4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ БЫСТРОРЕЖУЩИЕ СТАЛИ
Быстрорежущие стали характеризуются повышенной красностойкостью (600–650 °С) и являются наиболее распространенным инструментальным материалом. Приблизительно 70 % всех металлорежущих инструментов выполняется из быстрорежущих сталей.
Марки, химический состав и технические требования к быстрорежущим сталям регламентированы ГОСТ 19265–73. Химический состав основных марок быстрорежущих сталей приведен в табл. I.3.
Мы проконсультируем вас по любым вопросам!
Есть вопрос?
Наши услуги
Любому специалисту, имеющему дело с металлом, знакомо понятие «марки стали». Расшифровка маркировки стальных сплавов дает возможность получить представление об их химическом составе и физических характеристиках. Разобраться в данной маркировке, несмотря на ее кажущуюся сложность, достаточно просто – важно только знать, по какому принципу она составляется.
Редкое производство обходится без стали, поэтому разбираться в его марках крайне важно
Обозначают сплав буквами и цифрами, по которым можно точно определить, какие химические элементы в нем содержатся и в каком количестве. Зная это, а также то, как каждый из таких элементов может влиять на готовый сплав, можно с высокой степенью вероятности определить, какие именно технические характеристики свойственны определенной марке стали.
Химический состав
Химический состав, % (ГОСТ 19281-2014)
| C, не более | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | V | других элементов |
| не более | |||||||||
| 0,12-0,18 | 0,40-0,70 | 0,40-0,70 | 0,030 | 0,035 | 0,60-0,90 | 0,30-0,60 | 0,20-0,40 | не более 0,12 | — |
Виды сталей и особенности их маркировки
Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, при этом содержание последнего в ней составляет не более 2,14%. Углерод придает сплаву твердость, но при его избытке металл становится слишком хрупким.
Одним из важнейших параметров, по которому стали делят на различные классы, является химический состав. Среди сталей по данному критерию выделяют легированные и углеродистые, последние подразделяются на мало- (углерода до 0,25%), средне- (0,25–0,6%) и высокоуглеродистые (в них содержится больше 0,6% углерода).
Разновидности сталей
Включая в состав стали легирующие элементы, ей можно придать требуемые характеристики. Именно таким образом, комбинируя вид и количественное содержание добавок, получают марки, обладающие улучшенными механическими свойствами, коррозионной устойчивостью, магнитными и электрическими характеристиками. Конечно, улучшать характеристики сталей можно и при помощи термообработки, но легирующие добавки позволяют делать это более эффективно.
По количественному составу легирующих элементов различают низко-, средне- и высоколегированные сплавы. В первых легирующих элементов не более 2,5%, в среднелегированных – 2,5–10%, в высоколегированных – более 10%.
Классификация сталей осуществляется и по их назначению. Так, выделяют инструментальные и конструкционные виды, марки, отличающиеся особыми физическими свойствами. Инструментальные виды используются для производства штамповых, мерительных, а также режущих инструментов, конструкционные – для выпуска продукции, применяемой в строительстве и сфере машиностроения. Из сплавов, отличающихся особыми физическими свойствами (также называемых прецизионными), изготавливают изделия, которые должны обладать особыми характеристиками (магнитными, прочностными и др.).
Классификация сталей по назначению
Стали противопоставляются друг другу и по особым химическим свойствам. К сплавам данной группы относятся нержавеющие, окалиностойкие, жаропрочные и др. Что характерно, нержавеющие стали могут быть коррозионностойкими и нержавеющими пищевыми – это разные категории.
Кроме полезных элементов, сталь включает и вредные примеси, к основным из которых относятся сера и фосфор. В ней также находятся газы в несвязанном состоянии (кислород и азот), что негативно отражается на ее характеристиках.
Если рассматривать основные вредные примеси, то фосфор увеличивает хрупкость сплава, особенно сильно проявляющуюся при низких температурах (так называемая хладноломкость), а сера вызывает появление трещин в металле, нагретом до высокой температуры (красноломкость). Фосфор, ко всему прочему, значительно уменьшает пластичность нагретого металла. По количественному содержанию этих двух элементов выделяют стали обыкновенного качества (не более 0,06–0,07% серы и фосфора), качественные (до 0,035%), высококачественные (до 0,025%) и особовысококачественные (сера – до 0,015%, фосфор – до 0,02%).
Маркировка сталей также указывает на то, в какой степени из их состава удален кислород. По уровню раскисления выделяют стали:
- спокойного типа, обозначаемые буквосочетанием «СП»;
- полуспокойные – «ПС»;
- кипящие – «КП».
Обработка стали 15ХСНД
Сталь 15ХСНД хорошо обрабатывается всеми способами, это один из главных плюсов материала, обеспечивающий ему неизменную широкую популярность во всем мире. Ковка начинается при температуре 1180С, заканчивается при 840С. Резка осуществляется после процедур нормализации и отпуска, с помощью станочного оборудования, желательно – плазменных станков для максимальной точности. Из стали 15ХСНД изготавливают холоднокатаные тонкие листы, допускается гибка и холодная штамповка. Металл сваривается без ограничений, термообработка не требуется ни до, ни после сварочных работ. Сталь можно закаливать при температуре 900С в воде, после чего подвергать отпуску.
О чем говорит маркировка сталей
Расшифровать марку стали довольно просто, необходимо только владеть определенными сведениями. Конструкционные стали, обладающие обыкновенным качеством и не содержащие легирующих элементов, маркируют буквосочетанием «Ст». По цифре, идущей после букв в названии марки, можно определить, сколько в таком сплаве углерода (исчисляется в десятых долях процента). За цифрами могут идти буквы «КП»: по ним становится ясно, что данный сплав не до конца прошел процесс раскисления в печи, соответственно, он относится к категории кипящего. Если название марки не содержит таких букв, то сталь соответствует категории спокойной.
Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества
Конструкционная нелегированная сталь, относящаяся к категории качественных, имеет в своем обозначении две цифры, по ним определяют среднее содержание в ней углерода (исчисляется в сотых долях процента).
Прежде чем приступить к рассмотрению марок тех сталей, которые включают легирующие добавки, следует разобраться в том, как данные добавки обозначаются. Маркировка легированных сталей может включать такие буквенные обозначения:
Список используемых легирующих добавок
Поставка 15кп
Поставляется в виде сортового проката, в том числе и фасонного по регламенту ГОСТ 2590-2006 Прокат стальной горячекатаный круглый, ГОСТ 2591-2006 Прокат стальной горячекатаный квадратный, ГОСТ 1133-71 Сталь кованная круглая и квадратная, ГОСТ 19771-93 Уголки стальные гнутые равнополочные, ГОСТ 8509-93 Уголоки стальные горячекатаные равнополочные, ГОСТ 8510-86 Уголки стальные горячекатаные неравнополочные, ГОСТ 103-2006 Прокат сортовой стальной горячекатаный полосовой, ГОСТ 503-81 Лента холоднокатаная из низкоуглеродистой стали, ГОСТ 103-76 Полоса стальная горячекатаная, ГОСТ 82-70 Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный, ГОСТ 3282-74 Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения, ГОСТ 17305-71 Проволока из углеродистой конструкционной стали, ГОСТ 3262-75 Трубы стальные водогазопроводные.
| Сортовой и фасонный прокат | ГОСТ 1133-71; ГОСТ 8283-93; ГОСТ 8282-83; ГОСТ 8281-80; ГОСТ 8278-83; ГОСТ 2879-2006; ГОСТ 2591-2006; ГОСТ 2590-2006; ГОСТ 19771-93; ГОСТ 9234-74; ГОСТ 10551-75; ГОСТ 11474-76; |
| Листы и полосы | ГОСТ 14918-80; ГОСТ 103-2006; ГОСТ 6765-75; ГОСТ 16523-97; ГОСТ 82-70; ГОСТ 19903-74; ГОСТ 19904-90; |
| Сортовой и фасонный прокат | ГОСТ 1050-88; ГОСТ 8560-78; ГОСТ 1051-73; ГОСТ 8559-75; ГОСТ 10702-78; ГОСТ 7417-75; ГОСТ 14955-77; |
| Листы и полосы | ГОСТ 1577-93; ГОСТ 4405-75; ГОСТ 4041-71; |
| Ленты | ГОСТ 19851-74; ГОСТ 1530-78; ГОСТ 10234-77; |
| Трубы стальные и соединительные части к ним | ГОСТ 10704-91; ГОСТ 10705-80; ГОСТ 10707-80; ГОСТ 3262-75; |
| Классификация, номенклатура и общие нормы | ГОСТ 2771-81; |
| Проволока стальная низкоуглеродистая | ГОСТ 5663-79; ГОСТ 792-67; ГОСТ 1526-81; |
| Проволока стальная средне- и высокоуглеродистая | ГОСТ 9850-72; ГОСТ 17305-91; ГОСТ 7372-79; ГОСТ 26366-84; ГОСТ 3920-70; |
Обозначение сталей с легирующими элементами
Как сказано выше, классификация сталей с легирующими элементами включает несколько категорий. Маркировка легированных сталей составляется по определенным правилам, знание которых позволяет достаточно просто определить категорию конкретного сплава и основную область его применения. В начальной части названий таких марок находятся цифры (две или одна), показывающие содержание углерода. Две цифры указывают на его среднее содержание в сплаве в сотых долях процента, а одна – в десятых. Есть и стали, не имеющие в начале названия марки цифр. Это означает, что углерод в этих сплавах содержится в пределах 1%.
Пример маркировки легированной стали
Буквы, которые можно увидеть за первыми цифрами названия марки, указывают на то, из чего состоит данный сплав. За буквами, дающими информацию о том или ином элементе в его составе, могут стоять или не стоять цифры. Если цифра есть, то по ней определяется (в целых процентах) среднее содержание указанного буквой элемента в составе сплава, а если цифры нет, значит, данный элемент содержится в пределах от 1 до 1,5%.
В конце маркировки отдельных видов сталей может стоять буква «А». Это говорит о том, что перед нами высококачественная сталь. К таким маркам могут относиться и углеродистые стали, и сплавы с легирующими добавками в своем составе. Согласно классификации, к данной категории сталей причисляются те, в которых сера и фосфор составляют не более 0,03%.
Заменители отечественного и иностранного производства
Сталь 15ХСНД популярна на рынке и имеет много аналогов, как в России, так и за рубежом. При необходимости замены, выбирается сталь, точно или приблизительно соответствующая исходной по эксплуатационным характеристикам. В России есть, по меньшей мере, пять марок, подходящих на роль заменителя для сплава 15ХСНД. Подробную информацию о точных и приблизительных аналогах смотрите в таблицах ниже.
| Марка металлопроката | Заменитель |
| 15ХСНД | 14ХГС |
| 14СНД | |
| 15ГФ | |
| 16Г2АФ | |
| 16ГС |
Иностранные аналоги
| Европа (EN) | 1.0562, 1.0565, 1.0566, 1.1106 |
| Германия (DIN) | StE 355, WStE 355, TStE 355, EStE 355 |
| США (ASTM) | A 633 Gr.C, A 588 |
| Франция (AFNOR) | E 355 R/FP |
| Швеция (SIS) | 2132 |
| Япония (JIS) | QLA 37 |
| Италия (UNI) | Fe E 355 KG, Fe E 355 KW, Fe E 355 KT |
| Испания (UNE) | A 355 KG; DD AE 355 KW, AE 355 KT |
Примеры маркировки сталей различных видов
Определение марки стали и причисление сплава к определенному виду – это задача, которая не должна вызывать никаких проблем у специалиста. Не всегда под рукой есть таблица, в которой дается расшифровка названий марок, но разобраться с этим помогут примеры, которые приведены ниже.
Содержание элементов в распространенных марках стали (нажмите для увеличения)
Конструкционные стали, не содержащие легирующих элементов, обозначаются буквосочетанием «Ст». Цифры, стоящие следом, – это содержание углерода, исчисляемое в сотых долях процента. Несколько иначе маркируются низколегированные конструкционные стали. К примеру, в стали марки 09Г2С 0,09% углерода, а легирующие добавки (марганец, кремний и др.) содержатся в ней в пределах 2,5%. Очень похожие по своей маркировке 10ХСНД и 15ХСНД отличаются разным количеством углерода, а доля каждого легирующего элемента в них составляет не больше 1%. Именно поэтому после букв, обозначающих каждый легирующий элемент в таком сплаве, не стоит никаких цифр.
20Х, 30Х, 40Х и др. – так маркируются конструкционные легированные стали, преобладающим легирующим элементом в них является хром. Цифра в начале такой марки – это содержание углерода в рассматриваемом сплаве, исчисляемое в сотых долях процента. За буквенным обозначением каждого легирующего элемента может быть проставлена цифра, по которой и определяют его количественное содержание в сплаве. Если ее нет, то указанного элемента в стали содержится не больше 1,5%.
Можно рассмотреть пример обозначения хромокремнемарганцевой стали 30ХГСА. Она, согласно маркировке, состоит из углерода (0,3%), марганца, кремния, а также хрома. Каждого из данных элементов в ней содержится в границах 0,8–1,1%.
Механические свойства
| ГОСТ | Состояние поставки | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5(δ4), % |
| не менее | |||||
| ГОСТ 19281-89 | Сортовой и фасонный прокат | От 5 до 10 | 345 | 490 | 21 |
| От 10 до 32 вкл. | 325 | 470 | 21 | ||
| Лист и полоса в состоянии поставки (образцы поперечные) | До 32 вкл. | 345 | 490 | 21 | |
| ГОСТ 17066-94 | Лист горячекатаный | От 2 до 3,9 вкл. | — | 490 | (17) |
Механические свойства при испытании на растяжение (ГОСТ 19281-2014)
| Класс прочности | Размеры проката по сечению, мм | Марка стали | Механические свойства, не менее | ||
| Предел текучести σт, Н/мм2, | Временное сопротивление σв, Н/мм2, | Относительное удлинение δ5, % | |||
| 325 | До 60,0 включ. Св. 60,0 до 140,0 | 15ХСНД | 325 | 450 | 21 |
| 345 | До 20,2 включ. Св. 20,2 до 140,0 | 345 | 480 | ||
| До 32,0 включ. Св. 32,0 до 50,0 | 490 | ||||
Механические свойства (ГОСТ 6713-91)
| Марка стали | Толщина проката, мм | Механические свойства при растяжении | Ударная вязкость KCU(a1), Дж/см2(кгс*м/см2), для проката категорий, при температуре, °С | Испытание на изгиб в холодном состоянии до параллельности сторон | |||||||
| Временное сопротивление σв, Н/мм2(кгс/мм2) | Предел текучести σт, Н/мм2(кгс/мм2) | Относительное удлинение δ5, % | 1 | 2 | 3 | 1 и 2 | 3 | ||||
| -40 | -60 | -70 | +20 | -20 | 1 | 2 и 3 | |||||
| после механического старения | |||||||||||
| не менее | |||||||||||
| 15ХСНД | 8-32 | 490-685 (50-70) | 345 (35) | 21 | 29 (3,0) | 29 (3,0) | 29 (3,0) | 29 (3,0) | 29 (3,0) | d = 2a | d = 1,5a |
| 33-50 | 470-670 (48-68) | 335 (34) | 19 | — | 29 (3,0) | 29 (3,0) | 29 (3,0) | 29 (3,0) | d = 2a | d = 1,5a | |
Ударная вязкость KC (ГОСТ 19281-89)
| Состояние поставки | Сечение, мм | КСU, Дж/см2 при температуре, °С | |
| -40 | 70 | ||
| КСV | |||
| Сортовой прокат | От 5 до 10 | 39 | 34 |
| От 10 до 20 вкл. | 29 | 29 | |
| Св. 20 до 32 вкл. | 29 | — | |
| КСU | |||
| Лист и полоса (образцы поперечные) | От 5 до 10 | 39 | 29 |
| От 10 до 32 вкл. | 29 | 29 | |
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % |
| 20 | 370 | 620 | 20 |
| 200 | 370 | 590 | 610 |
| 300 | 360 | 610 | 11 |
| 400 | 375 | 590 | 14 |
| 500 | 300 | 365 | 17 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Лист нормализованный.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ10, % | ψ, % | КСU, Дж/см2 | Твердость HB |
| 200 | 1220 | 1450 | 10 | 56 | 78 | 425 |
| 300 | 1160 | 1370 | 10 | 57 | — | 410 |
| 400 | 1080 | 1170 | 11 | 58 | 78 | 360 |
| 500 | 840 | 930 | 15 | 62 | 118 | 275 |
| 600 | 640 | 740 | 20 | 68 | 176 | 220 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка c 900°С в воде.
Предел выносливости (n=107)
| Состояние поставки | σ-1, МПа | τ-1, МПа |
| Образцы без надреза [2], σв=490-560 МПа [1] | 304 | 157 |
Как расшифровать маркировку сталей?
Чтобы расшифровка обозначения различных видов сталей не вызывала затруднений, следует хорошо знать, какими они бывают. Отдельные категории сталей имеют особенную маркировку. Их принято обозначать определенными буквами, что позволяет сразу понять и назначение рассматриваемого металла, и его ориентировочный состав. Рассмотрим некоторые из таких марок и разберемся в их обозначении.
Свойства и назначение конструкционных легированных сталей
Конструкционные стали, специально предназначенные для изготовления подшипников, можно узнать по букве «Ш», данная литера ставится в самом начале их маркировки. После нее в названии марки идет буквенное обозначение соответствующих легирующих добавок, а также цифры, по которым узнают количественное содержание этих добавок. Так, в сталях марок ШХ4 и ШХ15, кроме железа с углеродом, содержится хром в количестве 0,4 и 1,5%, соответственно.
Буквой «К», которая стоит после первых цифр в названии марки, сообщающих о количественном содержании углерода, обозначают конструкционные нелегированные стали, используемые для производства сосудов и паровых котлов, работающих под высоким давлением (20К, 22К и др.).
Качественные легированные стали, которые обладают улучшенными литейными свойствами, можно узнать по букве «Л», стоящей в самом конце маркировки (35ХМЛ, 40ХЛ и др.).
Некоторую сложность, если не знать особенностей маркировки, может вызвать расшифровка марок строительной стали. Сплавы данной категории обозначают буквой «С», которую ставят в самом начале. Цифры, следующие за ней, указывают на минимальный предел текучести. В таких марках также используются дополнительные буквенные обозначения:
- литера Т – термоупрочненный прокат;
- буква К – сталь, отличающаяся повышенной коррозионной устойчивостью;
- литера Д – сплав, характеризующийся повышенным содержанием меди (С345Т, С390К и др.).
Нелегированные стали, относящиеся к категории инструментальных, обозначают буквой «У», она проставляется в начале их маркировки. Цифра, идущая за данной буквой, выражает количественное содержание углерода в рассматриваемом сплаве. Стали данной категории могут быть качественными и высококачественными (их можно определить по букве «А», она проставляется в конце названия марки). В их маркировке может содержаться буква «Г», что означает повышенное содержание марганца (У7, У8, У8А, У8ГА и др.).
Инструментальные стали, содержащие легирующие элементы в своем составе, маркируются аналогично с легированными конструкционными (ХВГ, 9ХВГ и др.).
Состав легированных инструментальных сталей (%)
Маркировка тех сталей, которые входят в категорию быстрорежущих, начинается с буквы «Р», за которой идут цифры, указывающие на количественное содержание вольфрама. В остальном марки таких сплавов называются по стандартному принципу: буквы, обозначающие элемент, и, соответственно, цифры, отражающие его количественное содержание. В обозначении таких сталей не указывается хром, так как его стандартное содержание в них составляет около 4%, а также углерод, количество которого пропорционально содержанию ванадия. Если количество ванадия превышает 2,5%, то его буквенное обозначение и количественное содержание проставляют в самом конце маркировки (З9, Р18, Р6М5Ф3 и др.).
Влияние некоторых добавок на свойства стали
По-особому маркируются нелегированные стали, относящиеся к категории электротехнических (их еще часто называют чистым техническим железом). Невысокое электрическое сопротивление таких металлов обеспечивается за счет того, что их состав характеризуется минимальным содержанием углерода – менее 0,04%. В обозначении марок таких сталей нет букв, только цифры: 10880, 20880 и др. Первая цифра указывает на классификацию по типу обработки: горячекатаная или кованная – 1, калиброванная – 2. Вторая цифра связана с категорией коэффициента старения: 0 – ненормируемый, 1 – нормируемый. Третья цифра указывает на группу, к которой данная сталь относится по нормируемой характеристике, принятой за основную. По четвертой и пятой цифрам определяется само значение нормируемой характеристики.
Принципы, по которым осуществляется обозначение стальных сплавов, были разработаны еще в советский период, но и по сей день успешно используются не только в России, но также в странах СНГ. Обладая сведениями о той или иной марке стали, можно не только определять ее химический состав, но и эффективно подбирать металлы с требуемыми характеристиками.
Разбираться в данном вопросе важно как специалистам, разрабатывающим и проектирующим различные конструкции из металла, так и тем, кто часто работает с различными сталями и занимается изготовлением из них деталей разного назначения.
Классификация материала и применение марки Р12
Р12 относят к быстрорежущим сталям. Быстрорежущие стали – легированные сплавы, предназначенные главным образом для изготовления металлорежущего инструмента, работающего при высоких скоростях резания.
Р12 благодаря своим положительным свойствам активно применяется в ножевом производстве. Такие режущие инструменты обладают всеми необходимыми характеристиками. Благодаря высокой устойчивости поверхности к внешним нагрузкам они без проблем перерезают толстые канаты, древесину, кости и т. д.
Они могут справиться со стальной пластиной толщиной в несколько мм.
Нож из Р12 даже при интенсивном использовании долгое время удерживает заточку, однако стоит учитывать, что ввиду высоких прочностных качеств он с трудом поддаётся заточке, особенно в домашних условиях.
Сталь Р12М широко применяется и в промышленности. Самый яркий пример – это изготовление свёрл самых разных назначений: от дерева до сверхпрочных металлов. Из них же делают зенковки, коронки, конические машинные развёртки, буры, резцы долбёжные, полотна ножовочные и т. п.
Сталь Р12М широко применяется в промышленности.
Минусы
Основной минус Р12 – это повышенная хрупкость, которая несколько ограничивает применение этого сплава.
Помимо повышенной хрупкости, рассматриваемый металл имеет и другие незначительные минусы, которые полностью перекрываются его достоинствами:
- довольно высокая стоимость конечных изделий;
- процесс производства сложный технически и дорогостоящий;
- меньшая вязкость по сравнению с инструментальными сталями.
Итак, Р12 сталь занимает собственную нишу, несмотря на повышенную конкуренцию. Всё это обеспечивает её характеристика: отличная вязкость, длительный эксплуатационный период, прочность и прочее. Ножи из этого материала долго остаются в своём первоначальном виде, но они могут сломаться из-за высоких показателей хрупкости. Осторожная эксплуатация и тщательный уход – то, что позволит подобным изделиям служить верой и правдой своему владельцу долгое время.
Минус Р12 – это повышенная хрупкость.
