Классификация сталей по степени раскисления

Классификация сталей 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 σ_0,2, 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.

1. Какими свойствами обладают чугуны?
2. Перечислите основные виды чугунов.
3. Чем обусловлено различие свойств серого и белого чугунов?
4. В чем состоит сущность изготовления высокопрочного чугуна?
5. Как маркируется серый чугун?
6. Какое влияние оказывает углерод на свойства стали?
7. Расскажи/е о влиянии серы и фосфора на свойства стали.
8. Расскажите о влиянии углерода и случайных примесей на свойства углеродистой стали.
9. По каким признакам классифицируют стали?

Маркировка стали по российской, европейской и американской системам

Сталь является основным металлическим материалом, применяемым в производстве машин, инструментов и приборов. Ее широкое использование объясняется наличием в этом материале целого комплекса ценных технологических, механических и физико-химических свойств. К тому же, сталь имеет относительно невысокую стоимость и может изготавливаться значительными партиями. Процесс производства этого материала постоянно совершенствуется, благодаря чему свойства и качество стали могут обеспечивать безаварийную эксплуатацию современных машин и приборов при высоких рабочих параметрах.

Общие принципы классификации марок сталей

Основные классификационные признаки сталей: химический состав, назначение, качество, степень раскисления, структура.

• Стали по химическому составу подразделяют на углеродистые и легированные. По массовой доле углерода и первая, и вторая группы сталей делят на: низкоуглеродистые (менее 0,3% С), среднеуглеродистые (концентрация С находится в пределах 0,3-07%), высокоуглеродистые – с концентрацией углерода более 0,7%.

Легированными называются стали, содержащие, помимо постоянных примесей, добавки, вводимые для повышения механических свойств этого материала.

В качестве легирующих добавок используют хром, марганец, никель, кремний, молибден, вольфрам, титан, ванадий и многие другие, а также сочетание этих элементов в различных процентных соотношениях. По количеству добавок стали делят на низколегированные (легирующих элементов менее 5%), среднелегированные (5-10%), высоколегированные (содержат более 10% добавок).

• По своему назначению стали бывают конструкционными, инструментальными и материалами специального назначения, обладающими особыми свойствами.

Наиболее обширным классом являются конструкционные стали, которые предназначаются для изготовления строительных конструкций, деталей приборов и машин. В свою очередь, конструкционные стали подразделяют на рессорно-пружинные, улучшаемые, цементуемые и высокопрочные.

Инструментальные стали различают в зависимости от назначения произведенного из них инструмента: мерительного, режущего, штампов горячей и холодной деформации.

Стали специального назначения разделяют на несколько групп: коррозионностойкие (или нержавеющие), жаростойкие, жаропрочные, электротехнические.

• По качеству стали бывают обыкновенного качества, качественными, высококачественными и особо качественными.

Под качеством стали понимают сочетание свойств, обусловленных процессом её изготовления. К таким характеристикам относятся: однородность строения, химического состава, механических свойств, технологичность. Качество стали зависит от содержания в материале газов – кислорода, азота, водорода, а также вредных примесей – фосфора и серы.

• По степени раскисления и характеру процесса затвердевания стали бывают спокойными, полуспокойными и кипящими.

Раскислением называют операцию удаления из жидкой стали кислорода, который провоцирует хрупкое разрушение материала при горячих деформациях. Спокойные стали раскисляют с помощью кремния, марганца и алюминия.

• По структуре разделяют стали в отожженном (равновесном) состоянии и нормализованном. Структурные формы сталей – феррит, перлит, цементит, аустенит, мартенсит, ледебурит и другие.

Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали

Стали промышленного производства являются сложными по химическому составу сплавами железа и углерода. Кроме этих основных элементов, а также легирующих компонентов в легированных сталях, материал содержит постоянные и случайные примеси. От процентного содержания этих компонентов и зависят основные характеристики стали.

В нашем прайс-листе Вы можете ознакомиться с актуальной стоимостью арматуры в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.

Определяющее влияние на свойства стали оказывает углерод. После отжига структура этого материала состоит из феррита и цементита, содержание которого увеличивается пропорционально росту концентрации углерода. Феррит является малопрочной и пластичной структурой, а цементит – твердой и хрупкой. Поэтому повышение содержания углерода приводит к увеличению твердости и прочности и снижению пластичности и вязкости. Углерод меняет технологические характеристики стали: обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. Увеличение концентрации углерода приводит к ухудшению обрабатываемости резанием из-за упрочнения и снижения теплопроводности. Отделение стружки от стали с высокой прочностью повышает количество выделяемой теплоты, что провоцирует уменьшение стойкости инструмента. Но низкоуглеродистые стали с малой вязкостью также обрабатываются плохо, так как образуется с трудом удаляемая стружка.

Наилучшую обрабатываемость резанием имеют стали с содержанием углерода 0,3-0,4%.

Увеличение концентрации углерода приводит к снижению способности стали к деформации в горячем и холодном состояниях. Для стали, предназначенной для сложной холодной штамповки, количество углерода ограничено 0,1%.

Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали. Для сварки средне- и высокоуглеродистых сталей используют подогрев, медленное охлаждение и прочие технологические операции, предотвращающие появление холодных и горячих трещин.

Для получения высоких прочностных свойств количество легирующих компонентов должно быть рациональным. Избыток легирования, исключая введение никеля, приводит к снижению запаса вязкости и провокации хрупкого разрушения.

• Хром – недефицитный легирующий компонент, оказывает позитивное воздействие на механические свойства стали при его содержании до 2%.
• Никель – наиболее ценная и дефицитная легирующая добавка, вводимая в концентрации 1-5%. Он наиболее эффективно снижает порог хладноломкости и способствует увеличению температурного запаса вязкости.
• Марганец, как более дешёвый компонент, часто используют в качестве заменителя никеля. Увеличивает предел текучести, но может сделать сталь чувствительной к перегреву.
• Молибден и вольфрам – дорогие и дефицитные элементы, применяемые для повышения теплостойкости быстрорежущих сталей.

Принципы маркировки сталей по российской системе

На современном рынке металлопродукции не существует общей системы маркировки сталей, что значительно затрудняет торговые операции, приводя к частым ошибкам при заказе.

В России принята буквенно-цифровая система обозначения, в которой буквами маркируют названия элементов, содержащихся в стали, а цифрами – их количество. Буквами также обозначают способ раскисления. Маркировкой «КП» обозначают кипящие стали, «ПС» – полуспокойные, а «СП» – спокойные стали.

• Стали обыкновенного качества имеют индекс Ст, после которого указывается условный номер марки от 0 до 6. Затем указывают степень раскисления. Впереди ставят номер группы: А – сталь с гарантированными механическими характеристиками, Б – химическим составом, В – обоими свойствами. Как правило, индекс группы А не ставится. Пример обозначения – Б Ст.2 КП.
• Для обозначения конструкционных качественных углеродистых сталей впереди указывается двухзначное число, обозначающее содержание С сотыми долями процента. В конце – степень раскисления. Например, сталь 08КП. Качественные инструментальные углеродистые стали впереди имеют букву У, а далее – концентрация углерода двухзначным числом в десятых долях процента – например, сталь У8. Высококачественные стали в конце марки имеют букву А.
• В марках легированных сталей буквами обозначают легирующие элементы: «Н» – никель, «Х» – это хром, «М» – молибден, «Т» – это титан, «В» – вольфрам, «Ю» — алюминий. В конструкционных легированных сталях впереди указывается содержание С в сотых частях процента. В инструментальных легированных сталях углерод маркируется десятыми долями процента, если содержание этого компонента превышает 1,5% – его концентрация не указывается.
• Быстрорежущие инструментальные стали обозначены индексом Р и указанием содержания вольфрама в процентах, например, Р18.

Маркировка сталей по американской и европейской системам

Собираетесь купить металлопрокат? В нашем магазине разумные цены и качество производителя.

В США существует несколько систем маркировки сталей, разработанных различными организациями по стандартизации. Для нержавеющих сталей, чаще всего, применяют систему AISI, которая действует и в Европе. Согласно AISI, сталь обозначается тремя цифрами, в отдельных случаях после них идут одна или несколько букв. Первая цифра говорит о классе стали, если она – 2 или 3, то это аустенитный класс, если 4 – ферритный или мартенситный. Следующие две цифры обозначают порядковый номер материала в группе. Буквы обозначают:

• L – низкую массовую доля углерода, менее 0,03%;
• S – нормальную концентрацию С, менее 0,08%;
• N – означает, что добавлен азот;
• LN – низкое содержание углерода сочетается с добавкой азота;
• F – повышенную концентрацию фосфора и серы;
• Se – сталь содержит селен, В – кремний, Cu – медь.

В Европе применяется система EN, которая отличается от российской тем, что в ней сначала перечисляются все легирующие элементы, а затем в том же порядке цифрами указывается их массовая доля. Первая цифра – концентрация углерода в сотых долях процента.

Если легированные стали, конструкционные и инструментальные, кроме быстрорежущих, включают более 5% хотя бы одной легирующей добавки, перед содержанием углерода ставят букву «Х».

Страны ЕС применяют маркировку EN, в некоторых случаях параллельно указывая национальную марку, но с пометкой «устаревшая».

Маркировка и классификация сталей

1. Общая классификация сталей

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

По качеству сталь разделяют на:

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

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:

По назначению изготовляют прокат:

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

2. 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

Классификация сталей по степени раскисления

Сталь: кипящая, полуспокойная, спокойная. Основные отличия

Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.

состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные.

Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.

Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.

Химический состав сталей обыкновенного качества

Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

• группа А — обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
• группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

• 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
• 2я — дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
• группа В — обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.

Подразделяется на шесть категорий.

Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.

Маркировка стали

Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).

1. эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
2. цифра 5 — определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
3. пс- степень раскисления.

Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.

е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно.

В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.

Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом).

Читать еще:  Какие стали называются автоматными

Кипящая сталь — довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.

Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.

Спокойная сталь

Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.

Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.

Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям — является полуспокойная сталь.

Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.

Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 — 10% лучше.

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.

Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.

Поскольку производство кипящей стали обходится дешевле, чем спокойной и полуспокойной она достаточно широко используется для изготовления наименее ответственных изделий металлопроката, таких , как катанка, полоса, уголок, метизы.

Классификация сталей

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

Классификация сталей по химическому составу

По химическому составу стали подразделяют на:

Классификация по степени раскисления. По химическому составу стали бывают

Классификация сталей по химическому составу

По химическому составу стали подразделяют на

Углеродистыеcтали

На долю углеродистых сталей приходится 80 % от общего объема. Это объясняется тем, что углеродистые стали дешевы и сочетают удовлетворительные механические свойства с хорошей обрабатываемостью резанием и давлением. При одинаковом содержании углерода по обрабатываемости резанием и давлением они значительно превосходят легированные стали. Однако углеродистые стали менее технологичны при термической обработке.

Углеродистые конструкционные стали выпускают двух видов: обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые cтали обыкновенного качества выпускают в виде проката (прутки, балки, листы, уголки, трубы, швеллеры и т.п.) в нормализованном состоянии. В углеродистых сталях обыкновенного качества допускается содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязнённость неметаллическими включениями. И в зависимости от назначения и комплекса свойств подразделяют на группы: А, Б, В. Стали маркируются сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера содержание углерода в стали увеличивается.

Стали группы А используют для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой. В этом случае они сохраняют структуру нормализации и механические свойства, гарантируемые стандартом. Ее широко применяют в строительстве для изготовления металлоконструкций, в сельском хозяйственном машиностроении (валики, оси, рычаги, изготовляемые холодной штамповкой, а также цементируемые детали: шестерёнки, порневые пальцы).

Стали группы Б применяют для изделий, изготавливаемых с применением горячей обработки (ковка, сварка и в отдельных случаях термическая обработка), при которой исходная структура и механические свойства не сохраняются. Для таких деталей важны сведения о химическом составе, необходимые для определения режима горячей обработки.

Стали группы В дороже, чем стали групп А и Б, их применяют для ответственных деталей (для производства сварных конструкций).

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех трех групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, в строительстве при изготовлении железобетонных конструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Эти стали, используются, когда работоспособность деталей и конструкций обеспечивается жесткостью.

Способностью к свариванию и к холодной обработке давлением отвечают стали групп Б и В номеров 1-4, поэтому из них изготавливают сварные фермы, различные рамы и строительные металлоконструкции, кроме того, крепежные изделия, часть из которых подвергается цементации.

Углеродистые качественные стали. Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Маркируют их двухзначными числами: 08, 10, 15, 20, 60, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 10 содержит в среднем 0,10 % С, сталь 45 — 0,45 % С и т.д.

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими и технологическими свойствами.

В машиностроении углеродистые качественные стали, используются для изготовления деталей разного, чаще всего неответственного назначения и являются достаточно дешевым материалом. В промышленность эти стали поставляются в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированным химическим составом и механическим свойствами. Качественные стали широко применяются в машиностроении и приборостроении, так как за счет разного содержания углерода в них, а соответственно и термической обработки можно получить широкий диапазон механических и технологических свойств.

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. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

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 СО2 создавая ложное впечатление «кипения» стали.

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 сталей

Рис. 2.10 Схема классификации сталей

-по качеству: стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные, особовысококачественные;

-по способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

-по назначению: конструкционные, инструментальные, стали с особыми свойствами;

-по структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

— по степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная;

— по химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р , где

(Fe и С — основные компоненты; Si, Mn , S , Р — постоянные примеси; S и Р – вредные примеси).

Железо: Fe имеет две модификации α и γ (показывает на плакате «железо-углерод»). С углеродом железо имеет химическое соединение Fe3C — карбид железа (цементит), с содержанием углерода 6,67% в точке Д. Железо образует с углеродом твердые растворы внедрения: аустенит и феррит.

Аустенит — это твердый раствор внедрения углерода в γ -железо. Аустенит имеет КГЦ-решетку.

Феррит — это твердый раствор внедрения углерода в α -железо. Феррит имеет КОЦ — решетку.

Углерод — оказывает основное влияние на свойства стали. С увеличением содержания углерода в стали повышаются твердость и прочность и уменьшается пластичность и вязкость.

Сера — сера и фосфор являются вредными примесями, попадают в сталь при плавке из руды и топлива. Сера не растворяется в железе, а образует с ним сульфид железа, который образует эвтектику Fe — FeS.

Эта эвтектика при затвердевании в стали располагается вокруг зерен в виде легкоплавкой оболочки, а при горячей обработке (ковке, прокатке) такие оболочки расплавляются, теряется связь между зернами, образуются трещины. Это явление называется красноломкостью.

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

Фосфор — растворяясь в феррите резко снижает, его пластичность, вызывает его внутрикристаллическую ликвацию (Это слово нужно записать на доске).

Ликвация — это неоднородность сплава по химическому составу. Ликвация способствует росту зерен, что приводит хрупкости изделий при обычной температуре. Такое явление называется хладноломкостью.

В стали допускаемое содержание серы и фосфора не более 0,05% каждого.

В автоматных сталях, где углерода содержится до 0,3% допускается содержание серы — до 0,2%, что облегчается снятие стружки) и фосфора — до 0,15%

Эти стали применяются для изготовления малоответственных деталей (болты, винты, гайки, изготовляемых на станках-автоматах).

Кремний и марганец — вводят в сталь для того, чтобы освободиться от закиси железа, которая образуется при плавке и ухудшает свойства стали. Этот процесс называется раскислением стали.

Раскисление стали — это удаление из жидкого металла кислорода, иначе стали будут хрупкими при горячей обработке.

Содержание марганца не должно превышать 0,75%, а кремния — 0,35%. В таком количестве кремний и марганец не оказывают влияния на механические свойства углеродистых сталей. Более высокое содержание кремния и марганца изменяет свойства стали и влияет на механическую и термическую обработку.

Стали, в которых содержится > 1% марганца и > 1% кремния называются специальными сталями.

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

Какие стали называются конструкционными, инструментальными? Конструкционные стали предназначены для изготовления различных деталей и конструкций машин и механизмов.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и др. инструментов.

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

На качество стали влияют сера и фосфор. Сталь обыкновенного качества содержит серы