Сталь — основной металлический материал, широко применяемый в строительстве, а также для изготовления приборов, машин, оборудования и инструментов. Её широкое использование обусловлено сочетанием обширного комплекса механических, физческих, химических и технологических свойств. Кроме того, сталь весьма недорога и ее можно легко производить в большом объёме.
Развитие технологий ведет к повышению рабочих параметров машин и приборов, предъявляет все большие требования к качеству и свойствам стали. В связи с этим разрабатываются новые марки стали, а также совершенствуются процессы ее получения. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре.
1. По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.
По содержанию углерода стали разделяют:
- низкоуглеродистые (0,3% С)
- среднеуглеродистые (0,3—0,7% С)
- высокоуглеродистые (выше 0,7% С)
Легированные стали в зависимости от количества введенных элементов подразделяют:
- низколегированные (5%)
- среднелегированные (5-10%)
- высоколегированные (более 10%)
2. По назначению стали подразделяют на:
- конструкционные (стали: 20, 35, 45, 20Х, 40Х, 18ХГТ, 30ХГСА, 65Г и др.)
- инструментальные (У8А, У10А, 5ХНМ, 9ХС, 4Х5МФС)
- стали спецназначения с особыми свойствами
3. По качеству стали классифицируют на:
- стали обыкновенного качества (только углеродистые до 0,5 % С)
- качественные стали (углеродистые и легированные)
- высококачественные стали (углеродистые и легированные)
- особо высококачественные стали (легированные)
Под качеством стали нужно понимать совокупность свойств, определяемых техническим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали в основном зависят от вредных примесей фосфора и серы, а также содержания газов (02, N, Н). Газы трудно определить количественно, потому что они являются скрытыми примесями. Именно поэтому нормы содержания вредных примесей служат основным показателем для разделения сталей по качеству.
4. По способу раскисления и характеру затвердевания сталь классифицируют:
- спокойную (сп)
- полуспокойную (пс)
- кипящую (кп)
Раскисление, это процесс удаления кислорода из жидкого металла. Легированные стали производят спокойными (сп), тогда как углеродистые производят спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп).
5. По структуре стали классифицируются:
(в нормализованном и отожженном состояниях)
В зависимости от структуры в отожженном (равновесном) состоянии стали разделяют на шесть классов:
- доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит
- эвтектоидные, структура которых состоит из перлита
- заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичные, выделяющиеся из аустенита, карбиды
- ледебуритные, содержащие в структуре первичные (эвтектические) карбиды
- аустенитные
- ферритные
По структуре после нормализации, стали подразделяют на следующие классы:
- перлитный
- мартенситный
- аустенитный
- ферритный
Сталь перлитного класса имеет невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или троостита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит или карбиды. К сталям перлитного класса относят углеродистые и низколегированные стали. Это большая группа основных недорогих, широко используемых сталей.
Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита. Для таких сталей скорость охлаждения на воздухе оказывается больше критической скорости закалки; при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относят среднелегированные и высоколегированные стали.
Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже О°С и сохраняют аустенит при комнатной температуре. Распад аустенита в перлитной и промежуточной области отсутствует.
Ферритные стали имеют высокое содержание элементов, сужающих Y-область, при определенной их концентрации исчезает у-превращение.
Рассмотренная классификация относится только к нормализованным сталям. Если изменить условия охлаждения, то структура стали тоже может измениться. Если сталь перлитного класса охладить с большей скоростью, то можно получить мартенсит. При охлаждении стали мартенситного класса с меньшей скоростью можно получить перлит, после обработки стали аустенитного класса холодом — мартенсит. Легированные стали доэвтектоидного, заэвтектоидного и перлитного классов в основном применяют для изготовления инструмента и деталей машин. Стали мартенситного класса применяют редко. Стали аустенитного в ферритного классов имеют особые физические и химические свойства (коррозиестойкие, жаропрочные). Стали ледебуритного класса применяют как инструментальные стали (быстрорежующих сталей в часности).