Классификация сталей по степени раскисления

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.

Виды стали по степени раскисления

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

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Общая информация

Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные. Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.

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

Химический состав сталей обыкновенного качества

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

Читать еще:  Как отполировать сталь до зеркального блеска

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. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.

Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом). Кипящая сталь – довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

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

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

Спокойная сталь

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

Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.

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

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям – является полуспокойная сталь.

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

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

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.

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

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

Классификация сталей по степени раскисления

Сталь – это металлический сплав железа с углеродом, необходимый для производства полуфабрикатов, изделий путем пластической деформации в холодном и горячем состоянии. Для изменения свойств материала в его состав могут добавляться различные элементы. Так, при повышении количества углерода прочность стали повышается. Если его в сплаве более 2,14%, получаем уже чугун .

Читать еще:  Какая марка стали лучше для ножа

Главными качествами стали являются прочность, пластичность, вязкость, твердость, упругость, жаропрочность. Однако, от железа она унаследовала подверженность коррозии .

Классификация сталей по химическому составу :

  • углеродистая сталь, без содержания улучшающих (легирующих) компонентов;
  • легированная сталь, в которую с целью повышения технологических свойств добавляют легирующие элементы (марганец, хром, никель, вольфрам, кремний, молибден, ванадий).

Путем исследований были также получены нержавеющая и оцинкованная стали.

Углеродистая сталь

Углеродистые стали (УС) – это низколегированные композиции, состоящие из 99,5% железа. Строго дозированные различные добавки обуславливают эксплуатационные, механические и технологические свойства сплавов. Углеродистые композиции составляют до 80% от всего количества выплавляемых сталей. Существует свыше двух тысяч марок данных сплавов . По сфере использования они подразделяются на конструкционные, инструментальные , а также стали обыкновенного качества (например, катанка ).

По качеству, классификация углеродистой стали предусматривает:

  • обыкновенную сталь, которая бывает холоднокатаной и горячекатаной;
  • качественную конструкционную сталь в виде кованых и горячекатаных заготовок, серебрянки ( круглые прутки), калиброванной стали.

Качественную конструкционную сталь используют для производства ответственных узлов машин и механизмов, штамповки. К основным достоинствам УС можно отнести:

  • оптимальное соотношение потребительских свойств и цены;
  • высокий модуль упругости, что позволяет применять ее в силовых конструкциях, где работоспособность конструкции зависит от жесткости материала;
  • термическая обработка стали повышает ее прочность, но практически не меняет модуль упругости (важный процесс в термообработке металла – закалка углеродистой стали , от которой зависит качество продукции, скорость закалки находится в пределах 200-600 С в секунду);
  • поддается отделке давлением и резанием, отлично проводится сварка.

Благодаря этим преимуществам УС нашла широкое применение в производстве массовой продукции.

Маркировка углеродистых сталей

Углеродистые и легированные стали классифицируются по :

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

Основной признак, который определяет название и марку стали, это химический состав . Такая маркировка сталей учитывает также условия производства, качество, область применения.

Если известна марка стали, то в ее свойствах разобраться достаточно легко. Например, УС обыкновенного качества маркируют двумя буквами и цифрой, которая показывает присутствие углерода в десятых долях процента (Ст.1 – Ст.7).

Легированные стали, помимо маркировки и цифр, имеют буквы, обозначающие присадки в стали. Для лучшей ориентации существуют таблицы маркировки .

Химический состав стали

В зависимости от химического состава углеродистые стали делят на три типа:

  • низкоуглеродистые – углерод имеется в небольших количествах (до 0,25%). Эти композиции и в холодном и в горячем состоянии хорошо деформируются.
  • Среднеуглеродистые – углерод присутствует 0,3-0,6%. Такие сплавы характеризуются хорошей пластичностью, текучестью и одновременно прочностью.
  • Высокоуглеродистые (0,6 – 1,4 %) – имеют повышенную плотность и уникальные характеристики , которые обуславливаются особенностями структуры.

Для уменьшения числа неметаллических включений, измельчения зерен производят раскисление стали. Чем меньше количество неметаллических включений и чем более равномерно они распределены, тем ниже порог хрупкости материала и выше ударная вязкость и прочность.

Классификация по степени раскисления подразумевает: спокойные, полуспокойные, кипящие стали.

Кипящая сталь

Технология производства кипящей стали обеспечивает минимальные отходы и выход наибольшего количества годного металла. Благодаря отсутствию кремния сталь получается очень пластичной, используется для изготовления продукции путем глубокой вытяжки.

Кипящие стали раскисляют при помощи марганца до присутствия кислорода 0,02-0,04% после чего разливают в слитки. Выделяющиеся пузырьки СО создают картину кипения стали, что объясняет ее название. При маркировке дополнительно обозначается КП.

В результате того, что для кипящей стали необходимо небольшое количество раскислителя, а верхняя часть слитка не передается в лом, она дешевле, чем полуспокойная и спокойная.

Слитки из такой стали используются для производства листов, плит, трубы, проволоки , сортового проката.

Спокойная сталь

Данный вид металла относится к конструкционным углеродистым сталям. Получается при раскислении алюминием, марганцем и кремнием. В ней настолько снижен уровень кислорода, что в процессе обработки металла между углеродом и кислородом никакой реакции не возникает.

Спокойную сталь отличает плотная структура, у нее хорошие механические свойства . Она менее склонна к отрицательным реакциям на нагревание при сварке и к старению. Особенности однородной (гомогенной) микроструктуры придают сплаву максимальную устойчивость к коррозии и пластичность.

По стоимости это самая дорогая сталь. Она используется для сооружения жестких металлоконструкций, не несущих и несущих элементов. Из нее изготавливают:

  • заготовки деталей для трубопроводов;
  • основные элементы для железнодорожных путей;
  • листовой, фасонный прокат и т.д.

Полуспокойная сталь

Полуспокойные стали имеют среднюю позицию между кипящими и спокойными видами сырья. Они содержат кислород, что придает сырью менее выраженные свойства пластичности и твердости. Затвердевают без кипения, однако, с выделением газов. Химический состав неоднородный.

Полуспокойная сталь плавится по технологии кипящей стали, но с последующим раскислением металла в изложнице или ковше. Как правило, для раскисления используют алюминий или кремний.

Из марки такой стали производят:

  • полосы, круги, квадраты, шестигранники, уголки, закладные детали;
  • трубный и листовой прокат.

Сталь – один из важнейших металлических материалов

Сталь относится к основным металлическим материалам, который используется в производстве инструментов, приборов, машин. Ее широкое применение обосновывается наличием целого комплекса высоких механических, технологических, физико-химических свойств.

Читать еще:  Какой сплав называется сталью

Кроме того, сталь имеет сравнительно невысокую стоимость, может производиться значительными партиями. Сам процесс производства данного материала постоянно совершенствуется, в результате чего качество и свойства стали могут обеспечивать безаварийную эксплуатацию современных приборов и машин при высоких рабочих нагрузках.

Основные методы изготовления стальных труб

Во многих отраслях промышленности широко используются стальные трубы. Они прочные, долговечные, просто монтируются. Методы их изготовления определяются: необходимым качеством готового изделия, сечением, размерами, формой, видом исходной заготовки, особенностями материа

Свойства и классификация строительной арматуры

Строительная арматура – вид сортового металлопроката, который производится из круглой горячекатаной стали и призван выдерживать большие нагрузки. Используется для армирования конструктивных элементов из железобетона, улучшения их прочностных характеристик. Внешне

Способы соединения арматуры при строительстве

Арматура – основа строительных конструкций, для которых важен повышенный уровень безопасности. Ее качество и характеристики должны быть высокими и соответствовать таким критериям как: прочность, максимальная шарнирность, устойчивость к коррозии, соответствие ГОСТу.

Классификация сталей

Содержание

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:

углеродистые (классификация по содержанию углерода)
– низкоуглеродистые (до 0,2 %)
– среднеуглеродистые (0,2–0,45 %)
– высокоуглеродистые (содержащие более 0,5 %)
легированные (классификация по сумме легирующих элементов)
– низколегированные (до 2,5 %)
– среднелегированные (2,5–10,0 %)
– высоколегированных (более 10,0 %)

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

Классификация сталей по структуре

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

Стали по структуре классифицируют в состояниях после отжига и нормализации.

В отожженном состоянии стали подразделяют на:

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

После нормализации стали подразделяют на следующие структурные классы:

Классификация сталей по назначению

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

Конструкционные стали подразделяются на:

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

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

Инструментальные стали подразделяются на подгруппы по изготовлению:

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

Специального назначения – стали с особыми физическими и механическими свойствами.

Стали специального назначения подразделяются на:

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

Классификация сталей по качеству

По качеству стали классифицируются на:

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

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

Классификация сталей по степени раскисления

По степени раскисления стали классифицируют на:

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали.

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

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

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

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

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

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector