Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Углеродистые и нержавеющие стали: чем они различаются и где используются

Углеродистые и нержавеющие стали: чем они различаются и где используются

Оба вида сталей – углеродистые и нержавеющие – востребованы в различных отраслях. В этой статье мы рассмотрим, какие у них есть различия в характеристиках и сфере применения.

Особенности углеродистых сталей

Такие материалы представляют собой сплавы на основе железа с содержанием ряда примесей. Некоторые из них относят к полезным. Например, марганец повышает твердость, износоустойчивость и ударную прочность, а углерод – прочность и упругость. Другие считают вредными. Так, сера повышает хрупкость материалов при высоких температурах, снижает их прочность, пластичность, свариваемость и коррозионную стойкость, а фосфор отрицательно влияет на показатели прочности, коррозионной стойкости и пластичности.

Основная примесь в углеродистых сталях, как понятно из названия, – углерод. От его содержания зависит деление материалов на несколько видов:

  1. Если углерода в стали не более 0,25 %, ее относят к низкоуглеродистой. Она подходит для изготовления деталей, не эксплуатирующихся при высоких нагрузках.
  2. При содержании углерода от 0,25 до 0,6 % – к среднеуглеродистой. Такая сталь востребована в общем и транспортном машиностроении.
  3. Если углерода в стали не более 0,65 %, ее относят к высокоуглеродистой. Она оптимальна для изготовления ударно-штампового или измерительного инструмента, а также деталей с высокой износостойкостью.

С увеличением содержания углерода повышается прочность и твердость стали, но ухудшается ее пластичность. При преодолении рубежа в 1 % прочность снова начинает снижаться.

Содержание серы и фосфора тоже заметно влияет на характеристики металла. Чем их меньше, тем качественней считается сталь. Ее принято классифицировать следующим образом:

  • Если серы в материале не больше 0,06 %, а фосфора не больше 0,07 %, его относят к стали обычного качества.
  • При содержании серы и фосфора не больше 0,035 % материал считают качественным.
  • Если серы и фосфора в стали не больше 0,025 %, ее относят к высококачественной.
  • При содержании серы не больше 0,015 % и фосфора не больше 0,025 % материал считают особо высококачественным.

Где применяют углеродистые стали

По назначению такие материалы делят на инструментальные, конструкционные и стали общего назначения. Первые используют для изготовления ударно-штампового или измерительного инструмента. Вторые применяют в строительстве и машиностроении для изготовления деталей для различного оборудования, элементов строительных конструкций, крепежных деталей и другого.

Стали общего назначения востребованы при изготовлении резервуаров, труб, заклепок и прочих изделий, для которых важна пластичность (для этого используют стали марок Ст1 или Ст2). Также их используют для получения горячекатаного фасонного и листового проката, для которого важна легкость обработки и хорошая свариваемость (для этого применяют стали марок Ст3 или Ст5).

Лазерная резка

Углеродистые стали используют в машиностроении для изготовления различных деталей

Особенности нержавеющих сталей

При выплавке нержавеющей стали в нее добавляют легирующие элементы: хром, никель, марганец и другие. Их количество зависит от свойств, которые нужно получить. Главное из них – коррозионная стойкость.

Нержавеющие стали делят на две группы. К первой относятся хромистые материалы с содержанием хрома до 14 %. Их яркие отличительные свойства – высокая твердость и прочность, устойчивость к воздействию агрессивных веществ (щелочей, кислот, морской воды). Ко второй группе относятся хромоникелевые стали. Для них характерна меньшая прочность, но высокая пластичность, хорошая свариваемость и возможность обработки штамповкой.

Также производители изготавливают нержавеющие стали специального назначения. Они отличаются повышенной окалиностойкостью, износоустойчивостью при работе в высокотемпературных средах, способностью работать при перепадах давления и прочими свойствами.

  • экологичность;
  • легкость обработки;
  • способность выдерживать ударные нагрузки;
  • пластичность;
  • способность служить до 50 лет.

Где применяют нержавеющие стали

Нержавеющие стали востребованы при изготовлении:

  • трубопроводов или отводов для газов;
  • кожухов коллекторов;
  • хирургических и стоматологических инструментов;
  • кухонной утвари, эскалаторов или элементов тюнинга автомобилей;
  • агрегатов для хранения азота и сосудов для хранения кислот.

Хирургические инструменты

Нержавеющая сталь – важнейший материал для изготовления хирургических инструментов

Заключение

По этому краткому обзору можно сделать следующий вывод: нержавеющие стали следует отнести к узкоспециализированным материалам, которые используют тогда, когда важна устойчивость к воздействию влаги и агрессивных веществ. По этому параметру углеродистые стали не могут конкурировать с нержавеющими, но у них намного более широкая сфера применения.

Сталь конструкционная углеродистая

В зависимости от содержания углерода различают следующие стали:

Низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода

Среднеуглеродистые стали, содержащие от 0,25 до 0,6% углерода

Высокоуглеродистые стали, содержащие от 0,6 до 2% углерода

К низкоуглеродистым относятся стали, не содержащие легирующих компонентов (кроме углерода). В низкоуглеродистых сталях присутствуют марганец и кремний, однако они не считаются легирующими компонентами, если содержание марганца не превышает 1% и кремния—0,8%.

Большинство сварных конструкций изготовляется из низкоуглеродистых сталей, выпускаемых в виде листов и фасонного проката — уголка, швеллеров, двутавровых балок и пр.

Стали делятся: по химическому составу — на углеродистые и легированные; по способу производства — на мартеновские, бессемеровские, конвертерные, электростали; по назначению — на конструкционые, инструментальные и стали с особыми свойствами.

Сталь углеродистая обыкновенного качества. Такая сталь, изготовляемая в мартеновских печах, в конвертерах с продувкой кислородом сверху и в бессемеровских конвертерах, поставляется по ГОСТ 380—60.

В зависимости от назначения и гарантируемых показателей сталь подразделяется на три группы:

Читайте так же:
Как настроить головку спутниковой антенны

группа А — поставляемая по механическим свойствам;

группа Б — поставляемая по химическому составу;

группа В — поставляемая по механическим свойствам с отдельными требованиями по химическому составу.

Для стали группы А установлены следующие марки: Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Если сталь относится к кипящей, то в обозначении марки ставится индекс кп, если к полуспокойной— пс (например, Ст. Зкп, Ст. 4пс и т! д.), отсутствие индекса означает, что сталь спокойная.

Кипящей называется сталь, неполностью раскисленная в печи и содержащая некоторое количество закиси железа, что обусловливает продолжение кипения стали в изложнице. Выплавка кипящей стали обходится дешевле, но такая сталь содержит растворенные газы, например, азот, при ее сварке иногда возникают трещины.

Если сталь в печи полностью раскислена, то она не содержит закиси железа и, будучи разлита в изложницы, не кипит. Такая сталь называется спокойной. Она не содержит газов, но ее выплавка обходится дороже. Для ответственных сварных конструкций предпочтительнее применять спокойную сталь.

Полуспокойная сталь раскислена в большей степени, чем кипящая, но менее, чем спокойная. Эта сталь затвердевает в изложницах без кипения, но с выделением газов; она содержит меньше (по сравнению с кипящей) газовых пузырей, которые полностью завариваются в процессе последующей прокатки. Полуспокойная сталь преимущественно применяется как конструкционная.

Сталь группы Б изготовляют мартеновским, бессемеровским и конвертерным способами. Сталь группы Б мартеновская в обозначении марки имеет букву М, бессемеровская — букву Б, конвертерная— букву К (например, МСт. 2кп, БСт. 3, КСт. Зпс). Бессемеровскую сталь группы Б изготовляют только марок БСт. О, БСт. 3, БСт. 4, БСт. 5, БСт. 6.

Сталь группы В изготовляют мартеновским и конвертерным способами. Мартеновскую сталь группы В изготовляют марок: ВМСт. 2, ВМСт. 3, ВМСт. 4, ВМСт. 5. Конвертерную сталь В изготовляют тех же марок, но в обозначении ее ставится буква К (например, ВКСт. 2, ВКСт. 3 и т. д.). Стали всех групп с порядковыми номерами 1, 2, 3 и 4 изготовляют кп, пс и сп стали с номерами 5, 6 и 7 — только пс и сп.

Ст. О — немаркированная строительная, в которой содержание углерода и других элементов может колебаться в широких пределах. Эта сталь может содержать повышенные количества серы и фосфора. Сталь Ст. О применяют только в конструкциях неответственного назначения.

Сталь марки ВМСт. 3 содержит углерода 0,14—0,22% и имеет следующие механические свойства: временное сопротивление 38— 47 кгс/мм 2 , предел текучести 22—24 кгс/мм 2 , относительное удлинение не менее 21%, ударную вязкость поперек прокатки — не менее 7 кгс-м/см 2 .

Качественные углеродистые конструкционные стали. Такие стали применяют для изготовления ответственных сварных конструкций. Они выпускаются по ГОСТ 1050—60, который гарантирует механические свойства и химический состав. Качественные углеродистые стали по ГОСТ 1050—60 маркируются цифрами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 05; 08; 15; 20 и т. д. означают, что сталь содержит в среднем углерода соответственно 0,05; 0,08; 0,15; 0,20%. Сталь по ГОСТ 1050—60 изготовляют двух групп:

группа I—с нормальным содержанием марганца (0,25— 0,80%);

группа II — с повышенным содержанием марганца (0,70— 1,20%).

В марке стали группы II ставится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца.

Из низкоуглеродистых сталей для особо ответственных сварных конструкций наиболее пригодна сталь марки М16С (ГОСТ 6713—53), содержащая не более 0,20% углерода, 0,12—0,25% кремния, 0,4—0,7% марганца, не более 0,045% серы и не более 0,040% фосфора.

Для сварки низкоуглеродистых сталей применяют электроды типов Э42 и Э42А по ГОСТ 9467—60 с рутиловыми, фтористо-кальциевыми, рудно-кислыми и органическими покрытиями. Род тока, полярность и величину тока выбирают в соответствии с характером покрытия, толщины металла, типа шва и диаметром электрода. Кроме указанных в табл. 5 марок электродов, для сварки низкоуглеродистых сталей находят широкое применение электроды и других марок, например, АНО-3 с рутиловым покрытием и железным порошком; ЭКР с покрытием, содержащим целлюлозу и нечувствительным к повышенному содержанию влаги и многие другие марки электродов, выпускаемых промышленностью.

При сварке угловых швов толстого металла и первого слоя многослойного шва, когда скорость охлаждения достаточно велика, рекомендуется применять предварительный подогрев основного металла до 120—150° С для предупреждения появления закалочных структур и кристаллизационных трещин. Для исправления дефектных участков шва следует применять подварочные швы нормального (полного) сечения, длиной не менее 100 мм, так как при высоких скоростях охлаждения пластичность металла шва под-варки малого сечения понижается, что приведет к образованию трещин. Полезно перед наложением подварочного шва подогреть данный участок основного шва до 150° С. Наличие неполностью проваренных прихваток и заварка дефектов поверхностными («беглыми») швами сильно снижает пластичность металла шва в данном месте и уменьшает надежность сварной конструкции. Последующий местный отпуск или нормализация заваренного участка в данном случае менее эффективны, чем предварительный подогрев.

Среднеуглеродистые стали (С от 0,26 до 0,45%) сваривают проволокой с пониженным содержанием углерода (С от 0,08 до 0,1%), применяют швы с разделкой кромок, небольшой ток; при этом стремятся получить неглубокий провар с целью уменьшения доли основного металла в металле шва. Эти мероприятия снижают содержание углерода в металле шва и предупреждают появление кристаллизационных трещин. Применяется также предварительный и сопутствующий подогрев при сварке до температуры 250—300° С. Высокотемпературный подогрев вреден, так как вызывает появление трещин вследствие увеличения глубины провара основного металла и вызываемого этим повышения содержания углерода в металле шва. Лучшие результаты дает сварка постоянным током прямой полярности. Высокую стойкость металла шва против кристаллизационных трещин и необходимую прочность сварного соединения обеспечивает применение электродов УОНИ-13/55 и УОНИ-13/45. Во избежание образования хрупких и малопластичных закалочных структур в околошовной зоне полезно замедленное остывание изделия после сварки. В ряде случаев приходится прибегать к последующей термической обработке (закалке с отпуском).

Читайте так же:
Заточка сверл по металлу приспособления своими руками

Из высокоуглеродистых сталей (С>0,46%), как правило, не изготовляют сварные конструкции. Необходимость их сварки может возникнуть при ремонтных работах, наплавке. В этом случае применяют те же приемы сварки л наплавки, что и для других плохосваривающихся сталей (предварительная и последующая термообработка, предварительный и сопутствующий подогрев, соответствующие марки электродов и режимы сварки).

Автор: Администрация

Краткие обозначения:
σв— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05— предел упругости, МПа Jк — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2— предел текучести условный, МПаσизг— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10— относительное удлинение после разрыва, %σ-1— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж— предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν— относительный сдвиг, % n— количество циклов нагружения
s в— предел кратковременной прочности, МПаR и ρ— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ— относительное сужение, %E— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T— температура, при которой получены свойства, Град
s T— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB— твердость по БринеллюC— удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV— твердость по Виккерсу pn и r— плотность кг/м 3
HRCэ— твердость по Роквеллу, шкала Са— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ), 1/°С
HRB— твердость по Роквеллу, шкала Вσ t Т— предел длительной прочности, МПа
HSD— твердость по ШоруG— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

.. | Углеродистые качественные конструкционные стали

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2% углерода). По химическому составу сталь разделяют на:

  • углеродистую;
  • легированную;

По качеству сталь разделяют на:

  • сталь обыкновенного качества;
  • качественную;
  • повышенного качества;
  • высококачественную.

Сталь это сплав железа с углеродом

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

  • А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
  • Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их, кроме условий обработки, определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);
  • В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Сталь углеродистую обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на:

  • горячекатаную и кованую;
  • калиброванную;
  • круглую со специальной отделкой поверхности, серебрянку.

Легированную сталь по степени легирования разделяют:

  • низколегированная (легирующих элементов до 2,5%);
  • среднелегированная (от 2,5 до 10%);
  • высоколегированная (от 10 до 50%).

В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14 групп.

К высоколегированным относят:

  • коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
  • жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °C, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
  • жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят:

  • качественная;
  • высококачественная А;
  • особо высококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке различают сталь:

  • горячекатаная;
  • кованая;
  • калиброванная;
  • серебрянка.

По назначению изготовляют прокат:

  • для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат);
  • для холодной механической обработки.

Классификация углеродистых сталей

Стали подразделяются на углеродистые и легированные. По назначению различают стали конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента. Наибольший объем сварочных работ связан с использованием низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Основным элементом в углеродистых конструкционных сталях является углерод, который определяет механические свойства сталей этой группы. Углеродистые стали выплавляют обыкновенного качества и качественные. Стали углеродистые обыкновенного качества подразделяются на три группы:

  • группа А — по механическим свойствам;
  • группа Б — по химическому составу;
  • группа В — по механическим свойствам и химическому составу.

Изготавливают стали следующих марок:

  • группа А — Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6;
  • группа Б — БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6;
  • группа В — ВСт0, ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5.

По степени раскисления сталь обыкновенного качества имеет следующее обозначение:

  • кп — кипящая,
  • пс — полуспокойная,
  • сп — спокойная.

Кипящая сталь, содержащая кремния (Si) не более 0,07%, получается при неполном раскислении металла марганцем. Сталь характеризуется резко выраженной неравномерностью распределения вредных примесей (серы и фосфора) по толщине проката. Местная повышенная концентрация серы может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. Кипящая сталь склонна к старению в околошовной зоне и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием, и содержит кремния (Si) не менее 0,12%; сера и фосфор распределены в ней более равномерно, чем в кипящей стали. Эта сталь менее склонна к старению и отличается меньшей реакцией на сварочный нагрев.

Полуспокойная сталь по склонности к старению занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталью. Полуспокойные стали с номерами марок 1—5 выплавляют с нормальным и с повышенным содержанием марганца, примерно до 1%. В последнем случае после номера марки ставят букву Г (например, БСтЗГпс).

Стали группы А не применяются для изготовления сварных конструкций. Стали группы Б делятся на две категории. Для сталей первой категории регламентировано содержание углерода, кремния марганца и ограничено максимальное содержание серы, фосфора, азота и мышьяка; для сталей второй категории ограничено также максимальное содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Полное обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории. Например, ВСтЗГпс5 обозначает следующее: сталь группы В, марка СтЗГ, полуспокойная, 5-й категории. Состав сталей группы В такой же, как сталей соответствующих марок группы Б, 2-й категории. Стали ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степеней раскисления выпускаются с гарантированной свариваемостью. Стали БСт1, БСт2, БСтЗ поставляют с гарантией свариваемости по требованию заказчика.

Углеродистую качественную сталь выпускают в соответствии с ГОСТ 1060—74. Сталь имеет пониженное содержание серы. Допустимое отклонение по углероду (0,03—0,04%). Стали с содержанием углерода до 0,20%, включительно, могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Остальные стали — только спокойные. Для последующих спокойных сталей после цифр, буквы «сп» не ставят.

Углеродистые стали в соответствии с ОСТ 14-1-142—84 подразделяются на три подкласса:

  • низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%;
  • среднеуглеродистые с содержанием углерода (0,25—0,60%);
  • высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60%.

В сварных конструкциях в основном применяют низкоуглеродистые стали.

В сварочном производстве очень важным является понятие о свариваемости различных металлов.

Свариваемостью называется способность металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединения, отвечающие требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

По свариваемости углеродистые стали условно подразделяются на четыре группы:

  • I — хорошо сваривающиеся;
  • II — удовлетворительно сваривающиеся, т. е. для получения качественных сварных соединений деталей из этих сталей необходимо строгое соблюдение режимов сварки, специальные присадочные материалы, определенные температурные условия, а в некоторых случаях — подогрев, термообработка;
  • III — ограниченно сваривающиеся, для получения качественных сварных соединений необходим дополнительный подогрев, предварительная или последующая термообработка;
  • IV — плохо сваривающиеся, т. е. сварные швы склонны к образованию трещин, свойства сварных соединений пониженные, стали этой группы обычно не применяют для изготовления сварных конструкций.

Все низкоуглеродистые стали хорошо свариваются существующими способами сварки плавлением. Обеспечение равнопрочности сварного соединения не вызывает затруднений. Швы имеют удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин. Это обусловлено низким содержанием углерода. Однако в сталях, содержащих углерод по верхнему пределу, вероятность возникновения холодных трещин повышается, особенно с ростом скорости охлаждения (повышение толщины металла, сварка при отрицательных температурах, сварка швами малого сечения и др.). В этих условиях, для предупреждения появления трещин, применяют предварительный подогрев до 120—200 °C.

В табл. 1. приведено обозначение химических элементов в марке легированной стали, а в табл 2 — состав некоторых марок сталей. В табл. 3 приведено примерное назначение различных марок сталей.

Таблица 1. Обозначение химических элементов в марке легированной стали

ЭлементУсловное обозначение
в таблице Менделеевав марке стали
МарганецМпГ
КремнийSiС
ХромСгX
НикельNiН
МолибденМоМ
ВольфрамWВ
СеленSeЕ
АлюминийAlЮ
ТитанТiТ
НиобийMbБ
ВанадийVФ
КобальтСоК
МедьСuА
БорВр
ЦирконийZrЦ

Таблица 2. Массовая доля химических элементов в различных марках стали в %

Как подразделяются стали по степени раскисления

Сталь – основной материал, широко применяемый в машино- и приборостроении, строительстве, а также для изготовления различных инструментов. Она сравнительно недорога и производится в больших количествах. Сталь обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре. Классификация по химическому составу.
По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные. Сталь, свойства которой в основном зависят от содержания углерода, называют
углеродистой
. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25-0,6% С) и высокоуглеродистые (более 0,6% С).
Легированной
называют сталь, в состав которой входят специально введенные элементы для придания ей требуемых свойств. По количеству введенных легирующих элементов легированную сталь делят на три группы: низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (от 2,5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%). В зависимости от введенных элементов различают стали, например, хромистые, марганцовистые, хромоникелевые и т. п.
Классификация по назначению.
Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.
Конструкционные стали
представляют наиболее обширную группу, предназначенную для изготовления деталей машин, приборов и элементов строительных конструкций. Из конструкционных сталей можно выделить цементуемые, улучшаемые, автоматные, высокопрочные и рессорно-пружинные стали.
Инструментальные стали
подразделяют на стали для изготовления режущего, измерительного инструмента и штампов холодного и горячего деформирования.
Стали специального назначения
– это нержавеющие (коррозионностойкие), жаростойкие, жаропрочные, износостойкие и др.
Классификация по качеству.
Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строение и свойства стали зависят от содержания вредных примесей и газов (кислорода, водорода, азота). Основными показателями для разделения сталей по качеству являются нормы содержания вредных примесей (серы, фосфора).
Стали обыкновенного качества
содержат до 0,06 % S и 0,07 % Р,
качественные
– до 0,035% S и 0,035% Р,
высококачественные
– не более 0,025% S и 0,025% Р, а
особовысококачественные
– не более 0,015% S и 0,025% Р.
Классификация по степени раскисления.
Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.
Раскислением
называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.
Спокойные стали
хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием в печи и ковше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины. Дендритная ликвация в крупных слитках такой стали при их прокатке или ковке приводит к появлению полосчатой структуры. Это вызывает анизотропию механических свойств. Пластические свойства стали в поперечном (по отношению к направлению прокатки или ковки) 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 ухудшению свойств изделия из такого слитка, вплоть до отбраковки.
Кипящие стали
раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО, создавая ложное впечатление «кипения» стали. Движение металла при кипении способствует развитию в слитках такой стали зональной ликвации. По сравнению со спокойной сталью такие слитки не имеют усадочной раковины. Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений продуктов раскисления. Кипящие стали относительно дешевы. Их выплавляют низкоуглеродистыми и с очень малым содержанием кремния (Si≤0,07%), но с повышенным количеством газообразных примесей. При прокатке слитков такой стали газовые пузыри, заполненные окисью углерода, завариваются. Листы из такой стали, предназначенные для изготовления деталей кузовов автомашин вытяжкой, имеют хорошую штампуемость при выполнении формоизменяющих операций холодной листовой штамповки.
Полуспокойные стали
по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в печи и ковше, а частично – 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.
Классификация по структуре.
Стали по структуре классифицируют в состояниях после отжига и нормализации (см. гл. IV).
В отожженном
(равновесном) состоянии 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.
По структуре после нормализации
стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартенситный (см. гл. IV), аустенитный, ферритный. Мартенсит представляет собой сильно перенасыщенное углеродом α-железо с искаженной кристаллической решеткой.
Влияние углерода и постоянных примесей на свойства углеродистых сталей.
В составе углеродистой стали кроме железа и углерода содержится ряд постоянных примесей: кремний, марганец, сера, фосфор, кислород, азот, водород и другие элементы, которые оказывают большое влияние на свойства стали. Присутствие примесей объясняется трудностью их удаления при выплавке (сера, фосфор) или переходом их в сталь при ее раскислении (кремний, марганец) или из шихты (хром, никель). Структура стали без термической обработки после медленного охлаждения состоит из смеси феррита и цементита, т. е. структура такой стали либо перлит+феррит, либо перлит+цементит. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода (рис. 27, б). Твердость цементита (HV 800), на порядок больше твердости феррита (HV 80). Твердые частицы цементита повышают сопротивление деформации, уменьшая пластичность и вязкость. Таким образом с увеличением в стали содержания углерода возрастают твердость, предел прочности и уменьшаются ударная вязкость, относительные удлинение и сужение (рис. 27, а).

Механические свойства приведены для горячедеформированной стали без термической обработки. Цифры являются средними и могут колебаться в пределах ±10% в зависимости от содержания примесей, условий охлаждения после прокатки и т. д. Для заэвтектоидных сталей на их механические свойства сильное влияние оказывает вторичный цементит, который образует хрупкий «каркас» вокруг зерен перлита. Этот «каркас» преждевременно разрушается под нагрузкой, что вызывает снижение прочности, пластичности и вязкости. Поэтому заэвтектоидные стали применяют после специального отжига, в результате которого получают в структуре зернистый перлит. Увеличение содержания углерода сверх 0,4% и уменьшение ниже 0,3% приводит к ухудшению обрабатываемости резанием. Увеличение содержания углерода снижает технологическую пластичность стали при горячей и в особенности при холодной обработке давлением и ухудшает ее свариваемость – способность материалов образовывать неразъемные соединения с заданными свойствами. Увеличение содержания углерода повышает температуру порога хладноломкости (температурный интервал перехода стали в хрупкое состояние) в среднем на 20°С на каждые 0,1% углерода. Содержание кремния

в углеродистой стали в виде примеси составляет обычно до 0,4%, а марганца 0,5-0,8%. Кремний и марганец являются полезными примесями. Они переходят в сталь в процессе ее раскисления при выплавке. Раскисление улучшает свойства стали. Кремний сильно повышает предел текучести стали σ0,2, что снижает способность стали к вытяжке. Поэтому в сталях, предназначенных для холодной штамповки, содержание кремния должно быть наименьшим.
Марганец
повышает прочность стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы.
Сера
является вредной примесью в стали, содержание ее в зависимости от качества стали не должно превышать 0,06%. Сера нерастворима в железе. С железом она образует химическое соединение – сульфид железа (FeS). Соединение FeS образует с железом эвтектический сплав (эвтектику) с температурой плавления 988°С. При кристаллизации железоуглеродистых сплавов эвтектика располагается обычно по границам зерен. При нагревании стали до 1000-1300°С эвтектика расплавляется и нарушается связь между зернами металла, т. е. происходит охрупчивание, вызываемое оплавлением примесей по границам кристаллов. Явление красноломкости может проявляться при ковке или прокатке стали, когда вследствие красноломкости на деформируемом металле в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины. При наличии в стали марганца образуется тугоплавкое соединение – сульфид MnS. В затвердевшей стали частицы MnS располагаются в виде отдельных включений, что исключает образование легкоплавкой эвтектики и явление красноломкости. Сульфиды, как и другие неметаллические включения, сильно снижают однородность строения и механические свойства стали, в особенности пластичность, ударную вязкость и предел выносливости, а также ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.
Фосфор
является вредной примесью в стали, и содержание его в зависимости от качества стали не должно превышать 0,08%. Растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести, сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость, фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и увеличивает склонность сплава к ликвации.
Газы
(азот, водород, кислород) частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений – оксидов и нитридов. Примеси, концентрируясь по границам зерен в виде нитридов и оксидов, повышают порог хладноломкости, понижают предел выносливости и сопротивление хрупкому разрушению. Так, хрупкие оксиды при горячей обработке стали давлением не деформируются, а крошатся и разрыхляют металл. Влияние растворенного в стали водорода проявляется в охрупчивании стали. Поглощенный при выплавке стали водород, кроме того, приводит к образованию в крупных поковках флокенов – очень тонких трещин овальной или округлой формы. Флокены резко ухудшают свойства и недопустимы в стали, предназначенной для изготовления ответственных деталей. Кремний, марганец, сера, фосфор, а также газы: кислород, азот, водород –
постоянные примеси
в стали. Кроме них в стали могут находиться
случайные примеси
, попадающие в сталь из вторичного сырья или руд отдельных месторождений. Из скрапа (стального лома) в сталь могут попасть хром, никель, олово и ряд других элементов. Отдельные элементы, например медь, мышьяк, попадают в сталь из руды. Случайные примеси находятся в стали в небольших количествах, и они оказывают на свойства стали незначительное влияние.



Инструментальные легированные стали

Правила обозначения инструментальных легированных сталей по ГОСТ 5950-73 в основном те же, что и для конструкционных легированных. Различие заключается лишь в цифрах, указывающих на массовую долю углерода в стали. Процентное содержание углерода также указывается в начале наименования стали, в десятых долях процента, а не в сотых, как для конструкционных легированных сталей. Если же в инструментальной легированной стали содержание углерода составляет около 1,0%, то соответствующую цифру в начале ее наименования обычно не указывают.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector