Klasifikace oceli

Ocel je deformovatelná (kujná) slitina železa s uhlíkem (až 2,14 %) a dalšími prvky. Získává se především ze směsi litiny a ocelového šrotu v kyslíkových konvertorech, otevřených nístějových pecích a elektrických pecích. Slitina železa a uhlíku obsahující více než 2,14 % uhlíku se nazývá litina.

Klasifikace ocelí a slitin se provádí:

• chemickým složením
• strukturním složením
• podle kvality (způsobem výroby a obsahem škodlivých nečistot
• podle stupně dezoxidace a charakteru tuhnutí kovu ve formě
• dle dohody

Podle chemického složení se uhlíkové oceli dělí v závislosti na obsahu uhlíku do následujících skupin:

• nízkouhlíkové – méně než 0,3 % C;
• střední uhlík – 0,3-0,7 % C;
• vysoký obsah uhlíku – více než 0,7 % C.

Pro zlepšení technologických vlastností se ocel leguje. Legovaná ocel je ocel, která kromě běžných nečistot obsahuje legující prvky speciálně zavedené v určitých kombinacích (Cr, Ni, Mo, Wo, V, Al, B, Ti atd.), dále Mn a Si v množství převyšující jejich obvyklý obsah jako technologické nečistoty (1 % a více). Nejlepší vlastnosti zpravidla poskytuje komplexní legování.

U legovaných ocelí je jejich klasifikace podle chemického složení určena celkovým procentem legujících prvků:

• nízkolegované – méně než 2,5 %;
• středně legované – 2,5-10%;
• vysoce legované – více než 10%.

Legované oceli a slitiny jsou také rozděleny do tříd podle jejich strukturního složení:

• v žíhaném stavu – hypoeutektoidní, hypereutektoidní, ledeburit (karbid), feritický, austenitický;
• v normalizovaném stavu – perlitické, martenzitické a austenitické.

Do perlitické třídy patří uhlíkové a legované oceli s nízkým obsahem legujících prvků, martenzitická třída – s vyšším obsahem a austenitická třída – s vysokým obsahem legujících prvků.

Podle kvality, tedy podle způsobu výroby a obsahu škodlivých nečistot, se oceli a slitiny dělí do čtyř skupin:

Běžná kvalitní ocel
Oceli běžné jakosti (obyčejné) chemického složení jsou uhlíkové oceli s obsahem do 0,6 % C. Tyto oceli se taví v konvertorech na kyslík nebo ve velkých otevřených pecích. Příklady těchto ocelí jsou oceli STO, StZsp, Stbkp.
Oceli běžné jakosti, protože jsou nejlevnější, jsou z hlediska mechanických vlastností horší než oceli jiných tříd.
Vysoce kvalitní ocel

Stupeň dezoxidace и povaha tuhnutí kovu ve formě

Uhlíkové oceli běžné jakosti a vysoce jakostní se podle stupně dezoxidace a charakteru tuhnutí kovu ve formě dělí na klidné, polotiché a vroucí. Každá z těchto odrůd se liší obsahem kyslíku, dusíku a vodíku. Takže varné oceli obsahují největší množství těchto prvků.
Vysoce kvalitní ocel
Vysoce kvalitní oceli se taví především v elektrických pecích a zejména vysoce kvalitní oceli se taví v elektrických pecích s elektrostruskovým přetavováním (ESR) nebo jinými pokročilými metodami, které zaručují zvýšenou čistotu nekovových vměstků (obsah síry a fosforu menší než 0,03 % a obsahu plynů, a proto zlepšily mechanické vlastnosti. Jedná se o oceli jako 20A, 15Х2МА.
Extra kvalitní ocel
Zvláště kvalitní oceli jsou podrobeny elektrostruskovému přetavování, které zajišťuje účinné čištění od sulfidů a oxidů. Tyto oceli se taví pouze legované. Vyrábějí se v elektrických pecích a speciálními metodami elektrometalurgie. Neobsahují více než 0,01 % síry a 0,025 % fosforu. Například: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.

Podle účelu se oceli a slitiny dělí na konstrukční, nástrojové a oceli se speciálními fyzikálními a chemickými vlastnostmi.

Konstrukční oceli
Konstrukční oceli se obvykle dělí na konstrukční oceli, oceli pro tváření za studena, cementované oceli, zušlechťovací oceli, vysokopevnostní oceli, pružinové oceli, oceli na kuličková ložiska, automatické oceli, korozivzdorné oceli, žáruvzdorné oceli, žáruvzdorné oceli a oceli odolné proti opotřebení.

Stavební oceli
Mezi konstrukční oceli patří uhlíkové oceli běžné jakosti a také nízkolegované oceli. Hlavním požadavkem na konstrukční oceli je jejich dobrá svařitelnost. Například: S255, S345T, S390K, S440D.

Oceli pro tváření za studena
Pro lisování za studena se používají válcované plechy z nízkouhlíkových vysoce kvalitních ocelí jakosti 08Yu, 08ps a 08kp.

Povrchově kalené oceli
Cementované oceli se používají k výrobě dílů, které pracují v podmínkách povrchového opotřebení a vystavení dynamickému zatížení. Cementovatelné oceli zahrnují nízkouhlíkové oceli obsahující 0,1-0,3 % uhlíku (jako je 15, 20, 25), stejně jako některé legované oceli (15H, 20H, 15H, 20HH 12ХНЗГ, 18ХНЗГ, 2Х4ХА,В18А2Н,Н4А18Н,Н20АXNUMXХ,НXNUMXВXNUMXА,НXNUMX ЗОХГТ, XNUMXХГР).

Vylepšené oceli
Mezi vylepšené oceli patří oceli, které jsou podrobeny zdokonalování – tepelnému zpracování, které spočívá v kalení a vysokém popouštění. Patří sem středně uhlíkové oceli (35, 40, 45, 50), chromové oceli (40Х, 45Х, 50Х), chromové oceli s borem (ZOXRA, 40ХР), chrom-nikl, chrom-křemík-mangan, chrom-nikl- molybdenové oceli.

Vysokopevnostní oceli
Vysokopevnostní oceli jsou oceli, u kterých se volbou chemického složení a tepelným zpracováním dosahuje pevnosti v tahu přibližně dvojnásobné oproti běžným konstrukčním ocelím. Tuto úroveň pevnosti lze získat u středně uhlíkatých legovaných ocelí – jako je 30KhGSN2A, 40KhN2MA, ZOKHGSA, 38KhNZMA, 03N18K9M5T, 04Kh11N9M2D2TYu.

Pružinové oceli
Pružinové (pružinové) oceli si zachovávají elastické vlastnosti po dlouhou dobu, protože mají vysokou mez pružnosti, vysokou odolnost proti lomu a únavě. Mezi pružinové oceli patří uhlíkové oceli (65, 70) a oceli legované prvky zvyšujícími mez pružnosti – křemík, mangan, chrom, wolfram, vanad, bor (60S2, 50KhGS, 60S2KhFA, 55KhGR).

Ložiskové oceli
Ložiskové (kuličkové) oceli mají vysokou pevnost, odolnost proti opotřebení a výdrž. Na ložiska jsou kladeny zvýšené požadavky na absenci různých vměstků, makro- a mikroporéznosti. Oceli na kuličková ložiska se obvykle vyznačují vysokým obsahem uhlíku (asi 1 %) a přítomností chrómu (ShKh9, ShKh15).

Automatické oceli
Automatické oceli se používají pro výrobu nekritických sériově vyráběných dílů (šrouby, šrouby, matice atd.), zpracovávaných na automatických strojích. Účinnou metalurgickou technikou pro zvýšení obrobitelnosti řezu je zavádění síry, selenu, teluru a olova do oceli, což podporuje tvorbu krátkých a křehkých třísek a také snižuje tření mezi frézou a třískami. Nevýhodou volně tekoucích ocelí je snížená tažnost. Mezi automatické oceli patří oceli jako A12, A20, AZO, A40G, AS11, AS40, ATs45G2, ASTSZOKHM, AS20KhGNM.

Oceli odolné proti opotřebení
Oceli odolné proti opotřebení se používají pro díly pracující v podmínkách abrazivního tření, vysokého tlaku a rázů (přejezdy železničních tratí, pásů pásových vozidel, čelisti drtičů, lopaty zemních strojů, lžíce bagrů atd.). Příkladem oceli odolné proti opotřebení je ocel s vysokým obsahem manganu 110G13L.

Korozi odolné (nerezové) oceli
Korozivzdorné (nerezové) oceli jsou legované oceli s vysokým obsahem chromu (nejméně 12 %) a niklu. Chrom vytváří na povrchu výrobku ochranný (pasivní) oxidový film. Uhlík je v nerezových ocelích nežádoucím prvkem a čím více chromu, tím větší odolnost proti korozi.
Struktura nejtypičtějších slitin pro tento účel může být:
feriticko-karbidové a martenzitické (12X13, 20X13, 20X17Н2, 30X13, 40X13, 95X18 – pro mírně agresivní prostředí (vzduch, voda, pára);
feritické (15X28) – pro roztoky kyseliny dusičné a fosforečné; austenitické (12Х18Н10Т) – v mořské vodě, organické a dusičné kyseliny, slabé alkálie;
maraging-aging (10Х17Н13МЗТ, 09Х15Н8У) – v kyselině fosforečné, octové a mléčné.
Slitina 06KhN28MT může být použita v podmínkách horkých (do 60°C) kyselin fosforečné a sírové (koncentrace do 20%).
Korozivzdorné oceli a slitiny jsou klasifikovány v závislosti na agresivitě prostředí, ve kterém se používají, a podle jejich hlavní spotřebitelské vlastnosti. odolné proti korozi, žáruvzdorné, žáruvzdorné a kryogenní.
– Oceli odolné proti korozi
Výrobky z korozivzdorných ocelí (lopatky turbín, hydraulické lisovací ventily, pružiny, jehly karburátorů, kotouče, hřídele, trubky atd.) pracují při provozních teplotách do 550°C.
— Žáruvzdorné oceli
Žáruvzdorné oceli jsou schopny po určitou dobu pracovat pod zatížením při vysokých teplotách a zároveň mají dostatečnou tepelnou odolnost. Tyto oceli a slitiny se používají k výrobě potrubí, ventilů, dílů parních a plynových turbín (rotorů, lopatek, kotoučů atd.).
Pro žáruvzdorné a žáruvzdorné strojírenské oceli se používají oceli nízkouhlíkové (0,1-0,45 % C) a vysoce legované oceli (Si, Cr, Ni, Co atd.). Žáruvzdorné oceli a slitiny nutně obsahují ve svém složení nikl, který zajišťuje výrazné zvýšení limitu dlouhodobé korozní pevnosti s mírným zvýšením meze kluzu a pevnosti v tahu, a mangan. Mohou být dodatečně legovány molybdenem, wolframem, niobem, titanem, borem, jódem atd. Mikrolegování borem, ale i vzácnými zeminami a některými kovy alkalických zemin tedy zvyšuje vlastnosti, jako je torzní rychlost, tažnost a houževnatost za vysokých teplot. .
Provozní teploty moderních žáruvzdorných slitin jsou přibližně 45-80 % bodu tání. Tyto oceli jsou klasifikovány podle provozní teploty (GOST 20072-74):
při 400-550 °C – 15ХМ, 12Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20ХЗМВФ;
při 500-600 °C – 15Х5М, 40Х10С2М, 20Х13;
při 600-650’C – 12Х18Н9Т, 45Х14Н14В2М, 10Х11Н23ТЗМР,ХН60У, ХН70У, ХН77УУР, ХВ56УНР, ХВ62УУР, ХУУР XNUMXХУУР .
– Žáruvzdorné oceli
Žáruvzdorné oceli (odolné proti vodnímu kameni) jsou odolné proti chemické destrukci povrchu v plynném prostředí, včetně síry, při teplotách +550-1200°C na vzduchu, pecních plynech (15X5, 15X6SM, 40X9S2, 30X13N7S2, 12X17, 15X28), oxidační a karburační prostředí (20H20H14С2, 20H23H18) a fungují v nezatíženém nebo mírně zatíženém stavu, protože mohou vykazovat tečení při použití velkého zatížení. Žáruvzdorné oceli se vyznačují teplotou, při které začíná intenzivní oxidace. Velikost této teploty je dána obsahem chrómu ve slitině. Při 15 % Cr je tedy provozní teplota produktů +950 °C a při 25 % Cr až +1300 °C. Žáruvzdorné oceli jsou také legovány niklem, křemíkem a hliníkem.
– Kryogenní oceli
Kryogenní strojírenské oceli a slitiny (GOST 5632-72) z hlediska chemického složení jsou nízkouhlíkové (0,10 % C) a vysokolegované (Cr, Ni, Mn atd.) oceli austenitické třídy (08H18N10, 12H18Н10Т, 03AG20 , 16Х6AG03 atd.) . Hlavní spotřebitelské vlastnosti těchto ocelí jsou tažnost a houževnatost, které se s klesající teplotou (od +13 do -19°C) buď nemění, nebo mírně klesají, tzn. Nedochází k prudkému poklesu viskozity, charakteristické pro křehkost za studena. Kryogenní strojírenské oceli jsou klasifikovány podle provozní teploty v rozsahu od -20 do -196°C a používají se pro výrobu dílů kryogenních zařízení.

Nástrojové oceli
Podle účelu určení se nástrojové oceli dělí na oceli pro řezání, měřicí nástroje, lisování oceli

– Oceli pro řezné nástroje
Oceli pro řezné nástroje musí být schopny udržet vysokou tvrdost a řeznou schopnost po dlouhou dobu, a to i při zahřátí. Jako oceli pro řezné nástroje se používají uhlíkové, legované nástrojové a rychlořezné oceli.
— Uhlíkové nástrojové oceli
Uhlíkové nástrojové oceli obsahují 0,65-1,32 % uhlíku. Například třídy oceli U7, U7A, U13, U13A. Do této skupiny kromě nelegovaných uhlíkových nástrojových ocelí běžně patří i oceli s malým obsahem legujících prvků, které se od uhlíkových ocelí příliš neliší.
— Legované nástrojové oceli
Do této skupiny ocelí patří oceli obsahující legující prvky v množství 1-3 %. Legované nástrojové oceli mají zvýšenou (oproti uhlíkovým nástrojovým ocelím) tepelnou odolnost – až +300°C. Nejpoužívanější oceli jsou 9ХС (vrtáky, frézy, záhlubníky), KhVG (protahovačky, výstružníky), KhVGS (frézy, záhlubníky, velkoprůměrové vrtáky).
— Rychlořezné oceli
Rychlořezné oceli se používají k výrobě různých řezných nástrojů pracujících při vysokých řezných rychlostech, protože mají vysokou tepelnou odolnost – až +650 °C. Nejpoužívanější třídy rychlořezné oceli jsou R9, R18, R6M5, R9F5, R10K5F5.

– Oceli pro měřicí přístroje
Nástrojové oceli pro měřicí přístroje (desky, měřidla, šablony) si kromě tvrdosti a odolnosti proti opotřebení musí zachovat rozměrovou stálost a být dobře broušené. Obvykle se používají oceli U8. U12, X, 12X1, HVG, H12F1. Měřicí držáky, stupnice, pravítka a další ploché a dlouhé přístroje jsou vyrobeny z ocelového plechu 15, 15X. Pro získání pracovního povrchu s vysokou tvrdostí a odolností proti opotřebení jsou nástroje podrobeny nauhličování a kalení.

Zápustkové oceli

Zápustkové oceli mají vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení, prokalitelnost a tepelnou odolnost.
– Oceli pro zápustky pro tváření za studena
Tyto oceli musí mít vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení a pevnost v kombinaci s dostatečnou houževnatostí a musí být také žáruvzdorné. Například Х12Ф1, Х12М, Х6ВФ, 6Х5ВЗМФС, 7ХГ2ВМ. V mnoha případech se k výrobě zápustek pro tváření za studena používají rychlořezné oceli.
– Oceli pro zápustky pro tváření za tepla
Tyto oceli musí mít vysoké mechanické vlastnosti (pevnost a houževnatost) při zvýšených teplotách a musí mít odolnost proti opotřebení, odolnost proti okují, tepelnou odolnost a vysokou tepelnou vodivost. Příklady takových ocelí jsou oceli 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф, 4Х2В5МФ.
– Válcované oceli
Tyto oceli se používají pro pracovní, nosné a jiné válce válcovacích stolic, bandáže kompozitních nosných válců, nože pro stříhání kovů za studena, ostřihovací matrice a razníky. Mezi válcované oceli patří oceli jako 9X1, 55Х, 60ХН, 7Х2СМФ.

Nelegované konstrukční oceli běžné jakosti podle DSTU 2651-94 (GOST 380-94) se označují takto: StZsp, Stbkp, StO atd.
Zde St jsou písmena označující, že ocel patří do skupiny ocelí běžné jakosti; následující číslo od 0 do 6 označuje procento obsahu uhlíku. Na konci názvu oceli jsou písmena, která určují stupeň její dezoxidace (kp – vroucí, ps – poloklidný, sp – klidný).
V označení ocelí s vysokým obsahem manganu se za číslo přidává i písmeno G Například StZGsp, StbGps atp.