Конструкционные легированные стали для повышенных температур

Конструкционная сталь — легированная или углеродистая сталь, предназначенная для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций в машиностроении и строительстве и обладающая определенными механическими, физическими и химическими свойствами. Например, ШХ15 – специализированный материал для подшипников.

По форме, размерам и предельным отклонениям металлопродукция соответствует требованиям:

прокат круглый (круг сталь 40х) — ГОСТ 2590-88, ГОСТ 7417;
прокат квадратный — ГОСТ 2591-88, ГОСТ 8559;
прокат шестигранный — ГОСТ 2879-88, ГОСТ 8560;
прутки кованые квадратные и круглые — ГОСТ 1113-88;
полосы — ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405;
профили для косых шайб: ГОСТ 5157;
со специальной отделкой поверхности — ГОСТ 14955.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

сталь высоколегированная — более 10%;
сталь среднелегированная — более 2,5-10%;
сталь низколегированная — до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

хромистая;
марганцовистая;
хромомарганцовая;
хромокремнистая;
хромомолибденовая;
хромомолибденованадиевая;
хромованадиевая;
никельмолибденовая;
хромоникелевая;
хромоникелевая с бором;
хромокремнемарганцовая;
хромокремнемарганцовоникелевая;
хромомарганцовоникелевая;
хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
хромоникельмолибденовая;
хромоникельмолибденованадиевая;
хромоникельванадиевая;
хромоалюминиевая;
хромоалюминиевая с молибденом;
хромомарганцовоникелевая с молибденом;
хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

качественная;
высококачественная — А;
особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
калиброванный;
со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

1 группа;
2 группа;
3 группа.

По состоянию материала:

без термической обработки;
термически обработанный — Т;
нагартованный — Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

Заменители некоторых марок стали:

20Х — 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
30ХГСА — 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
40Х — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Марка стали	Область применения
60С2(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-16мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3мм; витые пружины из проволоки диаметром 3-16мм.
70СЗА	Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации.
50ХГ(А)	Рессоры из полосовой стали толщиной 3-18мм.
50ХФА(ХГФА)	Ответственные пружины и рессоры, работающие при повышенной температуре (до 300°С), или подвергаемые многократным переменным нагрузкам.
60C2XA	Большие высоконагруженные пружины и рессоры ответственного назначения.
60C2H2A(C2BA)	Ответственные высоконагруженные пружины и рессоры из калиброванной стали и пружинной ленты.
20Х	Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х	Зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы и др.
45Х, 50Х	Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, и др. детали, работающие на средних скоростях при небольшом давлении.
38ХА	Зубчатые колеса, работающие на средних скоростях при средних давлениях.
45Г2, 50Г2	Крупные малонагруженные детали: валы, зубчатые колеса тяжелых станков и т.п.
18ХГТ	Детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и нагрузках.
20ХГР	Тяжелонагруженные детали, работающие при больших скоростях и нагрузках.
15ХФ	Некрупные детали, подвергаемые цементации и закалке с низким отпуском.
40ХС	Мелкие детали высокой прочности.
40ХФА	Ответственные высокопрочные детали, подвергаемые закалке и высокому отпуску; средние и мелкие детали сложной формы, работающих в условиях износа; ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.
35ХМ	Валы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре.

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Сталь низколегированная качественная конструкционная

Нормативный документ: качественная конструкционная низколегированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 19281-89.

Сталь Низколегированная — легированная сталь с содержанием общей массы легирующих элементов менее 2,5% от общей массы стали.

Марки стали низколегированной

Марки стали: 09Г2, 09Г2С, 0ХСНД, 17Г1С, 16Г2АФ, 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД и т.д.

Сталь низколегированная марок 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД является атмосферно коррозионно-стойкой (АКС).

Заменители некоторых марок стали:

09Г2С — 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С;
10ХСНД — 16ГАФ.

Применение стали низколегированной

Низколегированная сталь применяется для изготовления корпусов вагонов железнодорожных, метро, трамвая, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и других полевых машин и инженерных сооружений, работающих в условиях переменных динамических нагрузок и сезонных и суточных теплосмен.

Свариваемость: сталь низколегированная сваривается без ограничений.

Углеродистая качественная конструкционная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 1050-88, ГОСТ 1051-73.

Углеродистая сталь — сталь, не имеющая в своем составе легирующих элементов, но содержащая углерод в различной концентрации: до 0,25% — низкоуглеродистая сталь, 0,24-0,6% среднеуглеродистая сталь, более 0,6 — высокоуглеродистая сталь.

Классификация углеродистых сталей

По качеству

обыкновенного качества;
повышенного качества;
качественная.

По назначению сталь обыкновенного качества:

А — поставляется по механическим свойствам, применяется в изделиях, подвергающихся горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства;
Б — поставляется по химическому составу, применяется для деталей, подвергающихся обработке, которая может изменить регламентируемые механические свойства, при этом их уровень кроме условий обработки определяется хим. составом;
В — поставляется по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке.

По степени раскисления:

кипящая — кп;
полуспокойная — пс;
спокойная сталь без термической обработки — сп.

По химическому составу для качественной стали:

I — с нормальным содержанием марганца ( Mn 0,80%);
II — с повышенным содержанием марганца (Mn 1,2%) — Г.

Марки качественной конструкционной углеродистой стали

Углеродистая сталь обыкновенного качества: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Углеродистая качественная сталь: 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60 — машинная сталь; А12, А20, А30 — автоматная сталь.

Обозначение марки стали: «Ст» — сталь, следующие за ней цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, затем указывается степень раскисления («кп», «пс», «сп»).

Заменители некоторых марок стали:

Ст20 — Ст15, 25;
Ст35 — Ст30, 40, 35Г;
Ст45 — 40Х, Ст50, 50Г2.

Применение качественной конструкционной углеродистой стали

Марка стали	Область применения
08кп, 10	Детали, изготовляемые холодной штамповкой и холодной высадкой, трубки, прокладки, крепеж. Цементуемые и цианируемые детали, не требующие высокой прочности сердцевины.
15, 20	Малонагруженные детали: валики, пальцы, упоры, копиры, оси, шестерни. Тонкие детали, работающие на истирание: рычаги, крюки, траверерсы, вкладыши, болты, стяжки и др.
30, 35	Детали, испытывающие небольшие напряжения: оси, шпиндели, звездочки, тяги валы и т.п.
20к	Котельная сталь.
40, 45	Детали с повышенной прочностью: коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, распределительные валы, маховики, зубчатые колеса, шпильки, храповики и др.
50, 55	Зубчатые колеса, прокатные валки, штоки, бандажи, валы, малонагруженные пружины и др.
60	Детали с высокими прочностными и упругими свойствами: прокатные валки, эксцентрики, шпиндели, пружинные кольца, пружины и диски сцепления, пружины амортизаторов.
А12, А20, А30	Неответственные детали массового производства, изготавливаемые на станках-автоматах.

Свариваемость: хорошая для котельных сталей и сталей марок Ст08-Ст35; затрудненная для стали Ст45; автоматные стали не применяются для сварки.

Теплоустойчивая качественная конструкционная сталь ГОСТ 20072-74

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь теплоустойчивая изготовляется согласно ГОСТ 20072-74.

Классификация теплоустойчивой стали

По видам обработки сталь подразделяют:

горячекатаная;
кованая;
калиброванная;
калиброванная шлифованная.

По состоянию материала:

без термической обработки;
термически обработанная — Т;
нагартованная — Н (для калиброванной стали).

По назначению:

а — для горячей обработки давлением;
б — для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и другой обработки по всей поверхности);
в — для холодного волочения (подкат).

Марки теплоустойчивой конструкционной стали

Марки стали: 12МХ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20Х1М1В1ТР, 20Х1М1В1БР, 20Х1МФ, 18Х3МВ, 20Х3МВФ, 15×5, 15Х5М, 15ХВФ, 12Х8ВФ.

Обозначение марок стали: наименование состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднюю массовую долю легирующего элемента в целых единицах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах. Цифры перед буквенным обозначением указывают среднюю или максимальную массовую долю углерода и стали в сотых долях процента. Сталь, полученную методом электрошлакового переплава, обозначают через тире в конце наименования марки буквой — Ш.

Применение теплоустойчивой конструкционной стали

Изготовление деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре до 6000С в течение длительного времени.

Свариваемость: ограниченно или трудносвариваемая.

Шарикоподшипниковая качественная конструкционная сталь ГОСТ 801-78

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь шарикоподшипниковая изготовляется согласно ГОСТ 801-78.

Классификация шарикоподшипниковой стали

По требованию к качеству поверхности и в зависимости от дальнейшей обработки:

для холодной механической обработки — ОХ;
для горячей обработки давлением — ОГ;
для холодной высадки — ХВ;
для холодной штамповки — ХШ.

По форме, размерам и предельным отклонениям:

горячекатаный круг сталь 40х — ГОСТ 2590-88;
горячекатаный квадрат — ГОСТ 2591-88;
заготовка квадратная — по действующим нормативным документам;
горячекатаная полоса — ГОСТ 103-76;
калиброванный круг квалитета h11 с дополнительными размерами — ГОСТ 7417-75;
круг со специальной отделкой поверхности квалитета h11 групп В и Г — ГОСТ 14955-77.

По состоянию материала:

без термической обработки;
термически обработанная.

Марки шарикоподшипниковой конструкционной стали

Марки стали: ШХ15, ШХ4, ШХ15 СГ, ШХ20 СГ.

Обозначение марок стали: Ш — подшипниковая, Х — легированная хромом, цифра — содержание хрома, СГ — легированная кремнием и марганцем. Например, сталь шарикоподшипниковая и рессорно-пружинная ШХ15.

Заменители некоторых марок стали:

ШХ15 — ШХ9, ШХ12, ШХ15 СГ;
ШХ15 СГ — ХВГ, ШХ15, ХС, ХВСГ.

Применение шарикоподшипниковой стали

Изготовление деталей, работающих под воздействием сосредоточенного и переменного напряжений, возникающих в зоне контакта шариков и роликов с беговыми дорожками колец подшипников качения. Особой популярностью пользуется ШХ15.

Свариваемость: сваривается способом КТС.

Рессорно-пружинная качественная конструкционная сталь, в т.ч. сталь ШХ15 изготавливается по ГОСТ 14959-79

Нормативный документ: качественная конструкционная рессорно-пружинная легированная или углеродистая сталь изготовляется согласно ГОСТ 14959-79.

Классификация рессорно-пружинной стали

По способу обработки проката:

горячекатаный и кованый;
калиброванный;
со специальной отделкой поверхности;
горячекатаный круг сталь 40х с обточенной или шлифованной поверхностью.

По химическому составу стали:

качественная;
высококачественная — А.

По нормируемым характеристикам и применению:

1, 1А, 1Б;
2, 2А, 2Б;
3, 3А, 3Б, 3В, 3Г;
4, 4А, 4Б.

Марки рессорно-пружинной качественной стали

Марки стали: 65, 70, 75, 85, 60Г, 65Г, 55С2,60С2, 60С2А, 70С3А, 55ХГР, 50ХФА, 60С2ХА, 60С2ХФА, 65С2ВА.

Заменители некоторых марок стали:

65Г — 70, У8А, 70Г, 60С2А,9ХС,50ХФА, 60С2, 55С2;
50ХФА — 60С2А, 60ХГФА, 9ХС.

Применение рессорно-пружинной стали

Работа в качестве пружин, рессор, гибких мембран, сильфонов и аналогичных деталей.

Свариваемость: рессорно-пружинная конструкционная углеродистая и конструкционная легированная сталь не применяется для сварных конструкций.

Источник

Конструкционные легированные стали представляют собой сплавы, в состав которых входят различные химические вещества: никель, титан, хром и многие другие. Они необходимы для влияния на структуру и получения конкретных химических и физических свойств. Легирующие элементы существенно повышают конструкционную прочность стали. Она может содержать, как один, так и несколько элементов. Такие стали активно используются во многих отраслях промышленности (например, машиностроении), предназначены для изготовления различных конструкций и деталей. Для изготовления стальных труб часто прибегают к использованию марок 09Г2С и 10ХСНД.

Сплавы классифицируют по виду и процентному содержанию химических элементов, качеству, структуре и назначению. В соответствии с количеством легирующих элементов в общей массе, различают следующие виды сталей: низколегированная (менее 3%, например, марка 18ХГТ), высоколегированная (более 10%), среднелегированная (3-10%, например, марка 18Х2Н4МА). По качеству легированные стали бывают качественными, высококачественными и особовысококачественными. Легированные типы сталей в обязательном порядке подвергаются термообработке, что положительно влияет на форму и структуру.

Маркировка изделий

В зависимости от назначения, все виды сталей маркируют с использованием букв и цифр. Обозначение начинается с цифры, которая указывает на содержание углерода в сотых долях. Буква указывает на химический элемент, входящий в ее состав:

Х-хром;
А-азот;
Д-медь;
Г-марганец;
Н-никель;
С-кремний;
М-молибден.

После буквы в строке идет цифра, которая свидетельствует о процентном содержании этого химического элемента. Если она отсутствует, то данного элемента в составе менее 1,5%. Например, сталь марки 10ХСНДсодержит 0,1% углерода, и менее 1,5% хрома, кремния, никеля, меди. При условии, что в конце марки стоит буква «А», сталь является высококачественной, а если буква «Ш» – особовысококачественной. Сталь марки 12ХН3А является высококачественной. Наиболее распространены такие марки стали, как: 09Г2С, 10ХСНД, 12ХН3А, 18ХГТ и 18Х2Н4МА. Рассмотрим подробнее каждую в отдельности.

Сталь марки 09Г2С

В марке 09Г2С содержится 0,09% углерода, около 2% марганца и менее 1,5% кремния. В общей сложности численность хим. добавок приблизительно равна 3%, что говорит об отношении этой марки к категории низколегированных сталей. Сварные конструкции из этого вида разновидности стали особенно востребованы. Марку 09Г2С активно используют при производстве металлопроката (например, труб). Ее целесообразно применять в деталях, которые эксплуатируют под давлением при температурах от -60 до 430оС. В качестве аналога иногда используют марку 18ХГТ.

Ограничений на свариваемость материала нет, при любой методике он не теряет свойств пластичности. Во время сварки деталей из марки стали 09Г2С чаще всего используют элемент, который рассчитан на низколегированное углеродистое сырье. При этом важно соблюдать все тонкости технологии, чтобы предотвратить перегрев шва и другие негативные последствия. После сварки изделие закаливают при высокой температуре (более 600оС), а спустя некоторое время охлаждают на воздухе. Эти мероприятия позволяют значительно повысить сопротивление износу и прочность изделия.

Сталь марки 10ХСНД

Марка стали 10ХСНД характеризуется содержанием 0,1% углерода и менее 1,5% хрома, кремния, никеля, меди. В совокупности численность химических добавок приблизительно 6%, что указывает на отношение данной марки к категории среднелегированных сталей. Вид поставки данных изделий – сортовой прокат (в частности, фасованный). Чаще всего ее изготавливают в соответствии с ГОСТ 19282-73, ГОСТ 6713-91, ГОСТ 2591-2006. Такую марку часто используют при изготовлении различных сооружений (например, мостовых конструкций), которые могут работать при температурном режиме от-65 до 450оС.

Сталь марки 10ХСНД отличается повышенной прочностью и стойкостью к коррозии, что позволяет использовать ее в элементах различной технике и сварных конструкций. Предел прочности листового проката составляет от 490 до 670 МПа. Свариваемость марки 10ХСНД выполняют без ограничений, подогрев и термическая обработка не требуются. Наиболее распространенные способы: РДС (ручная дуговая сварка), АДС (аргонодуговая) под флюсом и газовой защитой, ЭШС (электрошлаковая сварка).

Сталь марки 12ХН3А

Хромоникелевая высококачественная сталь марки 12ХН3А содержит 1,2% углерода, хрома менее 1,5%, никеля около 3%. В общей сложности количество химических добавок около 6%, что указывает на отношение этой марки к категории среднелегированных сталей. Свариваемость марки 12ХН3А – ограниченная, подходящие методы сварки: ручная дуговая и аргонодуговая под флюсом. В качестве аналога часто используют марку 18Х2Н4МА.

Ее используют при изготовлении различных деталей, например, валов, поршневых червяков или шестерней, к которым предъявлены условия повышенной пластичности и прочности, поверхностной твердости. Зачастую сталь 12ХН3А используют в судостроении (например, при изготовлении биметаллических бесшовных труб). В соответствии с ГОСТ ее могут выпускать в виде калиброванных прутков, кругов, полос, кованых заготовок. Прокат из данной марки – основа для любых деталей, которые работают при отрицательных температурах (вплоть до -90оС) или под действием ударных нагрузок.

Сталь марки 18ХГТ

Марка стали 18ХГТ характеризуется содержание 0,18% углерода и менее 1,5% хрома, марганца и титана. В совокупности количество химических добавок приблизительно 3%, что говорит об отношении данной марки к категории низколегированных сталей. В большинстве случаев прибегают к контактной точечной сварке (КТС). Вид поставки 18ХГТ различен в зависимости от ГОСТа: ее выпускают в шлифованных прутках (ГОСТ 14955-77), кованых заготовках (ГОСТ 1133-71), калиброванных прутках (ГОСТ 8560-78).

Сталь марки 18ХГТ используют в цементированном состоянии для деталей, к которым предъявляют требования повышенной износостойкости и прочности, эксплуатируемые под действием ударных нагрузок. При термической обработке воздействует температурой выше 800оС. Отпускная хрупкость (снижение ударной вязкости стали при отпуске ) практически не присуща для марки 18ХГТ (малосклонна).

Сталь марки 18Х2Н4МА

Хромоникельмолибденовая сталь марки 18Х2Н4МА относится к категории высококачественных сталей. Она содержит 0,18% углерода, около 2% хрома, около 4% никеля и менее 1,5% молибдена. В совокупности получается около 7% химических добавок, что свидетельствует об отношении данной марки к категории среднелегированных сталей. Сварка может осуществляться, как без подогрева, так и с подогревом.

Марку 18Х2Н4МА используют в деталях с повышенными требованиями к прочности и износостойкости, которые эксплуатируют под давлением при температурном режиме от -65 до 430оС. Сталь марки 18Х2Н4МА часто применяют при изготовлении бесшовных труб в авиационной технике.

Источник