Стали и сплавы, подвергаемые прокатке

Ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без прокатной продукции. Она используется для строительства мостов, зданий, метрополитена и других сооружений, для изготовления различных станков, транспортных средств, машин, агрегатов, мебели, посуды и т.д.

Прокатные станы деформируют сталь, которая в зави­симости от назначения имеет различные свойства, опреде­ляемые ее химическим составом.

Сталь, подвергаемую прокатке, разделяют на сталь обыкновенного качества, качественную и высококачествен­ную. Марки этой стали выплавляют в мартеновских печах, в бессемеровских конвертерах, в основных конвертерах с продувкой стали кислородом и в электропечах.

Наибольшее распространение получила прокатная про­дукция из углеродистой стали, содержащей железо и угле­род с небольшим количеством примесей — марганца, крем­ния, фосфора и серы. В углеродистой стали элементом, оп­ределяющим ее состав, является углерод. Для придания стали специальных свойств в ее состав вводят различные элементы, которые носят название легирующих. Стали со специальными добавками называют специальными или ле­гированными.

К специальным примесям относят Ni, Cr, Mo, W, V, Со, Ti, Mn (более 1 %), Si (более 0,5%) и др.

Качественные и высококачественные стали отличаются от сталей обыкновенного свойства содержанием вредных элементов — серы и фосфора. В сталях обыкновенного ка­чества допускается содержание каждого из этих элементов не более 0,05—0,055%, в качественных сталях — не более 0,04—0,046 %, а в высококачественных — не более 0,03— 0,035%.

Качественные стали разделяют на углеродистые и леги­рованные, идущие для изготовления деталей машин и кон­струкций.

Конструкционную углеродистую сталь обыкновенного и повышенного качества в зависимости от назначения н харак­теристик подразделяют на следующие группы: группа А — сталь, поставляемая по механическим свойствам; группа Б — сталь, поставляемая по химическому составу; группа В — сталь повышенного качества, поставляемая одновре­менно по механическим свойствам и химическому составу.

К группе А относят стали марок Ст 0, Ст 1сп — Ст 3сп, Ст 3кп, Ст 4кп, Ст 5пс —Ст 7пс. Для стали этой группы га­рантийными характеристиками являются: предел текуче­сти, временное сопротивление и относительное удлинение. Сталь группы А может быть поставлена в термически об­работанном виде или термически обработанной с прокат­ного нагрева.

К группе Б относят: МСт 0, МСт 1, МСт 3—МСт 7, КСт 0—КСт7, БСт 0, БСт 3—БСт 6. Их гарантируемой характе­ристикой является химический состав. Обычно сталь этой группы заказывают в том случае, если ее подвергают горя­чей механической или термической обработке.

К группе В относят мартеновскую сталь марок ВМСт 2, ВМСт 3—ВМСт 5, ВКСт 2—ВКСт 5. Для стали этой груп­пы гарантируемыми характеристиками являются: химичес­кий состав, механические свойства, испытания на изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость при нормальной тем­пературе.

Углеродистая сталь обыкновенная и повышенного каче­ства служит основным материалом для изготовления раз­личных деталей машин. Обыкновенная углеродистая сталь имеет различные назначения. Например, мостовая сталь служит для изготовления мостовых конструкций. Эту сталь выплавляют в мартеновских печах и поставляют с гаран­тированным химическим составом и механическими свой­ствами. Для судостроения в зависимости от назначения сталь разделяют на две группы:

1. для изготовления кор­пусов морских судов;
2. для изготовления якорных цепей.

За последнее время все больше прокатывают низколеги­рованные стали, содержащие, как правило, не более 0,25 % С и не более 3 % легирующих элементов. Эти стали широ­ко применяют для изготовления строительных конструкций в связи с повышенными требованиями к качеству, главным образом в отношении показателей прочности, пластичности, коррозионной стойкости, хладноломкости и старения.

К качественной конструкционной углеродистой стали относят стали марок 05кп, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65 с нормальным содержанием марганца и стали марок 15Г, 20Г, З0Г, 40Г, 50Г, 60Г, 70Г с повышенным со­держанием марганца.

Низкоуглеродистая сталь марок 08 и 10 хорошо штам­пуется в холодном состоянии; ее широко применяют в автотракторной промышленности. Сталь марок 40, 45, 50, 55 и 60 применяют в тех же отраслях для изготовления дета­лей повышенной и высокой прочности.

Качественную конструкционную углеродистую сталь с повышенным содержанием марганца применяют в авиастро­ении и автотракторостроении (для заклепок, шестерен, рес­сор, осей, пружин) и в других отраслях промышленности. К качественной конструкционной стали относят также ав­томатную сталь, имеющую повышенное содержание серы. Она предназначена для обработки на быстроходных авто­матах и ее применяют для изготовления винтов, болтов и гаек и сложных тонкостенных и особенно трудных для обработки частей автомобилей, текстильных, счетных и пи­шущих машин, для точного машиностроения и приборо­строения.

К конструкционным легированным сталям относят хро­мистую (в том числе шарикоподшипниковую), хромомолибденовую, хромованадиевую, хромоникелевую, хромомолибденованадиевую и др. Эту сталь применяют в различных отраслях промышленности.

К прокатываемым инструментальным сталям относят углеродистую сталь марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13, У7А÷У13А, а также легированную сталь.

Хромистая сталь имеет очень широкое применение. Хром оказывает положительное влияние и является сравнитель­но недорогой примесью. Сталь марок 15Х, 15ХА, 20Х, 30Х, 38ХА, 30ХП применяют для деталей машин в автотрактор­ной и автомобильной промышленности. Широкое примене­ние получила хромистая борсодержащая сталь марок 15ХР, 15ХРА, а также сталь, содержащая цирконий, например сталь марки 45ХЦ. Эта сталь прокаливается гораздо глуб­же, чем 45Х; она находит широкое применение для деталей крупных сечений. Хромистые стали с высоким содержани­ем углерода (0,9—1,1 %) и хрома (0,8—1,65%) идут для изготовления колец, шариков, роликов подшипников. Это сталь марок ШХ6, ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Твердость зака­ленной шарикоподшипниковой стали HRC 59—62.

Марганцовистая сталь после соответствующей термо­обработки приобретает высокую твердость, не снижая пла­стичности, и обрабатывается лучше, чем углеродистая. В производстве широко применяют сталь следующих ма­рок: 15Г, 20Г, 30Г и др. Из марганцовистой стали следует выделить высокомарганцовистую сталь марки Г13. В ней содержится 1,0—1,3 % C и 11—14 % Mn. Она обладает вы­соким сопротивлением износу и в то же время пластична, и потому идет для изготовления стрелок трамвайных и же­лезнодорожных путей, гусениц тракторов, щек дробилок и т. д.

Хромоникелевая сталь является самой распространен­ной конструкционной сталью, так как после термообработ­ки приобретает высокую твердость, прочность, упругость и сопротивление ударным нагрузкам: ее марки 20ХН. 12Х2Н4А, 30ХН3А. Временное сопротивление ее колеблется от 750 до 1700 МПа, относительное удлинение —от 7 до 22%, ударная вязкость 50—300 кДж/м².

Хромокремнистая сталь обладает высокой твердостью и упругостью после термической обработки и ее широко при­меняют для изготовления рессор и пружин. Марки этой стали следующие: 33ХС, 38ХС, 60С2ХА, 50ХСА, 70С2ХА.

Хромомарганцовистую сталь частично применяют как заменитель стали хромоникелевой (в целях экономии нике­ля). Широко применяют сталь марок 20ХГ, 20ХГР, 40ХГР, 30ХГТ, 18ХГТ; последняя идет для изготовления автомо­бильных деталей.

Хромованадиевая сталь обладает высокой прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХФА идет для изготовления ответственных пружин, сталь марки 15ХФ —для валов, шестерен, муфт.

Хромомолибденовая сталь обладает высокой пластич­ностью и хорошей свариваемостью, многие из этих сталей теплоустойчивы при температурах 400—600 °С. Сталь ма­рок 30ХМА служит для изготовления роторов, осей, зубча­тых колес.

Хромоникельвольфрамовая и хромоникелемолибденовая стали предназначаются для нагруженных деталей машин, зубчатых колес, коленчатых валов, высоконагруженных ша­тунов. Марки этой стали: 30ХНВА, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.

Прогресс в технике создания сложнейших агрегатов, ма­шин, конструкций, турбин и т.д. требует большого количе­ства марок конструкционной легированной стали, облада­ющей исключительно высокими физико-механическими свойствами. Такими являются сталь хромоникелевольфрамованадиевая марок 30Х4ФВФА, 28ХН3ВФА и др., хромоникелемолибденованадиевая марок 20ХН4ФА, 38ХН3МФА и др.

В прокатных цехах все больше прокатывают сталь с осо­быми физическими свойствами. К такой стали относят: коррозионно-стойкую, кислотостойкую, жаропрочную и дру­гие марки, обладающие какими-либо специальными свой­ствами.

Стали присваивают определенную марку, имеющую свое условное обозначение. Для марки стали по ГОСТу приня­та буквенно-цифровая система: X — хром, Н — никель, А — азот, Е — селен, В — вольфрам, Г —марганец, Т — титан, Д — медь, Б — ниобий, П — фосфор, Р — бор, Ф — ванадий, Ю — алюминий, С — кремний, Ц — цирконий, М — молиб­ден. Эти буквы сочетаются с цифрами, которые могут сто­ять либо впереди букв, либо за ними, например 12Х, 12Х2Н4А, ХВ5, 9ХС, Г13. Указанная система маркировки охватывает почти всю легированную сталь. Исключение со­ставляют отдельные группы стали, которые дополнительно обозначают определенной буквой: Р — быстрорежущие, Е — магнитные, Ш — шарикоподшипниковые, Э — электротехни­ческие. Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают среднее содержание углерода в сотых долях про­цента. Если впереди марки нет цифры, это значит, что уг­лерода в ней либо 1 %, либо выше 1 %. Цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание данного элемен­та в процентах; если за буквой отсутствует цифра — зна­чит, содержание данного элемента около 1 %. Буква А в конце марки, как и в углеродистой, обозначает высокока­чественную сталь, т.е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.

Расшифруем некоторые марки. Например, сталь 12Х2Н4А — хромоникелевая высококачественная сталь с содержанием 0,12 % C, 2 % Cr, 4 % Ni. Сталь ХВ5 — хромо­вольфрамовая сталь с содержанием углерода 1 % или вы­ше, около 1 % Cr и 5 % W. Сталь 30ГС — конструкционная сталь с содержанием 0,3 % C, около 1 % Cr, 1 % Mn и 1 % Si Сталь X12М—инструментальная сталь, содержа­щая около 12 % Cr и 0,4—0,6 % Mo.

В небольшом количестве в некоторых марках присутст­вует никель, медь и фосфор как специальные примеси. При­ведем некоторые марки этих сталей: 15ГС, 25Г2С, 10Г2СД, 14ХГСН, 10ХСНД (СХЛ4), 15ХСНД (СХЛ1, НЛ1, НЛ2), 12ХС (БНЛ2), 24Г, 14Г2, 10ХГ2Н, 10ГНД, 10ХНДП и ряд других. В этой стали содержится около 0,30 % Cu, за ис­ключенном марок, в которых имеется буква Д; в этом слу­чае содержание меди 0,50 %—0,8 %. В стали, где в марках нет букв X и Н, содержание никеля и хрома (каждого в от­дельности) не превышает 0,3 %. Содержание серы и фосфо­ра не превышает 0,055 %; если в марке есть буква П, то допускается 0,08—0,15 % P.

Следует отметить, что существует много исключений, которые не всегда дают возможность даже примерно поль­зоваться маркой для расшифровки химического состава стали. Поэтому правильность расшифровки следует прове­рять по соответствующим справочникам.