Видове стомани по БДС

Видове стомани по БДС 

 Конструкционни въглеродни стомани 

В зависимост от гарантираните характеристики за качество на метала въглеродната топловалцована стомана от обикновено качество според БДС 5292-61 се разделя на две групи и една подгрупа. 

Група А – стомана, която се доставя по гарантирани механични свойства и включва следните марки Ст.1, Ст.2, Ст.3, Ст.4, Ст.5, Ст.6, Ст.7.

Група Б – стомана, която се доставя с гарантиран химически състав и включва следните марки: мартенова – МСт.0, МСт.1 кп; МСт.2 кп; МСт.3 кп; МСт.4 кп; МСт.5 кп; МСт.6 кп и МСт.7 кп;

Подгрупа В – стомана, която се доставя по механични свойства и допълнителни изисквания за химическия състав и включва следните марки: ВСт.2кп, ВСт.3кп, ВСт.3, ВСт.4кп, ВСт.4 и ВСт.5.            

Индексите кп означават кипяща стомана. В зависимост от методите на получаване (Мартенов, Бесмеров или Томасов) стандартът по ГОСТ предвижда в началото на марката съответната буква М, Б, Т. Колкото е по-голям номерът на стоманата, толкова повече въглерод тя съдържа и толкова тя е с по-голяма якост и твърдост.           

 Въглеродните стомани от обикновено качество се използват най-широко под формата на валцована листова стомана и валцована стомана за строителни конструкции и мостове. (Ст.2 и Ст.3); за котелни връзки (Ст.1, Ст.2 и Ст.3) в корабостроенето (от Ст.1 до Ст.5); в котлостроенето (Ст.2 и Ст.3) и за неотговорни части, като шайби, нитове, фланци, оси, валове, болтове, бойници на чукове (Ст.6) и др. Най-голямо разпространение е получила Ст3.

Качествените стомани се получават в мартенови или електрически пещи. Те могат да се подлагат на термообработка. По ГОСТ-105057 те се разделят на две групи: с нормално съдържание на Mn и с повишено съдържание на Mn. Тези стомани се означават с двузначно число, което дава средното съдържание на въглерод в стотни от %. 

Към тази група се отнасят следните марки: 05кп, 05, 08кп, 08, 10кп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20 и през 5 до 70 вкл.  Когато стоманата е с повишено съдържание на манган Mn, след марката се поставя буквата Г.  Например 65Г съдържа Mn от 0,8 до 1%. 45Г2 от 1,4 до 1,8% Mn. Нисковъглеродните стомани 05кп, 08кп са много пластични и са предназначени за студено щамповане на най-различни части (фарове, каросерии на леки автомобили и др.).

Стомани  10 и 15 имат добра заваряемост, висока пластичност и се използват за изработване на малконатоварени части. Освен това се използват за цимантационни стомани за изработване на направляващи втулки, винтове, зъбни колела, шлицови валове, палци и др. От тези марки се изготвят листа и тръби за заваръчни конструкции.  

Стоманите марки 20, 25, 30, 40, 45 и 50 са с по-голяма якост, но имат понижена заваряемост и пластичност и по-добре се обработват чрез рязане. От стомани  20, 25, 30, 35 се изработват болтове, гайки, винтове, шайби, и т.н. Изделия като тези се използват обикновено след нормализацията им. От стомани 40 и 45 се използват за мотовилки, оси, зъбни колела, валове, втулки, палци и т.н. за части с повишена якост след нормализация или закалка със следващо отвръщане.

 Стомани 50, 55 и 60 се използват за зъбни колела, пружини, ресори, опашки на режещи инструменти и др. след закалка и отвръщане. 

Стомани 65 и 70 се използват за пружини  и ресори след съответната термообработка. За да се увеличи прокаляемостта на стоманата към нея се добавя Mn (манган). Стоманите с повишено съдържание на манган имат същата употреба като тези с обикновено съдържание. Стоманите 60Г и 65Г се използват за пружини и ресори като се закалят и отвърнат до троостит.

Въглеродните стомани, използвани за фасонни отливки се означават по ГОСТ 977-53 с двузначно число, показващо средното съдържание на въглерод в стотни от % и буква Л (лята).  За леярски цели се ползват следните марки – 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л, 55Л. 

За малко по-натоварени части болтове, гайки, винтове и други, които се изработват на стругове автомати се използва автоматна стомана, която по ГОСТ 1414-54 е със следните марки: А12, А20, А 30, А40Г. Означението на тези марки стомана е: например А40Г -  C=0, 35-0, 45% и Mn= 1,2-1,5% .

 Инструментални въглеродни стомани   

           Тези стомани по ГОСТ 1435-54 се разделят на качествени и висококачествени. Групата на качествените стомани се маркира с буква У (Углеродистые) и число, което показва средното съдържание на на въглерод в десети от %. Това са марките У7, У8 ,У9, У10, У11, У12, У13. 

Висококачествените въглеродни инструментални стомани са от същите марки, но имат накрая буква А (напр. У10А). В тях за всички марки съдържанието на S<0,02%, а на P>0,03%.  

В марките У8Г и У8ГА съдържанието на Mn е повишено до 0,6% срещу 0,15 до 0,30% за всички останали марки. 

 Стомана У7 се използва за секачи, ковашки инстументи и др. 

 Стомана У8 - за пили, пробои, поансони и др.  

Стомана У9 - за центри, дървообработващи инструменти и др.

Стомана У10 -  за стругарски ножове, свредели, метчици, райбери, флашки, ножовки и др. 

Стомана У12 - за фрезери, шабери, райбери, калибри и др. 

Стомана У13 – за стругарски ножове, шабери, свредели и др.  

 Легирани стомани      

       Стомани, които трябва да притежават по-специални механични и други свойства в сравнение с въглеродните чрез прибавяне на друг някакъв елемент или комбинация от елементи се определят като легирани (сплавни) стомани. Тяхното производство съставя около 10% от световното производство на стомани с тенденция то да се повиши. Обикновено легиращи елементи в стоманите са хром, никел, титан, ванадий, волфрам, молибден, кобалт и др. или пък манган и силиций в по-големи количества от нормалните. (Mn над 1% и Si над 0,8%). С легирането на стоманите се постига преди всичко увеличение на тяхната якост, твърдост, (която се запазва при сравнително високи температури), корозиоустойчивост, износоустойчивост, които се проявяват след термичната им обработка. Легираните стомани имат по-голяма прокаляемост от въглеродните, получават мартензитна структура  при закалка в масло, с което се намалява опасността от пукнатини и деформации. 

Влияние на по-главните легиращи елементи върху свойствата на легираните стомани.  

  Манганът Mn подобно на въглерода повишава твърдостта, якостта на опън, границата на провлачване, прокаляемостта и спомага за повишаване твърдостта на стоманат при нормализацията.  Манганът ускорява процеса на циментация, понижава топло и електропроводимостта на стоманата. Заваряемостта, се влошава с увеличаването на мангана, докато се образува аустенитна структура. Аустенитната манганова стомана обаче са заварява добре.Отрицателното влияние на мангана се изразява в това, че той съдейства за увеличаването на зърната при нагряване.         

   Силицият Si повишава твърдостта, прокаляемостта, якостта на опън, гранцата на провлачване и особено модула на еластичност. Той предизвиква появата на влакнеста структура в стоманата, което понижава механичните и свойства в напречно сечение. Същия способствува за равномерното разпределение на напреженията, които заедно с повишената еластичност прави силициевата стомана пригодна за призводството на ресори и пружини. Силицият намалява дълбочината на циментация и понижава съдържанието на въглерод в повърхностния (циментирания) слой. Силицият понижава чуствително хистерезисните загуби при намагнитеване, затова силициевите ламарини се използват за направата на ротори, статори, трансформатори. Силициевите стомани със съдържание на силиций на 1,5% са склонни да образуват едрозърнеста структура.  При високо съдържание на силиций (около 2%) и малко съдържание на въглерод            

   Хромът Cr увеличава твъростта, якостта, еластичноста, гранцата на провлачване и прокаляемоста.  Стомани със съдържание на хром над 15% нямат γ-твърд разтвор, а се състоят само от α-твърд разтвор. Същите са неръждясващи.  Хромът образува с въглерода различни твърди карбиди, които са разтворими в желязото, увеличават износоустойчивостта, , а намаляват ударната якост (жилавостта). Той възпрепятства нарастването на зърната, намалявайки чувствителността на стоманата към прегряване, което е много ценно свойство за практиката.  Хромовата стомана има понижена склонност към образуване на обагри при нагряване. 

Никелът Ni увеличава якостта, устойчивостта срещу корозия и твърдостта, а също така намалява удължението и свиването. Той  силно увеличава прокаляемостта на стоманата и я прави самозакаляваща. Също така хикеловите стомани се отличават с висока жилавост и пластичност. Никелът оказва голямо влияние на коефициента на линейно разширение, намалява нарастването на зърната, намалява дълбочината на циментацията и концентрацията на въглерода на повърхностния слой, а също така намалява електро и топлопроводимостта.        

     Волфрамът W оказва върху стоманата влияние, сходно с това на хрома. Така той увеличава твърдостта, якостта, устойчивостта на зърната срещу нарастване. С въглерода волфрамът образува прости и сложни карбиди, които са много устойчиви и твърди. При съдържание в стоманата на 22% волфрам всичният въглерод е свързан с карбиди. Структурата на такава стомана е ферит и карбиди и тя не се закалява.          

  Ванадият V повишава якостта, твърдостта, прокаляемостта и елстичността на стоманите при съдържание до 0,5 – 0,7%. При повишено съдържание той не изменя свойствата на стоманата, а при съдържание над 1% ги влошава.            Ванадият намалява разтворимостта на газовете в отливките. Той спомага за получаван на ситнозърнеста структура, подобрява заваряемостта и понижава електропроводимостта.      

      Титанът Ti е карбидообразуващ елемент и се прибавя в малки количества )0,1 – 0,3%). Той подпомага получаването на ситнозърнеста структура и свързва въглерода в хром-никеловите неръждясващи стомани, за да се избегне междукристалната корозия.         

   Молибденът Mo се прибавя в малки количества (0,2 – 0,6%) и увеличава силно прокаляемостта на стоманата. Той спомага за получаването на ситнозърнеста структура  и повишава якостта на стоманата при високи температури. Той подобрява устойчивостта на неръждясващите стомани. 

 Алуминият Al в комбинация с други окислители се използва като модификатор за получаване на ситнозърнести стомани. Той е основен легиращ елемент в стоманите, подлагани на азотиране.            Легираните стомани с W (т.т. 3410 Cº), V (т.т. 1715 Cº) и Ti (т.т. 1725 Cº) са топлоустойчиви и са предназначени за инструменти за гореща обработка на металите. 

Класификация на легираните стомани по структура и предназначение.   

          В зависимост от съдържанието на легиращите елементи стоманата може да получи различна структура.  По структура нормализираните легирани стомани се разделят на следните класи: феритна, перлитна, мартензитна, аустенитна и карбидна. Феритни и мартензитни стомани се употребяват рядко.  Най-голямо приложение имат перлитните и аустенитните стомани. Перлитните стомани са нисколегирани и се използват като конструкционни. Аустенитните стомани са високолегирани и са известни като неръждясващи (хром-никелови) или пък устойчиви на износване (манганова хафилдова) стомани. Според предназначението легираните стомани се разделят на три групи: конструкционни, инструментални и специални.            

  Маркировката на легираните стомани по ГОСТ става с букви и цифри. Легиращите елементи се означават с буквите Г-Mn, С-Si, Х-Cr, Н-Ni, М-Mo, В-W, Ф-V, К-Co, Ю-Al, Т-Ti, Д-Cu. Числото пред мартенката означава средното съдържание на C (ако са две цифри – в стотни от %, ако е една цифра в десети от %), а числото след всяка буква показва средното съдържание на съответния легиращ елемент в цели %. Ако съдържанието на легиращия елемент е по-малко или около 1%, число след буквата не се поставя. При инструменталните легирани стомани, съдържащи над 1% въглерод пред марката въглеродното съдържание не се означава.  При повече легиращи елементи, за да се опрости обозначението, се изпускат цифрите след буквите.  За висококачествени стомани със съдържание S и P не повече от 0,03% поотделно за всеки в края на марката се поставя буквата А. 

Примери:

12Х2Н4 означава 0,12% C; 2%Cr; и 4%

Ni40ХН означава 0,40% C; 1%Cr; 1%Ni

12ХН3А означава 0,12%C; 1%Cr; 3%Ni

9ХС означава 0,9%C; 1%Cr; 1%SiХГ означава 1,3-1,5%C; 1%Cr; 1%Si.

 Някои групи легирани стомани се означават с условни букви:

У – въглеродни инструментални стомани

А – автоматни стомани (А20)

Р – бързорезни (рапидни) стомани (Р18)

Ш– стомана за сачмени лагери (ШХ15)

Е – магнитни стомани

Э – електротехническа тънколистова силициева.

 Конструкционни легирани стомани, от които се изработват най-различни, трябва да отговарят на редица изисквания, които въглеродната стомана не може да задоволи.

 Докато въглеродните стомани имат якост на опън

5.10-8 -  5.10-8  N/m2  (50-80 кг/мм2) ,

легираните с един елемент стомани имат 7.10-8 -  9.10-8  N/m2  (70-90 кг/мм2),

легираните с два елемента стомани –  8.10-8 -  10.10-8  N/m2  (80-100 кг/мм2),

а тройно легираните - 10.10-8 -  12.10-8  N/m2  (100-120 кг/мм2).  

 Освен това легирането подобрява прокаляемостта, пластичността и др. Употребата на конструкционни легирани стомани поради по-добрите им механични свойства има за резултат значителното олекотяване на конструкциите.  В зависимост от съдържанието им на C легираните конструкционни стомани се делят на циментационни (от 0,01 до 0,25 %C) и подобряеми (0,30 – 0,5% C), които се използват закалени и отвърнати.                    

        Мангановите стомани (65Г и 70Г) със съдържание на манган 0,8-1,2% се използват за щампи и матрици за гореща щамповка, наковални, ножове, ковашки инструменти, за метчици и флашки. При повишено съдържание на манган (до 1,8 – 10Г2, 15Г2, 30Г2, 35Г2, 40 Г2 и 50Г2) те се използват за зъбни колела на скоростни механизми, бандажни и колянови валове. Доста известна е хафилдовата стомана (Г12), която е чисто аустенитна и немагнитна. Тази стомана има високо съпротивление на удар и изтриване. Макар, че тя има неголяма твърдост, обработва се лошо с режещи инструменти, понеже се наклепва. Изделията от високоманганова стомана се обработват чрез отливане и изковаване, без да се подлагат на стружкова обработка. От тази стомана се изработват челюсти на каменотрошачки, кофи за ескаватори, топк за топкови мелници, стрелки и кръстовки за ЖП и трамвайните линии, звена от вериги за влекачи, трактори и др.       

        Силициевите стомани съдържат от 1,5 до 2% Si. Това са стоманите 55С2 и 60С2 които широко се използват за ресори и пружини. След закалка те придобиват голяма твърдост и еластичност. Имат сравнително добра прокаляемост.  Хромовите стомани се по-малко склонни (от другите стоммани) към обезвъглеродяване. При тях процесът на циментация протича по-бързо. Притежават висока якост и твърдост. Те се закаляват добре в масло, особено марката 40ХЦ, в която Cr и Si осигуряват голямата устойчивост на аустенита.   Хромовите стомани 20Х, 30Х, 40Х и други се използват за зъбни колела, валове, оси, мотовилки и др. Никеловите стомани имат по-ограничено разпространение (13Х2А и 13Х5А). Характерно е за тях, че при еднакви условия на циментация повърхностният пласт се насища с по-малко въглерод и на по-малка дълбочина, но налице е по-плавен преход на концентрация на въглерода.               

Хром-никеловите стомани (40ХН, 12Х3А и 13ХН4А) са най-добрите конструкционни стомани. Те притежават високи механични свойства, много добра прокаляемост и затова се използват за изработване на тежко натоварени части. Стоманата 40ХН след закаляване и високотемпературно отгряване се използва за колянови валове, зъбни колела, оси и др. Стоманите 12ХН3А и 12Х2Н4А се използвт след циментация и закалка в масло с инскотемпературно отвръщане за най-отговорни части, подложени на действието на променливи напрежения и износване (тежко натоварени зъбни колела).   Хром-никел-волфрамовата стомана 18Х2Н4ВА се закалява на само с масло, но и на въздуха и то по цялото сечение. Тя има високи механични свойства и се употребява за много отговорни части.  Хром мангановите стомани заместват хром-никеловите особено за циментациони стомани (20ХГ). С прибавянето на тези стомани на малко количество Ti те запазват ситнозърнеста структура. Такива са стоманите18ХГТ и 30ХГТ, които като циментационни стомани са получили особено широко разпространение  за зъбни колела на скоростни механизми и за задния мост на автомобили.  С прибавянето на силиции към хром-мангановите стомани той заедно с хрома възпрепятства нарастването на зърната и запазва твърдостта при отгряване. стоманата марка 20ХГС (хромансил) се обработва добре чрез рязане, добре се щампова в студено състояние и добре се загрява.      

       Инструментални легирани стомани     

        Тези стомани в сравнение с въглеродните инструментални имат по-добра прокаляемост и издръжливост на износване.  Инструментите от легирана стомана при закаляване се охлаждат в масло, поради което се избягва опасността от получаване на пукнатини. Основен легиращ елемент в тези стомани е хромът (около 1,5%). Стомана марка Х се използва за свредели, райбери, метчици, щампи и др. стоманите марки ХГ, ХГВ, 9ХС се използват за свредели, фрези, флашки, калибри, щампи, протяжки и др. Стоманата ХВ5 (диамантена) се използва за ножове и фрези за твърди материали, а стоманите Х12Ф1, 50ХГС и останалите от тази група марки стомани се използват предимно за изготвянето на ковашки щампи.   Широко приложение в инструменталното производство е получила т.нар бързорежеща (рапидна) стомана, която закалена, запазва твърдостта си при значително високи температури (до 560Сº). Това позволява да се увеличи скоростта на рязане с инструменти от бързорежеща стомана 8 до 10 пъти в сравнение с инструмент от стомана У10 или У10А. Основен компонент в бързорежещите стомани е W. В стомана марка Р18 той е от 17,5 о 19%, а в Р9 8,5 до 10%. Термообработката на бързорежещите стомани се извършва по специален режим.  

 Специални легирани стомани           

   Бурното развитие на промишлеността в последните години постави пред стоманите изисквания за по-високи и особени физични и химични свойства. Така се получи и отделна обособена група специални легирани стомани, които взависимост от предназначението можем да разделим на неръжясващи, огнеупорни,магнитни, на стомани с високо електросъпротивление, стомани с особени топлинни свойства и др.           

 Неръждясващи стомани. 

Основен компонент в неръждясващите стомани е хромът. (над 12%). Високата им корозионноустойчивост се дължи на оксиите на хрома (FeCr)2O3  , които създават много тънко, но достатъчно здраво защитно покритие.  Стоманите 1Х13 и 2Х13 се използват за турбинни лопатки, арматура за дестилационни апаратури, части на хладилни инсталации и др. Стоманите 3Х13, 4Х13, Х18 се използват за режещи инструменти, хирургически инструменти, пружини и др. Хром-никеловите неръждясващи и киселинноустойчиви стомани Х18Н9 и 1Х18Н9Т се използват в химическата, нефтената и хранителната промишленост, автомобилостроенето, транспортното машиностроене, скулптурата, архитектурата. Същата стомана е огнеупорна.         

  Огнеупорни стомани.

Огнеупорните стомани трябва да запазят високите си механични свойства при повишени температури. Основни легиращи елементи в състава им са Mo, W, Cr, Ni.  Стоманите Х6С, Х5М се използват в котло и турбостроенето за котлени тръби, барабани, диафрагми в турбини, различни тръбопроводи и др. Стоманите 4Х14Н14В2М и Х14Н14СВ2М се използват за изпускателните клапани, нагряващи се при работа до високи температури при мощни двигатели. 

Магнитни стомани

Най-често употребяваата стомана за постоянни магнити е марката ЕХ3 (1%С и 33%Cr).

Стомани с високо електросъпротивление.

Тези стомани се използват за изработване на нагревателни елементи за електрически пещи и прибори. Такива са марките 1Х17Ю5 (ферхал) и ОХ25Ю5 (хромал). 

 Извадено от "Технология на металите" Учебник за техникумите - 1970г