Загрузка...Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?
Виды и марки стали
Сталь. Виды и марки стали. Их применение.
Сталь — это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.
Наиболее общая характеристика — по химическому составу сталь различают:
углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.
легированную сталь — добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.
По способу производства и содержанию примесей сталь различается:
сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) — соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.
качественная сталь ( углеродистая или легированная ) — ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % — 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.
Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.
Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)
Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.
высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.
Также сталь делится по применению :
а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.
Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)
Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.
Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).
б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050
Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.
Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,
Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),
Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)
Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.
в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.
У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.
г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 — 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.
низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.
среднелегированная (2,5 -10%),
высоколегированная (от 10 до 50%)
Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.
Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.
18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.
д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.
На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:
спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,
полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,
кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.
В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)
Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.
Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?
БИЛЕТ 1
Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?
А)Сталь не полностью раскисленная марганцем при выплавке, и содержащая не более 0,05% кремния.
Б) Содержащая кремния от 0,05 до 0,17%.
В) Содержащая более 10 мл. водорода на 100 г. металла.
Какая сталь обыкновенного качества относится к спокойной?
А) Сталь, полностью раскисленная при выплавке и содержащая 0,15-0,3% кремния.
Б) Содержащая не менее 0,3 % кремния и 1 % марганца.
В) Содержащая менее 0,5 мл. водорода на 100 г. металла.
Какая сталь обыкновенного качества относится к полуспокойной?
А) Сталь, раскисленная при выплавке только марганцем и содержащая не более 0,05% кремния.
Б) Сталь, не полностью раскисленная при выплавке только марганцем и кремнием и содержащая 0,05 — 0,15% кремния и до 1% марганца.
В) Содержащая менее 10 мл. водорода на 100 г. металла.
К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-08, Св08А, Св-08ГА, Св-10ГА?
Что такое легированные стали?
А) Содержащие один или несколько элементов в определенных концентрациях, которые введены в них с целью придания заданных физико-химических и механических свойств.
Б) Обладающие определенными физико-химическими свойствами за счет снижения содержания углерода, серы, фосфора или термической обработки.
В) Обладающие определенными физико-химическими свойствами после специальной термомеханической обработки.
Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали?
Что обозначают буквы и цифры в маркировке низколегированных сталей?
А) Клейма заводов-изготовителей.
Б) Обозначения номера плавки и партии металла.
В) Обозначение химических элементов и их процентный состав.
Какие из перечисленных сталей относятся к углеродистым?
А) Ст3сп, сталь10, сталь 15, сталь 18кп.
Б) 09Г2С, 17Г1С, 09Г2ФБ.
В) 08Х18Н9, 10Х2М, 15ХМ.
Какой буквой русского алфавита обозначают углерод и никель в маркировке легированных сталей?
А) Углерод «У» ;никель «Н».
Б) Углерод — «С»; никель — «Л».
В) Углерод не обозначают буквой; никель — «Н».
Какие изменения свойств происходят при закалке малоуглеродистых сталей?
А) Пластичность увеличивается, прочностные характеристики не меняются.
Б) Возрастают прочностные характеристики, пластичность уменьшается.
В) Возрастает и прочность, и пластичность.
БИЛЕТ 3
Какие основные характеристики приняты для оценки механических свойств металлов?
А) Временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение и сужение, твердость, ударная вязкость.
Б) Жаропрочность, жаростойкость и хладостойкость металла.
В) Твердость, сопротивление изгибу и количество циклов ударного нагружения до разрушения металла.
Для чего в сталь вводятся легирующие элементы?
А) Для придания стали специальных свойств.
Б) Для улучшения свариваемости стали.
В) Для снижения содержания вредных примесей (серы и фосфора) в стали.
Укажите, чем отличается Ст3кп от Ст3сп?
А) Содержанием углерода.
Б) Содержанием кремния.
В) Содержанием вредных примесей S и P и газов.
4. Для чего производится предварительный и сопутствующий подогрев?
А) Для снижения количества дефектов в сварном шве и ЗТВ.
Б) Для выравнивания неравномерности нагрева при сварке, снижения скорости охлаждения и уменьшения вероятности появления холодных трещин.
В) Для снижения содержания водорода в металле шва.
Какие характеристики можно определить при испытаниях образцов металла на растяжение?
А) Предел текучести, предел прочности.
В) Предел текучести, предел прочности, относительные удлинение и поперечное сужение.
Билет4
Какие характеристики определяют при ударном изгибе?
А) Предел прочности при ударном изгибе.
Б) Ударную вязкость.
В) Относительное удлинение при ударном изгибе.
БИЛЕТ 5
БИЛЕТ 6
БИЛЕТ 7
1. Что обозначают цифры возле букв на чертеже с указанием сварного шва?
А) Порядковый номер шва по ГОСТ (ОСТ).
Б) Метод и способ сварки.
В) Методы и объем контроля.
БИЛЕТ 8
Что называют включением?
А) Обобщенное наименование пор, шлаковых и вольфрамовых включений.
Б) Неметаллическая несплошность.
В) Скопление нескольких пор.
БИЛЕТ 9
Что называют трещиной?
А) Дефект сварного соединения в виде разрыва металла в сварном шве и/или прилегающих к нему зонах.
Б) Нарушение сплошности металла.
В) Недопустимое отклонение от требований Правил контроля.
Что называют прожогом?
А) Цилиндрическое углубление в сварном шве.
Б) Сквозное отверстие в сварном шве.
В) Воронкообразное углубление в сварном шве.
Что такое пора?
А) Дефект сварного шва в виде замкнутой полости, заполненной инородным металлом.
Б) Дефект сварного шва в виде полости сферической формы, заполненной шлаком.
В) Дефект сварного шва в виде замкнутой полости, заполненной газом.
БИЛЕТ 10
Что такое подрез?
А) Углубление по линии сплавления шва с основным металлом.
Б) Острые конусообразные углубления на границе поверхности шва с предыдущим валиком шва или основным материалом.
В) Острые конусообразные углубления на границе поверхности сварного шва с основным материалом.
Что такое «непровар»?
А) Дефект в виде отсутствия сплавления между металлом шва и основным металлом по кромке разделки.
Б) Дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва.
В) Дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварных швов.
4. Как необходимо произвести заварку удаленного дефектного участка шва, если сварка производилась с предварительным подогревом?
А) С замедленным охлаждением после сварки.
Б) На увеличенных режимах сварки.
5. Какие требования предъявляются к качеству исправленного участка шва?
А) Те же, что и к основному шву.
Б) Дополнительные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
В) Специальные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.
БИЛЕТ 11
БИЛЕТ 12
БИЛЕТ 13
БИЛЕТ 14
БИЛЕТ 15
БИЛЕТ 16
БИЛЕТ 17
В каких пределах изменяется стандартный угол разделки кромок V — образных соединений деталей стальных конструкций, свариваемых ручной дуговой сваркой, сваркой в защитных газах и под флюсом, замеряемый после сборки?
4. Укажите причины образования горячих трещин.
А) Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, серы, фосфора, глубокая и узкая сварочная ванна.
Б) Пониженное содержание в металле шва углерода, кремния, серы, фосфора, глубокая и узкая сварочная ванна.
В) Повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, серы, фосфора, широкая сварочная ванна.
5. Как за счет технологии сварки можно предупредить образование горячих трещин?
А) Уменьшением числа проходов за счет увеличения погонной энергии, увеличением амплитуды поперечных колебаний электрода при сварке.
Б) Выбором оптимальной формы разделки кромок, снижением погонной энергии.
В) Применением узкой разделки кромок, проведением термической обработки после сварки.
БИЛЕТ 18
БИЛЕТ 19
1. Что представляет собой дефект, называемый «кратер шва»?
А) Углубление, образующееся в конце валика под действием давления дуги и объемной усадки металла шва.
Б) Воронкообразная впадина на поверхности шва.
В) Место окончания сварки (обрыва дуги).
2. Укажите причины образования непроваров при ручной дуговой сварке.
А) Большая скорость ведения сварки, недостаточная величина сварочного тока.
Б) Малая скорость ведения сварки, повышенная величина сварочного тока.
В) Малая скорость ведения сварки, оптимальная величина сварочного тока.
3. Укажите основные причины образования прожога.
А) Завышен сварочный ток относительно толщины свариваемого металла.
Б) Низкая квалификация сварщика.
В) Большая сварочная ванна, а следовательно, и её масса.
Билет 20
Что такое «газовая сварка»?
А) Дуговая сварка, при которой защита сварочной ванны осуществляется за счет подачи газа.
Б) Сварка плавлением, при которой для нагрева используется тепло пламени смеси газов, сжигаемой с помощью горелки.
В) Дуговая сварка проволокой сплошного сечения в среде инертного газа.
БИЛЕТ 21
1. При каких номинальных напряжениях не требуется заземление или зануление электроустановок:
А) До 36 В переменного тока и до 120 В постоянного тока.
Б) До 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока.
В) До 24 В переменного тока и до 140 В постоянного тока.
БИЛЕТ 22
БИЛЕТ 23
БИЛЕТ 1
Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?
А)Сталь не полностью раскисленная марганцем при выплавке, и содержащая не более 0,05% кремния.
Б) Содержащая кремния от 0,05 до 0,17%.
В) Содержащая более 10 мл. водорода на 100 г. металла.
Виды стали по степени раскисления
Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.
В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.
Общая информация
Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные. Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.
Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.
Химический состав сталей обыкновенного качества
Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.
Углеродистая сталь
Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.
Стали обычного качества принято делить на следующие группы:
- группа А — обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
- группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.
Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:
- 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
- 2я — дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
- группа В — обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.
Подразделяется на шесть категорий.
Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.
Маркировка стали
Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).
- эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
- цифра 5 — определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
- пс- степень раскисления.
Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)
Степени раскисления стали
Существует 3 степени раскисления стали.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.
Кипящая сталь
Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно. В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).
Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.
Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом). Кипящая сталь — довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.
Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.
Спокойная сталь
Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. Содержание кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.
Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.
Полуспокойная сталь
Промежуточной по качественным показателям — является полуспокойная сталь.
Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.
Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 — 10% лучше.
Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.
Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.
Поскольку производство кипящей стали обходится дешевле, чем спокойной и полуспокойной она достаточно широко используется для изготовления наименее ответственных изделий металлопроката, таких , как катанка, полоса, уголок, метизы.
Кипящая сталь
Кипящей называют малораскисленную сталь, интенсивно выделяющую газы в изложнице во время застывания. Образующиеся газы: до 90% CO, углекислый газ, азот, водород, метан. Сильные раскислители типа алюминия и титана в производстве такого металла не применяются.
Структура слитка малораскисленного металла
Основной признак слитка кипящей стали – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Структура слитка зависит от интенсивности и периода кипения расплава. В затвердевшем состоянии он имеет 5 зон:
- наружная плотная корка;
- скопление сотовых пузырей, имеющих вытянутую форму;
- промежуточная зона между сотовыми и вторичными пузырями;
- скопление глубинных (вторичных) воздушных пузырей;
- сердцевина слитка – зона глубинных пузырей.
В качественных слитках наружная корка настолько плотная и толстая, что при нагреве и прокатке скопление сотовых пузырей не вскрывается.
«Закупоренная» – разновидность кипящей стали
По степени подавления выделения газов при затвердевании расплава материал находится между кипящей и полуспокойной сталями. Отличие этой технологии – закрывание слитка сверху после разливки механическим или химическим способом.
- При механическом закупоривании слиток закрывается тяжелой чугунной крышкой.
- Химическое закупоривание реализуется с помощью добавления сверху изложницы присадок алюминия или ферросилиция. Это приводит к ускоренному твердению верхней части слитка, которая отрезается и отправляется в отходы.
Такая методика позволяет уменьшить время выделения газов и снизить количество воздушных пузырей внутри слитка.
Основные характеристики
Кипящие стали отличаются неоднородностью структуры и химического состава, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных характеристик. Прочность металла снижается из-за завариваемых при прокатке воздушных пузырей, которые при вальцовке или штамповке могут привести к расслоению материала.
Свойства кипящей стали
- Проблемная свариваемость из-за резко выраженной неравномерности по толщине изделия расположения фосфора и серы, негативно влияющих на свойства металла. Зоны с повышенным содержанием серы становятся причиной появления кристаллизационных трещин в шве и около него.
- Металл склонен к старению в зоне около сварного шва, что приводит к его охрупчиванию при отрицательных температурах.
- Более высокая подверженность коррозии, по сравнению со спокойными и полуспокойными сталями.
Области применения кипящей стали
Эта металлопродукция имеет определенные ограничения по сферам использования. Она не допускается для изготовления:
- крепежных элементов котлов, работающих под давлением;
- конструкций и оборудования, запланированных для эксплуатации при температурах ниже -20°C
- аппаратов, эксплуатируемых при динамических, знакопеременных, пульсирующих нагрузках;
- оборудования и конструкций, контактирующих с агрессивными, взрыво- и пожароопасными средами, сжатыми и сжиженными газами.
Из слитков кипящей стали производят полосы, листы, тонкие плиты, проволоку, прутки, штрипсы, трубы, предназначенные для изготовления продукции рядового назначения.
Какие марки углеродистых сталей могут относится к кипящим?
Для изготовления сплава этого вида используются:
- углеродистые стали обыкновенного качества – кипящие сплавы изготавливаются по ГОСТу380-2005, обозначение – «кп»;
- качественные и высококачественные стали – регламентируются ГОСТом 1050-88, буквенное обозначение – «кп».
В производстве обычно применяются стали с содержанием углерода более 0,15%.
Типы сталей и их горячее цинкование
Металлургическая промышленность в состоянии производить стали самого разнообразного состава, все их условно по типам примесей можно разделить на шесть типов по характеру основной примеси, которая и определяет основное назначение стали. Основными примесями являются углерод, фосфор, сера, кремний, марганец, а также совокупность примесей ряда тугоплавких металлов, включающих хром, никель и некоторые другие.
Вот эти шесть типов:
- Углеродистые стали, то есть стали, основным легирующим элементом в которых является углерод — это стали с содержанием углерода менее 2,14%. Его наличие не исключает существования в сталях некоторых элементов в даже больших количествах (марганец, кремний), но эти элементы играют в данном случае скорее подчиненную роль – при некоторой концентрации улучшая механические и некоторые другие свойства, в других случаях несколько ухудшая их.
- Стали с высоким содержанием кремния. Элемент кремний в концентрации до 0,4% является полезным элементом, потому что он влияет на качество сталей (в основном, на их прочностные свойства). Но есть стали и с более высоким его содержанием — до 2%. Это так называемые пружинные стали, используемые для изготовления рессор и пружин.
- Стали с высоким содержанием марганца (свыше 1%). Это так называемые «вязкие» стали. Обычное содержание марганца в «углеродистых» сталях составляет 0,4-0,6%, но данные стали с повышенным содержанием марганца имеют свой ареал использования.
- Автоматные стали – эти стали содержат высокий процент серы. Сера в стали является вредным элементом, потому что приводит к повышению хрупкости при повышенных температурах, но ее содержание порядка 0,2% улучшает обработку сталей на фрезерных станках, поэтому такие стали используются для изготовления крепежных материалов неответственного назначения.
- Электрические стали, содержащие высокий уровень фосфора. Эти стали имеют низкий коэффициент термического расширения или особые магнитные свойства, поэтому используются в электротехнической промышленности.
- Нержавеющие стали. Как правило, содержат высокий уровень никеля и хрома. Используются в качестве материалов, используемых в сильно коррозионной среде.
Углеродистая сталь
Основными материалами, выпускаемыми металлургической промышленностью, являются углеродистые стали. В зависимости от содержания углерода стали подразделяются на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные. Доэвтектоидные стали, в свою очередь, в зависимости от содержания углерода делятся на три типа: низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые (более 0,65%). Последние являются инструментальными сталями, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочий инструмент. В качестве материалов для цинкования погружением используются только низкоуглеродистые стали. 99% сталей, подвергаемых горячему цинкованию – это низкоуглеродистые стали . Эти стали содержат все указанные выше примесные элементы, в основном, из-за ограничений в технологиях, но в относительно малом количестве, и их доля обусловлена как составом руд, из которых готовятся металлы, так и использованием различных технологических приемов с введением некоторых элементов. Кроме того, имеются и ограничения по концентрации углерода. Условно принято считать, что стали, содержащие менее 0,25% углерода, до 0,4% кремния, менее 0,8% марганца и менее 0,3% суммы хрома и никеля, являются цинкуемыми. При этом фосфор и сера являются вредными примесями, их количество в стали должно быть как можно меньшим, кремний и частично марганец являются полезными элементами, поскольку оба они используются в качестве раскислителей в технологии производства сталей.
Углеродистые стали относятся к группе конструкционных сталей, куда входят также нержавеющие, но последние мы далее рассматривать не будем.
Конструкционные углеродистые стали характеризуются как по химическому составу (по ГОСТ 380), так и по механическим свойствам (ГОСТ 1050). Цели этих ГОСТов разные – для ряда технологий (в том числе для горячего цинкования) важен именно химический состав, в то время как для конструкционных расчетов важно знать механические свойства сталей, а эти характеристики регламентируются именно ГОСТ 1050.
Углеродистые стали также подразделятся по способам раскисления перед разливкой в изложницы. По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали.
Кипящая сталь
Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали. Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400%, серы — 900% от их среднего содержания. В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60%, а по сере на 110% превышает их среднее содержание в стали. Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора. Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали. Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т50 у нее на 10–20°С выше по сравнению с Т50 для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14–20 мм и более) из кипящей стали.
Спокойная сталь
Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали.
Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12–16% по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь дороже кипящей.
Существует сталь с промежуточной степенью раскисления — полуспокойная. В отличие от кипящей она обрабатывается перед разливкой небольшим количеством раскислителей.
По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.
Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного составляет около 90%.
Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного у слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.
В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора — стали подразделяют на:
- стали обыкновенного качества, содержание до 0.05% серы и до 0,04% фосфора;
- качественные — до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно, они менее загрязнены неметаллическими включениями и газами. В особо ответственных случаях эти стали содержат менее 0,02% S и 0,03% Р. Поэтому при одинаковом содержании углерода качественные стали имеют более высокие пластичность и вязкость, особенно при низких температурах. Качественные стали являются более предпочтительными для изготовления изделий, эксплуатируемых при низких температурах, в частности, в условиях Севера и Сибири.
- высококачественные — до 0,025% серы и фосфора;
- особовысококачественные — до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.
Cтали обыкновенного качества
Cтали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380–2005. Выплавка их обычно производится в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Обозначают их буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6, например: Ст0, Ст1, Ст6. Буквы «Ст» обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава. В конце обозначения марки стоят буквы «кп», «пс», «сп», которые указывают на способ раскисления: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная.
Углеродистые стали обыкновенного качества содержат С ≤ 0,49% и выпускаются трех разновидностей в зависимости от технологии раскисления: кипящие с С ≤ 0,27% (Ст1кп, Ст2кп, Ст3кп и Ст4кп); полуспокойные (Ст1пс, Ст2пс, Ст3пс, Ст4пс, Ст5пс и Ст6пс); спокойные (Ст1сп, Ст2сп, Ст3сп, Ст4сп, Ст5сп и Ст6сп). К этим сталям относятся также стали Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст5Гпс с Mn = 0,8–1,10% (в стали Ст5Гпс допускается Mn = 0,8–1,20%). Эти стали имеют повышенную прочность по сравнению с прочностью сталей Ст3пс, Ст3сп и Ст5пс. В стали Ст0 ограничивают только содержание углерода (не более 0,23%), серы, фосфора, не предъявляют специальных требований к технологии ее выплавки, нормируют только временное сопротивление (σв ≥ 300 МПа).
Таблица 5.1. Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380-2005
