Сталь: классификация и расшифровка маркировки 12Х18Н10Т

Лидирующее место среди всех металлических материалов, применяемых в машиностроении, приборостроении, строительстве и многих других областях, занимают стали. Они обладают ценными технологическими характеристиками, широко востребованы за счет своих механических свойств и физико-химических параметров.

Стали имеют преимущество перед большим количеством других материалов не только благодаря комплексу своих технологических и конструкционных характеристик, но и ввиду своей демократичной стоимости.

Технологии производства сталей постоянно совершенствуются, это заключается не только в повышении качества. Появляются новые марки с особыми наборами требуемых характеристик.

Характеристики каждой конкретной стали зависят от ее классификационной принадлежности и набора входящих в ее состав элементов.

Рассмотрим принципы классификации стали.

Принципы классификации стали

Можно выделить пять основных классификационных признаков, по которым производится разделение сталей:

1. химический состав;
2. назначение;
3. качество;
4. степень раскисления;
5. структура.

Рассмотрим подробнее каждый признак.

Классификация по химическому составу

По химическому составу сталь подразделяется на две группы:

1. углеродистые;
2. легированные.

Обе эти категории по содержанию углерода делятся на три подгруппы:

1. низкоуглеродистые (менее 0,3% углерода);
2. среднеуглеродистые (0,3−0,7% углерода);
3. высокоуглеродистые (свыше 0,7% углерода).

Легирование стали осуществляется с целью достижения тех или иных требуемых свойств стали путем введения в состав особых легирующих элементов. В качестве таких элементов часто применяют хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден, ванадий, титан и другие.

В зависимости от содержания легирующих добавок сами легированные стали подразделяются на три группы:

1. низколегированные (менее 5% легирующих элементов);
2. среднелегированные (5−10% легирующих элементов);
3. высоколегированные (более 10% легирующих элементов).

Классификация по назначению

По назначению сталь делят на три основных класса:

1. Конструкционные. Основная область применения — изготовление деталей разнообразных машин и механизмов, приборов, строительных конструкций.
2. Инструментальные. Применяются для инструментов различного назначения (режущего, мерительного, штамповочного). В зависимости от функций инструмента сталь обладает соответствующими характеристиками.
3. Специального назначения. К этой группе коррозионностойкие стали, жаростойкие и жаропрочные, а также электротехнические.

Классификация по качеству

Под качеством следует понимать комплекс свойств, определяемый самим процессом изготовления стали. Среди характеристик качества можно отметить технологичность стали, однородность химического состава и строения, а также механических свойств. На качество стали оказывает влияние содержание в составе газов (водорода, кислорода, азота) и вредных примесей (в их числе сера и фосфор).

По качеству сталь разделяют на следующие группы:

1. обыкновенного качества;
2. качественные;
3. высококачественные.

Классификация по степени раскисления

Раскисление — процесс удаления кислорода из стали в жидком состоянии.

По степени раскисления различают следующие группы:

1. спокойные (полностью раскисленные);
2. полуспокойные;
3. кипящие (слабо раскисленные).

Название подгрупп соответствует характеру протекания процесса затвердевания.

Классификация по структуре

В основе такой классификации лежит структура в отожженном и нормализованном состоянии, которая определяет особенности свойств стали.

В отожженном состоянии конструкционные стали делят на:

1. доэвтектоидные (имеют в структуре избыточный феррит);
2. эвтектоидные (структура состоит из перлита);
3. аустенитные;
4. ферритные.

После нормализации стали по структуре делятся на следующие классы:

1. перлитный;
2. мартенситный,
3. аустенитный,
4. ферритный.

Влияние каждой структуры на свойства сталей можно узнать из специализированной литературы.

Влияние содержания углерода и легирующих элементов

Именно содержание углерода в стали, а также наименование и количество введенных в ее состав легирующих добавок являются наиболее интересными для анализа получаемых свойств конкретной марки.

На первом месте по важности стоит углерод, ведь сталь и представляет собой сплав железа и углерода. Увеличение содержания углерода влечет увеличение прочности с одновременным снижением пластичности. Он также определяет способность стали к технологической обработке (резание, свариваемость, обработка давлением).

Легирующие элементы вносятся в необходимых пропорциях в зависимости от необходимости получения тех или иных свойств. Каждый элемент обладает своими особенностями. Например, хром улучшает механические свойства, никель снижает порог хладноломкости, вольфрам и молибден способствуют увеличению теплостойкости быстрореза и т. д.

Российская система маркировки сталей

На мировом рынке металлов отсутствует единая система маркировки сталей. Параллельно существуют российская, европейская, американская и японская системы. Отсутствие единого стандарта вносит определенные трудности при международных торговых операциях.

В нашей стране принята буквенно-цифровая система. В ней буквы соответствуют различным элементам, а цифры указывают на содержание соответствующих элементов. В Германии также иногда используется система, сходная по принципу с российской.

Буквенно-цифровая система имеет огромное преимущество по сравнению с другими, так как позволяет не только отличать одну марку стали от другой, но и по набору букв и цифр судить о технологических и конструкционных характеристиках.

В отечественной системе также применяются некоторые специальные обозначения:

• Стали обыкновенного качества обозначаются индексом «Ст», за которым следует номер марки. Перед ним может быть обозначена группа гарантированных свойств (механических, химсостава).
• Конструкционные качественные углеродистые стали обозначаются сотыми долями процентного содержания углерода и маркировкой степени раскисления (например, 08КП).
• Качественные углеродистые инструментальные стали обозначены индексом «У», за которым следует содержание углерода в десятых долях процента (например, У8).
• Быстрорежущие стали обозначают индексом «Р», за которым следует содержание вольфрама в процентах (например, Р18).

Очень информативна маркировка легированных сталей: для обозначения легирующих элементов применяются соответствующие буквы русского алфавита: «Х» — хром, «Н» — никель, «Т» — титан, «М» — молибден, «Ю» — алюминий, «В» — вольфрам и т. д.

При маркировке конструкционных легированных сталей в самом начале указывается содержание углерода в сотых долях процента, а при маркировке инструментальных легированных — в десятых долях процента.

Сталь 12Х18Н10Т

Рассмотрим с позиции российской системы маркировки состав и свойства одной из популярнейших нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Расшифровка не составляет особого труда:

• Начнем с «12». Это содержание углерода в сотых долях процента, т. е. в нашем случае углерода 0,12%.
• Буква «Х» — хром. Обозначение «Х18» говорит о том, что в стали содержится 18% хрома. Важно помнить, что содержание легирующих элементов в маркировке представлено в процентах. Хром обеспечивает данной стали коррозионную стойкость.
• «Н10» — 10% никеля. Никель отвечает за сопротивление воздействию кислот, что также повышает коррозионную стойкость.
• «Т» — титан. Значение не указано, это означает, что содержание элемента не является достаточно весомым. Такое обозначение говорит о том, что содержание элемента не более 1−1,5%. Однако даже такое количество титана предотвращает образование межкристаллитной коррозии.

В маркировке указаны лишь основные легирующие элементы. Полный химический состав для любой марки приведен в марочниках сталей. Оттуда же можно почерпнуть и сведения о свойствах стали.

Проанализировав состав 12Х18Н10Т, используя углубленные знания о воздействии легирующих добавок, можно сделать заключение, что данная сталь:

• может использоваться для изделий, работающих в агрессивных средах;
• имеет высокую стойкость к электрохимической коррозии;
• подходит для слабонагруженных деталей в химически активных средах;
• может быть использована для нагруженных деталей, работающих продолжительное время при температурах до 600 градусов.

На практике 12Х18Н10Т часто применяется для сварной аппаратуры, деталей печей и нагревательных систем. Высокие эксплуатационные характеристики данной стали позволяют применять ее в большом количестве отраслей, где требуется повышенная коррозионная стойкость.

По аналогии с рассмотренным примером стали 12Х18Н10Т, используя высокую информативность отечественной системы маркировки и знания о влиянии легирующих элементов, можно для любой марки сделать заключение о ее характеристиках.