ГЛАВА in

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

10. Классификация стали, маркировка

Сталь класснфицируется по следующим признакам: способу производства, химическому составу, назначению, структуре и качеству.

По способу производства различают сталь: мартенйвскую, конверторную, электросталь и т. п.; по химическому составу - сталь углеродистую и легированную.

По назначению сталь подразделяется иа конструкционную, инструментальную и с особыми свойствами.

В группу конструкционной стали входят марки, применяемые при производстве деталей машин. К инструментальным относятся марки стали, применяемые прн производстве режущего, измерительного и штампового инструментов.

Сталь с особыми свойствами используют главным образом в тех отраслях производства, где требуются особые физические или механические свойства материала. Например, нержавеющую сталь применяют в хвмическом машиностроении, жаропрочную - в паротурбо-строенни и т. д.

В основу классификации по структуре положена характеристика структуры стали, образующейся при нормализации образцов 0 25 мм. По этому признаку сталь можно разделить на следующие классы: перлитный, аустеннтный, ферритный; мартенситный; карбидный. Могут быть промежуточные классы.

К перлитному классу относится вси углеродистая сталь, а также легированная при суммарном содержании легирующих элементов до 6-7%.

К аустенитному классу относятся сталь с большим количеством (до 30 %) легирующих элементов, снижающих критические точки, а также сложнолегированная сталь, содержащая никель, хром и другие влементы. Массовая доля углерода в такой стали колеблется в широких пределах.

К ферритному классу относится сталь, легированная большим количеством элементов, повышающих критические точки (хром, кремний и др.). Содержание в ней углерода незначительно.

К мартенситному классу относится сталь, легированная большим количеством различных элементов (хром, никель и др.). Массовая доля углерода в ней повышенная.

К карбидному классу относится сталь, содержащая большое количество элементов, образующих с углеродом стойкие карбиды (хром, вольфрам, ванадий и др.) при наличии большого (около 1 %) количества углерода. При затвердевании слитков такой стали в структуре образуются крупные, первичные карбиды.

Для классификации нержавающей стали по структуре с учетом суммарного воздейстния легирующих элементов на рис. 12 приведена структурная диаграмма, предложенная Шеффлером. По горизонтальной оси откладывается массовая доля в стали хрома и.других элементов в соответствующем эквиваленте к хрому; по вертикальной оси откладывается доля в стали никеля и других элементов в эквивалентах к Никелю.

Пересечение перпендикуляров, восстановленных от процентных долей по горизонтальной н вертикальной осям, указывает на структуру

нержавающей марки стали данного химического состава. Например, сталь, содержащая 8 % эквивалентов хрома и 18 % эквивалентов никеля, будет состоять из аустенита и мартенсита.

Прн классификации стали по качеству учитывается главным образом содержание в стали вредных примесей - серы и фосфора, а также метод выплавки.

Наименьшее количество вредных примесей содержит высококачественная сталь - серы и фосфора не более 0,05 %. В сТали обыкновенного качества массовые доли серы н фосфора могут быть до 0,1 %. Высококачественная сталь обозначается буквой А (которая ставится в конце обозначения марки, например 20ХГСА). Особовысококачест-венная сталь обозначается буквой Ш, например ЗОХГСШ. К особо-высококачественной стали относят сталь электрошлакового переплава.

О , If 8 12

Рис. 12. Структурная диаграмма нержавеющей стали

* 6 12 16 го 2¥ 28 32 36 ЭкВиВаяент хрот %Сг*%Ho*1,Si%Si*0,5*/oMb

Маркировка углеродистой стали. Сталь обыкновенного качества обозначается путем сочетания букв и цифр. Буква указывает группу поставки стали (табл. 40), цифра - порядковый номер стали.

40. Группы н основные марки стали обыкиовеиного качества (ГОСТ 380-71)

Пример. БСтЗ - сталь группы Б, поставляемой по химическому составу.

При маркировке углеродистых качественных марок стали цифра обозна-чает среднюю массовую долю углерода в сотых долях процента.

Пример. Сталь 20 - качественная углеродистая сталь, содержащая в среднем 0,20% углерода. Сталь 45 - качественная углеродистая сталь, содержащая в среднем 0,45 % углерода.

Маркировка инструментальной углеродистой стали отличается от маркировки качественных марок конструкционной стали. Перед цифровым обозначением у таких марок стоит буква У. Цифровое обозначение указывает иа содержание углерода в десятых долях процента.

Прим ер. Сталь У7 - сталь ниструментальная качественная с массовой долей углерода 0,7 %. Сталь У10 - сталь инструментальная качественная с массовой долей углерода 1 %.

Маркировка легированиой стали. Марка стали согласно ГОСТу обозначается сочетанием букв и цифр. Буквы указывают наличие в стали легирующих элементов (табл. 41).

41. Условные обозначения химических элементов при маркировке стали

Цифры, стоящие непосредственно после буквы, указывают на примерную процентную массовую долю соответствующего легирующего элемента в целых единицах, а цифра 1 после буквы или отсутствие цифры обозначает, что массовая доля соответствующего легирующего элемента составляет-1 %. Цифра, стоящая перед буквами, указывает на массовую долю углерода в сотых долях процента. Если перед буквами нет цифры, это означает, что массовая доля углерода составляет -1 %.

Пример. Сталь 20Х - хромистая сталь с массовой долей 0,20 % углерода, хрома ~1 %. Сталь 12ХНЗ - хромоникелевая сталь с массовой долей углерода ~0,12 %, хрома ~1 %, никеля ~3 %. Сталь ХВГ - хромо-вольфрамомаргаицовистая сталь с массовой долей углерода ~1 %, хрома ~ 1%, вольфрама ~ 1 % и марганца ~ 1 %.

Высококачественная сталь маркируется дополнительной буквой А, например сталь 20ХНЗА и т. д.

В зависимости от основных легирующих элементов, входящих в состав стали, легированная сталь делится на группы: хромистая, марганцовистая, хромомарганцовая, хромокремнистая, хромомолибде-новая и хромомолибденованадиевая, хромованадиевая, никельмолиб-деновая, хромоникелевая и хромоникелевая с бором, хромокремнемар-ганцовая и хромокремнемарганцовоникелевая, хромомарганцовоникеле-вая и хромомарганцовоникелевая с титаном н бором, хромоннкель-молибденовая, хромоникельмолибденованадиевая, хромоалюминиевая с молибденом.

К высоколегированной стали условно отнесены сплавы, содержание железа в которых более 45 %, а суммарное содержание легирующих элементов не менее 10 %, считая по верхнему пределу.

К сплавам на железоникелевой основе отнесены композиции, в которых сумма никеля и железа более 65 % при приблизительном отношении никеля к железу 1 : 1,5. К сплавам на никелевой основе отнесены сплавы, основная структура которых является твердым раствором хрома

И других легирующих элементов в никелевой основе (содержание никеля ие менее 55 %).

При поставке легированной конструкционной стали концы или торцы прутков и штанг маркируются различной несмываемой краской в зависимости от группы стали, указанной в табл. 42.

42. Маркировка сортового проката с, помощью окраски

Г руппа стали

Цвет окраски прутков

Хромистая Марганцовистая Хромомарганцовая Хромокремнистая

Хромомолибдеиовая и хромомолиб-деиоваи адиевая

Хромованадиевая

Никельмолибдеиовая

Хромоиикелевая и хромоникелевая о бором

Хромокремнемарганцовая

Хромоиикельмолнбдеиовая

Хромоалюминиевая и хромоалюминиевая с молибденом

Зеленый -f желтый Коричневый -f синий Синий -+- черный Синий -}- красный Зеленый -f фиолетовый

Зеленый -f черный Желтый -f фиолетовый Желтый -j- черный

Красиый -f фиолетовый Фиолетовый -f черный Алюмииневый

Примечание. Цвет краски для маркировки стали других групп устанавливается соглашением сторон.

11, Химический состав марок стали

В табл. 43-47 приведен химический состав конструкционных, инструментальных, пружинных, нержавеющих, окалиностойких и жаропрочных марок стали.

12. Режимы термической обработки стали

Режимы предварительной термической обработки конструкционных и инструментальных марок стали с целью улучшения обрабатываемости при резании приведены в табл. 48-49. В табл. 50-61 приведены данные по режимам термической обработки стальных изделий.

13, Виды брака при термической обработке стали

Основным условием предотвращения брака при термической обработке является строгое соблюдение технологического процесса, который должен устанавливаться на основании опытных и литературных данных. Брак может быть исправимым и неисправимым. Неисправимый брак связан с нарушением химического состава поверхностных слоев металла при окислении, а также с нарушением структуры (пережогом) н сильным короблением изделия. Остальные виды брака могут быть исправлены, но высокое качество термической обработки после исправления брака получить затруднительно.

Виды брака и способы его предупреждения приведены в табл. 62.