Головна » Для паркану

Класифікація та маркування сталей. Маркування сталі за російською, європейською та американською системами Що таке сталь класифікація сталей

За структурою:

< С, тем >перліту, сталь міцніша.

За призначенням:

1)

ПИТАННЯ 14. Класифікація сталей за способом про-ва та якістю.

За способом пр-ва:

1) Кислий спосіб;

2) Основний спосіб - нерозкислена сталь кп, спокійна СП, якщо після марки немає букв, це спокійна сталь, якщо не повністю розкислена, то пс.

За якістю:

Залежно від вмісту шкідливих домішок: сірки та фосфору-сталі поділяють на:

Стали звичайної якості, вміст до 0.06% сірки та до 0,07% фосфору. Сталь звичайної якості підрозділяється ще й на постачання на 3 групи:

1. сталь групи Апоставляється споживачам за механічними властивостями (така сталь може мати підвищений вміст сірки чи фосфору);

2. сталь групи Б -за хімічним складом;

3. сталь групи В- з гарантованими механічними властивостями та хімічним складом.

1. Якісні- до 0,035% сірки та фосфору кожного окремо.

2. Високоякісні- до 0.025% сірки та фосфору.

3. Особово високоякісні,до 0,025% фосфору та до 0,015% сірки.

Леговані сталі. Легують елементи. Маркування л/с.

Леговані сталі широко застосовують у тракторному та сільськогосподарському машинобудуванні, в автомобільній промисловості, важкому та транспортному машинобудуванні меншою мірою у станкобудуванні, інструментальній та інших видах промисловості. Це сталі застосовують для важко навантажених металоконструкцій.

Сталі, у яких сумарна кількість вмісту легуючих елементів не перевищує 2.5%, відносяться до низьколегованих, що містять 2.5-10% - до легованих, і більше 10% до високолегованих (вміст заліза понад 45%).

Найширше застосування у будівництві отримали низьколеговані сталі, а машинобудуванні - леговані стали.

Леговані конструкційні сталі маркують цифрами та літерами. Двозначні цифри, що наводяться на початку марки, вказують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, літери праворуч від цифри позначають легуючий елемент. Приклад, сталь 12Х2Н4А містить 0.12%, 2% Cr, 4% Ni і відноситься до високоякісних, на що вказує в кінці марки буква ІАІ.

Будівельні низьколеговані сталі

Низько легованими називають сталі, що містять не більше 0.22% і порівняно невелику кількість недефіцитних легуючих елементів: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr та інші.

До цих сталей відносяться сталі 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП та багато інших. Стали у вигляді листів, сортового фасонного прокату застосовують у будівництві та машинобудуванні для зварних конструкцій, переважно без додаткової термічної обробки. Низьколеговані низьковуглецеві сталі добре зварюються.

Для виготовлення труб великого діаметра застосовують сталь 17ГС (s0.2 = 360МПа, sв = 520МПа).

Для виготовлення деталей, що зміцнюються цементацією, застосовують низьковуглецеві (0.15-0.25% С) сталі. Вміст легуючих елементів у сталях не повинен бути занадто високим, але повинен забезпечити необхідну прожарювання поверхневого шару і серцевини.

Хромисті сталі 15Х, 20Х призначені для виготовлення невеликих виробів простої форми, що цементуються на глибину 1.0-1.5мм. Хромисті сталі в порівнянні з вуглецевими володіють більш високими властивостями міцності при деякій меншій пластичності в серцевині і кращої міцностіу цементованому шарі.

Виробництво сталі.

У сталі порівняно з чавуном міститься менше вуглецю, кремнію, сірки та фосфору. Для отримання сталі з чавуну необхідно зменшити концентрацію речовин шляхом окислювальної плавки.

У сучасній металургійній промисловості сталь виплавляють переважно у трьох агрегатах: конвекторах, мартенівських та електричних печах.

Виробництво сталі у конверторах.

Конвертор є посудиною грушоподібної форми. Верхню частину називають козирком чи шоломом. Вона має горловину, через яку рідкий чавун і зливають сталь та шлак. Середня частина має циліндричну форму. У нижній частині є приставне днище, яке в міру зношування замінюють новим. До днища приєднана повітряна коробка, в яку надходить стиснене повітря.

Місткість сучасних конвекторів дорівнює 60 – 100 т. і більше, а тиск повітряного дуття 0,3-1,35 Мн/м. Кількість повітря необхідного для переробки 1 т чавуну становить 350 кубометрів.

Перед заливкою чавуну конвектор повертають до горизонтального положення, при якому отвори фурм виявляються вищими за рівень залитого чавуну. Потім його повільно повертають у вертикальне положення та одночасно подають дуття, що не дозволяє металу проникати через отвори фурм у повітряну коробку. У процесі продування повітрям рідкого чавуну вигоряють кремній, марганець, вуглець і частково залізо.

При досягненні необхідної концентрації вуглецю конвектор повертають у горизонтальне положення та припиняють подачу повітря. Готовий метал розкислюють та виливають у ківш.

Безсемерівський процес.У конвертор заливають рідкий чавун із досить високим вмістом кремнію (до 2,25% і вище), марганцю (0,6-0,9%), та мінімальною кількістю сірки та фосфору.

За характером реакції, що відбувається, безсемерівський процес можна розбити на три періоди. Перший період починається після пуску дуття в конвертор і продовжується 3-6 хв. З горловини конвертора разом із газами вилітають дрібні краплі рідкого чавуну з утворенням іскор. У цей період окислюються кремній, марганець та частково заліза за реакціями:

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

Закис заліза, що утворюється, частково розчиняється в рідкому металі, сприяючи подальшому окисленню кремнію і марганцю. Ці реакції протікають із виділенням великої кількості тепла, що викликає розігрів металу. Шлак виходить кислим (40-50% SiO2).

Другий період починається після майже повного вигоряння кремнію та марганцю. Рідкий метал досить добре розігрітий, що створюються сприятливі умови для окислення вуглецю за реакцією C + FeO = Fe + CO, яка протікає з поглинанням тепла. Горіння вуглецю триває 8-10 хв і супроводжується деяким зниженням температури рідкого металу. Окис вуглецю, що утворюється, згоряє на повітрі. Над горловиною конвектора з'являється яскраве полум'я.

У міру зниження вмісту вуглецю в металі полум'я над горловиною зменшується і починається третій період. Він відрізняється від попередніх періодів появою над горловиною конвертора бурого диму. Це показує, що з чавуну майже повністю вигоріли кремній, марганець та вуглець і почалося дуже сильне окислення заліза. Третій період триває не більше 2 – 3 хв, після чого конвектор перевертають у горизонтальне положення і у ванну вводять розкислювачі (феромарганець, феросиліцій або алюміній) для зниження вмісту кисню в металі. У металі відбуваються реакції

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

Готову сталь виливають із конвектора в ківш, а потім направляють на розлив.

Щоб отримати сталь із заздалегідь заданою кількістю вуглецю (наприклад, 0,4 – 0,7% С), продування металу припиняють у той момент, коли з нього вуглець ще не вигорів, або можна допустити повне вигоряння вуглецю, а потім додати певну кількість чавуну або містять вуглець певну кількість феросплавів.

Більшість мартенівських печей опалюють сумішшю доменного, коксувального та генераторного газів. Також застосовують і природний газ. Мартенівська піч, що працює на мазуті, має генератори лише для нагрівання повітря.

Шихтові матеріали (скрапи, чавун, флюси) завантажують у піч наповненою машиною через завалочні вікна. Розігрів шихти, розплавлення металу та шлаку в печі відбувається в плавильному просторі при контакті матеріалів з факелом розпечених газів. Готовий метал випускають із печі через отвори, розташовані в найнижчій частині подини. На час плавки випускний отвір забивають вогнетривкою глиною.

Процес плавки в мартенівських печах може бути кислим чи основним. При кислому процесі вогнетривка кладка печі виконана з дінасової цегли. Верхні частини подини наварюють кварцовим піском і ремонтують після кожної плавки. У процесі плавки одержують кислий шлак з великим вмістом кремнезему (42-58%).

При основному процесі плавки подіну і стінки печі викладають з магнезитової цегли, а склепіння - з дінасової або хромомагнезитової цегли. Верхні шари подини наварюють магнезитовим або доломітовим порошком і ремонтують після кожної плавки. У процесі плавки одержують кислий шлак із великим вмістом 54 – 56% СаО.

Основний мартенівський процес. Перед початком плавки визначають кількість вихідних матеріалів (чушковий чавун, сталевий скрап, вапняк, залізняк) і послідовність їх завантаження в піч. За допомогою машини для заливки мульда (спеціальна коробка) з шахтою вводиться в плавильний простір печі і перевертається, в результаті чого шихта висипається на подіну печі. Спочатку завантажують дрібний скрап, потім більший і нею кускове вапно (3 – 5 % маси металу). Після прогріву завантажених матеріалів подають брухт, що залишився, і граничний чавун двома трьома порціями.

Для інтенсивнішого живлення металевої ванни киснем в шлак вводять залізну руду. Кисень, розчинений у металі, окислює кремній, марганець, фосфор та вуглець за реакціями, розглянутими вище.

До моменту розплавлення всієї шихти значна частина фосфору переходить у шлак, оскільки останній містить достатню кількість закису заліза та вапна. Щоб уникнути зворотного переходу фосфору до металу перед початком кипіння ванни 40 – 50% первинного шлаку з печі.

Після завантаження первинного шлаку в піч завантажують вапно для утворення нового і більш основного шлаку. Теплове навантаження печі збільшується, щоб тугоплавке вапно швидше перейшло в шлак, а температура металевої ванни підвищилася. Через деякий час 15 - 20 хв в піч завантажують залізну руду, яка збільшує вміст оксидів заліза в шлаку, і викликає в металі реакцію окислення вуглецю

[C] + (FeO) = Coгаз.

Утворюється окис вуглецю виділяється з металу у вигляді бульбашок, створюючи враження його кипіння, що сприяє перемішування металу, виділення металевих включень та розчинених газів, а також рівномірному розподілутемператури за глибиною ванни. Для хорошого кипіння ванни необхідно підводити тепло, оскільки ця реакція супроводжується поглинанням тепла. Тривалість періоду кипіння ванни залежить від ємності печі та марки сталі, і знаходиться 1,25 – 2,5 год і більше.

Зазвичай залізну руду додають у піч в першу період кипіння, званого поліруванням металу. Швидкість окислення вуглецю у період у сучасних мартенівських печах великий ємності дорівнює 0,3 – 0,4% на годину.

Протягом другої половини періоду кипіння залізну руду у ванну не подають. Метал кипить дрібними бульбашками за рахунок накопичених у шлаку оксидів заліза. Швидкість вигоряння вуглецю у період дорівнює 0,15 – 0,25% на годину. У період кипіння, стежачи за основністю та рідиною шлаку.

Коли вміст вуглецю в металі виявиться дещо нижчим, ніж потрібно для готової сталі, починається остання стадія плавки – період доведення та розкислення металу. У піч вводять певну кількість шматкового феромарганцю (12% Mn), а потім через 10 - 15 хв феросиліцій (12-16% Si). Марганець і кремній взаємодіють із розчиненим у металі киснем, внаслідок чого реакція окислення вуглецю припиняється. Зовнішньою ознакою звільнення металу від кисню є припинення виділення бульбашок окису вуглецю на поверхні шлаку.

При основному процесі плавки відбувається часткове видалення сірки з металу реакції

+ (CaO) = (CaO) + (FeO).

Для цього необхідні висока температура та достатня основність шлаку.

Кислий мартенівський процес.Цей процес складається з тих самих періодів, що й основний. Шихту застосовують дуже чисту за фосфором та сіркою. Пояснюється це тим, що кислий шлак, що утворюється, не може затримувати зазначені шкідливі домішки.

Печі зазвичай працюють на твердій шихті. Кількість скрапу дорівнює 30 - 50% маси металевої шихти. У шихті допускається трохи більше 0,5% Si. Залізну руду в піч подавати не можна, оскільки вона може взаємодіяти з кремнеземом подини і руйнувати її в результаті утворення легкоплавкого з'єднання 2FeO*SiO2. Для отримання первинного шлаку в піч завантажують кілька кварциту або мартенівського шлаку. Після цього шихта нагрівається пічними газами; залізо, кремній, марганець окислюються, їх оксиди сплавляються з флюсами і утворюють кислий шлак, що містить до 40 -50% SiO2. У цьому шлаку більшість закису заліза перебуває у силікатної формі, що утрудняє його перехід із шлаку в метал. Кипіння ванни при кислому процесі починається пізніше, ніж при основному, і відбувається повільніше навіть при хорошому нагріванні металу. Крім того, кислі шлаки мають підвищену в'язкість, що негативно впливає на вигоряння вуглецю.

Так як сталь виплавляється під шаром кислого шлаку з низьким вмістом вільного закису заліза, цей шлак захищає метал від насичення киснем. Перед випуском з печі в сталі міститься менше розчиненого кисню, ніж сталі, виплавленої при основному процесі.

Для інтенсифікації мартенівського процесу повітря збагачують киснем, що подається у смолоскип полум'я. Це дозволяє отримувати більш високі температури у смолоскипі полум'я, збільшувати її променевипускальну здатність, зменшувати кількість продуктів горіння і завдяки цьому збільшувати теплову потужність печі.

Кисень можна вводити і у печі. Введення кисню у факел та у ванну печі скорочує періоди плавки та збільшує продуктивність печі на 25-30%. Виготовлення хромомагнезитових склепінь замість динасових дозволяє збільшувати теплову потужність печей, збільшити міжремонтний період у 2-3 рази та підвищити продуктивність на 6-10%.

Електроннопроменеве плавлення металів. Для отримання особливо чистих металів та сплавів використовують електроннопроменеву плавку. Плавка заснована на використанні кінетичної енергії вільних електронів, що отримали прискорення в електричному полівисокої напруги. На метал спрямовується потік електронів, у результаті він нагрівається і плавиться.

Електроннопроменева плавка має ряд переваг: електронні промені дозволяють отримати високу щільність енергії нагріву, регулювати швидкість плавки у великих межах, виключити забруднення розплаву матеріалом тигля та застосовувати шихту у будь-якому вигляді. Перегрів розплавленого металу у поєднанні з малими швидкостями плавки та глибоким вакуумом створюють ефективні умовидля очищення металу від різних домішок

Електрошлаковий переплав. Дуже перспективним способом отримання високоякісного металу є електрошлаковий переплав. Краплі металу, що утворюються при переплаві заготовки, проходять через шар рідкого металу та рафінуються. При обробці металу шлаком і спрямованої кристалізації зливка знизу вгору вміст сірки в заготівлі знижується на 30 - 50%, а вміст неметалевих включень - у два-три рази.

Вакуумування сталі. Для отримання високоякісної сталі широко застосовується вакуумна плавка. У зливці містяться гази та кілька неметалевих включень. Їх можна значно зменшити, якщо скористатися вакуумуванням сталі при її виплавці та розливанні. При цьому способі рідкий метал піддається витримці в закритій камері, з якої видаляють повітря та інші гази. Вакуумування сталі проводиться в ковші перед заливкою по виливницях. Найкращі результати виходять тоді, коли сталь після вакуумування в ковші розливають по виливницях так само у вакуумі. Виплавка металу у вакуумі здійснюється у закритих індукційних печах.

Рафування стали у ковші рідкими синтетичними шлаками. Сутність цього методу полягає в тому, що очищення сталі від сірки, кисню та неметалевих включень проводиться при інтенсивному перемішуванні сталі в ковші з попередньо злитим шлаком, приготовленому в спеціальній шлакоплавильної печі. Сталь після обробки рідкими шлаками має високі механічні властивості. За рахунок скорочення періоду рафінування у дугових печах, продуктивність яких може бути збільшена на 10 – 15%. Мартенівська піч, оброблена синтетичними шлаками, за якістю близька до якості сталі, що виплавляється в електричних печах.

Сталь (від нім. Stahl) - сплав (твердий розчин) заліза з вуглецем (та іншими елементами), що характеризується евтектоїдним перетворенням. Вміст вуглецю в сталі трохи більше 2,14 %. Вуглець надає сплавам заліза міцність та твердість, знижуючи пластичність та в'язкість.

Враховуючи, що в сталь можуть бути додані легуючі елементи, сталлю називається сплав, що містить не менше 45 % заліза заліза з вуглецем і легуючими елементами (легована, високолегована сталь).

Застосування

Сталі з високими пружними властивостями знаходять широке застосування в машино- та приладобудуванні. У машинобудуванні їх використовують виготовлення ресор, амортизаторів, силових пружин різного призначення, в приладобудуванні - для численних пружних елементів: мембран, пружин, пластин реле, сильфонів, розтяжок, підвісок.

Пружини, ресори машин та пружні елементи приладів характеризуються різноманіттям форм, розмірів, різними умовами роботи. Особливість їх роботи у тому, що з великих статичних, циклічних чи ударних навантаженнях у яких допускається залишкова деформація. У зв'язку з цим всі пружинні сплави крім механічних властивостей, характерних для всіх конструкційних матеріалів (міцності, пластичності, в'язкості, витривалості), повинні мати високий опір малим пластичним деформаціям. В умовах короткочасного статичного навантаження опір малим пластичним деформаціям характеризується межею пружності, при тривалому статичному або циклічному навантаженні - релаксаційною стійкістю.

Класифікація

Сталі діляться на конструкційніі інструментальні. Різновидом інструментальним є швидкорізальна сталь.

За хімічним складом сталі діляться на вуглецеві та леговані; у тому числі за вмістом вуглецю - на низьковуглецеві (до 0,25 % С), середньовуглецеві (0,3-0,55 % С) та високовуглецеві (0,6-2 % С); леговані сталі за вмістом легуючих елементів діляться на низьколеговані - до 4% легуючих елементів, середньолеговані - до 11% легуючих елементів та високолеговані - понад 11% легуючих елементів.

Стали, залежно від способу їхнього одержання, містять різну кількість неметалевих включень. Зміст домішок лежить в основі класифікації сталей за якістю: звичайної якості, якісні, високоякісні та особливо високоякісні.

Характеристики стали

Щільність: 7700-7900 кг/м³,

Питома вага: 75500-77500 Н/м³ (7700-7900 кгс/м³ у системі МКГСС),

Питома теплоємність при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),

Температура плавлення: 1450-1520 °C,

Питома теплота плавлення: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг),

Коефіцієнт теплопровідності за температури 100 °C. Хромонікельвольфрамова сталь 15,5 Вт/(м·К)

Кульгаваста сталь 22,4 Вт/(м·К)

Молібденова сталь 41,9 Вт/(м·К)

Вуглецева сталь (марка 30) 50,2 Вт/(м·К)

Вуглецева сталь (марка 15) 54,4 Вт/(м·К)

Коефіцієнт лінійного теплового розширення при температурі близько 20 °C: сталь Ст3 (марка 20) 1/°C

сталь нержавіюча 1/°C

Сталь рейкова 690-785 МПа

Виробництво сталі

Суть процесу переробки чавуну на сталь полягає у зменшенні до потрібної концентрації вмісту вуглецю та шкідливих домішок - фосфору та сірки, які роблять сталь крихкою та ламкою. Залежно від способу окислення вуглецю існують різні способи переробки чавуну на сталь: конверторний, мартенівський та електротермічний.

Безсемерівський спосіб

Безсемерівським способом переробляють чавуни, що містять мало фосфору та сірки та багаті кремнієм (не менше 2 %). Під час продування кисню спочатку окислюється кремній з виділенням значної кількості тепла. Внаслідок цього початкова температура чавуну приблизно з 1300 ° C швидко піднімається до 1500-1600 ° С. Вигоряння 1% Si обумовлює підвищення температури на 200 ° C. Близько 1500 ° C починається інтенсивне вигоряння вуглецю. Разом з ним інтенсивно окислюється і залізо, особливо до кінця вигоряння кремнію та вуглецю:

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

монооксид заліза FeO, що утворюється, добре розчиняється в розплавленому чавуні і частково переходить в сталь, а частково реагує з SiO2 і у вигляді силікату заліза FeSiO3 переходить в шлак:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Фосфор повністю переходить із чавуну в сталь, тому P2O5 при надлишку SiO2 не може реагувати з основними оксидами, оскільки SiO2 з останніми реагує більш енергійно. Тому фосфористі чавуни переробляти в сталь у такий спосіб не можна.

Всі процеси в конверторі йдуть швидко - протягом 10-20 хвилин, тому що кисень повітря, що продувається через чавун, реагує з відповідними речовинами відразу по всьому об'єму металу. Під час продування повітрям, збагаченим киснем, процеси прискорюються. Монооксид вуглецю CO, що утворюється при вигорянні вуглецю, пробульковує вгору, згоряє там, утворюючи над горловиною конвертора смолоскип світлого полум'я, який у міру вигоряння вуглецю зменшується, а потім зовсім зникає, що і є ознакою закінчення процесу. Сталь, що при цьому отримує, містить значні кількості розчиненого монооксиду заліза FeO, який сильно знижує якість сталі. Тому перед розливом сталь треба обов'язково розкислити за допомогою різних розкислювачів - феросиліцію, феромаганцю або алюмінію:

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

Монооксид марганцю MnO як основний оксид реагує із SiO2 та утворює силікат марганцю MnSiO3, який переходить у шлак. Оксид алюмінію як нерозчинна за цих умов речовина теж спливає нагору і переходить у шлак. Незважаючи на простоту і високу продуктивність, безсемерівський спосіб тепер мало поширений, оскільки він має ряд істотних недоліків. Так, чавун для безсемерівського способу має бути з найменшим вмістом фосфору та сірки, що далеко не завжди можливо. При цьому способі відбувається дуже велике вигоряння металу, і вихід сталі становить лише 90% від чавуну, а також витрачається багато розкислювачів. Серйозним недоліком є ​​неможливість регулювання хімічного складу сталі.

Безсемерівська сталь містить зазвичай менше 0,2% вуглецю і використовується як технічне залізо для виробництва дроту, болтів, покрівельного заліза тощо.

Томасівський спосіб

Томасівським способом переробляють чавун з великим вмістом фосфору (до 2 % і більше). Основна відмінність цього способу від безсемерівського полягає в тому, що футерування конвертера роблять з оксидів магнію і кальцію. Крім того, до чавуну додають ще до 15% CaO. Внаслідок цього шлакоутворюючі речовини містять значний надлишок оксидів з основними властивостями.

У цих умовах фосфатний ангідрид P2O5, який виникає при згорянні фосфору, взаємодіє з надлишком CaO з утворенням фосфату кальцію, переходить у шлак:

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

Реакція горіння фосфору одна із головних джерел тепла у своїй способі. При згорянні 1 % фосфору температура конвертора піднімається на 150 °C.

FeS + CaO = FeO + CaS

Всі останні процеси відбуваються так само, як і за безсемерівського способу. Недоліки Томасівського способу такі самі, як і безсемерівського. Томасівська сталь також маловуглецева і використовується як технічне залізо для виробництва дроту, покрівельного заліза тощо.

Мартенівська піч

Мартенівський спосіб відрізняється від конверторного тим, що випалювання надлишку вуглецю в чавуні відбувається не тільки за рахунок кисню повітря, а й кисню оксидів заліза, які додаються у вигляді залізної руди та залізного іржавого брухту.

Мартенівська піч складається з плавильної ванни, перекритої склепінням з вогнетривкої цегли, і спеціальних камер регенераторів для попереднього підігріву повітря та пального газу. Регенератори заповнені насадкою з вогнетривкої цегли. Коли перші два регенератори нагріваються пічними газами, горючий газ і повітря вдуваються в піч через розпечені третій та четвертий регенератори. Через деякий час, коли перші два регенератори нагріваються, потік газів направляють у протилежному напрямку і т.д.

Плавильні ванни потужних мартенівських печей мають довжину до 16 м, ширину до 6 м та висоту понад 1 м. Місткість таких ванн досягає 500 т сталі. У плавильну ванну завантажують залізний брухт та залізну руду. До шихти додають також вапняк як флюс. Температура печі підтримується при 1600-1650 ° C і від. Вигоряння вуглецю та домішок чавуну в перший період плавки відбувається головним чином за рахунок надлишку кисню в горючій суміші з тими ж реакціями, що і в конверторі, а коли над розплавленим чавуном утворюється шар шлаку - за рахунок оксидів заліза

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + С = Fe + CO

Внаслідок взаємодії основних та кислотних оксидів утворюються силікати та фосфати, які переходять у шлак. Сірка теж перетворюється на шлак як сульфіду кальцію:

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

Мартенівські печі, як і конвертори, працюють періодично. Після розливання сталі пекти знову завантажують шихтою і т.д. Процес переробки чавуну в сталь у мартенах відбувається відносно повільно протягом 6-7 годин. На відміну від конвертора в мартен можна легко регулювати хімічний складсталі, додаючи до чавуну залізний брухт і руду у тому чи іншого пропорції. Перед закінченням плавки нагріву печі припиняють, зливають шлак, потім додають розкисники. У мартенах можна отримувати і леговану сталь. Для цього до кінця плавки додають до сталі відповідні метали або сплави.

Електротермічний спосіб

Електротермічний спосіб має перед мартенівським і особливо конверторним цілу низку переваг. Цей спосіб дозволяє отримувати сталь дуже високої якості та точно регулювати її хімічний склад. Доступ повітря в електропіч незначний, тому значно менше утворюється монооксид заліза FeO, що забруднює сталь і знижує її властивості. Температура в електропечі - не нижче 2000 ° C. Це дозволяє проводити плавку сталі на основних шлаках (які важко плавляться), при яких повніше видаляється фосфор і сірка. Крім того, завдяки дуже високій температурі в електропечах можна легувати сталь тугоплавкими металами – молібденом та вольфрамом. Але в електропечах витрачається дуже багато електроенергії – до 800 кВт/год на 1 т сталі. Тому цей спосіб застосовують лише отримання високоякісної спецсталі.

Електропечі бувають різної ємності - від 0,5 до 180 т. Футерування печі роблять зазвичай основною (з CaO і MgO). Склад шихти може бути різним. Іноді вона складається на 90% із залізного брухту і на 10% із чавуну, іноді в ній переважає чавун із добавками у певній пропорції залізної руди та залізного брухту. До шихти додають також вапняк або вапно як флюс. Хімічні процеси при виплавці стали в електропечах ті самі, що й у мартенах.

Властивості стали

Фізичні властивості

щільність ρ ≈ 7,86 г/см3; коефіцієнт лінійного теплового розширення α = 11 … 13 · 10-6 K-1;

коефіцієнт теплопровідності k = 58 Вт/(м · K);

модуль Юнга E = 210 гПа;

модуль зсуву G = 80 гПа;

коефіцієнт Пуассона = 0,28 … 0,30;

питомий опір (20 ° C, 0,37-0,42% вуглецю) = 1,71 · 10-7 Ом · м

Перліт - евтектоїдна суміш двох фаз - фериту та цементиту, містить 1/8 цементиту і тому має підвищену міцність та твердість у порівнянні з феритом. Тому доевтектоїдні стали набагато пластичніші, ніж заевтектоїдні.

Сталі містять до 2,14% вуглецю. Фундаментом науки про сталі, як сплав заліза з вуглецем є діаграма стану сплавів залізо-вуглець - графічне відображення фазового стану сплавів заліза з вуглецем залежно від їх хімічного складу та температури. Для покращення механічних та інших характеристик сталей застосовують легування. Головна мета легування переважної більшості сталей - підвищення міцності за рахунок розчинення легуючих елементів у фериті та аустеніті, утворення карбідів та збільшення прожарюваності. Крім того, легуючі елементи можуть підвищувати стійкість проти корозії, термостійкість, жароміцність та ін. Крім того, легуючі елементи зменшують критичну швидкість охолодження при загартуванні, що необхідно враховувати при призначенні режимів загартування (температури нагрівання та середовища для охолодження). При значній кількості легуючих елементів може суттєво змінитись структура, що призводить до утворення нових структурних класів порівняно з вуглецевими сталями.

Обробка сталі

Види термообробки

Сталь у вихідному стані досить пластична, її можна обробляти шляхом деформування: кувати, вальцювати, штампувати. Характерною особливістю сталі є її здатність суттєво змінювати свої механічні властивості після термічної обробки сутність якої полягає у зміні структури сталі при нагріванні, витримці та охолодженні згідно спеціального режиму. Розрізняють такі види термічної обробки:

відпал;

нормалізація;

загартування;

Відпустка.

Чим багатша сталь на вуглець, тим вона твердіша після термічної обробки. Сталь із вмістом вуглецю до 0,3 % (технічне залізо) практично загартовування не піддається.

Цементація (C) збільшує твердість поверхні м'якої сталі через збільшення концентрації вуглецю поверхневих шарах.

ПИТАННЯ 13. Класифікація сталей за структурою та призначенням.

За структурою:

1) доевтектоїдні (вуглець 0-0,8) у цій структурі знахід. Ферріт і перліт. Чим< С, тем >перліту, сталь міцніша.

2) евтектоїдні (С = 0,8). У них у структурі один перліт, стали міцними.

3) заявтектоїдні (З 0,8-2,14). У них у структурі нах П і Ц втор, стали дуже тверді, менш в'язкі та пластичні.

За призначенням:

1) будівельні (З 0,8-2,14) ці сталі досить міцні, добре прокочуються, зварюються.

2) Машинобудівні (З 03-08). У них більше перліту, тому вони більше ТБ, ніж будівельні, хоча скоротливість і пластичність.

3) Інструментальні (З від 0,7-1,3). Це високовугілля сталі, дуже ТБ., Не пластичні.

4) Ливарні сталі - сплави йдуть на сталеві виливки. З = 0,035. маловуглецеві сталі.

Сталь. Види та марки стали.Їхнє застосування.

Сталь - це сплав заліза і вуглецю коїться з іншими елементами, вміст вуглецю у ньому трохи більше 2,14%.

Найбільш загальна характеристика - за хімічним складомсталь розрізняють:

    вуглецеву сталь (Fe – залізо, C – вуглець, Mn – марганець, Si – кремній, S – сірка, P – фосфор). За вмістом вуглецю ділиться на низьковуглецеву, середньовуглецеву та високовуглецеву. Вуглецева сталь призначена для статично навантаженого інструменту.

За способом виробництва та вмісту домішоксталь відрізняється:

        сталь звичайної якості(Вуглецю менше 0,6%) - відповідає ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, ст6. Літери "Ст" позначають сталь звичайної якості, цифри вказують на номер маркування залежно від механічних властивостей. Є найдешевшою сталлю, але поступається за іншими якостями.

        якісна сталь(вуглецева або легована) - ГОСТ 1577, вміст вуглецю позначається в сотих частках % - 08, 10, 25, 40, додатково може вказуватися ступінь розкислення та характер затвердіння. Якісна вуглецева сталь має високу пластичність і підвищену зварюваність.

        Низьковуглецеві якісні конструкційні сталі характеризуються невисокою міцністю та високою пластичністю. З листового прокату сталі 08, 10, 08кп виготовляють деталі для холодного штампування. З сталей 15, 20 роблять болти, гвинти, гайки, осі, гаки, шпильки та інші деталі невідповідального призначення.

Середньовуглецеві якісні сталі (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) використовують після нормалізації та поверхневого загартування для виготовлення таких деталей, які мають високу міцність і в'язкість серцевини (осі, гвинти, втулки і т. д.)

Сталі 60 - стали 85 мають високу міцність, зносостійкість, пружні властивості. З них виготовляють кранові колеса, валки прокатні, клапани компресорів, пружини, ресори і т.д.

        високоякісна – складний хімічний склад із зниженим вмістом фосфору та сірки – за ГОСТом 19281.

Також сталь ділиться із застосування:

а) будівельна сталь- вуглецева звичайної якості. Має відмінну зварюваність. Цифра означає умовний номер складу сталі за ГОСТом. Чим більший умовний номер, тим більший вміст вуглецю, тим вища міцність сталі і нижча пластичність.

Ст0-3- для вторинних елементів конструкцій та невідповідальних деталей (настили, перила, підкладка, шайби)

Ст3використовують для несучих та несучих елементів зварних та зварних конструкцій та деталей, які працюють при позитивних температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом якості передбачена сталь із підвищеною кількістю марганцю (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкційна сталь- ГОСТ 1050

Вуглецеві якісні конструкційні сталі використовуються в машинобудуванні, для зварних, болтових конструкцій, для покрівельних робіт, для виготовлення рейок, залізничних коліс, валів, шестерень та інших деталей вантажопідйомників.

Ст20- малонавантажені деталі, такі як валики, копіри, упори,

Ст35- випробовують невеликі напруги (осі, тяги, важелі, диски, траверси, вали),

Ст45(ст40Х) - вимагають підвищеної міцності (вали, муфти, осі, зубчасті рейки)

Конструкційні леговані сталі використовують для гусениць тракторів, виготовлення пружин, ресор, осей, валів, автомобільних деталей, деталей турбін та ін.

в) інструментальна сталь- застосовується для ріжучого інструменту, швидкорізальна сталь для холодного та гарячого деформування матеріалу, для вимірювальних інструментів, на виробництво молотків, долот, стамесок, різців, свердлів, напильників, бритв, рашпилів.

У7, У8А (цифра-десяті частки відсотка за вмістом вуглецю). Вуглецеві сталі випускають якісними та високоякісними. Літера «А» означає високоякісну вуглецеву інструментальну сталь.

г) легована сталь- Універсальна сталь, що містить спеціальну домішка. Вміст кремнію понад 0,5%, марганцю понад 1%. ГОСТ 19281-89. Якщо вміст легуючого елемента перевищує 1 - 1,5%, воно вказується цифрою після відповідної літери.

    низьколегована сталь- де легуючих елементів до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низьколеговану сталь можна використовувати в умовах крайньої півночі, від -70 град С. Низьколеговану сталь відрізняє велика міцність за рахунок більш високої межі плинності, що важливо для відповідальних конструкцій.

    середньолегована (2,5 -10%),

    високолегована (від 10 до 50%)

Сталь 09Г2Сзастосовується для парових котлів, апаратів та ємностей, що працюють під тиском та температурою від мінус 70 до плюс 450град; її використовують для відповідальних листових зварних конструкцій у хімічному та нафтовому машинобудуванні, суднобудуванні.

Сталь 10ХСНДвикористовують для зварних конструкцій хімічного машинобудування, фасонних профілів у будівництві, вагонобудуванні.

18ХГТзастосовують для деталей, що працюють на великих швидкостях при високому тиску та ударних навантаженнях.

д) сталь особливого призначення- сталь із особливими фізичними властивостями. Вона застосовується в електротехнічній промисловості та точному суднобудуванні.

На зварюваність сталі впливає рівень її розкислення. За ступенем розкисленнясталь класифікується:

    спокійна сталь(ст3сп) - повністю розкислюється з мінімальним вмістом шлаком та неметалічних домішок,

    напівспокійна сталь(ст3пс) - за характеристиками якості схожа зі спокійною сталлю,

    кипляча сталь(08кп) – неокислена сталь з високим вмістом неметалічних домішок. ГОСТ 1577.

Залежно від нормованих характеристик, сталь поділяють на категорії: 1, 2, 3, 4, 5. Категорії позначають хімічний склад, механічні властивості при розтягуванні, ударну в'язкість)

Марки стали

Марка сталі С245 - Ст3пс5

Марка сталі С255 - Ст3сп5

Марка сталі С235 - Ст3кп2

Марка сталі С345-09Г2С



Вуглецеві та леговані сталі.

Класифікація та маркування сталей.

Сталями прийнято називати сплави заліза з вуглецем, вмістом до 2,14% вуглецю. Крім того, до складу сплаву зазвичай входять марганець, кремній, сірка та фосфор; деякі елементи можуть бути введені для покращення фізико-хімічних властивостей спеціально (легуючі елементи).

Стали, класифікують за різними ознаками. Ми розглянемо такі:

Хімічний склад.

Залежно від хімічного складу розрізняють сталі вуглецеві (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) та леговані (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79). У свою чергу вуглецеві сталі можуть бути:

    маловуглецевими, тобто містять вуглецю менше 0,25%;

    середньовуглецевими,вміст вуглецю становить 0,25-0,60%

    високовуглецевими,у яких концентрація вуглецю перевищує 0,60% Леговані сталі поділяють на:

    низьколегований вміст легуючих елементів до 2,5%

    середньолеговані, до складу входять від 2,5 до 10% легуючих елементів;

    високолеговані , які містять понад 10% легуючих елементів.

Призначення.

За призначенням сталі бувають:

    Конструкційні,призначені для виготовлення будівельних та машинобудівних виробів.

    Інструментальні,з яких виготовляють різальний, міряльний, штамповий та інші інструменти. Ці сталі містять понад 0,65% вуглецю.

    З особливими фізичними властивостями,наприклад, з певними магнітними характеристиками чи малим коефіцієнтом лінійного розширення: електротехнічна сталь, суперінвар.

    З особливими хімічними властивостями, наприклад, нержавіючі, жаростійкі або жароміцні сталі.

Якість.

Залежно від вмісту шкідливих домішок: сірки та фосфору-сталі поділяють на:

    Стали звичайної якості, вміст до 0.06% сірки та до 0,07% фосфору.

    Якісні- до 0,035% сірки та фосфору кожного окремо.

    Високоякісні- до 0.025% сірки та фосфору.

    Особові високоякісні, до 0,025% фосфору та до 0,015% сірки.

Ступінь розкислення.

За ступенем видалення кисню зі сталі, т. е. за рівнем її розкислення, існують:

    спокійні сталі, Т. е., повністю розкислені; такі сталі позначаються літерами "сп" наприкінці марки (іноді літери опускаються);

    киплячі сталі- Слабо розкислені; маркуються літерами "кп";

    підлозі спокійні сталі, що займають проміжне положення між двома попередніми; позначаються літерами "пс".

Сталь звичайної якості підрозділяється ще й на постачання на 3 групи:

    сталь групи Апоставляється споживачам за механічними властивостями (така сталь може мати підвищений вміст сірки чи фосфору);

    сталь групи Б -за хімічним складом;

    сталь групи В- з гарантованими механічними властивостями та хімічним складом.

Залежно від нормованих показників (межа міцності σ, відносне подовження δ%, межа плинності δ т, вигин у холодному стані) сталь кожної групи поділяється на категорії, що позначаються арабськими цифрами

Стали звичайної якостіпозначають літерами "Ст" та умовним номером марки (від 0 до 6) залежно від хімічного складу та механічних властивостей. Чим вище вміст вуглецю і властивості міцності сталі, тим більше її номер. Літера "Г" після номера марки вказує на підвищений вміст марганцю у сталі. Перед маркою вказують групу сталі, причому група "А" у позначенні марки сталі не ставиться. Для вказівки категорії сталі до позначення марки додають номер наприкінці відповідної категорії, першу категорію зазвичай не вказують.

Наприклад:

Ст1кп2 - вуглецева сталь звичайної якості, кипляча, № марки 1, другої категорії, що поставляється споживачам за механічними властивостями (група А);

ВСт5Г - вуглецева сталь звичайної якості з підвищеним вмістом марганцю, спокійна, № марки 5, першої категорії з гарантованими механічними властивостями та хімічним складом (група В);

Вст0 - вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 0, групи Б, першої категорії (сталі марок Ст0 і Бст0 за ступенем розкислення не поділяють).

Якісні сталімаркують наступним чином:

1 на початку марки вказують вміст вуглецю цифрою, що відповідає його середній концентрації;

а) у сотих частках відсотка сталей, містять до 0,65% вуглецю;

05кп - сталь вуглецева якісна, кипляча, містить 0,05%;

60 - сталь вуглецева якісна, спокійна, містить 0,60%;

б) у десятих частках відсотка для індустріальних сталей, які додатково постачаються літерою "У":

У7 – вуглецева інструментальна, якісна сталь, що містить 0,7%, спокійна (всі інструментальні сталі добре розкислені);

У12 - вуглецева інструментальна, якісна сталь, спокійна містить 1,2%;

2 легуючі елементи, що входять до складу сталі, позначають російськими літерами:

А – азот К – кобальт Т – титан Б – ніобій М – молібден Ф-ванадій

В – вольфрам Н – нікель Х – хром Г – марганець

П – фосфор Ц – цирконій Д – мідь Р – бір Ю – алюміній

Е – селен С – кремній Ч – рідкісноземельні метали

Якщо після літери, що позначає легуючий елемент, стоїть цифра, вона вказує зміст цього елемента у відсотках. Якщо цифри немає, то сталь містить 0,8-1,5% легуючого елемента, за винятком молібдену та ванадію (зміст яких у солях зазвичай до 0,2-0,3%), а також бору (в сталі з літерою Р його має бути не менше ніж 0,0010%).

14Г2 – низько легована якісна сталь, спокійна, містить приблизно 14% вуглецю та до 2,0% марганцю.

03Х16Н15М3Б - високо легована якісна сталь, спокійна містить 0,03% C, 16,0% Cr, 15,0% Ni, З, 0% Мо, до 1,0% Nb.

Високоякісні та особливо високоякісні сталі.

Маркують, так само як і якісні, але в кінці марки високоякісної сталі ставлять літеру А, (ця літера в середині марочного позначення вказує на наявність азоту, спеціально введеного в сталь), а після особливо високоякісної марки - через тире букву "Ш".

Наприклад:

У8А - вуглецева інструментальна високоякісна сталь, що містить 0,8% вуглецю;

30ХГС-III – особливо високоякісна середньолегована сталь, що містить 0,30% вуглецю та від 0,8 до 1,5% хрому, марганцю та кремнію кожного.

Окремі групи сталей позначають дещо інакше.

Шарикопідшипникові сталімаркують літерами "ШХ", після яких вказують вміст хрому в десятих частках відсотка:

ШХ6 - шарикопідшипникова сталь, що містить 0,6% хрому;

ШХ15ГС - шарикопідшипникова сталь, що містить 1,5% хрому та від 0,8 до 1,5% марганцю та кремнію.

Швидкорізальні сталі(складнолеговані) позначають буквою "Р", наступна за нею цифра вказує на відсотковий вміст у ній вольфраму:

Р18-швидкорізальна сталь, що містить 18,0% вольфраму;

Р6М5К5-швидкорізальна сталь, що містить 6,0% вольфраму 5,0% молібдену 5,0% кобальту.

Автоматні сталіпозначають буквою "А" і цифрою, що вказує на середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка:

А12 - автоматна сталь, що містить 0,12% вуглецю (всі автоматні сталі мають підвищений вміст сірки та фосфору);

А40Г - автоматна сталь з 0,40% вуглецю та підвищеним до 1,5% вмістом марганцю.

Класифікація та маркування чавунів.

Чавунами називають сплави заліза з вуглецем, що містять понад 2,14% вуглецю. Вони містять ті ж домішки, що і сталь, але у більшій кількості. Залежно від стану вуглецю в чавуні, розрізняють:

Білий чавун,в якому весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді карбіду, і чавун, в якому вуглець значною мірою або повністю знаходиться у вільному стані у вигляді графіту, що визначає властивості міцності сплаву, чавуни поділяють на:

    сірі- Пластичаста або червоподібна форма графіту;

    високоміцні- кулястий графіт;

    кування- пластівеподібний графіт. Чавуни маркують двома літерами і двома цифрами, що відповідають мінімальному значенню тимчасового опору при розтягуванні в МПа -10 .

Сірий чавун позначають літерами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), міцний - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 – сірий чавун з межею міцності при розтягуванні 100 МПа;

ВЧ70 - високоміцний чавун з тимчасовим сигма при розтягуванні 700 МПа;

КЧ35 - ковкий чавун з у розтягуванням приблизно 350 МПа.

Для роботи у вузлах тертя зі змащенням застосовують виливки з антифрикційного чавуну АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 та ін., що розшифровується наступним чином:

С – сірий, В – високоміцний, К – ковкий. А цифри позначають порядковий номер металу згідно з ГОСТом 1585-79.

Сталь- Розповсюджений машинобудівний матеріал.

Під сталлю розуміють сплави заліза з вуглецем, що містять від 0,02 до 2,14% С. Крім вуглецю в сталях присутні постійні домішки Mn, Si, S, Р та ін, які впливають на її властивості. Сталі класифікують за хімічним складом, за якістю та застосування.

За хімічним складомрозрізняють вуглецеві та леговані сталі. За вмістом вуглецю ті та інші поділяють на низько (менше 0,25% С), середньо - (0,30 - 0,70% С) та високовуглецеві (більше 0,7% С). Залежно від сумарного вмісту легуючих елементів розрізняють низько (менше 5%), середньо - (5,0 -10,0%) та високолеговані (понад 10,0%) сталі.

За якістюрозрізняють сталі звичайної якості, якісні, високоякісні та особливо високоякісні. Ця класифікація визначає умови металургійного виробництва сталей і насамперед утримання у яких шкідливих домішок.

До сталей звичайної якості відносять вуглецеві, що містять до 0,6% - С, до 0,060% - S і до 0,070% - Р. З них виготовляють гарячекатаний сортовий прокат: балки, прутки, швелери, куточки, труби тощо, а також холоднокатану листову сталь.

Відповідно до ГОСТ 380-88 випускаються три групи (А, Б та В) сталей звичайної якості.

До групи А входять сталі, що поставляються за механічними властивостями без уточнення їхнього хімічного складу. Сталі цієї групи позначаються літерами Ст (сталь) та цифрами 0, 1, 2...6.

Чим більше число, тим вищий вміст вуглецю і міцність (σ в МПа) і нижче пластичність (δ,%). Ці сталі використовують у стані постачання без подальшої гарячої обробки тиском або термічної обробки. Прикладами цієї групи можуть бути марки: Ст0, Ст1, Ст4.

Група Б - сталі, що поставляються з гарантованим хімічним складом. У позначення марки сталі цієї групи попереду ставиться буква Б, наприклад, БСт0, БСт1 і т.д.

Група В представляє сталі, що поставляються з гарантованим хімічним складом та механічними властивостями. У позначення марки сталі цієї групи вводиться група, наприклад, ВСт1, ВСт5. Хімічний склад стали такий самий, як у відповідної марки групи Б, а механічні властивості такі ж, як у групи А.

Сталі груп Б і В застосовують у випадках, коли сталь необхідно піддавати гарячій деформації або зміцнювати термічну обробку.

Сталі звичайної якості розподіляються, крім того, на спокійні, напівспокійні та киплячі.

Спокійні сталі розкислюють у процесі плавки марганцем, кремнієм, алюмінієм, титаном. У них міститься мінімальна кількість кисню та різних оксидів. Зміст кремнію зазвичай 0,15-0,35%. Спокійні сталі позначають літерами "сп", наприклад, Ст3сп, БСт5сп, ВСт4сп і т.д.

Киплячі сталі розкислюють у процесі плавки тільки марганцем, вміст кремнію трохи більше 0,1% (сліди). Перед розливанням у них міститься підвищена кількість кисню, який взаємодіючи з вуглецем утворює бульбашки СО. Виділення бульбашок із металу створює враження, що він кипить. Частина їх залишається в металі, утворюючи його сотоподібну будову. Киплячі сталі позначаються додатково літерами "кп", наприклад, БСтЗкп, Ст2кп, ВСт4кп.

Напівспокійні сталі за ступенем розкислення займають проміжне положення між спокійними та киплячими і містять до 0,17% кремнію (попередньо розкислюються марганцем). Напівспокійні сталі позначаються додатково літерами "пс", наприклад, Ст1пс, Ст2пс, ВСт5пс і т.д. Завдяки більшій однорідності, порівняно з киплячою сталлю, напівспокійна сталь має властивості, близькі до властивостей спокійної сталі. Спокійна сталь застосовується для виробництва прокату та фасонних виливків; напівспокійна та кипляча - для прокату.

Якісні сталі. За хімічним складом це вуглецеві леговані сталі, вміст сірки та фосфору в яких не повинен перевищувати 0,035% кожного. Коливання у вмісті вуглецю в межах марки має перевищувати 0,08 %.

Високоякісні сталі. Це вуглецеві та леговані сталі, що виплавляються переважно в електричних та кислих мартенівських печах. Зміст сірки і фосфору трохи більше 0,025% кожного, а коливання вуглецю не більше марки трохи більше 0,07%.

Стали особливо високоякісні - це леговані сталі, що виплавляються в електричних печах з електрошлаковим переплавом, містять сірку і фосфор не більше 0,015% кожного.

Застосуваннярозрізняють такі класи сталей: будівельні, машинобудівні загального призначення, машинобудівні спеціального призначення, інструментальні, з особливими хімічними та фізичними властивостями. У цій роботі обмежимося розглядом будівельних, машинобудівних загального призначення та інструментальних сталей, а решта вивчатимуть курс "Матеріалознавство".

Маркування будівельних та машинобудівних сталей загального призначення. Маркування вуглецевих сталей звичайної якості було розглянуто вище.

Якісні вуглецеві сталі за ГОСТ 1050-88 маркуються цифрами 08, 10, 15, 20 ... 85, які вказують на середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Залежно від ступеня розкислення ці сталі можуть бути спокійними або киплячими (08 та 08кп, 10 та 10кп).

Леговані сталі маркуються цифрами та літерами, наприклад, 15Х; 45ХФ; 18ХГТ; 12ХН3А; 20Х2Н4А; 14Г2 25Г2С і т.д. Двозначні цифри на початку марки вказують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка; літери праворуч від цифри позначають легуючий елемент: А - азот, Б - ніобій, В - вольфрам, Г - марганець, Д - мідь, К - кобальт, Н - нікель, М - молібден, П - фосфор, Р - бор, С - кремній, Т - титан, Ф - ванадій, Х - хром, Ц "цирконій, Ю - алюміній, У - рідкісноземельний. близько 1% і менше.Літера А в кінці позначення вказує, що сталь високоякісна (12ХІ3А), спочатку - сталь автоматна (А15, А30), в середині - азот. наприклад, 25Л, 35ГЛ).

Будівельна сталь застосовується для зварювальних конструкцій, магістральних нафтогазопроводів, для армування. залізобетонних конструкційі т.п. Для цих цілей широко застосовуються низьковуглецеві та низьколеговані якісні сталі, та сталі звичайної якості (ВСтЗсп, ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 14Г2, 17ГС, 15ХСНД та ін).

Машинобудівна сталь загального призначення ділиться на три групи: сталі, що використовуються без термічної обробки, що зміцнює; цементовані низьковуглецеві (до 0,25% З) і поліпшуються середньовуглецеві (від 0,30-0,50% З) стали. Це, як правило, вуглецеві та низьколеговані сталі.

Сталі, що використовуються без термічної обробки, що зміцнює.Це сталі, що постачаються в листах для подальшого штампування, глибокої витяжки тощо. За хімічним складом стали низьковуглецеві зі зниженим вмістом кремнію (кп, пс) та низьколеговані (08кп, 08пс, 15кп, 20Хкп та ін.).

Цементованісталі застосовуються для виробів, що піддаються поверхневому насиченню вуглецем. Після цементації, загартування та низької відпустки деталі з цих сталей мають тверду поверхню (HRC 58-62), добре працюють на зношування, і в'язку міцну серцевину (HRC 20-30). Для дрібних невідповідальних виробів широко застосовуються сталі марок 10, 15, 20, 15Х, 20Х. Для більш відповідальних та великих виробів застосовують леговані якісні та високоякісні сталі, наприклад, 18ХГТ, 12ХН3А, 20Х2Н4А, 20ХГР, 18Х2Н4ВА тощо.

Покращуванімашинобудівні сталі застосовують після загартування та високої відпустки (покращення). Для виробів невеликого перерізу або працюючих при невисоких навантаженнях використовують сталі марок 35, 40, 45, 50. Для деталей більшого перерізу застосовують низько і середньолеговані сталі, що мають велику прожарювання і забезпечують високі механічні властивості по всьому перерізу, наприклад, 40Х, 30ХГТ, 5 , 40ХН, 40ХНМА, ЗОХН2ВФ та ін.

Інструментальні сталіпризначені для виготовлення ріжучого, міряльного, холодноштампового та гарячештампового інструменту. Це, як правило, високовуглецеві сталі, що містять понад 0,70% (виняток становлять сталі для гарячештампового інструменту, які відносяться до середньовуглецевих сталей). До них відносяться якісні та високоякісні сталі, вуглецеві, леговані та швидкорізальні. Вони мають відповідне маркування.

Вуглецеві інструментальні сталі позначаються буквою У та цифрами, що показують середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка (У7, У8, У10, У12А тощо).

Леговані інструментальні сталі 9ХС, X, 5ХВГ, 3Х8В2 і т.д. маркують цифрою, що показує середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка, якщо його менше 1,0%. Якщо вміст вуглецю 1,0 % і від, то цифра найчастіше відсутня. Літери означають легуючі елементи (див. вище), а наступні за ними цифри - вміст у відсотках відповідного легуючого елемента.

Швидкорізальні сталі маркують літерою Р (Р14Ф4). Наступна за нею цифра вказує зміст основного легуючого елемента (вольфраму) у відсотках. Вміст вуглецю в швидкорізальних сталях 0,75-1,15%, хрому - 3,8-4,2% у позначенні марки сталі не вказуються. Крім того, у всіх швидкорізальних сталях є ванадій; якщо його менше 2,2%, то в марці він не вказується.

Для ріжучого інструменту застосовують вуглецеві сталі У8, У10, У8А, У12 ГОСТ 1435-90, леговані 9ХС, ХВГ, Х (ГОСТ 5950-73), а також швидкорізальні високолеговані сталі марок Р18, Р12, Р6МЗ, Р6М5, Р10К 73). Відмінна особливістьінструментальних сталей для ріжучого інструменту - високий вміст вуглецю (від 0,70 до 1,5%), що дозволяє одержувати після гарту та відпустки високу твердість ІКС 60-65.

Для виготовлення холодноштампового інструменту часто використовують сталі для різального інструменту вуглецеві та леговані. Це тим, що умови роботи вирубних штампів і ріжучого інструменту дуже близькі. Найкращі сталі для холодноштампового інструменту – X12Ф1, Х12М, Х6ВФ тощо.

Сталі для штампів, що деформують метал у гарячому стані повинні мати високі механічні властивості (міцність, в'язкість) при підвищених температурах і володіти розгаростою кісткою, тобто. витримувати багаторазові нагрівання та охолодження (термоцикли) без утворення тріщин. Це, як правило, низько-і середньолеговані сталі, що містять вуглець від 0,35 до 0,60%, такі як 5ХНМ, 5ХНМА, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф та ін.

Сталі для вимірювального інструменту повинні мати високу твердість, зносостійкість і зберігати сталість розмірів. Для цієї мети зазвичай застосовують високовуглецеві низьколеговані сталі марок Х, 9ХС, ХВГ та ін. Крім того, для плоского інструменту (лінійки, скоби, шаблони та ін) часто використовують низьковуглецеві конструкційні сталі 15, 15Х, 20Х та ін, що піддаються поверхневому насичення вуглецем з наступним загартуванням.

Сталлю називається ковкий, що деформується метал заліза, деякої кількості вуглецю (не більше 2,14%), а також незначної кількості інших елементів. Саме цей матеріал широко застосовується для виготовлення найрізноманітніших приладів, інструментів та будівельних конструкцій. Класифікація та застосування сталей залежать від багатьох факторів, які необхідно розібрати докладніше. Змінюючи хімічний склад цього матеріалу за рахунок концентрації вуглецю та привнесення легуючих елементів, можна отримувати широкий діапазон сталей з абсолютно різними властивостями, що дозволяє використовувати цей матеріал у всіх галузях господарювання.

Сталь: класифікація, маркування

Насамперед варто сказати, що сталь буває вуглецева та легована. Це залежить від того, чи були додані до сплаву спеціальні легуючі елементи - алюміній, нікель, хром, молібден, титан, бір, ванадій, марганець та інші. Всі ці добавки застосовуються для підвищення специфічних властивостей сталі, найкращий результатдосягається комплексним легуванням.

У загальному випадку стали класифікувати:

  • за призначенням;
  • за якістю;
  • за способом виробництва;
  • по мікроструктурі;
  • за хімічним складом.

Хімічний склад

Як було зазначено, класифікація сталей залежно від хімскладу поділяє цей матеріал на великі групи:

  • леговані;
  • вуглецеві.

У свою чергу, кожну з цих груп можна додатково поділити на кілька частин. Класифікація легованих сталей передбачає наявність таких видів:

  • низьколеговані містять незначну кількість (до 2,5%) легуючих добавок;
  • середньолеговані – кількість додаткових елементів не перевищує 10 %;
  • Високолеговані характеризуються наявністю легуючих елементів у кількості понад 10%.

Також можна розділити і другу групу. Класифікація вуглецевих сталей виглядає так:

  • високовуглецеві характеризуються вмістом вуглецю понад 0,6%;
  • середньовуглецеві містять від 0,25 до 0,6% вуглецю;
  • маловуглецеві - до 0,25%.

Мікроструктура

У нормалізованому стані стали:

  • перлітні - характеризуються низьким вмістом елементів легування та мають після нормалізації структуру: перліт, перліт + ферит, перліт + заевтектоїдний карбід;
  • мартенситні - мають знижену критичну швидкість загартування та досить високий вміст легуючих елементів;
  • аустенітні - підвищений вміст легуючих елементів, під впливом яких досягається структура: аустеніт, аустеніт + карбід.

Класифікація вуглецевих сталей у відпаленому стані:

  • доевтектоїдна застосовується, наприклад, для штампів гарячого деформування;
  • заевтектоїдна має структуру, що складається з перліту та цементиту, зазвичай використовується для виготовлення інструменту;
  • карбідна (ледебуритна) - наприклад, швидкорізальна сталь;
  • феритна - нержавіюча, жарозривка, жароміцна, високохромиста сталі.

Якість та спосіб виробництва

Безумовно, якість сталі залежить від присутності в ній шкідливих домішок у вигляді сірки та фосфору. Залежно від цього показника класифікація сталей має такий вигляд:

  • звичайні - сірки (S) до 0,06%, фосфору (P) до 0,07%;
  • якісні – сірки до 0,04 %, а фосфору до 0,035 %;
  • високоякісні – ті ж показники зменшено до 0,025 %;
  • особливо високоякісні - менше 0,015% сірки та до 0,025% фосфору.

Спосіб виготовлення сталі визначає її будову, склад та властивості. Так, рядова сталь (звичайна) найчастіше виплавляється в мартені або томасівських та безсемерівських конвертерах, після чого формується у досить великі зливки. Така сталь має підвищену кількість неметалічних добавок. Високоякісні сталі виготовляють більш досконалими методами, наприклад в електропечі, а високоякісні додатково очищаються від оксидів і сульфідів за допомогою ЕШП - електрошлакової переплавки. Такі сталі виготовляються винятково легованими.

Розкислення

Також існує класифікація сталей залежно від ступеня розкислення, тобто від того, скільки кисню було видалено в процесі виготовлення. Виходячи з цього параметра, стали бувають:

  • киплячі - мало розкислені, насичені киснем;
  • спокійні - зовсім розкислені;
  • напівспокійні — сталі, у яких кисень частково видалений.

Для розкислення маловуглецевих сталей застосовують алюміній, марганець та кремній. Киплячу сталь зазвичай розкислюють за допомогою феромарганцю в напівспокійну, крім цього, додають невелику кількість феросиліцію, а спокійну, крім попередніх компонентів, обробляють алюмінієм та силікомарганцем.

Що означає маркування сталі?

Як не дивно, але класифікація марок стала досить різноманітною, і єдиної світової системи не існує. У ряді країн, у тому числі і в Росії, прийнято буквено-чисельне маркування.

Якісні вуглецеві сталі позначаються двоцифровим числом, яке вказує на кількісний вміст вуглецю (в сотих %). Вуглецеві сталі маркуються літерою "У" і числом, що виражає кількість вуглецю (у десятих %) - У9, У12 і т.д.

Літери використовуються також і для позначення основного елемента легування, наприклад: "П" - фосфор, "А" - азот, "T" - титан, "Б" - ніобій, "Г" - марганець, "Ю" - алюміній, "Д" - мідь, "M" - молібден, "P" - бір, "К" - кобальт, "В" - вольфрам, "E" - селен, "H" - нікель, "С" - кремній, "X" - хром, "Ц" - цирконій. Цифра, що стоїть за літерою, характеризує кількість відповідного елемента, а та, що знаходиться на самому початку, вказує на вміст вуглецю (сот %). Якщо кількість останнього перевищує або дорівнює 1%, то початкова цифра може зовсім не вказуватися.

Літера "А", що стоїть наприкінці марки, вказує на належність її до якісних. Та ж літера, що знаходиться в середині, повідомляє, що сталь легована азотом. Якщо ж вона стоїть спочатку, то це говорить про те, що перед вами автоматна сталь, що має підвищену оброблюваність. Особливо високоякісна сталь маркується літерою "Ш", доданою наприкінці і написаною через дефіс. Марки, які не містять літер "А" або "Ш", є якісними.

Також існують певні групи сталей, що додатково маркуються літерами:

  • "Е" – магнітні;
  • "Е" – електротехнічні;
  • "Р" - швидкорізальні;
  • "Ш" - шарикопідшипникові.

Звичайно, існує ще досить тонкощів, проте можна сказати, що російське маркування досить просте і зрозуміле, тоді як позначення, прийняті в інших країнах, набагато складніше.

Не менш цікавою є класифікація сталей за призначенням, поговоримо про неї докладніше.

Конструкційні сталі

  • Будівельні - низьколеговані, а також звичайної якості, що мають гарну зварюваність.
  • Для холодного штампування - листовий прокат із низьковуглецевих марок нормальної якості.
  • Цементовані - маловуглецеві та деякі леговані сталі, які застосовуються для виготовлення деталей, що зазнають динамічних навантажень і працюють з поверхневим зносом.
  • Покращені піддаються термообробці (гартуванню та високій відпустці). Це середньовуглецеві, хромові, хромонікелеві, хромонікельмолібденові, хромокремні марганцеві, хромисті сталі з бором.
  • Високоміцні - сталі, у яких за допомогою термообробки та особливого складу досягнуто подвійної межі міцності в порівнянні зі звичайними конструкційними аналогами.
  • Ресорно-пружинні можуть тривалий час зберігати пружність, достатній опір втоми та руйнування; до них відносять сталі, леговані хромом, бором, кремнієм, ванадієм та марганцем.
  • Шарикопідшипникові характеризуються високою зносостійкістю, міцністю та витривалістю, що досягається за допомогою високого (до 1%) вмісту вуглецю та включення хрому.
  • Автоматні застосовуються виробництва масових деталей, оброблюваних з допомогою верстатів-автоматів (болти, гвинти, шайби, гайки тощо. буд.); для полегшення обробки такі сталі додатково вводиться сірка, свинець, телур і селен, що призводить до отримання ламкої короткої стружки і знижує тертя.
  • Корозійностійкі - високохромисті сталі з вмістом нікелю; що більше у яких хрому, тим більше виражена стійкість до корозії, у своїй вміст вуглецю має бути мінімальним.
  • Зносостійкі використовуються в місцях абразивного тертя, ударів та високого тискунаприклад ківш екскаватора або гусениці трактора.

Інструментальні сталі

Класифікація сталей інструментального призначення також може бути представлена ​​кількома пунктами:

  • для різальних інструментівзастосовуються вуглецеві, леговані та швидкорізальні сталі;
  • для вимірювальних інструментів матеріал повинен, перш за все, мати постійність розмірів, шліфуватися, мати достатню твердість і зносостійкість; для отримання таких характеристик інструментальну сталь часто піддають загартування та цементизації;
  • штампові сталі повинні мати достатню зносостійкість, твердість, теплостійкість і прожарювання; цю групу також можна додатково розділити на сталі для холодного, гарячого штампування та валкові сталі.

Стали з особливими хімічними та фізичними властивостями

Крім всіх перерахованих вище, існують також марки сталей з особливими властивостями:

  • електротехнічна сталь - сплав заліза та кремнію, іноді легований алюмінієм; застосовується під час виробництва магнітопроводів різноманітного електротехнічного устаткування;
  • суперінвар - сплав заліза, нікелю та кобальту, що застосовується при виготовленні високоточного обладнання;
  • жаростійка - має підвищену стійкість проти руйнування при температурах від 900 ° C, легується алюмінієм, кремнієм, нікелем;
  • жароміцна - застосовується для виготовлення деталей газотурбінних установок, такі стали покликані працювати в навантаженому стані за високої температури протягом деякого часу.