Углеродистая качественная конструкционная сталь

Качественную конструкционную углеродистую сталь по видам обработки делят на горячекатаную и кованную, калиброванную, со специальной отделкой поверхности.

По состоянию материала сталь изготовляют: без термической обработки; термически обработанную – ТО; нагартованую – НГ (для калиброванной стали и круглой стали со специальной отделкой поверхности).

Спокойная сталь, как правило, раскисляется марганцем, кремнием и алюминием; кипящая – только марганцем; полуспокойная – марганцем и алюминием. В связи с этим стали различаются по химическому составу: кипящая сталь почти не содержит кремния (Si < 0,05 %), спокойная содержит нормальное количество кремния (Si = 0,12 – 0,30 %), а в полуспокойной Si = 0,05 – 0,10 %. Кипящая сталь, как менее раскисленная, содержит больше кислорода. Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение по качеству, часто применяется вместо кипящей и спокойной.

ГОСТ 1050–88 устанавливает общие технические условия для горячекатанного и кованного сортового проката из стали марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп) и 60 диаметром или толщиной до 250 мм, для проката калиброванного и со специальной отделкой поверхности всех марок.

Марки зарубежных аналогов углеродистой качественной конструкционной стали и механические свойства некоторых зарубежных аналогов приведены в табл. П5 и П6.

Системы маркировки конструкционной легированной стали в национальных стандартах различных стран при всем многообразии вариантов имеют одну общую особенность: в большинстве случаев в обозначение марки стали, основанное на учете химического состава, вводят в буквенном и числовом выражении обозначения химических элементов и их количеств.

3. Маркировка конструкционных легированных сталей
в национальных стандартах разных стран

Существуют три способа обозначения химических элементов:

1. общепринятыми химическими символами,

2. буквами национального алфавита,

3. буквами английского алфавита в сочетании символами химических элементов.

Например, символы химических элементов приняты в Евронормах и Германии, национальный (русский) алфавит применяется в России, буквы английского алфавита в сочетании с общепринятыми символами химических элементов – в стандартах Франции (табл. П7).

Таблица П7

Обозначения химических элементов в марках сталей, принятые в России и Франции

Наименование элемента	Обозначение элемента
Россия	Франция
Азот	А	Az
Алюминий	Ю	A
Бериллий	Л	-
Бор	Р	B
Ванадий	Ф	V
Вольфрам	В	W
Кобальт	К	K
Кремний	С	S
Марганец	Г	M
Медь	Д	U
Молибден	М	D
Никель	Н	N
Ниобий	Б	Nb
Редкоземельные металлы	Ч	-
Селен	Е	-
Титан	Т	T
Фосфор	П	P
Хром	Х	C
Цирконий	Ц	Zr

В России конструкционные легированные стали поставляют по ГОСТ 4543–71. Как правило, химические элементы указывают в обозначении марки по первой букве русского названия или произвольно.

Обозначение марки состоит в основном из трех компонентов: первые две цифры указывают среднее содержание углерода, умноженное на 100, цифры после букв – среднее содержание легирующего элемента (при содержании элемента менее 1 % цифра не ставится).

Обозначения сложнолегированных марок сталей часто могут быть условными (короткими), представляющими собой, например, сокращения или аббревиатуры завода изготовителя, уровень разработки стали и порядковый номер, присвоенный марке на заводе при ее выпуске. Например, опытные марки стали, выплавленные на металлургическом заводе АО “Электросталь”, обозначают ЭИ или ЭП (Э – электросталь, И – исследовательская, П – пробная) и присваивают им порядковый номер: ЭИ179, ЭП398. При введении в стандарты марки этих сталей обозначают цифрами и буквами, определяющими их химический состав, взамен сокращенного обозначения.

В Германии стали поставляют по DIN 17210, 17211 и др. В обозначениях марок низколегированных сталей сначала указывают в виде числа содержание углерода, умноженное на 100, затем – основные легирующие элементы (их химические символы), далее – числа, соответствующие содержанию элементов, умноженному на коэффициент, указанный в табл. П8.

Таблица П8

Переводные коэффициенты для определения среднего содержания
легирующих элементов по Евронормам

Легирующие элементы	Коэффициент
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W
Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr
N, P, S
B

В обозначении марок высоколегированных сталей (с содержанием хотя бы одного легирующего компонента более 5 %) перед цифрами, соответствующими содержанию углерода, вводится буква “Х”. В этом случае содержание легирующих элементов записывают без учета коэффициента.

Например, Х12Cr – Ni177 – высоколегированная хромоникелевая сталь, содержащая в среднем 0,12 %С, 17% Cr, 7% Ni;

Х5Cr – Ni – Mo1810 – высоколегированная хромоникельмолибденовая сталь, содержащая в среднем 0,05 %С, 18 % Cr, 10 % Ni, > 1% Mo. Примеры аналогов российским маркам стали приведены в табл. П9.

В США стали поставляют по стандартам ASTM A29/A29M, A304, A322 и др. Маркируют четырехзначным числом, к которому иногда добавляют прописные буквы. Первые две цифры характеризуют сталь по основному легирующему элементу (никелевая, никель-хромистая, и т.д.), следующие две цифры обозначают среднее содержание углерода, умноженное на 100. Первое двухзначное число, начинающееся с цифр:

2 – характеризует никельсодержащую сталь (23хх – сталь с Ni ³ 3,5 %; 25хх – сталь с Ni ³ 5 %),

3 – никельхромистую сталь (31хх – Ni ³ 1,25 % и Cr ³ 0,6 %; 32хх– Ni ³ 1,75 % и Cr ³ 1,0 %; 33хх – Ni ³ 3,5 % и Cr менее или равно 1,5 %).

4 – молибденосодержащую сталь (40хх, 44хх, 45хх – молибденовая с Мо = 0,35...0,65 %; 46хх – никельмолибденовая с Ni = 1,8 % и Мо = 0,25 %; 47хх – никельхроммолибденовая с Ni = 1,0 %, Cr = 0,45 % и Мо = 0,25 %; и т.д.).

5 – хромистую,

6 – хромованадиевую,

7 – хромалюминийванадиевую,

8 – никельхроммолибденовую,

9 – кремнистую сталь.

Таблица П9

Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных

сталей в России и Германии

Сталь	Россия	Германия
Хромистая	20Х 35Х	20Cr4 34Cr4
Хромомолибденовая	30ХМ 35ХМ	25CrMo4 34CrMo4
Марганцовистая	40Г 30Г2	40Mn4 28Mn6
Хромомарганцевая	18ХГ	20MnCr5
Хромоникельмолибденовая	38Х2Н2МА (38ХНМА)	36CrNiMo4
Хромоалюминиевая с молибденом	38Х2МЮА (38ХМЮА)	41CrAlMo7

Буквы в обозначении марки могут стоять в начале, конце и середине (между парами цифр). Вначале (перед цифрами) могут быть прописные буквы, характеризующие способ производства стали (например, Е – выплавленные в электропечах), в конце (после цифр часто стоит буква Н, обозначающая прокаливаемость стали, в середине (между парами цифр), буква В указывает на содержание бора: сталь 5120 – хромистая сталь со средним содержанием углерода 0,20 %; 5120Н – та же сталь, но с повышенной прокаливаемостью; 15В21Н – марганцовистая сталь со средним содержанием углерода 0,21 %, содержащая бор, с повышенной прокаливаемостью.

Примеры аналогов конструкционных легированных сталей России и США приведены в табл. П10.

Во Франции стали поставляют по стандартам NF: NF–A35–551, NF–A35–552 и др.

Таблица П10

Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных

сталей в России и США

Сталь	Россия	США
Хромистая	20Х 35Х	5120, 5120Н 5135, 5135Н
Хромомолибденовая	30ХМ 35ХМ	4130, 4130Н 4135, 4135Н
Никельмолибденовая	12Н2М (15НМ) 20Н2М (20НМ)	4615 4620, 4620Н
Хромоникелевая	12Х2Н4А	Е3310
Хромоникельмолибденовая	20ХН2М (20ХМ) 40ХН2Ма (40ХНМА)	4320, 4320Н 4340

Легированные стали общего назначения, содержащие ограниченное количество легирующих элементов и используемые в основном без термической обработки (или после отжига или нормализации) обозначают обычно заглавной буквой “А”, далее указывают минимальное временное сопротивление разрыву (предел прочности) в МПа и затем заглавными буквами – основные легирующие элементы. В случае необходимости за этими буквами указывают содержание легирующих элементов в процентах, умноженное на соответствующее число (коэффициент в табл. П8). После буквы А может стоять буква S, что означает хорошую свариваемость.

Пример: А550М – марганцовистая сталь с минимально гарантированным временным сопротивлением разрыву 550 МПа с Mn ³ 1 %.

Обозначение марки низколегированной стали (содержание любого легирующего элемента менее 5 %), подвергаемой упрочняющей термической обработке, начинается с указания содержания углерода в процентах, умноженного на 100. Затем вводят заглавные буквы, характеризующие основные химические элементы и после них – цифры, указывающие на содержание этих элементов.

Пример: сталь 42CD4 – низколегированная сталь с С = 0,42 %, Cr ³ 1 %, Мо < 1 %.

Обозначение марки высоколегированной стали (содержание хотя бы одного из легирующих элементов превышает 5 %), подвергаемой термической обработке, начинается с буквы Z, цифры характеризуют содержание легирующих элементов. Если содержание легирующего элемента не превышает 10 %, перед цифрой ставят ноль.

Примеры:

сталь Z5CN 18–08 – высоколегированная хромоникелевая сталь с С = 0,05 %, Cr = 18 % и Ni = 8 %;

сталь Z5CNТ 18–08 – высоколегированная хромоникелевая сталь С = 0,08 %, Cr = 18 % и Ni =8 % и Ti< 1 %.

Примеры маркировки аналогов конструкционных легированных сталей в России и Франции приведены в табл. П11.

Таблица П11

Примеры маркировки аналогов конструкционных
легированных сталей в России и Франции

Сталь	Россия	Франция
Хромованадиевая	50ХФА	50CV4
Хромоникелевая	12ХН3А	14NC11
Хромомолибденовая	38ХМ	42CD4
Хромоалюминиевая с молибденом	38ХМЮА	40CAD6-12

В Японии стали поставляют по стандарту JIS: G4051, G4052, G4102, G4103, G4104,G4105, G4106, G4202 и др. Обозначение марки начинается с буквы S, после которой указывают легирующие элементы и затем – цифры.

Легирующие элементы могут обозначаться или общепринятыми символами химических элементов, или одновременно символами и буквами.

Однозначные и двухзначные цифры, а также первая цифра в трехзначном числе в конце марки улучшаемых сталей характеризуют порядковый номер стали в группе, а две последние цифры в трехзначном числе – содержание углерода, умноженном на 100. Буква Н после цифр указывает на особенности прокаливаемости стали этой марки.

В сталях специального назначения (например, для труб) трехзначное число означает минимальное временное сопротивление разрыву (предел прочности) в МПа.

Примеры:

сталь SCr420 – улучшаемая хромистая сталь (4-я группа) с С = 0,20 %;

SCr20Н – то же, но с особенностями прокаливаемости;

SMnC420 – улучшаемая хромомарганцевая сталь (4-я группа) с С = 0,20 %;

SNC631 – улучшаемая хромоникелевая сталь (6-я группа) с С = 0,31 %;

STCxxx – сталь для труб, применяемых в химической промышленности (Т – трубы, С – хром, ххх – значения минимального временного сопротивления разрыву (предела прочности) в МПа).

Некоторые принятые в Японии обозначения отдельных групп легированных конструкционных сталей:

SUPx – сталь для пружин;

SNCx - никельхромистая улучшаемая конструкционная сталь;

SNCMx – никельхромомолибденовая улучшаемая конструкционная сталь;

SACM – хромоалюминиевая с молибденом азотируемая сталь;

SCrx – хромистая улучшаемая конструционная сталь.

Примеры маркировки с молибденом этих сталей в России и Японии приведены в табл. П12.

Таблица П12

Примеры маркировки аналогов конструкционных
легированных сталей в России и Японии

Сталь	Россия	Япония
Хромистая	30Х 40Х	SCr430, SCr430H SCr440, SCr44H
Марганцовистая	30Г2 40Г2	SMn433, SMn433H SMn438,SMn438H
Хромомолибденовая	15ХМ 35ХМ	SCM415, SCM415H SCM435, SCM435H
Хромоникелевая	20ХН2МА (20ХНМ) 40ХН2МА (40ХНМА)	SNCM420, SNCM420H SNCM439
Хромоалюминиевая с молибденом	38Х2МЮА (38ХМЮА)	SACM645

Зарубежные аналоги конструкционных легированных сталей 15Х, 15ХА, 20Х приведены в табл. П13, П14 и П15.

Назначение сталей 15Х, 15ХА, 20Х – для цементуемых деталей, работающих на трение, с повышенной по сравнению с углеродистой сталью прочностью сердцевины (поршневые пальцы и кольца, распределительные и червячные валы, толкатели клапанов, копиры, детали моторов сечением до 30 мм, подвергаемые цементации и цианированию.

Сталь 20Х может применяться так же, как улучшаемая сталь и нитроцементуемая с термоциклированием.

В России прокат из конструкционных легированных сталей 15Х, 15ХА, 20Х маркируется по ГОСТ 4543–71.

Пример условного обозначения:

Прокат горячекатаный, квадратный, со стороной квадрата 36 мм, обычной точности прокатки В по ГОСТ 2591–71, марки 20Х, группы качества поверхности 2, термически обработанный Т:

Таблица П13

Химический состав зарубежных аналогов стали 15Х

Страна	Стандарт	Марка стали	Содержание элементов, %, не более
C Si Mn P S Cr Ni Cu
США	ASTM A29/A29M		0,13–0,18	0,15-0,35	0,7-0,9	0,035	0,04	0,7-0,9	0,25	0,35
Герма-ния	DIN 17210	15Cr3	0,14– 0,20	0,40	0,40-07	0,035	0,035	0,6-0,9	-	-
Япо-ния	JIS G4104	SCr415	0,13– 0,18	0,15-0,35	0,60-08	0,03	0,03	0,9-1,2	-	-

Таблица П14

Химический состав зарубежных аналогов

цементируемой хромистой стали 20Х

Страна	Стандарт	Марка стали	Содержание элементов, %, не более C Si Mn P S Cr Ni Cu
США	ASTM 304	5120H	0,17–0,23	0,15-0,35	0,6-1,0	0,035	0,045	0,6-1,0	0,25	0,35
Германия	DIN 17210	20CrS4	0,17– 0,23	0,40	0,6-09	0,035	0,02	0,9-1,2	-	-
Япо-ния	JIS G4104	SCr420	0,18– 0,23	0,15-0,35	0,60-0,85	0,03	0,03	0,9-1,2	-	-

Таблица П15

Химический состав зарубежных аналогов улучшаемой хромистой стали 20Х

Страна	Стандарт	Марка стали	Содержание элементов, %, не более C Si Mn Р S Cr Ni Cu
США	AISI		0,15–0,20	0,15-0,30	0,7-0,9	0,035	0,04	0,7-0,9	-
США	ASTM A29/A29M		0,17–0,22	0,15-0,35	0,7-0,9	0,035	0,04	0,7-0,9	-	-
США	ASTM A304	5120H	0,17–0,23	0,15-0,35	0,60-1,00	0,035	0,04	0,6-1,0	0,25	0,35