Как определить марку стали: методы и их точность

На склад пришёл металл без бирки, в цеху лежат обрезки неизвестного происхождения, ремонтной службе нужно повторить сломанную деталь, а чертежа нет. Во всех этих случаях встаёт один вопрос: из какой стали это сделано. Определить марку можно по-разному — от быстрых проверок магнитом и искрой до лабораторного химического анализа, — но точность у методов очень разная. Ниже — какие способы существуют, что каждый из них реально может сказать о стали, какие ошибки возникают при «домашней» идентификации и когда без лаборатории не обойтись.

Сначала — документы и маркировка

Самый надёжный способ узнать марку — не определять её, а прочитать. На металлопрокат изготовитель оформляет документ о качестве, где указаны марка, номер плавки, химический состав и механические свойства. На пачках и бухтах есть ярлыки с маркой и номером партии, на торцах крупного сортового проката иногда ставят клеймо или цветную маркировку краской.

Если металл поступил от поставщика, первым делом запросите сертификат на партию по номеру накладной или плавки. Как читать сертификат и на что в нём смотреть — в статье о сертификате качества на металлопрокат.

Методы определения марки: сравнение

Метод	Что показывает	Точность	Где выполняют
Магнит	магнитная или немагнитная сталь	отделяет аустенитную нержавейку от остальных сталей, и то не всегда	на месте
Искровая проба	примерное содержание углерода и наличие некоторых легирующих	грубый ориентир, зависит от опыта	в цеху, на точиле
Твёрдость	состояние металла: отожжён, закалён, нагартован	марку не определяет, но отсекает часть вариантов	в цеху или лаборатории
Спектральный анализ	содержание элементов	высокая, позволяет назвать марку	лаборатория, переносные анализаторы
Химический анализ	точный химический состав	эталонная	аналитическая лаборатория

Проверка магнитом

Углеродистые, легированные конструкционные, инструментальные и хромистые нержавеющие стали магнитятся. Аустенитные нержавеющие стали, такие как 08Х18Н10 и 12Х18Н10Т, в отожжённом состоянии практически не магнитятся. Поэтому магнит помогает быстро отличить, например, нержавейку 304 от 430 или от обычной стали.

Ограничения: аустенитная нержавейка после холодной деформации — гибки, вытяжки, волочения — частично становится магнитной, особенно на сгибах и кромках. Слабое притяжение ещё не значит, что это не нержавейка. Подробно — в статье о том, магнитится ли нержавеющая сталь.

Искровая проба

Метод старый и до сих пор используется в мастерских: образец прижимают к вращающемуся абразивному кругу и смотрят на пучок искр. Цвет, длина и характер искр зависят прежде всего от содержания углерода:

• низкоуглеродистая сталь даёт длинные светлые искры с небольшим количеством разветвлений — «звёздочек»;
• по мере роста содержания углерода искр становится больше, они короче, а разветвлений — гуще; высокоуглеродистая инструментальная сталь даёт плотный пучок с обилием «звёздочек»;
• легирующие элементы меняют картину: одни придают искрам тёмно-красный оттенок и укорачивают пучок, другие подавляют разветвления.

Искровая проба хорошо работает в одном режиме — для сравнения неизвестного образца с эталонами известных марок на том же круге, при том же нажиме и освещении. Определить по ней конкретную марку легированной стали «с нуля» нельзя: это ориентир «больше или меньше углерода», «похоже на быстрорез или нет».

Твёрдость

Измерение твёрдости не скажет марку, но поможет понять, в каком состоянии металл и какие варианты вообще возможны. Если деталь имеет твёрдость около 60 HRC, это закалённая инструментальная или подшипниковая сталь, а не Ст3. Если твёрдость низкая, деталь могла быть отожжена или сделана из малоуглеродистой стали. Методы и таблицы перевода шкал — в статье о твёрдости стали.

Спектральный анализ

Это основной способ точной идентификации марки в промышленности. Образец возбуждают искрой или дугой, и прибор по спектру излучения определяет содержание элементов. Для стали применяют, в частности, метод фотоэлектрического спектрального анализа по ГОСТ 18895 и атомно-эмиссионный спектральный анализ по ГОСТ Р 54153-2010.

Переносные анализаторы позволяют проверить металл прямо на складе или на объекте за несколько минут — так проверяют поступающий прокат, сортируют лом и контролируют пересортицу. Ограничение: распространённые рентгенофлуоресцентные анализаторы углерод не определяют вовсе, а без него нельзя отличить, например, сталь 20 от стали 45. Углерод измеряют искровые оптико-эмиссионные приборы — стационарные или мобильные. Для точного определения углерода нужен стационарный спектрометр или химический анализ.

Химический анализ

Классический химический анализ — самый точный, но и самый долгий метод. Стружку с образца растворяют и определяют содержание каждого элемента по методикам соответствующих стандартов. Этот способ используют при спорах о качестве, для арбитражных проверок и когда нужна документальная гарантия состава.

Как от анализа перейти к марке

1. Получите химический состав — спектральным или химическим анализом;
2. Сравните его с таблицами составов в стандартах на марки: для конструкционных сталей, для легированных, для нержавеющих и других групп;
3. Если состав подходит под несколько марок, учитывайте назначение детали, твёрдость и форму поставки;
4. Для импортных деталей найдите ближайший отечественный аналог — подробно в статье об аналогах марок стали.

Помните, что разные марки могут иметь перекрывающиеся составы, а для ответственных деталей важна ещё и термообработка — её по составу не определить.

Как не допустить пересортицы на складе

Определять марку «с нуля» приходится обычно потому, что металл потерял идентификацию на складе или в цеху. Проще не допускать этого, чем потом анализировать:

• храните металл партиями с ярлыком, где указаны марка, размер и номер партии или плавки;
• маркируйте остатки после резки — краской или маркером на торце, особенно для похожих марок: сталь 20 и 45, 40Х и 40ХН, нержавейки 304 и 321;
• держите документы о качестве в привязке к партии: в учётной системе или в папке по номерам накладных;
• проверяйте входящий металл выборочно спектральным анализатором, если работаете с ответственными изделиями;
• разделяйте хранение нержавеющего и углеродистого проката — это защищает нержавейку и от загрязнения, и от путаницы.

Если нужно определить не сталь, а цветной металл

С цветными металлами быстрые методы работают ещё хуже. Медь отличают по характерному красноватому цвету, латунь — по жёлтому, но бронзы бывают и красноватыми, и золотистыми. Алюминиевые сплавы между собой по внешнему виду и весу не различить. Здесь тоже основной метод — спектральный анализ, а для меди и её сплавов в стандартах на продукцию прописаны собственные методы химического анализа. О том, как отличить медь, латунь и бронзу по признакам и назначению, — в статье о меди, латуни и бронзе.

Что подготовить для лаборатории

• образец с чистой, без покрытия и окалины, плоской площадкой — для спектрального анализа достаточно площадки размером с монету;
• стружку без смазочно-охлаждающей жидкости — для химического анализа;
• информацию о детали: назначение, условия работы, предполагаемая группа марок — это ускоряет и удешевляет анализ;
• образец для твёрдости или саму деталь, если нужно оценить ещё и термообработку.

Типичные ошибки

• считать немагнитный металл обязательно нержавейкой: так же ведут себя алюминий, медь, латунь;
• определять марку легированной стали только по искре;
• определять углеродистую сталь рентгенофлуоресцентным анализатором, который углерод не видит;
• считать, что одинаковый состав означает одинаковые свойства, — не учитывая термообработку;
• заказывать новую деталь «по образцу» без анализа материала, если деталь ответственная.

Миф: марку стали можно точно определить по искре или магниту. Магнит отличает лишь магнитные стали от немагнитных, да и аустенитная нержавейка после холодной деформации частично магнитится. Искровая проба даёт ориентир по содержанию углерода и наличию некоторых легирующих элементов, но только при сравнении с эталонами известных марок. Точную марку называют по химическому составу, который определяют спектральным или химическим анализом.

Частые вопросы

Как определить марку стали без лаборатории?

Точно — никак. Магнит, искра и твёрдость дают ориентиры: магнитная сталь или нет, много или мало углерода, закалена ли деталь. Для точной марки нужен спектральный или химический анализ.

Можно ли определить марку по искре?

Приблизительно — содержание углерода и наличие некоторых легирующих элементов, и лучше всего при сравнении с образцами известных марок. Конкретную легированную марку по искре не определить.

Как отличить нержавейку от обычной стали?

Аустенитная нержавейка, например 08Х18Н10 и 12Х18Н10Т, в отожжённом состоянии почти не магнитится. Хромистые нержавеющие стали магнитятся, их отличают по составу.

Чем спектральный анализ лучше химического?

Он быстрее и не требует растворения пробы, переносные приборы работают прямо на складе. Химический анализ точнее и используется как эталонный.

Как узнать марку стали детали, чтобы заказать новую?

Сделайте спектральный или химический анализ материала и измерьте твёрдость. По составу подбирают марку, по твёрдости — режим термообработки новой детали.

Как отличить сталь 20 от стали 45?

Магнитом и на глаз — никак. Искровая проба покажет, что у стали 45 искр и разветвлений больше, но надёжно различить марки можно только по содержанию углерода, определённому оптико-эмиссионным спектральным или химическим анализом.

Где посмотреть марку купленного проката?

В документе о качестве изготовителя — по номеру партии или плавки. Его запрашивают у поставщика.

Искра: марку стали надёжнее всего прочитать в документе о качестве; без него магнит отличит лишь магнитные стали от немагнитных, искровая проба даст ориентир по углероду и легированию при сравнении с эталонами, твёрдость покажет состояние металла; точную марку называют по химическому составу, определённому спектральным анализом — по ГОСТ 18895 или ГОСТ Р 54153-2010 — или химическим анализом, а затем сравнивают состав с таблицами стандартов на марки.

Практика МТМ: весь металл на нашем складе в Санкт-Петербурге поставляется с документами изготовителя на партию, где указаны марка, плавка и химический состав. Если нужно повторить деталь по образцу, изготовим её на токарной и фрезерной обработке и выполним термообработку до нужной твёрдости. Пришлите образец или эскиз — подберём марку и рассчитаем стоимость. Через форму на сайте или по телефону +7 (812) 409-45-58.