Как расшифровать марку стали: 12Х18Н10Т и 40ХН2МА

Дано: марки 12Х18Н10Т и 40ХН2МА. Найти: что означает каждая цифра и буква, сколько в сталях углерода и легирующих элементов, какова масса хрома и никеля в 1 т стали 12Х18Н10Т.

Марку читают слева направо: начальное число - углерод в сотых долях процента, заглавная русская буква - легирующий элемент, число за буквой - его содержание в целых процентах. Ответ: 12Х18Н10Т содержит 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля и не менее 0,6 % титана, в тонне такой стали 180 кг хрома и 100 кг никеля; 40ХН2МА содержит 0,40 % углерода, около 1 % хрома, около 2 % никеля и молибден, а буква А в конце означает высокое качество. Калькулятор сверху пересчитывает состав и массы для любой марки и любой массы партии.

Решение по шагам

Дано. Марка 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632 (коррозионностойкие и жаропрочные стали), марка 40ХН2МА по ГОСТ 4543 (конструкционные легированные стали), масса партии $M = 1$ т $= 1000$ кг.

Найти. Значение каждого символа обеих марок, содержание элементов в процентах и массу хрома и никеля в тонне стали 12Х18Н10Т.

Шаг 1. Разбиваем 12Х18Н10Т на позиции. Марка распадается на группы «буква + число», а первое число стоит без буквы и всегда относится к углероду:

Буква Т стоит без числа, значит титана меньше процента: он введён не для прочности, а для связывания углерода в карбиды TiC. Такую сталь называют стабилизированной: титан защищает её от межкристаллитной коррозии нержавеющей стали после сварки.

Шаг 2. Переводим проценты в массу. Массовая доля переводится в массу элемента в партии по прямой пропорции:

$$m_i = \frac{w_i}{100} \cdot M,$$

где $w_i$ - содержание элемента в процентах, $M$ - масса партии. Подставляем числа для тонны стали:

$$\begin{aligned} m_{\mathrm{Cr}} &= \frac{18}{100} \cdot 1000 = 180 \text{ кг}, \\ m_{\mathrm{Ni}} &= \frac{10}{100} \cdot 1000 = 100 \text{ кг}, \\ m_{\mathrm{C}} &= \frac{0{,}12}{100} \cdot 1000 = 1{,}2 \text{ кг}, \\ m_{\mathrm{Ti}} &= \frac{0{,}6}{100} \cdot 1000 = 6 \text{ кг}. \end{aligned}$$

По стандарту в стали есть ещё марганец до 2 % и кремний до 0,8 %: в марку их не выносят, это остаток от раскисления, а не легирование. При типичных 1,5 % и 0,8 % это 15 кг и 8 кг. Сумма всех элементов равна 310,2 кг, на железо остаётся $1000 - 310{,}2 = 689{,}8$ кг, то есть 68,98 % массы. Почти треть тонны нержавейки - хром с никелем, отсюда и её цена.

Шаг 3. Читаем 40ХН2МА. Здесь марка длиннее, но алгоритм тот же: первое число - углерод, дальше пары «буква плюс необязательное число», в конце служебная буква качества.

Буква А стоит в конце и легирующим элементом не является: она говорит о чистоте металла по сере и фосфору. В середине марки та же А означала бы азот, и это самая частая путаница в таких задачах.

Шаг 4. Уточняем состав по таблице стандарта. Числа в марке округлены, а точные пределы даёт ГОСТ 4543. Для 40ХН2МА они такие: углерод 0,37-0,44 %, кремний 0,17-0,37 %, марганец 0,50-0,80 %, хром 0,60-0,90 %, никель 1,25-1,65 %, молибден 0,15-0,25 %. Видно, что «около 2 %» никеля на деле означает 1,45 %, а «около 1 %» молибдена - всего 0,20 %. Марка даёт оценку, таблица - цифру.

Массы по серединам диапазонов для той же тонны: углерод 4,0 кг, кремний 2,7 кг, марганец 6,5 кг, хром 7,5 кг, никель 14,5 кг, молибден 2,0 кг. В сумме 37,2 кг, железа $1000 - 37{,}2 = 962{,}8$ кг. Сумма легирующих $0{,}75 + 1{,}45 + 0{,}20 = 2{,}4$ % не дотягивает до порога 2,5 %, значит сталь низколегированная, тогда как у 12Х18Н10Т та же сумма равна 30,1 % - высоколегированная.

Шаг 5. Проверяем расшифровку расчётом. Для 12Х18Н10Т работает правило стабилизации: титана должно быть не меньше пятикратного углерода, $\mathrm{Ti} \ge 5C = 5 \cdot 0{,}12 = 0{,}60$ %. Значение 0,6 % из шага 1 получено из первой же цифры марки.

Для 40ХН2МА проверкой служит углеродный эквивалент, по которому судят о свариваемости:

$$C_{\text{э}} = \mathrm{C} + \frac{\mathrm{Mn}}{6} + \frac{\mathrm{Cr} + \mathrm{Mo} + \mathrm{V}}{5} + \frac{\mathrm{Ni} + \mathrm{Cu}}{15} = 0{,}40 + \frac{0{,}65}{6} + \frac{0{,}95}{5} + \frac{1{,}45}{15} \approx 0{,}80.$$

Порог хорошей свариваемости - 0,45, здесь почти вдвое больше: сталь варят только с подогревом и отпуском. Расшифровка марки сразу дала технологический вывод.

Ответ. 12Х18Н10Т: 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля, не менее 0,60 % титана; в 1 т стали 180 кг хрома и 100 кг никеля. 40ХН2МА: 0,40 % углерода, 0,75 % хрома, 1,45 % никеля, 0,20 % молибдена, высококачественная по сере и фосфору.

Откуда берутся правила чтения марки

Маркировка построена как компактная запись химического состава. Углерод в конструкционных сталях лежит в диапазоне 0,05-0,60 %, писать дробь неудобно, поэтому его умножают на сто: 0,40 % превращается в 40. Легирующих элементов уже целые проценты, их и пишут числом после буквы.

Отсутствие цифры после буквы - не ноль, а сокращение: элемента примерно 1-1,5 %, и его роль вспомогательная. Именно поэтому Х в 40ХН2МА читается как «около 1 % хрома», а не как «хрома нет». Полная таблица соответствия букв и элементов разобрана в статье про обозначение легирующих элементов в марках стали и здесь не повторяется: для решения задачи достаточно кодов Х, Н, М и Т.

Служебные символы стоят по краям марки: в конце А или Ш говорят о качестве и способе выплавки, в начале Р, Ш, А задают назначение стали. Всё, что между краями, - состав.

Когда правило чтения даёт осечку

Три случая, в которых прямой перевод «число делим на сто» приводит к неверному ответу.

Первый - инструментальные стали: углерод в них указывают в десятых долях процента, и в марке 9ХС девятка означает 0,9 %, а не 0,09 %. Если цифры в начале нет вовсе (ХВГ, Х12М), углерода около процента и больше.

Второй - нержавеющие стали по ГОСТ 5632: начальное число там не среднее содержание, а верхний предел. Запись 12Х18Н10Т значит «углерода не более 0,12 %», а марка 08Х18Н10 при том же хроме и никеле держит его не выше 0,08 %.

Третий - углеродистые стали без легирования: у марок вида Ст3 цифра означает условный номер группы, а не процент. Эта система разобрана в материале про маркировку углеродистых конструкционных сталей, а связь углерода с прочностью - в статье про влияние углерода на свойства стали.

Частые ошибки

• Читают начальное число как целые проценты: «12Х18Н10Т - это 12 % углерода». Столько углерода не бывает даже в чугуне; речь о сотых долях, то есть 0,12 %.
• Принимают число после буквы за углерод. В Х18 восемнадцать относится к хрому, у которого стоит буква, а углерод остался в начале марки.
• Считают отсутствие цифры нулём: в 40ХН2МА хрома и молибдена не «ноль», а около 1 % и 0,2 %.
• Путают М и Г: молибден кодируется буквой М, марганец - буквой Г. Прочитанный как марганец молибден меняет вывод о теплостойкости стали.
• Принимают округление марки за точное значение. Н2 обещает 2 % никеля, а ГОСТ 4543 даёт 1,25-1,65 %: для расчёта массы нужен диапазон стандарта.
• Забывают про марганец и кремний при подсчёте железа: в марке их нет, но в стали они есть, и на тонне это лишние 20-25 кг.

FAQ

Что означает буква Т в конце марки 12Х18Н10Т? Титан, введённый для стабилизации. Цифры после буквы нет, значит содержание меньше процента: по стандарту от $5C$ до 0,7 %, при углероде 0,12 % это от 0,60 %. Титан связывает углерод в карбиды TiC и не даёт хрому уходить в карбиды по границам зёрен.

Сколько углерода в стали 40ХН2МА? Около 0,40 %: первое число марки делится на сто. Точные пределы по ГОСТ 4543 - от 0,37 до 0,44 %. Это среднеуглеродистая сталь, её улучшают закалкой с высоким отпуском.

Чем 12Х18Н10Т отличается от 08Х18Н10? Хрома и никеля поровну, отличий два: в 08Х18Н10 углерода не более 0,08 % против 0,12 %, и в ней нет титана. С межкристаллитной коррозией они борются по-разному: одна связывает углерод титаном, другая снижает его содержание.

Что значит буква А в конце марки стали? Высококачественная сталь: серы и фосфора не более 0,025 % каждого. В середине марки та же буква означает азот, поэтому смотреть надо на позицию.

Коротко

1. Начальное число марки - углерод в сотых долях процента: 12 значит 0,12 %, 40 значит 0,40 %; у инструментальных сталей это десятые доли.
2. Заглавная русская буква - легирующий элемент, число сразу за ней - его содержание в целых процентах. Нет числа - элемента около 1-1,5 %.
3. Буква А в конце марки означает высокое качество по сере и фосфору, в середине - азот.
4. Масса элемента в партии - $m_i = w_i M / 100$: в тонне стали 12Х18Н10Т это 180 кг хрома, 100 кг никеля, 6 кг титана и 1,2 кг углерода.
5. Ответ: 12Х18Н10Т - высоколегированная нержавеющая сталь (0,12 % C, 18 % Cr, 10 % Ni, титан от 0,60 %); 40ХН2МА - низколегированная высококачественная конструкционная (0,40 % C, 0,75 % Cr, 1,45 % Ni, 0,20 % Mo).