемому методом производства и содержанием вредных примесей, прежде всего, серы и фосфора. Классификация сталей по качеству:

В некоторых классификациях особовысококачественные включают в состав высококачественных.

Обыкновенного качества

Большую часть рядовых сталей составляют углеродистые сплавы (С < 0,6%) Их производят мартеновским способом или конвертерным с использованием кислорода. Эти виды стали предназначены для самых массовых применений, недороги в производстве, хорошо поддаются обработке, но и не обладают особой прочностью или износостойкостью.

Качественные

К качественным относятся как углеродистые, так и легированные. Также производятся мартеновским или конвертерным способом с кислородным дутьем, но к составу сырья предъявляются намного более строгие требования, чем в случае рядовых. Также строже требования к соблюдению параметров плавки и розлива. Такие группы сталей стоят дороже и применяются для более ответственных деталей, работающих в условиях серьезных нагрузок.

Классификация сталей по качеству

Высококачественные

Эта группа производится более совершенными с точки зрения технологии способами, такими, как выплавка в электропечах. Особенности технологии производства позволяют добиться особо низкого содержания вредных примесей неметаллов и газовых включений, что гарантирует высокие механические свойства. Такие стали используются в особо ответственных узлах, а стоимость их в несколько раз выше, чем обычных.

Высокопрочная сталь

Высококачественная углеродистая сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Высококачественная углеродистая сталь

Высококачественные углеродистые стали после обработки на высокую твердость должны обладать лучшей вязкостью, чем качественные.  

Высококачественные углеродистые стали отличаются пониженным содержанием вредных примесей. В марках это отражается большой буквой А, стоящей в самом конце.  

Высококачественные углеродистые стали после обработки на высокую твердость должны обладать лучшей вязкостью, чем качественные.  

Высококачественные углеродистые стали после обработки на высокую твердость обладают несколько лучшей вязкостью, чем стали сходных марок из группы качественных. Стали У7А — У13А применяют главным образом для режущих инструментов, имеющих тонкую режущую кромку ( табл. 1), а стали У7 — У13 — для штам-повых инструментов простой формы.  

Вал и диск турбины выполняются из высококачественной углеродистой стали; лопатки и бандажи — из нержавеющей стали.  

Это требование обеспечивается надлежащей конструкцией шатуна и поковкой его из легированных и высококачественных углеродистых сталей.  

Необходимая механическая прочность достигается тем, что хранилища и тару для жидкого хлора изготовляют72 из высококачественной углеродистой стали марок 15к, 20к и 25к ( ГОСТ 5520 — 62), соответствующей условиям эксплуатации в интервале температур от — 40 до 475 С без ограничения давления. При изготовлении танков и контейнеров ( бочек) применяется электросварка. Сварные танки и контейнеры подвергают термообработке ( отжигу) для снятия внутренних напряжений. Конструкция танков, контейнеров и баллонов такова, что они не испытывают деформаций на изгиб, особенно в сварных швах, качество которых проверяется рентгеновским аппаратом. Рабочее давление в хранилищах и таре для жидкого хлора составляет 15 атм, что соответствует давлению насыщенных паров хлора при 50 С.  

Для изготовления основных деталей насосов обычно применяют легированные стали Х12Ф1, НХ2А, 12ХНВА, 40Х и высококачественные углеродистые стали, которые проходят соответствующую термообработку.  

Ввиду знакопеременного характера нагрузок, действующих на шатун, материалы для него должны обладать высоким сопротивлением усталости. Такими материалами являются высококачественные углеродистые стали, а также легированные стали. Для высокооборотных двигателей наиболее перспективным материалом для шатунов следует считать титановые сплавы.  

Роторы изготовляют из поковки или прутка проката совместно с валом. Для их изготовления применяется высококачественная углеродистая сталь. Роторы делают также нз мелкозернистого чугуна, из чугуна с шарообразным графитом, из алюминиевых сплавов и из нержавеющей стали. В этих случаях роторы изготовляются отдельно от вала и насаживаются или напрессовываются на стальной вал. Посадка вала должна быть достаточно тугой, чтобы не произошло ослабление соединения, так как это может привести к тяжелой аварии машины. Во многих случаях стальной ротор приваривается к валу. При высоких степенях повышения давления ротор имеет внутреннее охлаждение маслом, которое подается через сверление в валу. Благодаря этому увеличивается коэффициент подачи компрессора.  

Все марки углеродистой стали, кроме того, имеют добавочный индекс У. Таким образом марка У8А обозначает высококачественную углеродистую сталь с содержанием углерода 0 75 — 0 85 / 0, а У8 — обыкновенную.  

Лопатки рабочего колеса турбовоздуходувок делают в основном загнутыми назад — в сторону, обратную вращению. Лопатки малонагруженных рабочих колес штампуют из листовой высококачественной углеродистой стали толщиной от 2 до 5 мм и прикрепляют к дискам с помощью заклепок. При высоких скоростях вращения рабочих колес лопатки изготовляют из легированных никелем сталей и фрезеруют за одно целое с шипами, концы которых вставляют в отверстия диска и расклепывают.  

Лопатки рабочего колеса турбовоздуходувок делаются в основном загнутыми назад — в сторону, обратную вращению. Лопатки малонагруженных рабочих колес штампуют из листовой высококачественной углеродистой стали толщиной от 2 до 5 мм и прикрепляют к дискам с помощью заклепок. При высоких скоростях вращения рабочих колес лопатки изготовляют из легированных никелем сталей и фрезеруют за одно целое с шипами, концы которых вставляются в отверстия диска и расклепываются.  

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Где и как применяют износостойкую сталь

Очевидно, что износостойкая высокопрочная шведская сталь обладает рядом неоспоримых преимуществ, которые позволяют использовать ее в работе с особо мощными машинами и механизмами. Потому износостойкая сталь давно используется Volvo (Вольво), Caterpillar (торговая марка CAT), Komatsu (Коматсу), LIEBHERR (Либхер), NEW HOLLAND CONSTRUCTION (Нью Холланд Констракш), John Deere (Джон Дир) — мировыми лидерами по производству дорожной, сельскохозяйственной и строительной техники. В зависимости от типа техники, износостойкая сталь применяется как:

• в технике для переработки, измельчения отходов (Hardox 500-600 НВ; Swebor 450-500 НВ):
  • футеровка сортирующих карманов;
  • кромки прессователей мусоровозов;
  • фрезы измельчителей, ножи грануляторов;
  • грохоты, конвейерные ленты, сита, ножи;
  • молотковые дробилки;
  • стенки контейнеров.
• Для дорожно-строительной техники (Hardox 400-450 НВ; Swebor 400-450 НВ):
  • гидравлический молот, футеровка желобов для гравия, лопастей барабанов, контейнеров;
  • экскаваторные ковши и их части, ковши с режущими кромками и боковинами;
  • режущие кромки отвала бульдозера;
  • желоб для измельчителя, отвал грейдера;
  • пластины разравниватели асфальтоукладчика;
  • футеровка дробилки.
• Для карьерной и горно-шахтной техники (Hardox 500-600 НВ; Swebor 450-500 НВ):
  • режущие кромки механических лопат, бункера, отвалов бульдозеров;
  • легкие кузова для самосвалов;
  • футеровка разгрузочных накопителей, ударные пальцы, молотки и щёки дробилок;
  • транспортировочные желоба.
• Для горнодобывающей техники (Hardox 500-600 НВ; Swebor 450-500 НВ):
  • легкие кузова самосвалов;
  • ковши карьерных погрузчиков;
  • бункеры главных дробилок;
  • облицовка накопителей, стенки и полы вагонов;
  • грохоты, футеровка разгрузочных пунктов, мерных бункеров и скип.
• Для лесозаготовительной и сельскохозяйственной техники (Hardox 450-550 НВ; Swebor 450-500 НВ):
  • многоцелевые захваты, лемеха и долота плужного оборудования;
  • перемешивающие лотки для силоса;
  • захваты лесопогрузчика и перегружателя;
  • ножи отжимного пресса.
• Для гражданского бронирование автомобилей и помещений (Hardox Extreme).
• Мишени и отражающие щиты для стрелковых тиров (Hardox Extreme).
• Футеровка бетоносмесителя, броня мобильной дробилки, футеровка камеры и отражающей плиты роторной дробилки, сита грохотов и измельчителей, ножи и пластины шредера, измельчителей, измельчителей, дезинтеграторов, аллигаторных механических и гидравлических ножниц, звенья высоконагруженных цепей, конвейерные шнеки, шнековые буры ( Hardox 500-600 НВ; Swebor 450-500 НВ).
• Элементы железнодорожного полотна (Hardox 500-600 НВ; Swebor 450-500 НВ).

Годовой выпуск износостойкой стали Swebor сейчас составляет 20 тыс. тонн в год, стали Hardox — 40 тысяч. Ее применение в ремонте, усовершенствовании или усилении техники более, чем оправдано и гарантирует:

• уменьшение веса;
• сокращение простоя оборудования и машин за счет увеличение срока эксплуатации;
• снижение затрат на проведение техобслуживания.

Высокое качество сплава и умеренная стоимость высокопрочной износостойкой шведской стали подтверждается ее всемирной популярностью.