Марки стали: классификация, виды и их особенности

Сталь как материал занимает важное место в промышленности и строительстве благодаря своим уникальным свойствам. Существует множество видов и марок стали, каждая из которых обладает определенными характеристиками и предназначена для конкретных задач.

Классификация

Материал классифицируется по нескольким основным критериям: химический состав, структурное состояние, назначение и качество.

По химическому составу

Этот критерий разделяет сталь на:

• Углеродистую: состоит в основном из железа и углерода, без значительного содержания легирующих элементов. Чем выше содержание углерода, тем тверже, но хрупче получается материал.
• Легированную: включает легирующие добавки (хром, никель, молибден, ванадий и др.), которые улучшают свойства стали, такие как прочность, коррозионная стойкость и жаростойкость.
• Высоколегированную: сталь с большим содержанием легирующих элементов (более 10%) для высокого сопротивления химическим и термическим воздействиям.

По назначению

Сталям присваиваются конкретные маркировки в зависимости от их области применения:

• Конструкционная сталь: используется в строительстве и машиностроении. Примеры: Ст3, 09Г2С.
• Инструментальная сталь: предназначена для изготовления резцов, ножей, штампов (У7, У8, Х12МФ).
• Нержавеющая сталь: устойчива к коррозии и агрессивным химическим средам (12Х18Н10Т, AISI 304).
• Жаростойкая сталь: сохраняет прочность и стабильность при высоких температурах (Х25Н20С2, 12ХМФ).

По качеству

Разделяется на сталь обычного и улучшенного качества. Сталь обычного качества имеет ограниченное применение, в то время как материал повышенного качества может использоваться в более сложных условиях.

Маркировка стали

Маркировка представляет собой буквенно-цифровую систему, которая информирует о составе, свойствах и предназначении материала. Например, первые цифры обозначают содержание углерода: так, 20Х13 содержит 0,20% углерода. Буквы указывают на легирующие элементы (например, "Х" — хром, "Н" — никель, "С" — кремний), а цифры после букв — их процентное содержание. Если цифра отсутствует, содержание элемента обычно не превышает 1,5%.

Дополнительные символы уточняют свойства или предназначение стали: "А" означает высококачественную сталь с низким содержанием фосфора и серы, "Ш" — шарикоподшипниковую сталь, "Р" — быстрорежущую.

Для нелегированных сталей используются обозначения "Ст" с цифрами, указывающими уровень углерода. В специализированных сталях, например, марки 12Х18Н10Т, указано 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля и до 1,5% титана, что делает ее устойчивой к коррозии и пригодной для эксплуатации в широком температурном диапазоне.

Быстрорежущие стали маркируются буквой "Р" с указанием содержания вольфрама (например, Р6М5Ф3 — 6% вольфрама, 5% молибдена, 3% ванадия).

Также существуют обозначения для строительных сталей ("С"), литейных (с буквой "Л" на конце) и инструментальных (например, "У" — инструментальная сталь, содержащая углерод с добавками).

Виды и марки стали

Углеродистые стали

Состоит из железа и углерода с минимальным или вовсе отсутствующим количеством легирующих элементов. Основное влияние на свойства такой стали оказывает содержание углерода, которое делит ее на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую.

Основные марки:

• Ст3. Обыкновенная конструкционная сталь. Проста в обработке, используется для изготовления строительной арматуры и металлических конструкций. Имеет среднюю прочность.
• Ст20. Более прочная, с повышенной пластичностью. Применяется для деталей, которые должны выдерживать большие нагрузки.
• У7, У8, У10, У12. Высокоуглеродистые инструментальные стали. Чем выше число в маркировке, тем больше углерода, а значит, твердости. Стали этой группы применяются для изготовления режущих инструментов, напильников, штампов.

Сферы применения:

• Строительство (арматура, балки).
• Детали машин средней прочности.
• Инструментальная промышленность (ножи, пилы, сверла).

Достоинства:

• Простота плавления и обработки.
• Низкая стоимость.

Недостатки:

• Плохая коррозионная стойкость.
• Ограниченная жаростойкость.

Легированные стали

Они отличаются от углеродистых содержанием легирующих элементов (хром, никель, молибден, марганец и др.), которые значительно улучшают их характеристики, такие как прочность, твердость, устойчивость к коррозии и жаростойкость.

Основные марки:

• 40Х. Среднелегированная углеродистая конструкционная сталь. Применяется для изготовления деталей машин и механизмов, таких как валы, шестерни, болты. Устойчива к механическим нагрузкам.
• 30ХГСА. Сталь с повышенной прочностью и стойкостью к динамическим нагрузкам. Применяется в производстве авиационных и автомобильных деталей.
• 20Х13, 30Х13. Хромистые стали, устойчивые к коррозии и нагреву. Используются в производстве ножей, клапанов и других компонентов с высокими требованиями к износостойкости.
• 09Г2С. Отличается морозостойкостью и ударопрочностью. Часто используется для сварных конструкций.

Сферы применения:

• Машиностроение (валы, зубчатые передачи).
• Металлоконструкции (мосты, каркасы).
• Авиационная и приборостроительная промышленность.

Достоинства:

• Высокая прочность и износостойкость.
• Сравнительно высокая коррозионная устойчивость.

Недостатки:

• Сложность обработки (сварки, резания).
• Более высокая стоимость.

Нержавеющие стали

Это особый класс сталей, в которых содержание хрома превышает 12%, что придает им высокую стойкость к коррозии. Нержавеющие стали делятся на несколько классов: аустенитные, ферритные, мартенситные и дуплексные.

Основные марки:

• 08Х18Н10 (AISI 304). Аустенитная нержавеющая сталь. Универсальный материал, используется в пищевой и химической промышленности, при производстве станков, емкостей.
• 12Х18Н10Т (AISI 321). Устойчива к межкристаллитной коррозии благодаря добавлению титана. Подходит для теплового и химического оборудования.
• 40Х13, 95Х18. Мартенситные стали с повышенной твердостью. Используются для ножей, медицинских инструментов.
• AISI 316. Нержавеющая сталь с добавлением молибдена, что улучшает устойчивость к агрессивным химическим веществам.

Сферы применения:

• Промышленность (трубы, емкости, детали станков).
• Пищевая и фармацевтическая отрасли.
• Производство бытовых товаров (кухонные приборы).

Достоинства:

• Высокая устойчивость к коррозионным воздействиям.
• Прекрасные механические свойства.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Сложность обработки.

Инструментальные стали

Они специально разработаны для изготовления режущих, формовочных, штамповых и других инструментов. Обладают высокой твердостью, износостойкостью, устойчивостью к значительным механическим и термическим воздействиям.

Основные марки:

• У8А, У10А. Углеродистые стали с высокой твердостью. Используются для напильников, пил и ручных инструментов.
• Х12МФ. Легированная инструментальная сталь. Отличается высокой износостойкостью. Подходит для штампов и пресс-форм.
• Р6М5, Р18. Быстрорежущие стали с содержанием вольфрама, используются для производства инструментов, работающих на высоких скоростях.

Сферы применения:

• Производство режущего и штампового инструмента.
• Формы для литья и прессования деталей.

Достоинства:

• Сохранение твердости даже при высоких температурах.
• Высокая долговечность.

Из недостатков можно выделить плохую коррозионную стойкость без легирования.

Жаропрочные и жаростойкие стали

Жаропрочные стали — это материалы, которые сохраняют механическую прочность при высокотемпературных нагрузках. Жаростойкие стали дополнительно обладают устойчивостью к окислению и воздействию газовых сред при высокой температуре.

Основные марки:

• 15ХМ. Жаропрочная сталь для паровых котлов и теплообменников. Хорошо работает при повышенных температурах, до 550°C.
• Х25Н20С2. Жаростойкая сталь для химического оборудования. Устойчива к агрессивным средам при температуре до 1000°C.
• 12ХМФ. Применяется для изготовления труб и других компонентов теплоэнергетического оборудования.

Сферы применения:

• Тепловые станции (турбины, бойлеры).
• Химическая промышленность (реакторы, теплообменники).
• Авиация и судостроение.

Достоинства:

• Устойчивость к термическому окислению.
• Сохранение прочности при критических температурах.

Недостатки:

• Высокая стоимость.
• Требовательность к условиям хранения.

Сравнение

Каждая марка стали обладает уникальным балансом характеристик, поэтому выбор материала зависит от задач.

Выбор стали для конкретной задачи

Перед выбором важно оценить:

• Характер нагрузки. Статические нагрузки требуют стали с неподвижной прочностью (например, балки строений из Ст3), для динамических и ударных нагрузок подходят легированные стали (например, 40Х).
• Температурный режим. В высокотемпературных условиях требуются жаропрочные и жаростойкие марки стали, такие как 15ХМ и Х25Н20, а при работе на морозе подойдут марки с хорошей пластичностью, например, 09Г2С.
• Среда эксплуатации. В условиях повышенной влажности, агрессивных химических или морских сред необходимо использовать коррозионно-устойчивые нержавеющие стали, такие как AISI 316 или 12Х18Н10Т.

Каждое изделие или конструкция предъявляет свои требования к механическим характеристикам стали:

• Прочность. Для деталей, работающих под нагрузкой, как, например, в машиностроении или строительстве, важно использовать стали с высокой прочностью (40Х, 45).
• Пластичность. Стали с высоким удлинением, например, Ст20 или 09Г2С, подходят для элементов, которые подвергаются деформациям без разрушения.
• Твердость и износостойкость. Инструментальные марки, такие как У8А или Х12МФ, устойчивы к истиранию и подходят для режущих и формовочных инструментов.

Если конструкция или изделие используется во влажной или агрессивной среде, предпочтение стоит отдавать коррозионно-устойчивым маркам:

• Нержавеющие стали (AISI 316, 12Х18Н10Т) прекрасно подходят для химического оборудования и пищевой промышленности.
• Низколегированные марки стали (09Г2С) показывают коррозионную стойкость в условиях умеренного климата и на открытом воздухе.

Если вам сложно выбрать подходящую марку стали для вашей задачи, специалисты компании «Сталевич» с удовольствием помогут вам определиться и подобрать оптимальный вариант. Компания предлагает огромный выбор металлопроката различных марок, включая нержавеющую, легированную и строительную сталь. Вы всегда можете обратиться к профессионалам компании, которые подскажут материал, подходящий для ваших целей.