Классификация сталей по содержанию углерода

Классификация сталей

Сообщение об ошибке

Содержание

• Классификация сталей
  • Классификация сталей по химическому составу
  • Классификация сталей по структуре
  • Классификация сталей по назначению
  • Классификация сталей по качеству
  • Классификация сталей по степени раскисления
• Литература

Классификация сталей

• по химическому составу;
• по структуре;
• по назначению;
• по качеству;
• по степени раскисления.

Классификация сталей по химическому составу

По химическому составу стали подразделяют на:

При определении степени легирования содержание углерода во внимание не принимают, марганец и кремний считаются легирующими элементами при их содержании более 1 и 0,8 % соответственно.

Классификация сталей по структуре

Структура стали – менее устойчивый классификационный признак, так как зависит от скорости охлаждения (толщины стенки отливок), степени легирования, режима термообработки и других изменяющихся факторов, но структура готового изделия позволяет объективно оценивать его качество.

Стали по структуре классифицируют в состояниях после отжига и нормализации.

В отожженном состоянии стали подразделяют на:

• доэвтектоидные – имеющие в структуре избыточный феррит
• эвтектоидные – структура которых состоит из перлита
• заэвтектоидные – в структуре которых имеются вторичные карбиды, выделяющиеся из аустенита
• ледебуритные – в структуре которых содержатся первичные (эвтектические) карбиды
• аустенитные
• ферритные

После нормализации стали подразделяют на следующие структурные классы:

• перлитный
• аустенитный
• ферритный

Классификация сталей по назначению

Конструкционные – стали, предназначенные для изготовления деталей машин и элементов строительных конструкций.

Конструкционные стали подразделяются на:

• обыкновенного качества;
• улучшаемые;
• цементируемые;
• автоматные;
• высокопрочные;
• рессорно-пружинные.

Инструментальные – стали, применяемые при изготовлении режущих и измерительных инструментов.

Инструментальные стали подразделяются на подгруппы по изготовлению:

• для режущего инструмента;
• для измерительного инструмента;
• для штампово-прессовой оснастки.

Специального назначения – стали с особыми физическими и механическими свойствами.

Стали специального назначения подразделяются на:

• нержавеющие (коррозионно-стойкие);
• жаростойкие;
• жаропрочные;
• износостойкие;
• магнитные;
• немагнитные и т.д.

Классификация сталей по качеству

По качеству стали классифицируются на:

• обыкновенного качества – содержащие до 0,06 % серы и 0,07 % фосфора;
• качественные – содержащие до 0,035 % серы и 0,035 % фосфора;
• высококачественные – содержащие не более 0,025 % серы и 0,025 % фосфора;
• особо высококачественные – содержащие не более 0,015 % серы и 0,025 % фосфора.

Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом ее производства (способ выплавки). Однородность химического состава, строение и свойства стали зависят от содержания вредных примесей и газов.

Классификация сталей по степени раскисления

По степени раскисления стали классифицируют на:

• спокойные (сп);
• полуспокойные (пс);
• кипящие (кп).

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали.

Спокойные стали раскисляют марганцем, алюминием и кремнием в плавильной печи и ковше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Дендритная ликвация вызывает анизотропию механических свойств. Пластические свойства стали в поперечном (по отношению к направлению прокатки или ковки сечении значительно ниже, чем в продольном.

Зональная ликвация приводит к тому, что в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода увеличивается, а в нижней – уменьшается. Это приводит к значительному ухудшению свойств изделия из такого слитка, вплоть до отбраковки.

Кипящие стали раскисляют только марганцем, что недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде газовых пузырей окиси углерода, создавая впечатление «кипения» стали.

Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений продуктов раскисления. Эти стали выплавляют низкоуглеродистыми и с очень малым содержанием кремния (менее 0,07 %), но с повышенным количеством газообразных примесей. При прокатке слитков газовые пузыри, заполненные окисью углерода, завариваются. Листовой прокат из такой стали предназначен для изготовления деталей кузовов автомобилей вытяжкой, имеет хорошую штампуемость в холодном состоянии.

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в плавильной печи и в ковше, а окончательно – в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь отличается содержанием углерода до 2,14% без наличия легирующих элементов, небольшим количеством примесей в составе, и небольшим содержанием магния, кремния и марганца. Это в свою очередь влияет на свойства и особенность применения. Она является основным видом продукции металлургической промышленности.

Состав

В зависимости от количества углерода, разделяют углеродистую и легированную сталь. Наличие углерода придает материалу прочность и твердость, а также уменьшает вязкость и пластичность. Его содержание в сплаве на уровне до 2,14%, а минимальное количество примесей, обусловленное технологическим процессом изготовления, позволяет основной массе до 99,5% состоять из железа.

Высокая прочность и твёрдость — вот что характеризует углеродистую сталь.

Примеси, которые постоянно входят в структуру углеродистой стали, имеют небольшое содержание. Марганец и кремний не превышают 1 %, а сера и фосфор находятся в пределах 0,1 %. Увеличение количества примесей характерно для другого типа стали, который называют легированным.

Отсутствие технической возможности полного удаления примесей из готового сплава, позволяет входить в состав углеродистой стали таким элементам как:

• водороду;
• азоту;
• кислороду;
• кремнию;
• марганцу;
• фосфору;
• сере.

Наличие этих веществ обусловлено методом плавки стали: конвертерным, мартеновским или другим. А углерод, добавляется специально. Если количество примесей, трудно отрегулировать, то корректируя уровень углерода, в составе будущего сплава, влияют на свойства готового изделия. При наполнении материала углеродом до 2,4 %, стали относят к углеродистым.

Характеристика

Характеристики и структуру металла меняют, используя термическую обработку, посредством которой, достигают нужной твердости поверхности или других требований для применения стальной конструкции. Однако, не все структурные свойства поддаются корректировке с помощью термических методов. К таким структурно-нечуствительным характеристикам относят жесткость, выраженную модулем упругости или модулем сдвига. Это учитывают при проектировании ответственных узлов и механизмов в различных сферах машиностроения.

В случаях, когда расчет прочности узла требует применения деталей малых размеров, способных выдержать требуемую нагрузку, применяют термическую обработку. Такое воздействие на «сырую» сталь позволяет увеличить жесткость материала в 2-3 раза. К металлу, который подвергают такому процессу, предъявляют требования по количеству углерода и других примесей. Называют эту сталь – повышенного качества.

Классификация углеродистых сталей

По направленности применения продукции, углеродистую сталь разделяют на инструментальную и конструкционную.

Последнюю из них используют для возведения различных строений и остовов деталей. Из инструментальных, изготавливают прочный инструмент для выполнения любых работ, вплоть до обработки металлов резанием. Применение металлических изделий в хозяйстве, потребовало выделить сталь в разные категории, обладающие специфическими свойствами: жаропрочную, криогенную и коррозионно-стойкую.

По способу получения углеродистые стали делят на:

• электростали;
• мартеновские;
• кислородно-конвертерные.

Различия структуры сплава обусловлены наличием разных примесей, характерных для того или иного способа плавки.

Отношение стали к химически активным средам, позволило разделить изделия на:

• кипящие;
• полуспокойные;
• спокойные.

Содержание углерода делит сталь на 3 категории:

1. заэвтектоидные, в которых количество углерода превышает 0,8 %;
2. эвтектоидные, с содержанием на уровне 0,8 %;
3. доэвтектоидные – менее 0,8 %.

Именно структура, является характерным признаком, при определении состояния металла. У доэвтектоидных сталей, структура состоит из перлита и феррита. У эвтектоидных – чистый перлит, а заэвтектоидные, характеризуются перлитом с примесями вторичного цементита.

При увеличении количества углерода, сталь повышает прочность и уменьшает пластичность. Большое влияние оказывается также на вязкость и хрупкость материала. При повышении процентного содержания углерода, уменьшается ударная вязкость и повышается ломкость материала. Не случайно, при содержании, на уровне более 2,4 %, металлические сплавы относят уже к чугунам.

По количеству углерода, в составе сплава, сталь бывает:

1. низкоуглеродистая (до 0,29 %);
2. среднеуглеродистая (от 0,3 до 0,6 %);
3. высокоуглеродистая (более 0,6 %).

Маркировка

При обозначении углеродистых сталей обычного качества, используют буквы Ст, которые сопровождаются цифрами, характеризующими содержание углерода. Одна цифра показывает количество, увеличенное в 10, а две цифры – в 100 раз. При гарантии механического состава сплава, перед обозначением добавляют Б, а соблюдение химических составляющих веществ – В.

В окончании маркировки, две буквы показывают степень раскисления: пс – полуспокойного, кп – кипящего состояния сплавов. Для спокойных металлов этот показатель не указывают. Увеличенное количество марганца в структуре изделия, обозначают буквой Г.

При обозначении углеродистых сталей высокого качества, используемых при изготовлении инструментов, применяют букву У, рядом с которой прописывают число, подтверждающее количество процентов углерода в 10-кратном размере, независимо от того, будет оно двухзначным или однозначным. Для выделения сплавов повышенного качества, к обозначению инструментальных сталей добавляют букву А.

Примеры обозначения углеродистых сталей: У8, У12А, Ст4кп, ВСт3, Ст2Г, БСт5пс.

Производство

Изготовлением металлических сплавов занимается металлургическая промышленность. Специфика процесса получения углеродистой стали, заключается в переработке чугунных заготовок с уменьшением таких взвесей, как сера и фосфор, а также углерод, до требуемой концентрации. Различия методики окисления, посредством которой удаляют углерод, позволяет выделить различные виды плавки.

Кислородно-конвертерный способ

Основой методики был бессемеровский метод, который предусматривает продувку жидкого чугуна воздухом. Во время этого процесса, углерод окислялся и удалялся из сплава, после чего, чугунные слитки постепенно превращаются в сталь. Производительность данной методики высока, но сера и фосфор оставались в металле. Кроме того, углеродистая сталь насыщается газами, в том числе, азотом. Это улучшает прочность, но снижает пластичность, сталь становится более склонной к старению и изобилию неметаллическими элементами.

Учитывая низкое качество стали, получаемой бессемеровским методом, его перестали использовать. На замену пришел кислородно-конвертерный способ, отличием которого является использование чистого кислорода, вместо воздуха, при выполнении продувки жидкого чугуна. Использование определенных технических условий, при продувке, значительно снизило количество азота и других вредных примесей. В результате, углеродистая сталь, полученная кислородно-конвертерным способом, по качеству приближена к сплавам, переплавляемым в мартеновских печах.

Технико-экономические показатели конверторного способа подтверждают целесообразность такой плавки и позволяют вытеснить устаревшие методы изготовления стали.

Мартеновский метод

Особенностью способа получения углеродистой стали, является выжигание углерода из чугунных сплавов не только с помощью воздуха, но и за счет добавления железных руд и ржавых изделий из металла. Этот процесс обычно происходит внутри печей, к которым подводят подогретый воздух и горючий газ.

Размер таких плавильных ванн очень велик, они могут вмещать до 500 тонн расплавленного металла. Температура в таких емкостях поддерживается на уровне 1700 ºC, а выжигание углерода происходит в несколько этапов. Сначала, благодаря избытку кислорода в горючих газах, а когда образуется шлак над расплавленным металлом, посредством оксидов железа. При их взаимодействии образуются шлаки фосфатов и силикатов, которые, в дальнейшем удаляются и сталь приобретает требуемые по качеству свойства.

Плавка стали в мартеновских печах проходит около 7 часов. Это позволяет отрегулировать нужный состав сплава, при добавлении различных руд или лома. Углеродистая сталь давно изготавливается этим методом. Такие печи, в наше время, можно найти на территории стран бывшего Советского Союза, а также – в Индии.

Электротермический способ

Изготовить качественную сталь с минимальным содержанием вредных примесей, удается при плавке в вакуумных топках электродуговых или индукционных печей. Благодаря улучшенным свойствам электростали, удается изготовить жаростойкие и инструментальные сплавы. Процесс преобразования сырья в углеродистую сталь, происходит в вакууме, благодаря чему качество полученных заготовок, будет выше, относительно рассмотренных ранее методов.

Стоимость такой обработки металлов дороже, поэтому данный метод используют при технологической необходимости в качественном изделии. Для удешевления технологического процесса используют специальный ковш, который разогревают внутри вакуумной емкости.

Применение

Углеродистая сталь, благодаря своим свойствам, нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, особенно, в машиностроении. Использование в конструкторских расчетах способности металла сопротивляться нагрузкам и иметь высокие пределы усталости, позволяет изготавливать из углеродистой стали такие ответственные детали машин, как: маховики, зубчатые передачи редукторов, корпуса шатунов, коленчатые валы, поршни плунжерных насосов, технологическую оснастку для деревообрабатывающей и легкой промышленности.

Высокоуглеродистые стали с увеличенным количеством марганца, применяют для изготовления таких деталей, как пружины, рессоры, торсионы и подобные узлы, требующие упругости сплава. Инструментальные сплавы повышенного качества, широко применяют при производстве инструментов, которыми обрабатывают металлы: резцы, сверла, зенковки.

Использование углеродистой стали с низким и средним количеством содержания углерода, нашло применение при возведении металлических конструкций и коммуникаций. Специальные прокатные станы металлургических комбинатов изготавливают, постоянно пользующиеся спросом, различные профили:

• уголки;
• швеллеры;
• трубы;
• двутавры;
• другие, в том числе заказные, виды профилей.

Во всех отраслях широко используется листовой прокат, который отличается размерами, качеством и толщиной изготавливаемых изделий.

Используя специфические свойства углеродистых сталей, их применяют в различных областях народного хозяйства. Знание специфики отличий тех или иных сплавов, позволит грамотно и технологично применить требуемый материал в нужном месте.

Классификация сталей

Данная статья новичку покажется очень сложной. Здесь будет использовано много не понятных терминов, но без этого невозможно раскрыть всю суть о классификации сталей. Ваша задача – прочесть и понять в общих чертах как делятся стали, какие они бывают и для чего они применяются.

Классификация сталей

Классифицируются стали по следующим пунктам:

• химическому составу;
• структурному составу;
• качеству;
• степени раскисления;
• назначению.

Химический состав

По химическому составу стали делятся на:

• углеродистые;
• легированные.

Углеродистые делятся на:

• низкоуглеродистые – содержат до 0,25% С;
• среднеуглеродистые – содержат от 0,25 до 0,6% С;
• высокоуглеродистые – содержат от 0,6 до 0,2% С.

Легированные делятся на:

• низколегированные – содержанию легирующих элементов до 0,25%;
• среднелегированные – содержанию легирующих элементов 0,25 – 10,0%;
• высоколегированны – содержанию легирующих элементов более 10,0%.

По структуре в отожженном состоянии стали делятся на следующие классы:

• доэвтектоидный;
• заэвтектоидный;
• ледебуритный (карбидный);
• ферритный;
• аустенитный.

Структурный состав

По структуре после нормализации стали делятся на следующие классы:

• перлитный;
• мартенситный;
• аустенитный;
• ферритный.

Классификация по качеству

По качеству стали классифицируются:

• обыкновенного качества;
• качественные;
• высококачественные;
• особокачественные.

Стали обыкновенного качества массово применяются в разных отраслях по причине их дешевизны. Не обладает особыми свойствами. Содержат углерод до 0,6%.

Качественные стали бывают углеродистые и легированные. Применяются для изготовления ответственных деталей и узлов. Имеют высокую стоимость.

Высококачественные стали применяется в особо ответственных узлах. Имеют низкого содержания вредных примесей (серы и фосфора).

Особокачественные стали имеют очень низкое содержание серы и фосфора. Применяются в ответственных узлах, которые испытывают высокие динамические нагрузки.

Классификация по степени раскисления

По степени раскисления стали делятся:

• спокойные (сп);
• полуспокойные (пс);
• кипящие (кп).

Спокойные стали содержат малое количество кислорода. Затвердевание происходит спокойно без газовыделения. Спокойные стали массово применяют в сварочном производстве.

Полуспокойные стали затвердевают без кипения, но выделяют большое количество газов. По качеству очень приближены к спокойным сталям и могут их заменить.

Кипящие стали содержат в своём составе большое количество вредных примесей. Они очень хрупкие и плохо свариваются.

Классификация стали по назначению

Конструкционные стали делятся на:

• строительные;
• стали для холодной штамповки;
• цементируемые;
• улучшаемые;
• высокопрочные;
• пружинно-рессорные;
• подшипниковые;
• автоматные;
• коррозионностойкие;
• износостойкие;
• жаропрочные и жаростойкие.

Строительные

Применяются для изготовления конструкций любой сложности, имеют хорошую свариваемость.

Стали для холодной штамповки

К таким сталям относятся низкоуглеродистые стали обладающие высокой пластичностью.

Цементируемые стали

Это стали с содержанием углерода в пределах 0,1-0,3% и работающие при повышенных динамических нагрузках.

Улучшаемые

К улучшаемым относятся среднеуглеродистые и хромистые стали которые подвергаются термообработке (закалке и высоком отпуску).

Высокопрочные стали

К ним относятся стали имеющие специальный химический состав, который при термообработке увеличивают прочностные свойства в разы.

Пружинно-рессорные стали

Применяются в машиностроении для изготовления амортизаторов и рессор высоконагруженных машин.

Подшипниковые стали (шарикоподшипниковые)

К данным сталям предъявляют повышенные требования по прочности, износоустойчивости и выносливости. Данные свойства достигаются за счёт содержания хрома в пределах 1,5%. Ярким примером такой шарикоподшипниковой стали является сталь ШХ15.

Автоматная сталь

Данная сталь используется для изготовления крепёжных деталей на металлообрабатывающих станках. В связи с этим данная сталь должна хорошо обрабатываться на станке путём резания, образовывая легко обламывающуюся стружку. Минусом автоматные стали является низкая пластичность.

Износостойкая сталь

Основное применение – траки гусеничных машин, ковши экскаваторов и землеройных машин. Износостойкость достигается, за счёт введение в сталь марганца.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали

Эти стали содержат хром в пределах от 14%. За счёт хрома происходит образование на поверхности стали оксидной плёнки, что защищает сталь от разрушения в агрессивной среде.

Коррозионностойкие стали делятся:

• Коррозионностойкие. Из них изготавливают различные узлы, которые эксплуатируются при температуре до 600°С.
• Жаропрочные. Из них изготавливают клапаны, роторы, лопатки турбин, работающие при высоких температурах (80% от температуры плавления) в течение длительного времени.
• Жаростойкие. Изготавливают ответственные узлы, работающие при высоких температурах (1200°С).
• Криогенные. Применяется для изготовления деталей холодильных установок, работающих при температуре до -200°С.

Инструментальная сталь по назначению делится:

• для режущего инструмента;
• для измерительного инструмента;
• сталь для штампов.

Сталь для режущего инструмента

Имеет высокую твердость и термостойкость, Должна длительное время сохранять режущие свойства, а также выдерживать большие механические нагрузки в процессе эксплуатации.

Сама сталь для режущего инструмента бывают 3 -х типов:

• быстрорежущие стали;
• углеродистые;
• легированные инструментальные.

Быстрорежущие стали (рапид)

Быстрорежущая сталь (рапид) используют для изготовления режущего инструмента, работающего на высоких оборотах. Обозначается «Р». Пример Р9, Р18.

Углеродистые инструментальные стали

Содержат в себе углерода до 1,3%. Применяются в слесарном инструменте и имеют обозначение «У». Пример: У7, У10, У12.

Легированные инструментальные стали

Содержат легирующие добавки в приделах до 3%. Применяется для изготовления свёрл, фрез и др. режущего инструмента. Пример: 11ХФ.

Стали для измерительных инструментов

Должна обладать твёрдостью и износостойкостью. К такому инструменту относят: штангенциркуль, линейки, калибры, шаблоны и т. д. Для повышенных классов точности применяют стали X, ХВГ, ШХ15. Для пониженных – сталь У10А, УПА, У12А.

Штамповочные стали

Главная задача штамповочной стали обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.

Делятся штамповочные стали на:

• стали для штампов холодного деформирования;
• стали для штампов горячего деформирования.

Сталь для штампов холодного деформирования

Обладает высокой твёрдостью и износостойкостью, для обеспечения точного размера заготовки при штамповке.

Сталь для штампов горячего деформирования

Должна обладать всеми свойствами, что и стали холодного деформирования, а также работать в условиях высоких температур (до 600°С).

Классификация углеродистых сталей

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

УЧЕБНО — МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению практических работ

для студентов направления 130400 «Горное дело»

заочной формы обучения

Учебно-методическое пособие для выполнения практических работ по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для студентов направления 130400 «Горное дело». Магнитогорск: МГТУ, 2016. 36 с.

Рецензент: Орехова Н.Н.

им. Г.И. Носова, 2016

МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ

Термины и определения

Сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом при содержании углерода от 0,02 до 2,14 %.

Стали кипящие — стали, раскисленные в процессе кристаллизации (в слитке) марганцем и почти не содержащие кремния (менее 0,05 %).

Стали полуспокойные — стали, раскисленные в ходе плавки марганцем и в конце плавки алюминием.

Стали спокойные — стали, раскисленные в ходе плавки марганцем, кремнием и алюминием. По качеству выше кипящей и полуспокойной.

Стали быстрорежущие — высоколегированные инструменталь­ные стали, содержащие вольфрам, молибден, ванадий, хром, обладающие высокой теплостойкостью и твердостью.

Стали жаропрочные — легированные стали, способные работать под нагрузкой при температурах выше 450 °С в течение определенного времени. Критерием жаропрочности является предел ползучести.

Стали жаростойкие (окалиностойкие) — стали, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности (образо­вания окалины) во время работы при повышенных температурах в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Стали инструментальные — стали, предназначенные для изготовления режущего и штампового инструмента. Их делят на углеродистые (У7, У12) и легированные.

Стали коррозионно-стойкие (нержавеющие) — устойчивые против химической и электрохимической коррозии стали, содержащие от 13 % хрома и других легирующих элементов.

Стали теплоустойчивые — стали, способные противостоять циклическому температурному воздействию без разрушения.

Стали легированные — стали, в состав которых вводят легирующие элементы (никель, хром, кремний, марганец, вольфрам, молибден, титан, бор и др.) с целью получения определенных свойств.

Цель практической работы — изучить принципы обозначения марок сталей и сплавов на основе железа и научиться читать маркировку.

Стали применяют для изготовления деталей машин и механизмов, инструментов, оснастки и оборудования, необходимых для технологического процесса их производства.

Единой мировой системы маркировки сталей не существует. В США применяется сразу несколько систем AISI, ASTM, UNS. В Европе используют DIN, ECISS, EN. В России и других странах СНГ применяют самую совершенную систему обозначения марок стали, разработанную в СССР.

Маркировка стали зависит от её металлургического качества, назначения и химического состава.

Металлургическое качество стали зависит от её чистоты по вредным примесям (сере S и фосфору P) и неметаллическим включениям.

Классификация углеродистых сталей

Углеродистые стали классифицируются по содержанию углерода, структуре в равновесном состоянии, способу производства, степени раскисления и характеру затвердевания, качеству и назначению.

По содержанию углерода:

По структуре в равновесном состоянии:

· доэвтектоидные – структура феррит и перлит;

· эвтектоидные – структура перлит;

· заэвтектоидные – структура перлит и цементит вторичный.

По способу производства:

По степени раскисления и характеру затвердевания:

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения.

Кипящие стали раскисляют марганцем. Перед разливкой в них повышенное содержание кислорода, который при затвердевании частично взаимодействует с углеродом и удаляется в виде CO. Выделение пузырьков СО создает впечатление кипящей стали. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

По качеству стали:

· обыкновенного качества (содержат до 0,055%S и 0,060% Р);

· качественные (не более 0,04%S и 0,035%P);

· высококачественные (не более 0,025%S и 0,025%P).

Под качеством стали понимается совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологические характеристики зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей − серы, фосфора. Газы являются скрытыми, трудно определяемыми примесями, поэтому количество вредных примесей служит основным показателем для разделения сталей по качеству.

По назначению:

Конструкционные стали − наиболее обширная группа. Предназначены для изготовления строительных сооружений, деталей машин и конструкций, к ним относятся: цементуемые, улучшаемые, высокопрочные, рессорно-пружинные.

Инструментальные стали − для режущих и измерительных инструментов, штампов холодного и горячего (до 200°С) деформирования.

Специальные стали предназначены для изготовления конкретного вида изделия.

2. Маркировка стали обыкновенного качества

Маркировка и общие требования стали обыкновенного качества регламентированы ГОСТ 380-94. Применяются стали для изготовления конструкционных деталей неответственного назначения (несущие конструкции, корпусные детали, панели).

В зависимости от назначения стали подразделяют на три группы:

А – поставляемую с гарантированными механическими свойствами;

Б – поставляемую с гарантированным химическим составом;

В – поставляемую с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Стали выплавляются следующих марок:

группы А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;

группы Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;

группы В – ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5, ВСт6.

Сочетанием букв Ст в марке обозначают «Сталь обыкновенного качества»; цифра после Ст — условный номер марки (от 0 до 6), в зависимости от химического состава стали; маленькие буквы в конце марки — степень раскисления («кп» — кипящая; «пс» — полуспокойная; «сп» — спокойная). Иногда перед индексом раскисления может стоять буква Г, означающая легирование стали марганцем до 1,5 % (другие легирующие добавки в сталях обыкновенного качества не используют). Стали группы Б и В имеют перед маркой буквы Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначении марки стали не указывается. Стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяют. Категории нормируемых свойств (кроме категории 1) указывают цифрой после индекса раскисления.

Примеры.Ст2кп 2 – сталь обыкновенного качества (неверно говорить — обычного!) группы А (поставляется с гарантированными механическими свойствами), номер марки – 2, кипящая, второй категории;

БСт4сп3 – сталь обыкновенного качества группы Б (поставляется с гарантированным химическим составом), номер марки – 4, спокойная, третьей категории.

Стали группы А используют в состоянии поставки для изделий, изготовление которых не предполагает горячую обработку.. Химический состав этой группы сталей колеблется в широких пределах. Их применяют для изготовления металлоконструкций в строительстве.

Стали группы Б применяются для изделий, в технологии которых входит горячая обработка (ковка, сварка, термическая обработка). Исходная структура и механические свойства в этом случае не сохраняются.

Стали группы В применяются для ответственных деталей, сварных конструкций. Важно знать исходные механические свойства, так как они сохраняются на участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Для оценки свариваемости важны сведения о химическом составе.

3. Маркировка качественной стали

Этот класс сталей отличается более высокой надёжностью, чем сталь обыкновенного качества, и в отличие от высококачественной имеет умеренную цену, поэтому получил наиболее широкое применение в машиностроении.

Качественную сталь маркируют содержанием углерода и легирующих элементов. Обычно в стандарте на качественную сталь приводят варианты рекомендуемых режимов её термической обработки и получаемые при этом механические свойства.

Качественная конструкционная сталь маркируется содержанием углерода, указанным в сотых долях весового процента (обычно указывают значение, соответствующее середине марочного интервала). Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие — с индексом «пс» и «кп» соответственно.

Примеры. Сталь 08кп — сталь качественная конструкционная с содержанием 0,08 % углерода, кипящая.

Сталь 80 — сталь качественная конструкционная с содержанием 0,80 % углерода.

Качественная инструментальная сталь маркируется содержанием углерода, указанным в десятых долях процента (обычно указывают значение, соответствующее середине марочного интервала). Углеродистая (нелегированная) инструментальная сталь дополнительно маркируется буквой У, которая ставится перед числом, обозначающим содержание углерода.

Примеры. Сталь У 8 — сталь качественная инструментальная с содержанием 0,8 % углерода, кипящая.

Сталь У13 — сталь качественная инструментальная с содержанием 1,3 % углерода.

Иногда трудно различить по назначению легированные стали со сходной маркой. Обычно предельное содержание углерода в инструментальных сталях не превышает 1,3 %. Такие высокоуглеродистые инструментальные стали обычно легируют только хромом.

Пример. Сталь 11Х, сталь 13Х — качественные инструментальные стали, легированные хромом до 1 % с содержанием углерода 1,1 и 1,3 %, соответственно.

В некоторых марках легированной инструментальной стали в начале марки может быть не указано содержание углерода. В этом случае содержание углерода до 1 %. Это ещё один признак инструментальной стали.

Пример. Сталь Х — сталь качественная инструментальная с содержанием до 1 % углерода, до 1 % хрома.

Содержание легирующих добавок в качественных легированных сталях (и конструкционных, и инструментальных) указывается русской прописной «звучащей» буквой, обозначающей элемент (табл. 1), и стоящим после буквы числом, указывающим содержание вещества в весовых процентах (обычно указывают значение, соответствующее середине марочного интервала). Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, число не стоит — его содержание до 1 %.

Исключением являются подшипниковые стали типа ШХ15, в которых содержание хрома указано в десятых долях % (1,5 % Cr).

Таблица 1. Маркировка легированных сталей

В зависимости от основных легирующих элементов стали делятся на группы:

– хромистая – 15Х, 15ХА, 30ХРА, 40Х, 45Х и др.;

– марганцовистая – 15Г, 15Г2, 10Г2, 45Г, 50Г2 и др.;

– хромомарганцовистая – 15ХГ, 18ХГТ, 20ХГМ, 25ХГМ, 35ХГФ и др.;

– хромоникелевая – 20ХН, 20ХНР, 20ХНЗА, 12ХНЗ, 45ХН и др.;

– хромокремистая – 33 ХС, 40ХС и др.;

– хромомолибденовая, хромованадиевая, хромоалюминиевая – 15ХМ, 4ХМФА, 30Х3МФ, 35ХФМА, 35ХМ10А и др.

Всего стандартизировано до 100 марок легированных сталей.

В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) различают стали:

Классификация сталей по содержанию углерода

Стали в свою очередь делятся на 3 группы : 1)0,025-0,8% — в структуре присутствует Ф+П ( доэвтектоидные стали ); 2) 0,8% С , структура- чистый П ( эвтектоидные стали ); 3) 0,8-2,14 %, состоит из П и Ц II ( заэвтектоидные стали ).

Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14% называют сталями. Помимо углерода в углеродистые стали при выплавке попадают посторонние примеси: обусловленные тезнологическими процессами ( Mn , Si ), невозможностью их удаления при плавке ( P , S ), случайными обстоятельствами ( Ni , Cu ). Если перечисленные элементы входят в больших количествах, чем предусмотренные ГОСТом на углеродистые стали, эти стали считают легирующими .

Влияние постоянных примесей на структуру с свойства стали.

К постоянным относятся Mn , Si , S , P и газы O , N , H . Верхний предел присутсвия S , P ограничивается 0,05%, Mn , Si – 0,08%.

Марганец вводят в сталь для раскисления, т.е. для устранения вредного влияния закиси железа FeO + Mn  MnO + Fe . При введении марганца происходит восстановление железа из закиси, тем самым несколько увеличиваются характеристики пластичности стали.

Кремний вводится для раскисления 2 FeO + Si  2 Fe + SiO 2 .

Фосфор – вредная примесь, попадает в сталь вместе с рудой. Присутствие фосфора повышает порог хладноломкости стали, т.е. повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние. Его удаляют в процессе выплавки стали путем изменения состава шлаков и флюсов.

Сера – как и фосфор, попадает с рудой. Взаимодействуя с железом образует сульфид ( FeS ), входящий в состав эвтектики плавящейся при Т=988 о С. наличие легкоплавкой эвтектики приводит к охрупчиванию стали при температурах красного коления (  800 о С). Это явление называют красноломкость . Введение в сталь марганца устраняет красноломкость в виду того, что марганец обладает большим сродством к сере, чем железо: FeS + Mn  MnS + Fe . В результате образуется сульфид марганца, который входит состав эвтектики, плавящейся при Т=1620 о С.

Газы . Основные газы, которые попадают в сталь – O , N , H . O и N образуют оксиды и нитриты, которые охрупчивают сталь. Особенно вредно присутствие в стали H , который приводит к внутренним надрывам в металле с образованием, т.н. флокены . Устранение газов возможно при выплавке стали в электропечах или вакууме. ! Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные. Буквы «Ст» в марке стали обозначают «сталь», цифры — ус­ловный номер марки (с увеличением номера возрастает в стали содержание углерода. В зависимости от условий и степени раскисления различают стали: 1) спокойные «сп» Ст1сп) 2) полуспокойные «ПС» (Стп c ); 3) кипящие «кп» (Сткп). В их составе разное массовое содержание кремния и кислорода: в спокойных 0,15—0,3 % Si и —0,002 % О 2 ; в полуспокойных 0,05—0,15 % Si и —0,01 % 0 2 и в кипящих — не более 0,05 % Si и

0,02 % О 2 . Спокойные стали получают полным раскислением стали ферромарганцем, ферросилициумом, алюминием в печи, а затем в ковше. Они застывают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только ферромарганцем и до затверде­вания в них содержится повышенное количество FeO . При засты­вании в изложнице FeO взаимодействует с углеродом стали, образуя СО, который выделяется в виде пузырьков, создавая впечатление, что металл кипит. Стали обыкновенного качества, особенно кипящие, наиболее дешевые. В процессе выплавки они меньше очищаются от вредных примесей. Массовая доля серы должна быть не более 0,05 % , фосфора — не более 0,04 % и азота — не более 0,008 %. Стали отливают в крупные слитки, вследствие чего в них раз-вита ликвация и они содержат сравнительно большое количество неметаллических включений. С повышением условного номера марки стали возрастает пре дел прочности и текучести и снижается пластичность. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепаных и болтовых конструкций, реже для изготовления малонагруженных деталей машин (валы, оси, зубчатые колеса и т. д.). Кипящие стали (Ст1кп), содержащие повышен­ное количество кислорода, имеют порог хладноломкости на 30— 40 °С выше, чем стали спокойные (Ст1сп). Поэтому для ответственных сварных конструкций, а также рабо­тающих при низких климатических температурах применяют спо­койные, стали (Ст1сп, Ст2сп, СтЗсп). С повышением содержания в стали углерода свариваемость ухудшается. Поэтому стали Ст5 и Ст6 с более высоким содержа­нием углерода применяют для элементов строительных конструк­ций, не подвергаемых сварке. Стали, предназначенные для сварных конструкций, должны обладать малой чувствительностью к термическому старению, а стали, подвергаемые холодной правке и гибке, — малой склон­ностью к деформационному старению. Стали обыкновенного качества нередко имеют специализиро­ванное назначение (моего- и судостроение, сельскохозяйственное машиностроение и т. д.) и поступают по особым техническим ус­ловиям. Низкоуглеродистые стали СтЗ, Ст4 и другие обладают малой устойчивостью переохлажденного аустенита ‘ (высокой критической скоростью закалки)» поэтому после закалки мартенсит не образуется. Качественные углеродистые стали. Эти стали (ГОСТ 1050—74) выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу и структуре: содержание S P Низкоуглеродистые стали (содержание углерода  в = 330-340 МПа,  0,2 = 200-210 МПа и δ = ЗЗ-31 % . Эти стали без термической обработки приме­няют для малонагруженных деталей. Тонколистовую холодно­катаную низкоуглеродистую сталь используют для холодной штам­повки изделий. Стали 15, 15кп, 20, 25 чаще применяют без термической обработки или в нормализованном состоянии. Низкоуглеродистые качественные стали используют и для от­ветственных сварных конструкций, а также для деталей машин, упрочняемых цементацией. Среднеуглеродистые стали (0,3—0,5 % С) 30, 35, 40, 45, 50, 55 применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки для самых разнообразных деталей во всех отраслях ма­шиностроения. Эти стали в нормализованном состоянии по сравне­нию с низкоуглеродистыми имеют более высокую прочность при более низкой пластичности (  в = 500-5-610 МПа,  0,2 = 300-360 МПа, δ = 21 -16 %). Стали в отожженном состоянии хо­рошо обрабатываются резанием. Наиболее легко обрабатываются доэвтектоидные стали со структурой пластинчатого перлита. Прокаливаемость ста­лей невелика; критический диаметр после закалки в воде не превышает 10—12 мм (95 % мартенсита). В связи с этим их сле­дует применять для изготовления небольших деталей или более крупных, но не требующих сквозной прокаливаемости. Для по­вышения прокаливаемости стали добавочно легируют марганцем (40Г, 50Г). Стали с высоким содержанием углерода (0,6—0,85 % С) 60, 65, 70, 80 и 85 обладают повышенной прочностью, износостой­костью и упругими свойствами; применяют их после закалки и отпуска, нормализации и отпуска и поверхностной закалки для- j деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких! статических вибрационных нагрузок. Из этих сталей изготовляют пружины и рессоры, шпиндели, замковые шайбы, прокатные, валки и т. д. Способы производства стали.

Различают бессемеровский, кислородно-конверторный, мартеновский и способ выплавки в дуговых и индукционных печах.

Бессемеровский способ в настоящее время практически не применяется в связи с низким качеством полученной стали. Сущность способа состоит продувке жидкого чугуна воздухом. Кислород воздуха окисляет углерод, доводя его содержание до количества, необходимого в стали. Низкое качество стали обусловлено тем, что в процессе продувки воздухом сталь насыщается азотом. Кроме того, вредные примеси (сера, фосфор) не удаляются.

В отличие от бессемеровского способа, при кислородно-конверторном способе продувку жидкого чугуна осуществляется чистым кислородом. При этом, равно как и в мартеновском способе, в зависимости от состава шлаков и флюсов, футеровка печи бывает основной (магнезит, хромомагнезит) или кислой (динас). Футеровку выбирают так, чтобы не проходила реакция между шлаком и футеровкой. При основном процессе из стали в большей степени удаляется фосфор, в меньшей — сера. Однако при этом сталь содержит большее количество газов. Более дорогой кислый процесс проводят в том случае, когда нужно получить чистую по газам сталь.

Наиболее качественная сталь получается при выплавке в дуговых и индукционных печах.

В зависимости от степени раскисления различают стали спокойные, кипящие и полуспокойные. Спокойные стали получают при раскислении марганцем, алюминием, кремнием и обозначают СП. Кипящую сталь получают при раскислении только марганцем. Обозначают такие стали КП. Полуспокойные стали раскисляют марганцем и кремнием и обозначаются ПС.

Углеродистые стали общего назначения (обыкновенного качества).

Потребителю с металлургических заводов стали поставляются в виде проката (ленты, прутки, швеллеры, трубы ). Раньше по ГОСТу стали обыкновенного качества поставляли по трем группам:

А — с гарантированными механическими свойствами;

Б — с гарантированным химическим составом;

В — с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Стали маркировались : группа А — Ст.0,Ст.1. Ст.6; группа Б — с указанием способа выплавки — БСт.1,МСт.1 , где

Б — бессемеровский , а М — мартеновский способы выплавки; группа В: — ВСт.1.

В соответствии с ГОСТом , вступившим в действие с 90 г., с учетом того, что стали выплавляют преимущественно электро-способами, стали обыкновенного качества маркируют просто Ст.1. Ст.6, где за цифрой может стоять способ раскисления: Ст.1КП. Ст.1ПС, Ст.1СП. Классификация сталей по качеству : Стали обыкновенного кач-ва. Дешевые стали, в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями, т.к. они выплавляются по нормам массовой технологии. Стали обыкн. кач-ва выпускают в виде проката (балки, прутки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.д.), а также поковок. В зав-ти от гарантированных св-в бывают трех групп: А, Б, В. Стали маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающие номер марки. Стали групп Б и В имеют перед маркой Б и В, указывающие на их принадлежность к этим группам. Группа А в обозначениях марки стали не указывается. Степень раскисления обозначается добавлением индексов: спокойные – сп; полуспокойные – пс; кипящие – кп (Ст3сп; БСт3пс; ВСт3кп). Широко прим. Ст3. Стали группы А поставляются с гарантированными мех. св-вами. Хим. состав не указывается. Стали группы А используют в горячекатаном состоянии для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. Стали гр. Б поставляются с гарантир. хим. составом. Мех. св-ва не гарантируются. Их прим. для изделий, изготовляемых с прим. горячей обработки, при кот. исходная структура и мех. св-ва не сохраняются. Стали гр. В поставляются с гарант. мех. и хим. св-ми. Их широко прим. для произ-ва сварных конструкций. В этом случае важно знать исходные мех. св-ва стали, т.к. они сохран-ся неизменными в участках, не подвергаемых нагреву при сварке. Углеродистые стали обыкн. кач-ва предназнач. для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Их прим. когда работоспособность деталей и конструкций определяется жесткостью. Из сталей номеров 1-4 изготавливают сварные фермы, рамы, и др. строительные металлоконструкции. Среднеуглеродистые стали номеров 5, 6 обладают большой прочностью, прим. для рельсов, ж.д. колес, а также валов, шестерен, шкивов.