Марки стали: расшифровка маркировки, классификации

Существует более 700 марок сталей, каждая имеет уникальную маркировку которая зависит от химического состава, назначения и способа производства. Понимание маркировки, классификации и расшифровки стали является крайне важным для любого профессионала, работающего со сплавами, особенно в отраслях машиностроения, строительства, химической и металлургической отрасли.

Важность и принцип маркировки

Благодаря своим уникальным характеристикам, таким как прочность, долговечность и возможность к легированию, сталь относится к одним из самых востребованных материалов в современной промышленности. Маркировка играет важную роль в определении физических и химических характеристик сплавов. Название марки состоит из аббревиатур, которые указывают на состав сплава, обработку и свойства. Как правило, первые буквы обозначают материал, а цифры после букв показывают процентное содержание основных компонентов.

Проектировщики начинают работать над конструкцией изделия, используя имеющиеся материалы для подбора оптимальной марки стали. После этого они проводят описание и расчеты свойств устройства с учетом условий эксплуатации и потенциальных нагрузок.

Если расчеты показывают, что конструкция будет подвергаться сильному трению или высоким нагрузкам, то возрастают требования к прочности компонентов сплава. В этом случае специалисты выбирают марку с определенными характеристиками, соответствующие ГОСТ. Из таких металлов создается прототип, который затем подвергается тестированию для проверки соответствия заявленным критериям. Если результаты неудовлетворительны, проектировщик имеет возможность подобрать другую марку стали.

Расшифровка букв и цифр в маркировке сталей

Буквы в маркировке могут обозначать как наименование химических элементов так и классификацию стали по качеству поверхности, способу выплавки и переплаву. Цифры это усредненный показатель процентного содержания химического элемента в составе сплава. Рассмотрим и разъясним как расшифровываются буквы и цифры в различных марках сталях в независимости от их назначения и способа изготовления.

Маркировка углеродистых сталей обыкновенного качества

К таким маркам сталей относятся: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сл, Ст3кл, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп. Их маркировка расшифровывается следующим образом:

• «Ст» – указывает на то что материал обычного качества.
• Цифры от 0 до 6, это средний процентный показатель массовой доли содержание углерода.
• Буквы «кп», «пс» и «сп» обозначаю степень раскисления стали: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.
• «Г» – наличие буквы говорит о том в составе материала содержится 0,8 % и более марганца (Mn).

Нелегированные конструкционные качественные и специальные марки сталей

К нелегированным качественным маркам сталям относятся: 05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 11кп, 15кп, 15пс, 15, 18кп, 20кп, 20пс, 20. О том что материал является качественным, говорит отсутствие в маркировке аббревиатуры «Ст». Цифры, это средний процентный показатель массовой доли углерода умноженного на 100. Буквы указывают, как и у обычных качественных сплавов, на ее степень раскисления.

К специальным относятся следующие классы стали: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 50А, 55, 58, 60, 15Г, 20Г, 25Г, 30Г, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 10Г2, 30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2. Буква «А» в конце маркировки говорит о том что сталь высококачественная, а литера «Г» указывает на повышенное содержание марганца (Mn) от 0,8 %. Если марганца менее 1,5%, то числовой индекс рядом с буквой не ставится.

Разъяснение маркировки углеродистой инструментальной стали

Содержание углерода в таких марках сталях находится в пределах 0,7-1,5 %. Они делят на качественные и высококачественные. Качественные обозначаются буквой «У» и цифрой: У7, У8, У9, У10, У12. Высококачественные отличаются маркировкой, тем что у них на конце литера «А»: У7А, У8А, У9А, У10А, У12А. Буква «Г» в наименовании говорит о повышенном содержании марганца У8Г, У8ГА.

Расшифровка маркировки легированных сталей

Марки стали в которые специально добавляются легирующие компоненты называется легированной. Буквы в маркировке обозначают химический элемент, они расшифровываются согласно таблице приведённой ниже.

Цифры после букв в маркировке указывают примерную массовую долю легирующего элемента в составе стали. Отсутствие цифры после буквы, говорит о том что количество данного элемента не превышает 1,5 %.

В маркировке легированных сталей могут присутствовать и другие буквы, которые расшифровываются следующим образом:

• «А» – в конце маркировке стали указывает на то что она является высококачественной, например сталь 30ХГСА. В начале маркировки означает что она относится к автоматной: А12, АС12ХН.
• «Ш» – особо высококачественная сталь, обозначается в конце маркировке через дефис, например в марках: 18ХГ-Ш, 10ГН2МФА-Ш.
• «Л» – литейная, в конце названия: 35ХГСЛ, 40ХЛ.
• «Р» – быстрорежущая, в начале названия: Р6М5, Р18.
• «С» – строительная, в начале маркировки: С235, С245, С255.
• «Ш» – подшипниковая, в начале наименования: ШХ15, ШХ20СГ.

В конце маркировке (через тире) коррозионно-стойких марках сталей, могут встречаться следующие сочетания букв.

• «ВД» – вакуумно-дуговой переплав.
• «ВИ» – вакуумно-индукционная выплавка.
• «ГР» – газокислородное рафинирование.
• «ИД» – вакуумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом.
• «ПД» – плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом.
• «ИЛ» – вакуумно-индукционная выплавка с последующим электоро-лучевым переплавом.

Примеры расшифровки с разъяснениями

Стандарты маркировки стали разнятся в зависимости от страны. В России используются ГОСТ, который определяет последовательность символов на металле. Маркировка содержит буквы и цифры, обозначающие химический состав, а также могут указывать на технические характеристики и вариант производства сплава.

В качестве примера рассмотрим расшифровку различных марок сталей.

• У10А. «У» – углеродистая инструментальная сталь; «10» – 1 % углерода, «А» – высококачественный сплав.
• Маркировка 12Х18Н9Т расшифровывается: «12» – углерода в сплаве не более 0,12 %; «Х18» – хрома 18 %; «Н9» – никель 9 %; «Т» – добавлен титан. Это жаропрочная и коррозионностойкая материал, часто используемый в химической промышленности.
• Ст 45 – нелегированная конструкционная специальная сталь со средним содержанием углерода 0,45 %.
• 09Г2С – низколегированная конструкционная сталь с массовой долее углерода 0,09 %; «Г2» – марганец 2 %; «С» – кремний до 1 %.
• 35ХГСА. «35» – содержит около 0,35 % углерода; «Х» – хром до 1,5 %; «Г» – марганец до 1,5 %; «С» – кремний до 1,5 %; «А» – высококачественная.
• 20Х13 – это жаропрочная и коррозионностойкая марка стали. «20» – содержит 0,2 % углерода; «Х13» – хрома 13 %.

Классификация сталей

Марки стали подразделяют:

• по химическому составу;
• назначению;
• качеству;
• степени раскисления;
• структуре;
• способу производства;
• по прочности.

По химическому составу

Марки стали, согласно ГОСТ Р 54384-2011, по химическому составу подразделяются на нелегированные (углеродистые), нержавеющие и другие легированные стали.

К нелегированным относятся материалы у которых массовая доля химических элементов, по анализу ковшевой пробы, менее указанной в таблице приведённой ниже.

К нержавеющим относятся марки сталей у которых минимальных количеством хрома (Cr) 10,5 %, а количество углерода не превышает 1,2 %. Но стоит отметить, что есть ограниченное количество легированных нержавеющих сплавов, у которых допускается минимальная доля хрома 7,5 %.

К другим легированным материалам, не являющимися нержавеющими, относятся сплавы у которых массовая доля хотя бы одного химического элемента больше чем в таблице ограничений для нелегированных марок сталей.

Легированные сплавы востребованы благодаря своим спец свойствам: коррозионно-стойкости, жаростойкости и жаропрочности.

По назначению

Стали разделяют на:

• Конструкционные. К ним относятся как легированные, так и нелегированные марки стали. Они обладают широким спектром применения в машиностроении и строительстве, для изготовления различных деталей, механизмов и конструкций. Они способны выдерживать значительные нагрузки и обеспечивают оптимальное соотношение прочность-эластичность.
• Инструментальные. Отличительная черта таких сталей, это высокий уровень твердости, прочности и износостойкости. Их используют для производства различных режущих, измерительных и других инструментов.
• Стали особого назначения. Конструкционный материал отличающийся от других наличием специальных свойств: коррозионная-стойкость, кислотостойкость, жаропрочность, высокий уровень электрического сопротивления, жаростойкость. Какими именно свойствами будет обладать та или иная марка зависит от её химического состава, способа производства и обработки.

По качеству

Система стандартизации классифицирует стали по качеству в зависимости от наличия в них вредных примесей – серы и фосфора, их подразделяют на следующие группы:

• Обычного качества. Массовая доля фосфора (P) 0,04-0,07 %, серы (S) 0,045-0,06 %.
• Качественные. Бывают как углеродистые, так и легированные, в химическом составе фосфора и серы не более 0,035 % (каждого).
• Высококачественные. Особенностью является низкое содержание вредных примесей и неметаллических включений. В маркировке указывается буква «А» в конце названия сплава, например У8А. В составе не более 0,025 % фосфора и серы (каждого).
• Особо высококачественная сталь. Характеризуется минимальным содержанием примесей, фосфора не более 0,025 %, а серы не более 0,015%. Может обозначаться по способу получения, например: ВД (вакуумно-дуговая переплавка); Ш (электрошлаковый переплав); ВИ (вакуумно-индукционный); ПД (плазменно-дуговой). Пример особо высококачественной стали: 30ХГСН2МА-ВД.

В зависимости от особенностей раскисления

Основная задача процесса раскисления, это удаление кислорода из жидкой стали, в результате она становится качественнее. По степени раскисления они бывают 3 видов.

1. Спокойные. Для удаления примесей сталь раскисляют марганцем, алюминием и кремнием. Процесс твердения проходит спокойно, без газовыделения.
2. Полуспокойные. По степени раскисления относятся к промежуточному положению между спокойными и кипящими сталями. Неоднородность состава в слитках меньше, чем в кипящей, и ближе по значению к слиткам спокойной стали.
3. Кипящие. Для раскисления используется только марганец. При производстве через сплав пропускают кислород, что способствует удалению примесей. В процессе твердения кислород реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей (СО₂) создается впечатление, что сталь «кипит».

По структуре

Основные типы структурных марок сплавов: аустениты, ферриты, перлиты и мартенситы. Каждый тип имеет свои особенности и области применения.

• Аустенит — устойчивая структурная форма железа при высоких температурах, имеющая кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку. Такие стали отличаются высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью благодаря атомам углерода внутри кристаллической решетки. Эти материалы применяются для транспортировки агрессивных веществ и работы в особо сложных условиях.
• Ферритные сплавы — магнитные материалы с поликристаллической структурой, используемые в радиотехнике и электронике. Мартенситные стали обладают высокой прочностью и предельной твердостью после прохождения тепловой обработки.
• Перлит — смешанная микроструктура железа, состоящая из слоев феррита и цементита, образующаяся при охлаждении стали после нагрева. Они обладают повышенной прочностью по сравнению с ферритными сплавами. Это делает их подходящими для широкого спектра применений.
• Мартенситная структура образуется в результате быстрого охлаждения аустенитной стали до низких температур, что приводит к стремительному превращению аустените в твердую и хрупкую фазу, известную как мартенсит. Эти виды сталей обычно используются там где требуется высока прочность на растяжение.

В зависимости от способа производства

Основные методы выплавки:

1. Конверторный метод использует сжатый воздух, обогащенный кислородом, который помогает обжигать углеродные составляющие. Такой подход не требует дополнительного топлива и позволяет получить температуру плавления около 1600 °C. Этот метод предоставляет возможность производить чистую сталь, которая становится популярным материалом.
2. Мартеновские стали. Изобретение Мартена заключалось в использовании регенераторов для повторного использования тепла. Воздух, выходящий из печи, нагревает входящий, что улучшает эффективность процесса. Мартеновская печь позволяет переплавлять металл и подходит для производства сплавов с термическими режимами до 2000 °C.
3. Электросталь. Современные технологии выплавки используют индукционную и дуговую выплавку, благодаря которым можно получить очень чистые материалы с минимальными затратами электроэнергии. Температура в таких печах поддерживается на определенном уровне, что повышает контроль процесса выплавки. Плазменно-дуговые печи дают возможность создавать жаропрочные и тугоплавкие материалы, а также производить стали прямым методом без использования чугунной основы.

По прочности

Сталь классифицируется по прочности на три основные группы: обычной, повышенной и высокой прочности.

• К сталям обычной прочности относятся марки с пределом упругости не более 290 МПа. Такие виды являются наиболее распространенными и используются в строительстве, производстве автомобилей и машин, а также для изготовления бытовых товаров.
• Повышенной прочностью обладают стали у которых показатель предельного напряжения находится в диапазоне от 290 до 390 МПа. Они предпочтительны при работе с конструкциями, которые подвергаются высоким нагрузкам и требуют усиленной прочности материала. Однако необходимо учитывать коррозионную стойкость и свариваемость, чтобы гарантировать долгий срок службы изделий.
• Стали с высокой прочностью могут выдерживать напряжения от 440 МПа и выше. Они востребованы в областях, где требуется экстремальная надежность и большая прочность изделий, таких как авиастроение и производство судов.

Углеродистые стали: преимущества и использование

Углеродистые марки стали состоят из железа и углерода (от 0,02 % до 2 %) с минимальным количеством других примесей, также их называют нелегированными. Это наиболее распространенный вид стали, используемый для широкого спектра конструкционных элементов в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности.

Химический состав стали регламентируется ГОСТ 1050-2013, ГОСТ 380-2005 и ГОСТ 1435-99.

Подразделяются на три группы:

1. Низкоуглеродистые (C < 0,25%).
2. Среднеуглеродистые (C = 0,3 – 0,6%).
3. Высокоуглеродистая сталь (C > 0,6%).

Основное различие между этими группами заключается в механических свойствах материала. Увеличение доли углерода повышает прочность, твердость и упругость стали, но снижает ее пластичность.

Углеродистые марки сталей классифицируются по назначению на конструкционные и инструментальные. Конструкционные используются в строительстве, производстве металлоконструкций и механических узлов, транспорте и т.д. Инструментальные предназначены для изготовления различных режущих, мерительных и стамесочных инструментов.

Преимущества углеродистых сплавов:

• Доступность. Они дешевле и легче доступны по сравнению с легированными вариантами.
• Вариативность. Зависимость механических свойств от содержания углерода позволяет получать продукты с разными характеристиками.
• Простота обработки. Металл легче поддаются обработке на станках, а также сварке и ковке.

Легированные стали: многообразие и особенности

Легированные стали занимают важное место среди различных материалов, используемых в промышленности и строительстве. Они обладают улучшенными свойствами по сравнению с обычными углеродистыми, благодаря добавлению специальных легирующих элементов.

Легированные сплавы содержат кроме углерода и обычных примесей дополнительные легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден и другие. Иногда к ним также относят металлы с повышенным содержанием марганца и кремния (> 0,8-1,2%).

Химический состав регламентируется ГОСТ 4543-2016, ГОСТ 5632-2014 и ГОСТ 5950-2000. Также подробную информацию о всех марках можно найти в книге – “Марочник сталей и сплавов” А. С. Зубченко.

В зависимости от общего содержания легирующих элементов различаются следующие виды:

1. Высоколегированные стали – более 10%.
2. Низколегированные – суммарное количество легирующих элементов не превышает 2,5%.
3. Среднелегированные – от 2,5 до 10%.

Легированные марки сталей также делятся по назначению на:

1. Конструкционные – используются для производства различных деталей и конструкций.
2. Инструментальные – обрабатывают другие материалы или создают инструменты.
3. Специального назначения – обладают уникальными свойствами для решения определенных задач.

Добавление легирующих элементов улучшает многие характеристики стали, например:

• Прочность и износостойкость – делает их более устойчивыми к механическим воздействиям и трению.
• Коррозионная стойкость – повышает сопротивляемость к окислению и коррозии.
• Технологические свойства – многие легированные сплавы хорошо поддаются обработке, например, сварке или ковке.

Строительные стали: отличительные характеристики и выбор материала

В строительстве часто используются различные виды стального проката, такие как листовой, фасонный (уголки, двутавры, швеллеры), универсальный широкополосный прокат, гнутые профили из тонколистового проката, трубы и др. Основным фактором при их выборе является уровень прочностных свойств, так как размеры поперечных сечений элементов металлоконструкций и их масса определяются расчетом, учитывающим предел текучести и временное сопротивление разрыву при растяжении.

Обозначение строительной стали отражает не химический состав, а её назначение и величину предела текучести, например: С345, С390, С440. Важно правильно выбирать класс прочности, соответствующий требованиям к структурным элементам зданий и инженерных сооружений. Химический состав регламентируется ГОСТ 27772-2015.

Ключевые характеристики при выборе сталей

Для выбора подходящей марки стали необходимо учитывать следующие основные характеристики:

• Предел текучести: этот показатель определяет, насколько материал может сопротивляться деформации без разрушения.
• Временное сопротивление разрыву: максимальное напряжение, которое сталь может выдержать при растяжении прежде, чем произойдет разрушение.
• Химический состав: определяет коррозионную стойкость сплава и возможность сварки элементов металлоконструкций.
• Модуль упругости стали: показывает величину сопротивления материалов к нагрузкам на растяжение или сжатие.

Маркировка по системе AISI

В системе AISI, углеродистые и легированные стали представлены четырьмя цифрами. Первые две цифры указывают на группу, к которой относится сплав, а последние две — на среднее процентное содержание углерода, умноженного на 100.

Например: сталь марки 1045: группа 10ХХ относится к качественным конструкционным сталям с низким содержанием марганца (<1%). Содержание углерода составляет приблизительно 0,45%. AISI 4032: легированный материал из группы 40ХХ с содержанием углерода 0,32 % и Мо в пределах 0,2-0,25 %. Сталь 8625: это легированный тип из группы 86ХХ с углеродом около 0,25%, Ni от 0,40% до 0,70%, Cr от 0,4% до 0.6%, и Mo от 0,15% до 0,25%.

В системе AISI также используются буквенные обозначения, которые указывают на дополнительные характеристики стали:

• «B» означает добавление бора (0,0005 – 0,03%) в композицию сплава, что улучшает ее свойства.
• «L» указывает на присутствие свинца (0,15 – 0,35%), что делает материал легкообрабатываемым при резке. «B» и «L» в маркировке находится между 2-й и 3-ей цифрой, например: 51B60 или 15L48.
• «Е» и «М» ставятся в начало обозначения: сталь выплавлена в электропечи — «Е», стали для производства сортового проката — «М».
• «Н» обозначает, что данная сталь обладает свойством прокаливаемости.

Знание системы обозначений AISI позволяет специалистам быстро и точно определить характеристики той или иной стали.

Обозначение аустенитных сталей AISI

Аустенитные стали представлены более 500 разновидностями. Их разделяют по сериям и маркам. Популярность данного металла обусловлена его высокой стойкостью к коррозии и достаточной прочностью. Зачастую маркируются они по системе AISI. В таблице приведены наиболее распространенные виды.

Ферритные сплавы AISI

Сталь ферритного класса довольно распространенной за счет высокой устойчивости к коррозии. Она показывает превосходные требования, в том числе и к коррозионному растрескиванию. Легко поддается легированию и имеет оптимальные показатели свариваемости. Ниже в таблице представлены распространенные марки по AISI.

Мартенситные стали AISI

Сталь мартенситного класса используется для выпуска изделий, на которые планируется большая нагрузка или значительное агрессивное действие. Мартенситы легируют ниобием, вольфрамом, хромом и другими сплавами. В зависимости от применяемого температурного режима меняется твердость материала, а также и соотношение к внутреннему напряжению.

В таблице собраны распространенные виды этих сталей по AISI.

Существуют и другие системы обозначений, такие как ANSI, ACI, SAE, AMS, ASME, ASTN1. В стандартах указаны не только химические составы, но и основной перечень требований к металлопродукции.