Маркировка на стоманата по руска, европейска и американска система. Химичен състав и класификация на стоманите по предназначение Марков състав на стоманите и класификация по предназначение

Разбирането на такъв въпрос като класификацията на въглеродните стомани е много важно, тъй като това ви позволява да получите пълно разбиране на характеристиките на един или друг вид от този популярен материал. , както всеки друг, е не по-малко важен и специалистът трябва да може да го разбере, за да избере правилната сплав в съответствие с нейните свойства и химичен състав.

Отличителни характеристики и основни категории

Въглеродните стомани, които се основават на желязо и въглерод, включват сплави, съдържащи минимум допълнителни примеси. Количественото съдържание на въглерод е в основата на следната класификация на стоманите:

• нисковъглеродно (съдържание на въглерод в рамките на 0,2%);
• среден въглерод (0,2–0,6%);
• високо съдържание на въглерод (до 2%).

В допълнение към приличните технически характеристики, трябва да се отбележи достъпна цена, която е важна за материал, широко използван за производството на голямо разнообразие от продукти.

Най-значимите предимства на въглеродните стомани от различни степени включват:

• висока пластичност;
• добра обработваемост (независимо от температурата на нагряване на метала);
• отлична заваряемост;
• поддържане на висока якост дори при значително нагряване (до 400 °);
• добра устойчивост на динамични натоварвания.

Въглеродните стомани също имат недостатъци, сред които си струва да се подчертае:

• намаляване на пластичността на сплавта с увеличаване на съдържанието на въглерод в нейния състав;
• влошаване на режещата способност и намаляване на твърдостта при нагряване до температури над 200 °;
• висока чувствителност към образуване и развитие на корозионни процеси, което налага допълнителни изисквания към продуктите, изработени от такава стомана, които трябва да бъдат покрити със защитно покритие;
• слаби електрически характеристики;
• склонност към термично разширение.

Класификацията на въглеродните сплави по структура заслужава специално внимание. Основно влияние върху трансформациите в тях оказва количественото съдържание на въглерод. По този начин стоманите, класифицирани като хипоевтектоидни, имат структура, базирана на феритни и перлитни зърна. Съдържанието на въглерод в такива сплави не надвишава 0,8%. С увеличаване на количеството въглерод количеството ферит намалява и обемът на перлита съответно се увеличава. Според тази класификация стоманите, съдържащи 0,8% въглерод, се класифицират като евтектоидни, основата на тяхната структура е предимно перлит. С по-нататъшно увеличаване на количеството въглерод започва да се образува вторичен цементит. Стоманите с тази структура принадлежат към хиперевтектоидната група.

Увеличаването на количеството въглерод в състава на стоманата до 1% води до факта, че такива свойства на метала като якост и твърдост се подобряват значително, докато границата на провлачване и пластичността, напротив, се влошават. Ако количеството въглерод в стоманата надвишава 1%, това може да доведе до образуването на груба мрежа от вторичен мартензит в нейната структура, което има отрицателен ефект върху здравината на материала. Ето защо в стоманите, класифицирани като високовъглеродни, количеството въглерод като правило не надвишава 1,3%.

Свойствата на въглеродните стомани са сериозно повлияни от примесите, съдържащи се в техния състав. Елементите, които имат положителен ефект върху характеристиките на сплавта (подобряват дезоксидацията на метала) са силиций и манган, докато фосфорът и сярата са примеси, които влошават нейните свойства. Високото съдържание на фосфор във въглеродната стомана води до факта, че продуктите, направени от него, се покриват с пукнатини и дори се счупват, когато са изложени на ниски температури. Това явление се нарича студена чупливост. Обикновено стоманите с високо съдържание на фосфор, ако са в нагрято състояние, се поддават добре на заваряване и обработка чрез коване, щамповане и др.

В продукти, произведени от въглеродни стомани, които съдържат значителни количества сяра, може да възникне явление, наречено червена чупливост. Същността на това явление е, че металът, когато е изложен на високи температури, става труден за обработка. Структурата на въглеродните стомани, които съдържат значително количество сяра, се състои от зърна с топими образувания по границите. Такива образувания започват да се топят с повишаване на температурата, което води до нарушаване на връзката между зърната и, като следствие, до образуването на множество пукнатини в металната структура. Междувременно параметрите на серно-въглеродните сплави могат да бъдат подобрени, ако са микролегирани с цирконий, титан и бор.

Производствени технологии

Днес има три основни технологии, използвани в металургичната индустрия. Основните им разлики са в вида на използваното оборудване. Това:

• пещи за топене на конвертор;
• агрегати с отворено огнище;
• топилни пещи, захранвани с електричество.

В конверторните инсталации всички компоненти на стоманената сплав се топят: чугун и стоманен скрап. В допълнение, разтопеният метал в такива пещи се обработва допълнително с помощта на технически кислород. В случаите, когато примесите, присъстващи в разтопения метал, трябва да се превърнат в шлака, към него се добавя прегорена вар.

Процесът на производство на въглеродна стомана по тази технология е придружен от активно окисляване на метала и неговите отпадъци, чиято стойност може да достигне до 9% от общия обем на сплавта. Недостатъкът на този технологичен процес е, че при него се образува значително количество прах, което налага използването на специални прахопочистващи агрегати. Използването на такива допълнителни устройства влияе върху цената на получения продукт. Въпреки това, всички недостатъци, които характеризират този технологичен процес, са напълно компенсирани от неговата висока производителност.

Топенето в пещ с открита пещ е друга популярна технология, която се използва за производство на въглеродни стомани от различни степени. Всички необходими суровини (стоманен скрап, чугун и т.н.) се зареждат в онази част от пещта с отворен огнище, която се нарича камера за топене, която се нагрява до температурата на топене. В камерата протичат сложни физични и химични взаимодействия, в които участват разтопен метал, шлака и газова среда. Получава се сплав с необходимите характеристики, която се извежда в течно състояние през специален отвор в задната стена на пещта.

Стоманата, произведена чрез топене в електрически пещи, поради използването на коренно различен източник на отопление, не е изложена на окислителна среда, което я прави по-чиста. Различните видове въглеродна стомана, произведени чрез топене в електрически пещи, съдържат по-малко водород. Този елемент е основната причина за появата на люспи в структурата на сплавите, които значително влошават техните характеристики.

Без значение как се топи въглеродната сплав и без значение към коя категория в класификацията принадлежи, основните суровини за нейното производство са чугунът и металният скрап.

Методи за подобряване на якостните характеристики

Ако свойствата на марките се подобряват чрез въвеждане на специални добавки в техния състав, тогава решението на този проблем по отношение на въглеродните сплави се извършва чрез термична обработка. Един от модерните методи на последното е повърхностното плазмено втвърдяване. В резултат на използването на тази технология в повърхностния слой на метала се образува структура, състояща се от мартензит, чиято твърдост е 9,5 GPa (в някои области достига 11,5 GPa).

Повърхностното плазмено втвърдяване също води до образуването на метастабилен задържан аустенит в металната структура, чието количество се увеличава, ако процентът на въглерод в състава на стоманата се увеличи. Тази структурна формация, която може да се трансформира в мартензит, когато работи в продукт от въглеродна стомана, значително подобрява такива характеристики на метала като устойчивост на износване.

Един от ефективните начини за значително подобряване на характеристиките на въглеродната стомана е химико-термичната обработка. Същността на тази технология е, че стоманена сплав, нагрята до определена температура, се подлага на химическо въздействие, което може значително да подобри нейните характеристики. След такава обработка, която може да се приложи към въглеродни стомани от различни степени, твърдостта и устойчивостта на износване на метала се увеличават и се подобрява устойчивостта му на корозия във влажна и кисела среда.

Други опции за класификация

Друг параметър, по който се класифицират въглеродните сплави, е степента на тяхното пречистване от вредни примеси. Стоманите, които съдържат минимално количество сяра и фосфор, имат по-добри механични характеристики (но и по-висока цена). Този параметър стана основа за класификацията на въглеродните стомани, според които се разграничават сплавите:

• обикновено качество (B);
• качествен (B);
• повишено качество (A).

Стоманите от първа категория (техният химичен състав не е посочен от производителя) се избират само въз основа на техните механични характеристики. Такива стомани се характеризират с минимални разходи. Не са подложени на термична обработка или обработка под налягане. За висококачествените стомани производителят определя химическия състав, а за висококачествените сплави - механичните свойства. Важно е, че продуктите от сплави от първите две категории (B и C) могат да бъдат подложени на термична обработка и гореща пластична деформация.

Съществува класификация на въглеродните сплави според основното им предназначение. По този начин се прави разлика между конструкционни стомани, от които се произвеждат части за различни цели, и инструментални стомани, използвани в пълно съответствие с наименованието им - за производството на различни инструменти. Инструменталните сплави, в сравнение със структурните сплави, се характеризират с повишена твърдост и якост.

В маркировката на въглеродна стомана можете да намерите обозначенията "sp", "ps" и "kp", които показват степента на нейното дезоксидиране. Това е друг параметър за класифициране на такива сплави.
Буквите "sp" в маркировката означават тихи сплави, които могат да съдържат до 0,12% силиций. Характеризират се с добра ударна якост дори при ниски температури и се характеризират с висока еднородност на структурата и химичния състав. Такива въглеродни стомани също имат недостатъци, най-същественият от които е, че повърхността на продуктите, произведени от тях, е с по-ниско качество от тази на кипящите стомани и след заваръчни работи характеристиките на изработените от тях части значително се влошават.

Полу-тихите сплави (обозначени с буквите "ps" в маркировката), в които силицийът може да се съдържа в диапазона от 0,07–0,12%, се характеризират с равномерно разпределение на примесите в техния състав. Това гарантира постоянството на характеристиките на продуктите, произведени от тях.

При кипящи въглеродни стомани, съдържащи не повече от 0,07% силиций, процесът на дезоксидация не е напълно завършен, което причинява хетерогенността на тяхната структура. Междувременно те се отличават с редица предимства, най-значимите от които включват:

• ниска цена, което се обяснява с незначителното съдържание на специални добавки;
• висока пластичност;
• добра заваряемост и обработваемост при използване на методи на пластична деформация.

Как се маркират сплавите от въглеродна стомана?

Разбирането на принципите за маркиране на въглеродна стомана е толкова лесно, колкото разбирането на основата за нейната класификация: те не се различават много от правилата за обозначаване на стоманени сплави от други категории. За да дешифрирате такива маркировки, дори не е необходимо да разглеждате специални таблици.

Буквата "U" в самото начало на обозначението на марката на сплавта показва, че принадлежи към категорията на инструментите. Буквите "A", "B" и "C", написани в самия край на маркировката, показват към коя качествена група принадлежи въглеродната стомана. Количеството въглерод, съдържащо се в сплавта, е посочено в самото начало на нейната маркировка. Освен това за стомани с високо качество (група „А“) количеството на този елемент ще бъде посочено в стотни от процента, а за сплави от групи „В“ и „С“ - в десети.

В маркировката на отделните въглеродни стомани можете да намерите буквата "G" след числата, показващи количественото съдържание на въглерод. Тази буква показва, че металът съдържа повишено количество елемент като манган. Обозначенията "sp", "ps" и "kp" показват на каква степен на дезоксидация отговаря въглеродната стомана.

Въглеродните сплави, поради техните характеристики и ниска цена, се използват активно за производството на елементи от строителни конструкции, машинни части, инструменти и метални изделия за различни цели.

2, средна оценка: 5,00 от 5)

Стоманата е ковка и кована сплав от желязо и въглерод (като постоянен примес). Също така съдържа други легиращи елементи и други вредни примеси. Съдържанието на въглерод не трябва да надвишава 2,14%. Чрез промяна на химическия състав на тази сплав чрез концентрация на въглерод и добавяне на легиращи елементи е възможно да се получи широка гама от различни степени на този метал, които ще имат различни свойства. Това позволява този материал да се използва в повечето индустрии.

Принципи на класификация на стоманата

Класификацията и маркирането на стоманата се извършва според следните параметри:

По химичен състав

В зависимост от химичния състав този метал е разделен на два вида: въглерод и сплав. на свой ред въглеродните се делят на:

• с ниско съдържание на въглерод (съдържание на въглерод под 0,2%);
• средно въглероден (съдържание на въглерод в диапазона от 0,2% - 0,45%);
• високовъглеродни (въглеродно съдържание над 0,5%).

Легираните стомани се класифицират според общото общо количество легиращи елементи (съдържанието на въглерод не се сумира; манганът започва да се счита за легиращ елемент, когато съдържанието му в сплавта е повече от 1%, силиций - повече от 0,8%). Различават се следните:

• нисколегирани (под 2,5%);
• средно легирани (в рамките на 2,5% - 10%);
• силно легирани (повече от 10%).

По структура

Такава класификационна характеристика като структурата на материала се счита за по-малко стабилна, тъй като зависи от скоростта на охлаждане, легирането, метода на топлинна обработка и някои други променливи фактори. Въпреки това, структурата на готовия материал все още позволява обективна оценка на неговото качество. Класификация на стоманата по структура в състояния на отгряване и нормализиране. В състояние на отгряване се разграничават:

След процеса на нормализиране стоманата се разделя на следните класове:

• перлитни - съдържат ниско количество легиращи елементи, структура след нормализиране: перлит, перлит + ферит, перлит + хиперевтектоиден карбид;
• мартензитни - съдържат голямо количество легиращи елементи, както и относително ниска критична скорост на втвърдяване;
• аустенит - характеризира се с високо съдържание на легиращи елементи, структура: аустенит, аустенит + карбид.

По предназначение

По причини като назначаване Стоманите се делят на конструкционни, инструментални и специални(със специални свойства).

Конструктивните се използват за производството на всички видове части в устройства, машини и елементи на строителни конструкции. Те се делят на:

• обикновено качество;
• подобрен;
• циментиран;
• автоматичен;
• висока якост;
• пролет-пролет.

Инструментите се използват за производството на режещи, измервателни и други инструменти. Те се разделят на следните групи:

• за производство на режещи инструменти;
• за производство на измервателни уреди;
• за производство на оборудване за щамповане и пресоване.

Специално предназначение са сплави със специални физични и/или механични свойства. Има:

По качество и начин на производство

В този случай качеството се разбира като целия набор от свойства на метала, които се определят от металургичния процес на неговото производство. Качеството на стоманата се определя от наличието на вредни примеси в нея. На първо място, това са химичните елементи сяра и фосфор. В зависимост от съдържанието си те се делят на:

• обикновено качество - със съдържание до 0,06% сяра и 0,07% фосфор;
• висококачествени - до 0,035% сяра и 0,035% фосфор;
• висококачествени - не повече от 0,025% сяра и 0,025% фосфор.
• особено високо качество - не повече от 0,015% сяра и 0,025% фосфор.

Според степента на дезоксидация

Дезоксидацията е процес на отстраняване на кислород от течна сплав. Недеоксидираната стомана има относително ниска пластичност и е по-податлива на крехко счупване по време на топлинна обработка под налягане. Според степента на дезоксидация се разделят на:

• спокоен;
• полуспокоен;
• кипене.

Процесът на деоксидиране на неподвижни стомани в топилна пещ/или кофа с използване на манган, алуминий и силиций. Втвърдяването във формата протича тихо, без отделяне на газ. В горната част на блоковете се образува кухина за свиване. Този тип има анизотропия, тоест механичните свойства са различни и зависят от посоката - пластичните свойства в напречна посока (по посока на валцоване) са значително по-ниски, отколкото в надлъжна посока. Освен това в горната част на слитъка съдържанието на сяра, фосфор и въглерод е повишено, а в долната част е намалено. Това значително влошава свойствата на продукта, понякога дори до отхвърляне.

Дезоксидирането във вряща вода се случва само поради манган. Излишният кислород по време на втвърдяването частично реагира с въглерода, освобождавайки газови мехурчета (въглероден окис). Тук се създава впечатлението за „кипене“. В този тип практически няма неметални включвания, произтичащи от продукти на дезоксидация. Това е нисковъглеродна сплав с минимално съдържание на силиций и високо съдържание на газообразни примеси. Използва се в производството на каросерийни части на автомобили и др. Има добра възможност за студено формоване.

Полуспокойните стомани заемат средно положение между спокойните и кипящите стомани. Дезоксидирането се извършва на два етапа: частично в топилната пещ и кофата и накрая във формата. Във формата се получава дезоксидация поради въглерода, съдържащ се в метала.

Декодиране на стомани в материалознанието

Принадлежи към клас: структурно качество на въглерод. Химичен състав: въглерод - 0,17−0,24%; силиций - 0,17−0,37%; манган - 0,35−0,65%; сяра - до 0,04%; фосфор - до 0,04%. Широко използван в производството на котли, за тръби и отоплителни тръбопроводи за различни цели; в допълнение, индустрията произвежда пръти и листове.

HVG препис

Принадлежи към класа: легирани инструментални. Използва се за производство на измервателни и режещи инструменти, метчици, протяжки.

Стоманата е основният метален материал, използван в производството на машини, инструменти и уреди. Широкото му използване се обяснява с наличието в този материал на цял комплекс от ценни технологични, механични и физикохимични свойства. Освен това стоманата има сравнително ниска цена и може да се произвежда в големи количества. Процесът на производство на този материал непрекъснато се усъвършенства, благодарение на което свойствата и качеството на стоманата могат да осигурят безпроблемна работа на съвременни машини и устройства при високи работни параметри.

Общи принципи за класифициране на марките стомана

Основните класификационни характеристики на стоманите: химичен състав, предназначение, качество, степен на дезоксидация, структура.

• Да стане по химичен съставразделени на въглерод и сплав. Въз основа на масовата част на въглерода, първата и втората група стомани се разделят на: нисковъглеродни (по-малко от 0,3% С), средно въглеродни (концентрацията на С е в диапазона 0,3-07%), високо- въглерод - с концентрация на въглерод над 0,7%.

Легираните стомани са тези, които съдържат в допълнение към постоянните примеси добавки, въведени за подобряване на механичните свойства на този материал.

Като легиращи добавки се използват хром, манган, никел, силиций, молибден, волфрам, титан, ванадий и много други, както и комбинация от тези елементи в различни проценти. Според броя на добавкитеСтоманите се делят на нисколегирани (съдържание на легиращи елементи по-малко от 5%), среднолегирани (5-10%) и високолегирани (съдържащи над 10% добавки).

• Според предназначението сиСтоманите могат да бъдат конструкционни, инструментални и специални материали със специални свойства.

Най-обширният клас са конструкционни стомани, които са предназначени за производство на строителни конструкции, части от устройства и машини. От своя страна конструкционните стомани се разделят на пружинен тип, подобрени, циментирани и високоякостни.

Инструментални стоманисе разграничават в зависимост от предназначението на инструмента, произвеждан от тях: измервателни, режещи, горещи и студени деформационни матрици.

Стомани със специално предназначениеса разделени на няколко групи: устойчиви на корозия (или неръждаеми), топлоустойчиви, топлоустойчиви, електрически.

• По качествоСтоманите са обикновени, висококачествени, висококачествени и особено висококачествени.

Качеството на стоманата се разбира като комбинация от свойства, определени от процеса на нейното производство. Такива характеристики включват: еднородност на структурата, химичен състав, механични свойства, технологичност. Качеството на стоманата зависи от съдържанието на газове в материала - кислород, азот, водород, както и на вредни примеси - фосфор и сяра.

• Според степента на дезоксидацияи естеството на процеса на втвърдяване, стоманите са спокойни, полуспокойни и кипящи.

Дезоксидирането е операция за отстраняване на кислород от течна стомана, което провокира крехко счупване на материала по време на гореща деформация. Меките стомани се деоксидират със силиций, манган и алуминий.

• По структураТе разделят стомани в отгрято (равновесно) състояние и в нормализирано състояние. Структурни форми на стоманите са ферит, перлит, цементит, аустенит, мартензит, ледебурит и др.

Влиянието на въглерода и легиращите елементи върху свойствата на стоманата

Индустриалните стомани са химически сложни сплави на желязо и въглерод. В допълнение към тези основни елементи, както и легиращите компоненти в легираните стомани, материалът съдържа постоянни и произволни примеси. Основните характеристики на стоманата зависят от процентното съдържание на тези компоненти.

Как да защитите сградите си от: профилактика, лечение, експертни съвети Машини за рязане и огъване на армировка: Ще научите за какво са необходими, как да ги използвате и колко са необходими на строителна площадка.

В нашата ценова листа можете да разберете какво е актуално в Санкт Петербург и Ленинградска област.

Въглеродът има решаващо влияние върху свойствата на стоманата. След отгряване структурата на този материал се състои от ферит и цементит, чието съдържание се увеличава пропорционално на увеличаването на концентрацията на въглерод. Феритът е нискоякостна и пластична структура, докато циментитът е твърд и крехък. Следователно, увеличаването на съдържанието на въглерод води до увеличаване на твърдостта и здравината и намаляване на пластичността и якостта. Въглеродът променя технологичните характеристики на стоманата: обработваемост чрез натиск и рязане, заваряемост. Увеличаването на концентрацията на въглерод води до влошаване на обработваемостта поради втвърдяване и намалена топлопроводимост. Отделянето на стружки от високоякостна стомана увеличава количеството генерирана топлина, което води до намаляване на живота на инструмента. Но нисковъглеродните стомани с нисък вискозитет също са слабо обработени, тъй като се образуват чипове, които са трудни за отстраняване.

Стоманите със съдържание на въглерод 0,3-0,4% имат най-добра обработваемост при рязане.

Увеличаването на концентрацията на въглерод води до намаляване на способността на стоманата да се деформира в горещо и студено състояние. За стомана, предназначена за сложно студено формоване, количеството въглерод е ограничено до 0,1%.

Нисковъглеродните стомани имат добра заваряемост. За заваряване на средно- и високовъглеродни стомани се използват нагряване, бавно охлаждане и други технологични операции, за да се предотврати появата на студени и горещи пукнатини.

За да се получат високи якостни свойства, количеството на легиращите компоненти трябва да бъде рационално. Излишното легиране, с изключение на въвеждането на никел, води до намаляване на резерва на якост и провокира крехко счупване.

• Хромът е недефицитен легиращ компонент и има положителен ефект върху механичните свойства на стоманата при съдържание до 2%.
• Никелът е най-ценната и дефицитна легираща добавка, въвежда се в концентрация 1-5%. Той най-ефективно намалява прага на студена крехкост и спомага за увеличаване на температурния резерв на вискозитета.
• Манганът, като по-евтин компонент, често се използва като заместител на никела. Увеличава границата на провлачване, но може да направи стоманата чувствителна към прегряване.
• Молибденът и волфрамът са скъпи и оскъдни елементи, използвани за повишаване на устойчивостта на топлина на бързорежещи стомани.

Принципи на маркиране на стомана според руската система

На съвременния пазар на метални изделия няма обща система за маркиране на стоманата, което значително усложнява търговските операции, което води до чести грешки при поръчка.

В Русия е приета буквено-цифрова система за обозначаване, при която имената на елементите, съдържащи се в стоманата, са отбелязани с букви, а техните количества са отбелязани с цифри. Буквите също така показват метода на дезоксидация. Маркировката "KP" означава кипящи стомани, "PS" - полуспокойни стомани и "SP" - спокойни стомани.

• Стоманите с обикновено качество имат индекс St, след което се посочва условно число от 0 до 6. След това се посочва степента на дезоксидация. Номерът на групата се поставя отпред: A – стомана с гарантирани механични характеристики, B – химичен състав, C – и двете свойства. По правило индексът на група А не се присвоява. Пример за обозначаване – Б Член 2 КП.
• За обозначаване на структурни висококачествени въглеродни стомани отпред е посочено двуцифрено число, показващо съдържанието на C в стотни от процента. В края - степента на дезоксидация. Например стомана 08KP. Висококачествените въглеродни стомани за инструменти имат буквата U отпред и след това двуцифрена концентрация на въглерод в десети от процента - например стомана U8. Висококачествените стомани имат буквата А в края на класа.
• В марките легирана стомана буквите обозначават легиращи елементи: „H“ е никел, „X“ е хром, „M“ е молибден, „T“ е титан, „B“ е волфрам, „Y“ е алуминий. В конструкционните легирани стомани съдържанието на С е посочено в стотни от процента отпред. В инструменталните легирани стомани въглеродът се отбелязва в десети от процента; ако съдържанието на този компонент надвишава 1,5%, концентрацията му не се посочва.
• Бързорежещите инструментални стомани се обозначават с индекс P и индикация за съдържанието на волфрам в проценти, например P18.

Маркировка на стомани по американска и европейска система

Планирате ли да закупите валцуван метал? Предлагаме разумни цени и качество от производителя.

В Съединените щати има няколко системи за маркиране на стомана, разработени от различни организации по стандартизация. При неръждаемите стомани най-често се използва системата AISI, която е валидна и в Европа. Според AISI стоманата се обозначава с три числа, в някои случаи последвани от една или повече букви. Първото число показва класа на стоманата, ако е 2 или 3, тогава е аустенитен клас, ако 4 е феритна или мартензитна. Следващите две цифри показват поредния номер на материала в групата. Буквите означават:

• L – ниско масово съдържание на въглерод, по-малко от 0,03%;
• S – нормална концентрация на С, по-малка от 0,08%;
• N означава, че е добавен азот;
• LN – ниско съдържание на въглерод, комбинирано с добавяне на азот;
• F – повишена концентрация на фосфор и сяра;
• Se – стоманата съдържа селен, B – силиций, Cu – мед.

В Европа се използва системата EN, която се различава от руската по това, че първо изброява всички легиращи елементи, а след това в същия ред се посочва тяхната масова част в числа. Първото число е концентрацията на въглерод в стотни от процента.

Ако легирани стомани, конструкционни и инструментални, с изключение на бързорежещите стомани, включват повече от 5% от поне една легираща добавка, буквата „X“ се поставя пред съдържанието на въглерод.

Страните от ЕС използват маркировката EN, като в някои случаи паралелно посочват националната маркировка, но със знака „остарял“.

Международни аналози на устойчиви на корозия и топлоустойчиви стомани

Устойчиви на корозия стомани

Европа (EN)	Германия (DIN)	САЩ (AISI)	Япония (JIS)	ОНД (ГОСТ)
1.4000	X6Cr13	410S	SUS 410 S	08Х13
1.4006	X12CrN13	410	SUS 410	12Х13
1.4021	X20Cr13	(420)	SUS 420 J1	20Х13
1.4028	X30Cr13	(420)	SUS 420 J2	30Х13
1.4031	X39Cr13		SUS 420 J2	40Х13
1.4034	X46Cr13	(420)		40Х13
1.4016	X6Cr17	430	SUS 430	12Х17
1.4510	X3CrTi17	439	SUS 430 LX	08Х17Т
1.4301	X5CrNI18-10	304	SUS 304	08Х18Н10
1.4303	X4CrNi18-12	(305)	SUS 305	12Х18Н12
1.4306	X2CrNi19-11	304 л	SUS 304 L	03Х18Н11
1.4541	X6CrNiTi18-10	321	SUS 321	08Х18Н10Т
1.4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316 Ti	SUS 316 Ti	10Х17Н13М2Т

Топлоустойчиви стоманени марки

Европа (EN)	Германия (DIN)	САЩ (AISI)	Япония (JIS)	ОНД (ГОСТ)
1.4878	X12CrNiTi18-9	321H		12Х18Н10Т
1.4845	X12CrNi25-21	310 S		20Х23Н18

Високоскоростни стомани

марка стомана			Аналози в стандартите на САЩ
Страните от ОНД GOST	Евронорми
R0 M2 SF10-MP
R2 M10 K8-MP
R6 M5 K5-MP
R6 M5 F3-MP
R6 M5 F4-MP
R6 M5 F3 K8-MP
R10 M4 F3 K10-MP
R6 M5 F3 K9-MP
R12 M6 F5-MP
R12 F4 K5-MP
R12 F5 K5-MP

Конструкционна стомана

марка стомана			Аналози в стандартите на САЩ
Страните от ОНД GOST	Евронорми

Основна гама от марки неръждаема стомана

ОНД (ГОСТ)	Евронорми (EN)	Германия (DIN)	САЩ (AISI)
03 X17 N13 M2		X2 CrNiMo 17-12-2
03 X17 N14 M3		X2 CrNiMo 18-4-3
03 X18 N10 T-U
06 ХН28 MDT		X3 NiCrCuMoTi 27-23
08 X17 N13 M2		X5CrNiMo 17-13-3
08 X17 N13 M2 T		Х6 CrNiMoTi 17-12-2
		X6 CrNiTi 18-10
20 Х25 Н20 С2		X56 CrNiSi 25-20
03 X19 N13 M3
02 X18 M2 BT
02 X28 N30 MDB		X1 NiCrMoCu 31-27-4
03 X17 N13 AM3		X2 CrNiMoN 17-13-3
03 X22 N5 AM2		X2 CrNiMoN 22-5-3
03 X24 N13 G2 S
08 X16 N13 M2 B		X1 CrNiMoNb 17-12-2
08 X18 N14 M2 B	1,4583 X10 CrNiMoNb	X10 CrNiMoNb 18-12
		X8 СrNiAlTi 20-20
		X3 CrnImOn 27-5-2
		Х6 CrNiMoNb 17-12-2
		X12 CrMnNiN 18-9-5

Лагерна стомана

Пружинна стомана

марка стомана			Аналози в стандартите на САЩ
Страните от ОНД GOST	Евронорми

Топлоустойчива стомана

марка стомана			Аналози в стандартите на САЩ
Страните от ОНД GOST	Евронорми

Рейтинг GD Star
система за рейтинг на WordPress

Маркировка на стоманата по руска, европейска и американска система, 4.6 от 5 - общо гласове: 63

Стомана- общ инженерен материал.

Стоманата се отнася до сплави на желязо и въглерод, съдържащи от 0,02 до 2,14% С. В допълнение към въглерода, стоманата съдържа постоянни примеси Mn, Si, S, P и др., Които влияят на нейните свойства. Стоманите се класифицират по химичен състав, качество и приложение.

По химичен съставПрави се разлика между въглеродни и легирани стомани. Въз основа на въглеродното съдържание и двете се разделят на ниско (по-малко от 0,25% C), средно (0,30 - 0,70% C) и високо въглерод (повече от 0,7% C). В зависимост от общото съдържание на легиращи елементи се разграничават ниско (по-малко от 5%), средно (5,0 -10,0%) и високо легирани (повече от 10,0%) стомани.

По качествоИма стомани с обикновено качество, висококачествени, висококачествени и особено висококачествени. Тази класификация определя условията за металургично производство на стомани и преди всичко съдържанието на вредни примеси в тях.

Стоманите с обикновено качество включват въглеродни стомани, съдържащи до 0,6% - C, до 0,060% - S и до 0,070% - P. От тях се произвеждат горещовалцувани дълги продукти: греди, пръти, канали, ъгли, тръби и др. , както и студено валцована стоманена ламарина.

В съответствие с GOST 380-88 се произвеждат три групи (A, B и C) стомани с обикновено качество.

Група А включва стомани, доставяни според техните механични свойства, без да се посочва техният химичен състав. Стоманите от тази група се обозначават с буквите St (стомана) и цифрите 0, 1, 2...6.

Колкото по-високо е числото, толкова по-високо е съдържанието на въглерод и якостта (σ in, MPa) и толкова по-ниска е пластичността (δ,%). Тези стомани се използват в състояние на доставка без последващо горещо формоване или термична обработка. Примери за стомана в тази група са следните марки: St0, St1, St4.

Група B - стомани, доставяни с гарантиран химичен състав.Означението на марката стомана от тази група се предхожда от буквата B, например BSt0, BSt1 и др.

Група B представлява стомани, доставяни с гарантиран химичен състав и механични свойства. Група B се въвежда в обозначението на марката стомана от тази група, например VSt1, VSt5. Химическият състав на стоманата е същият като този на съответния клас от група В, а механичните свойства са същите като тези на група А.

Стомани от групи B и C се използват в случаите, когато стоманата трябва да бъде подложена на гореща деформация или укрепена чрез термична обработка.

Стоманите с обикновено качество се разделят допълнително на спокойни, полуспокойни и кипящи.

Меките стомани се деоксидират по време на процеса на топене с манган, силиций, алуминий и титан. Те съдържат минимално количество кислород и различни оксиди. Съдържанието на силиций обикновено е 0,15 - 0,35%. Тихите стомани се обозначават с буквите "sp", например St3sp, BSt5sp, VSt4sp и др.

Кипящите стомани се деоксидират по време на процеса на топене само с манган, съдържанието на силиций е не повече от 0,1% (следи). Преди изливане те съдържат повишено количество кислород, който взаимодейства с въглерода, за да образува мехурчета CO. Отделянето на мехурчета от метала създава впечатлението, че той кипи. Някои от тях остават в метала, образувайки структурата му, подобна на пчелна пита. Кипящите стомани се обозначават допълнително с буквите „kp“, например BStZkp, St2kp, VSt4kp.

Полуспокойните стомани по отношение на степента на дезоксидация заемат междинна позиция между спокойни и кипящи стомани и съдържат до 0,17% силиций (предварително деоксидиран с манган). Полу-тихите стомани се обозначават допълнително с буквите "ps", например St1ps, St2ps, VSt5ps и др. Поради по-голямата си хомогенност в сравнение с кипящата стомана, полумеката стомана има свойства, близки до тези на меката стомана. Меката стомана се използва за производство на валцувани продукти и фасонни отливки; полуспокойно и кипящо - отдавам под наем.

Висококачествена стомана. По отношение на химичния състав това са въглеродни легирани стомани, съдържанието на сяра и фосфор в които не трябва да надвишава 0,035% всяка. Колебанията в съдържанието на въглерод в рамките на класа не трябва да надвишават 0,08%.

Висококачествени стомани. Това са въглеродни и легирани стомани, топени предимно в електрически и киселинни мартенови пещи. Съдържанието на сяра и фосфор е не повече от 0,025% всяко, а колебанията във въглерода в рамките на марката са не повече от 0,07%.

Особено висококачествени стомани са легирани стомани, топени в електрически пещи с електрошлаково претопяване и съдържат сяра и фосфор не повече от 0,015% всяка.

По приложениеРазличават се следните класове стомани: строителни, машиностроителни с общо предназначение, машиностроителни със специално предназначение, инструментални, със специални химични и физични свойства. В тази работа ще се ограничим до разглеждане на конструкцията, инженерството с общо предназначение и инструменталните стомани, а останалите ще бъдат изучавани в курса по Материалознание.

Маркиране на строителни и инженерни стомани за общо предназначение. Маркирането на въглеродни стомани с обикновено качество беше обсъдено по-горе.

Висококачествените въглеродни стомани съгласно GOST 1050-88 са маркирани с номера 08, 10, 15, 20... 85, които показват средното съдържание на въглерод в стотни от процента. В зависимост от степента на дезоксидация тези стомани могат да бъдат спокойни и кипящи (08 и 08kp, 10 и 10kp).

Легираните стомани са маркирани с цифри и букви, например 15X; 45HF; 18HGT; 12ХН3А; 20Х2Н4А; 14G2 25G2S и др. Двуцифрените числа в началото на знака показват средното въглеродно съдържание в стотни от процента; буквите отдясно на номера показват легиращия елемент: A - азот, B - ниобий, B - волфрам, G - манган, D - мед, K - кобалт, N - никел, M - молибден, P - фосфор, P - бор, C - силиций, T - титан, F - ванадий, X - хром, C "цирконий, Yu - алуминий, U - рядка земя. Цифрите след буквата (символ на елемент) показват приблизителното съдържание на съответния легиращ елемент в цели проценти, липсата на число показва, че е около 1% или по-малко Буквата А в края на обозначението показва, че стоманата е висококачествена (12ХИ3А), в началото - автоматична стомана (A15, A30 ), в средата - азот.За стомани, използвани в лята форма, буквата L се поставя в края на марката ( например 25L, 35GL).

Строителната стомана се използва за заварени конструкции, магистрални нефто- и газопроводи, за армиране на стоманобетонни конструкции и др. За тези цели широко се използват нисковъглеродни и нисколегирани висококачествени стомани и стомани с обикновено качество (VStZsp, VSt3Gps, VSt5Gps, 14G2, 17GS, 15HSND и др.).

Инженерната стомана с общо предназначение се разделя на три групи: стомани, използвани без термична обработка за закаляване; закалени нисковъглеродни (до 0,25% C) и подобрени средно въглеродни (от 0,30-0,50% C) стомани. Това са, като правило, въглеродни и нисколегирани стомани.

Използвани стомани без термична обработка за закаляване.Това са стомани, доставяни на листове за последващо щамповане, дълбоко изтегляне и др. По химичен състав стоманите са нисковъглеродни с ниско съдържание на силиций (kp, ps) и нисколегирани (08kp, 08ps, 15kp, 20Khkp и др.).

Циментируемастоманите се използват за продукти, подложени на повърхностно насищане с въглерод. След карбуризиране, закаляване и ниско темпериране, частите, изработени от тези стомани, имат твърда повърхност (HRC 58-62), добра устойчивост на износване и здрава, здрава сърцевина (HRC 20-30). За малки некритични продукти широко се използват стоманени класове 10, 15, 20, 15X, 20X. За по-критични и големи продукти се използват легирани висококачествени и висококачествени стомани, например 18KhGT, 12KhN3A, 20Kh2N4A, 20KhGR, 18Kh2N4VA и др.

Възможност за надгражданеМашиностроителните стомани се използват след закаляване и високо темпериране (подобряване). За продукти с малко напречно сечение или работещи при ниски натоварвания се използват стоманени марки 35, 40, 45, 50. За части с по-голямо напречно сечение се използват ниско- и среднолегирани стомани, които имат висока закаляемост и осигуряват високи механични свойства по цялото напречно сечение, например 40Х, 30ХГТ, 50Г2 , 40ХН, 40ХНМА, ЗОХН2ВФ и др.

Инструментални стоманипредназначени за производство на режещи, измервателни, студено и горещо формовани инструменти. Това са, като правило, високовъглеродни стомани, съдържащи над 0,70% С (с изключение на стоманите за инструменти за горещо формоване, които се класифицират като средно въглеродни стомани). Те включват висококачествени и висококачествени стомани, въглеродни, легирани и високоскоростни. Те са съответно маркирани.

Въглеродните инструментални стомани се обозначават с буквата U и цифри, показващи средното съдържание на въглерод в десети от процента (U7, U8, U10, U12A и др.).

Легирани инструментални стомани 9ХС, Х, 5ХВГ, 3Х8В2 и др. маркирани с число, показващо средното въглеродно съдържание в десети от процента, ако е по-малко от 1,0%. Ако съдържанието на въглерод е 1,0% или по-високо, цифрата най-често липсва. Буквите означават легиращи елементи (виж по-горе), а цифрите след тях показват съдържанието в цели проценти на съответния легиращ елемент.

Бързорежещите стомани се маркират с буквата P (R14F4). Числото след него показва съдържанието на основния легиращ елемент (волфрам) в цели проценти. Съдържанието на въглерод във високоскоростните стомани е 0,75-1,15%, хромът - 3,8-4,2% не е посочен в обозначението на марката стомана. Освен това всички бързорежещи стомани съдържат ванадий; ако е по-малко от 2,2%, тогава не е посочено в марката.

За режещи инструменти се използват въглеродни стомани U8, U10, U8A, U12 GOST 1435-90, легирани 9ХС, ХВГ, Х (GOST 5950-73), както и високоскоростни високолегирани стомани марки R18, R12, R6MZ, Р6М5, Р10К5 (ГОСТ 19265-73). Отличителна черта на инструменталните стомани за режещи инструменти е тяхното високо съдържание на въглерод (от 0,70 до 1,5%), което позволява да се получи висока твърдост IKS 60-65 след закаляване и темпериране.

За производството на студено формовани инструменти често се използват въглеродни и легирани стомани за режещи инструменти. Това се обяснява с факта, че условията на работа на режещите матрици и режещите инструменти са много близки. Най-добрите стомани за инструменти за студено формоване са X12F1, X12M, X6VF и др.

Стоманите за матрици, които деформират метал в горещо състояние, трябва да имат високи механични свойства (якост, якост) при повишени температури и да имат огнеустойчивост, т.е. издържат на многократно нагряване и охлаждане (термични цикли) без напукване. Това са, като правило, ниско- и среднолегирани стомани, съдържащи въглерод от 0,35 до 0,60%, като 5ХНМ, 5ХНМА, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф и др.

Стоманите за измервателни уреди трябва да имат висока твърдост, устойчивост на износване и да поддържат стабилност на размерите. За тази цел обикновено се използват високовъглеродни нисколегирани стомани от клас X, 9ХС, ХВГ и др.. В допълнение, за плоски инструменти (линийки, скоби, шаблони и др.) Нисковъглеродни конструкционни стомани 15, 15Х, 20Х и др., подложени на повърхностно насищане, често се използва въглерод, последван от закаляване.

По структура:

< С, тем >перлит, стоманата е по-здрава.

По предназначение:

1)

ВЪПРОС 14. Класификация на стоманите по начин на производство и качество.

Според метода на производство:

1) Кисел метод;

2) Основният метод е недеоксидирана стомана KP, спокойна SP, ако няма букви след марката, тогава това е спокойна стомана, ако не е напълно деоксидирана, тогава ps.

По качество:

В зависимост от съдържанието на вредни примеси: сяра и фосфор, стоманата се разделя на:

Стомана с обикновено качество, съдържание до 0,06% сяра и до 0,07% фосфор. Стоманата с обикновено качество също се разделя на 3 групи въз основа на доставките:

1. стомана група Адоставя се на потребителите въз основа на механични свойства (такава стомана може да има високо съдържание на сяра или фосфор);

2. стомана група Б -по химичен състав;

3. стомана Група Б- с гарантирани механични свойства и химичен състав.

1. Високо качество- до 0,035% сяра и фосфор поотделно.

2.Високо качество- до 0,025% сяра и фосфор.

3. Особено високо качество,до 0,025% фосфор и до 0,015% сяра.

Легирани стомани. Легиращи елементи. Маркировка л/с.

Легираните стомани се използват широко в тракторното и селскостопанското машиностроене, в автомобилостроенето, тежкото и транспортното машиностроене и в по-малка степен в машиностроенето, инструменталната и други видове промишленост. Тази стомана се използва за тежко натоварени метални конструкции.

Стоманите, в които общото количество легиращи елементи не надвишава 2,5%, се класифицират като нисколегирани, съдържащите 2,5-10% са легирани, а над 10% се класифицират като високолегирани (съдържание на желязо над 45%).

Най-широко приложение в строителството намират нисколегираните стомани, а в машиностроенето – легираните стомани.

Легираните конструкционни стомани се маркират с цифри и букви. Двуцифрените числа, дадени в началото на марката, показват средното съдържание на въглерод в стотни от процента; буквите вдясно от числото показват легиращия елемент. Например стомана 12Х2Н4А съдържа 0,12% C, 2% Cr, 4% Ni и се класифицира като висококачествена, както е посочено от буквата IАI в края на класа.

Конструкционни нисколегирани стомани

Нисколегираните стомани са тези, които съдържат не повече от 0,22% С и относително малко количество недефицитни легиращи елементи: до 1,8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и др.

Тези стомани включват стомани 09G2, 09GS, 17GS, 10G2S1, 14G2, 15HSND, 10KHNDP и много други. Стоманите под формата на листове и фасонни профили се използват в строителството и машиностроенето за заварени конструкции, главно без допълнителна термична обработка. Нисколегираните нисковъглеродни стомани са заваряеми.

За производството на тръби с голям диаметър се използва стомана 17GS (s0.2=360MPa, sв=520MPa).

За производството на части, подсилени чрез карбуризация, се използват нисковъглеродни (0,15-0,25% C) стомани. Съдържанието на легиращи елементи в стоманите не трябва да бъде твърде високо, но трябва да осигурява необходимата закаляемост на повърхностния слой и сърцевината.

Хромираните стомани 15X, 20X са предназначени за производство на малки продукти с проста форма, циментирани на дълбочина 1,0-1,5 mm. Хромните стомани, в сравнение с въглеродните стомани, имат по-високи якостни свойства с малко по-ниска пластичност в сърцевината и по-добра якост в циментирания слой.

Производство на стомана.

В сравнение с чугуна стоманата съдържа по-малко въглерод, силиций, сяра и фосфор. За производството на стомана от чугун е необходимо да се намали концентрацията на веществата чрез окислително топене.

В съвременната металургична промишленост стоманата се топи главно в три агрегата: конвектори, мартенови пещи и електрически пещи.

Производство на стомана в конвертори.

Конверторът е съд с крушовидна форма. Горната част се нарича визьор или каска. Има гърловина, през която се оттичат течен чугун и стомана и шлака. Средната част е с цилиндрична форма. В долната част има закрепено дъно, което се сменя с ново като се износи. На дъното е прикрепена въздушна кутия, в която влиза въздух под налягане.

Капацитетът на съвременните конвектори е 60 - 100 тона или повече, а налягането на въздушната струя е 0,3-1,35 Mn/m. Количеството въздух, необходимо за обработка на 1 тон чугун, е 350 кубични метра.

Преди заливането на чугуна конвекторът се обръща в хоризонтално положение, при което отворите на фурмите са над нивото на изливания чугун. След това бавно се връща във вертикално положение и едновременно с това се продухва, което не позволява на метала да проникне през отворите на фурмите във въздушната кутия. В процеса на продухване на въздух през течен чугун, силиций, манган, въглерод и частично желязо изгарят.

При достигане на необходимата концентрация на въглерод конвекторът се връща в хоризонтално положение и подаването на въздух се спира. Готовият метал се дезоксидира и излива в черпак.

Бесемеров процес.В конвертора се излива течен чугун с доста високо съдържание на силиций (до 2,25% и по-високо), манган (0,6-0,9%) и минимално количество сяра и фосфор.

Въз основа на естеството на протичащата реакция процесът на Бесемер може да бъде разделен на три периода. Първият период започва след стартиране на взрива в конвертора и продължава 3-6 минути. Малки капки течен чугун излитат от гърлото на конвертора заедно с газовете, образувайки искри. През този период силицият, манганът и частично желязото се окисляват според реакциите:

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

Полученият железен оксид частично се разтваря в течния метал, насърчавайки по-нататъшното окисление на силиция и мангана. Тези реакции протичат с отделяне на голямо количество топлина, което води до нагряване на метала. Шлаката се оказва кисела (40-50% SiO2).

Вторият период започва след почти пълно изгаряне на силиций и манган. Течният метал се нагрява достатъчно добре, за да се създадат благоприятни условия за окисляване на въглерода чрез реакцията C + FeO = Fe + CO, която протича с абсорбцията на топлина. Изгарянето на въглерод продължава 8-10 минути и е придружено от леко понижаване на температурата на течния метал. Полученият въглероден окис изгаря във въздуха. Над гърлото на конвектора се появява ярък пламък.

Тъй като съдържанието на въглерод в метала намалява, пламъкът над шийката намалява и започва третият период. Различава се от предишните периоди по появата на кафяв дим над гърлото на конвертора. Това показва, че силицият, манганът и въглеродът са почти напълно изгорели от чугуна и е започнало много силно окисление на желязото. Третият период продължава не повече от 2-3 минути, след което конвекторът се обръща в хоризонтално положение и във ваната се въвеждат дезоксидиращи агенти (фероманган, феросилиций или алуминий), за да се намали съдържанието на кислород в метала. Реакциите протичат в метала

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

Готовата стомана се излива от конвектора в кофа и след това се изпраща за леене.

За да получите стомана с предварително определено количество въглерод (например 0,4 - 0,7% C), продухването на метала се спира в момента, когато въглеродът все още не е изгорял от него, или можете да оставите въглерода да изгори напълно, и след това добавете определено количество чугун или въглерод, съдържащ определено количество феросплави.

Повечето пещи с отворена пещ се нагряват със смес от доменни, коксови и генераторни газове. Използва се и природен газ. Мартенова пещ, работеща с мазут, има генератори само за нагряване на въздуха.

Зарядните материали (скрап, чугун, флюсове) се зареждат в пещта от напълнена машина през прозорци за пълнене. Нагряването на шихтата, топенето на метала и шлаката в пещта се случва в пространството за топене, когато материалите влязат в контакт с факла от горещи газове. Готовият метал се освобождава от пещта през отвори, разположени в най-долната част на огнището. По време на топенето изходният отвор е запушен с огнеупорна глина.

Процесът на топене в мартеновите пещи може да бъде киселинен или основен. При киселинния процес огнеупорната зидария на пещта е направена от силициева тухла. Горните части на огнището се заваряват с кварцов пясък и се ремонтират след всяко топене. По време на процеса на топене се получава кисела шлака с високо съдържание на силициев диоксид (42-58%).

По време на основния процес на топене огнището и стените на пещта са изградени от магнезитни тухли, а покривът е направен от силициеви или хромомагнезитни тухли. Горните слоеве на огнището се заваряват с магнезит или доломит на прах и се ремонтират след всяко топене. По време на процеса на топене се получава кисела шлака с високо съдържание на CaO 54 – 56%.

Основен мартенов процес. Преди започване на топенето се определя количеството на суровините (чугун, стоманен скрап, варовик, желязна руда) и последователността на тяхното зареждане в пещта. С помощта на машина за изливане форма (специална кутия) с вал се вкарва в пространството за топене на пещта и се обръща, в резултат на което зарядът се излива върху дъното на пещта. Първо се зарежда малък скрап, след това по-едър скрап и след това букова вар (3 - 5% от теглото на метала). След нагряване на заредените материали, останалият стоманен скрап и чугунът се подават на две или три порции.

За по-интензивно снабдяване на металната баня с кислород в шлаката се въвежда желязна руда. Кислородът, разтворен в метала, окислява силиция, мангана, фосфора и въглерода в съответствие с реакциите, обсъдени по-горе.

Докато целият заряд се стопи, значителна част от фосфора преминава в шлаката, тъй като последната съдържа достатъчно количество железен оксид и вар. За да се избегне обратният преход на фосфора в метала, преди банята да започне да кипи, 40 - 50% от първичната шлака от пещта.

След като първичната шлака бъде изтеглена, варът се зарежда в пещта, за да се образува нова и по-основна шлака. Топлинното натоварване на пещта се увеличава, така че огнеупорната вар бързо се превръща в шлака и температурата на металната баня се повишава. След известно време, 15-20 минути, желязната руда се зарежда в пещта, което увеличава съдържанието на железни оксиди в шлаката и предизвиква реакция на въглеродно окисление в метала

[C] + (FeO) = Co газ.

Въглеродният окис се образува и се отделя от метала под формата на мехурчета, създавайки впечатление за кипене, което допринася за смесването на метала, отделянето на метални включвания и разтворени газове, както и равномерното разпределение на температурата в целия дълбочина на ваната. За добро кипене на банята е необходимо да се осигури топлина, тъй като тази реакция е придружена от абсорбиране на топлина. Продължителността на периода на кипене на банята зависи от капацитета на пещта и марката стомана и варира от 1,25 до 2,5 часа или повече.

Обикновено желязната руда се добавя към пещта по време на първия период на кипене, наречен полиране на метал. Скоростта на окисление на въглерода през този период в модерните пещи с голям капацитет е 0,3–0,4% на час.

През втората половина на периода на кипене желязната руда не се подава във ваната. Металът кипи с малки мехурчета поради натрупаните в шлаката железни оксиди. Скоростта на изгаряне на въглерод през този период е 0,15 - 0,25% на час. По време на периода на кипене, следене на основността и течливостта на шлаката.

Когато съдържанието на въглерод в метала е малко по-ниско от необходимото за готовата стомана, започва последният етап на топене - периодът на довършване и дезоксидация на метала. В пещта се въвежда определено количество фероманган (12% Mn) и след това след 10 - 15 минути феросилиций (12-16% Si). Манганът и силицийът взаимодействат с разтворения в метала кислород, в резултат на което реакцията на окисляване на въглерода се прекратява. Външен признак за освобождаване на метала от кислород е спирането на отделянето на мехурчета от въглероден оксид върху повърхността на шлаката.

По време на основния процес на топене, чрез реакцията става частично отстраняване на сярата от метала

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

Това изисква висока температура и достатъчна основност на шлаката.

Киселинен процес с открито огнище.Този процес се състои от същите периоди като основния. Използваният заряд е много чист по отношение на фосфор и сяра. Това се обяснява с факта, че получената кисела шлака не може да задържи тези вредни примеси.

Пещите обикновено работят с твърд заряд. Количеството скрап е равно на 30–50% от масата на металния заряд. В заряда не се допуска повече от 0,5% Si. Желязната руда не може да се подава в пещта, тъй като тя може да взаимодейства със силициевия диоксид на огнището и да го унищожи в резултат на образуването на нискотопимото съединение 2FeO*SiO2. За получаване на първична шлака в пещта се зарежда определено количество кварцит или мартенска шлака. След това зарядът се нагрява от пещни газове; желязото, силицият, манганът се окисляват, техните оксиди се стопяват с потоци и образуват кисела шлака, съдържаща до 40–50% SiO2. В тази шлака по-голямата част от железния оксид е в силикатна форма, което затруднява преминаването от шлака към метал. Кипенето на банята по време на киселинния процес започва по-късно, отколкото по време на основния процес, и се случва по-бавно дори при добро нагряване на метала. В допълнение, киселинните шлаки имат повишен вискозитет, което влияе отрицателно върху изгарянето на въглерода.

Тъй като стоманата се топи под слой от кисела шлака с ниско съдържание на свободен железен оксид, тази шлака предпазва метала от окисляване. Преди да напусне пещта, стоманата съдържа по-малко разтворен кислород от стоманата, топена в основния процес.

За да се засили процесът на открито, въздухът се обогатява с кислород, който се подава в пламъка. Това позволява да се получат по-високи температури в пламъка, да се увеличи неговата излъчвателна способност, да се намали количеството на продуктите от горенето и по този начин да се увеличи топлинната мощност на пещта.

Във ваната на пещта може да се въведе и кислород. Въвеждането на кислород в горелката и във ваната на пещта намалява периодите на топене и увеличава производителността на пещта с 25-30%. Производството на хром-магнезитни сводове вместо динасови сводове позволява да се увеличи топлинната мощност на пещите, да се увеличи периодът на основен ремонт с 2-3 пъти и да се увеличи производителността с 6-10%.

Електронно-лъчево топене на метали. За получаване на особено чисти метали и сплави се използва електронно лъчево топене. Топенето се основава на използването на кинетичната енергия на свободни електрони, ускорени в електрическо поле с високо напрежение. Поток от електрони се насочва към метала, карайки го да се нагрее и разтопи.

Топенето с електронен лъч има редица предимства: електронните лъчи позволяват да се получи висока плътност на топлинната енергия, да се регулира скоростта на топене в широки граници, да се елиминира замърсяването на стопилката от материала на тигела и да се използва зарядът под всякаква форма. Прегряването на разтопения метал в комбинация с ниски скорости на топене и дълбок вакуум създават ефективни условия за почистване на метала от различни примеси.

Електрошлаково претопяване. Много обещаващ метод за производство на висококачествен метал е електрошлаковото претопяване. Капките метал, образувани по време на претопяването на детайла, преминават през слой течен метал и се рафинират. При обработка на метал с шлака и насочена кристализация на слитъка отдолу нагоре, съдържанието на сяра в детайла се намалява с 30–50%, а съдържанието на неметални включвания от два до три пъти.

Вакуумна стомана. Вакуумното топене се използва широко за производството на висококачествена стомана. Слитъкът съдържа газове и известно количество неметални включвания. Те могат да бъдат значително намалени, ако използвате евакуация на стомана по време на нейното топене и леене. При този метод течният метал се съхранява в затворена камера, от която се отстраняват въздухът и другите газове. Вакуумирането на стоманата се извършва в кофа преди изливане във форми. Най-добри резултати се получават, когато стоманата, след вакуумиране в кофа, се излива във форми също във вакуум. Топенето на метал във вакуум се извършва в затворени индукционни пещи.

Рафиниране на стомана в кофа с течна синтетична шлака. Същността на този метод е, че стоманата се пречиства от сяра, кислород и неметални включвания чрез интензивно смесване на стоманата в кофа с предварително излята в нея шлака, приготвена в специална пещ за топене на шлака. Стоманата след обработка с течна шлака има високи механични свойства. Чрез намаляване на периода на рафиниране в дъгови пещи, чиято производителност може да се увеличи с 10 - 15%. Пещ с отворена пещ, обработена със синтетични шлаки, е близка по качество до качеството на стоманата, топена в електрически пещи.

Стоманата (от немски Stahl) е сплав (твърд разтвор) на желязо с въглерод (и други елементи), характеризираща се с евтектоидно преобразуване. Съдържанието на въглерод в стоманата е не повече от 2,14%. Въглеродът придава здравина и твърдост на железните сплави, като намалява пластичността и издръжливостта.

Като се има предвид, че към стоманата могат да се добавят легиращи елементи, стоманата е сплав от желязо с въглерод и легиращи елементи, съдържащи най-малко 45% желязо (легирана, високолегирана стомана).

Приложения

Стоманите с високи еластични свойства се използват широко в машиностроенето и уредостроенето. В машиностроенето те се използват за производство на пружини, амортисьори, силови пружини за различни цели, в уредостроенето - за множество еластични елементи: мембрани, пружини, релейни плочи, маншони, скоби, окачвания.

Пружините, машинните пружини и еластичните елементи на устройствата се характеризират с разнообразие от форми, размери и различни условия на работа. Особеността на тяхната работа е, че при големи статични, циклични или ударни натоварвания не се допуска остатъчна деформация в тях. В тази връзка всички пружинни сплави, в допълнение към механичните свойства, характерни за всички конструкционни материали (якост, пластичност, якост, издръжливост), трябва да имат висока устойчивост на малки пластични деформации. При условия на краткотрайно статично натоварване устойчивостта на малки пластични деформации се характеризира с границата на еластичност, а при продължително статично или циклично натоварване - с устойчивост на релаксация.

Класификация

Стоманите се делят на структуренИ инструментална. Вид инструментална стомана е бързорежещата стомана.

Според химичния състав стоманите се делят на въглеродни и легирани; включително по съдържание на въглерод - на нисковъглеродни (до 0,25% С), средно въглеродни (0,3-0,55% С) и високовъглеродни (0,6-2% С); Легираните стомани според съдържанието на легиращи елементи се делят на нисколегирани - до 4% легиращи елементи, среднолегирани - до 11% легиращи елементи и високолегирани - над 11% легиращи елементи.

Стоманите, в зависимост от метода на тяхното производство, съдържат различни количества неметални включвания. Съдържанието на примеси е в основата на класификацията на стоманите по качество: обикновено качество, високо качество, високо качество и особено високо качество.

Характеристики на стоманата

Плътност: 7700-7900 kg/m³,

Специфично тегло: 75500-77500 N/m³ (7700-7900 kgf/m³ в системата MKGSS),

Специфичен топлинен капацитет при 20 °C: 462 J/(kg °C) (110 cal/(kg °C)),

Точка на топене: 1450-1520 °C,

Специфична топлина на топене: 84 kJ/kg (20 kcal/kg, 23 Wh/kg),

Коефициент на топлопроводимост при температура 100 °C. Хром-никел-волфрамова стомана 15,5 W/(m K)

Хромирана стомана 22,4 W/(mK)

Молибденова стомана 41,9 W/(mK)

Въглеродна стомана (клас 30) 50,2 W/(mK)

Въглеродна стомана (клас 15) 54,4 W/(mK)

Коефициент на линейно термично разширение при температура около 20 °C: стомана St3 (клас 20) 1/°C

неръждаема стомана 1/°C

Релсова стомана 690-785 MPa

Производство на стомана

Същността на процеса на преработка на чугун в стомана е да се намали до необходимата концентрация съдържанието на въглерод и вредни примеси - фосфор и сяра, които правят стоманата крехка и чуплива. В зависимост от метода на въглеродно окисляване съществуват различни методи за преработка на чугун в стомана: конвертор, мартенов и електротермичен.

Метод на Бесемер

Методът на Bessemer обработва чугун, който съдържа малко фосфор и сяра и е богат на силиций (поне 2%). Когато се продуха кислород, силицият първо се окислява, освобождавайки значително количество топлина. В резултат на това първоначалната температура на чугуна от приблизително 1300° C бързо се повишава до 1500-1600° C. Изгарянето на 1% Si води до повишаване на температурата с 200° C. При около 1500° C започва интензивно изгаряне на въглерод. Заедно с това желязото също интензивно се окислява, особено към края на изгарянето на силиций и въглерод:

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

Полученият железен моноксид FeO се разтваря добре в разтопен чугун и частично преминава в стомана и частично реагира със SiO2 и под формата на железен силикат FeSiO3 преминава в шлака:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Фосфорът напълно преминава от чугун към стомана, така че P2O5 с излишък от SiO2 не може да реагира с основни оксиди, тъй като SiO2 реагира по-енергично с последния. Следователно фосфорният чугун не може да се преработи в стомана по този метод.

Всички процеси в конвертора протичат бързо - в рамките на 10-20 минути, тъй като кислородът на въздуха, издухан през чугуна, реагира незабавно със съответните вещества в целия обем на метала. При обдухване с обогатен с кислород въздух процесите се ускоряват. Въглеродният окис CO, образуван при изгарянето на въглерода, бълбука нагоре и изгаря там, образувайки факел от лек пламък над гърлото на преобразувателя, който намалява с изгарянето на въглерода и след това напълно изчезва, което служи като знак за края на процеса. Получената стомана съдържа значителни количества разтворен железен монооксид FeO, което значително намалява качеството на стоманата. Следователно, преди леене стоманата трябва да се деоксидира с помощта на различни деоксидиращи агенти - феросилиций, фероманган или алуминий:

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

Мангановият оксид MnO като основен оксид реагира със SiO2 и образува манганов силикат MnSiO3, който преминава в шлака. Алуминиевият оксид, като вещество, неразтворимо при тези условия, също изплува на върха и се превръща в шлака. Въпреки своята простота и висока производителност, методът на Bessemer сега не е достатъчно разпространен, тъй като има редица съществени недостатъци. По този начин чугунът за метода на Bessemer трябва да има най-ниското съдържание на фосфор и сяра, което не винаги е възможно. При този метод се получава много голямо изгаряне на метала, а добивът на стомана е само 90% от масата на чугуна, а също така се изразходват много дезоксидиращи агенти. Сериозен недостатък е невъзможността за регулиране на химическия състав на стоманата.

Бесемеровата стомана обикновено съдържа по-малко от 0,2% въглерод и се използва като промишлено желязо за производство на тел, болтове, покривно желязо и др.

Метод на Томас

Методът на Томас обработва чугун с високо съдържание на фосфор (до 2% или повече). Основната разлика между този метод и метода на Бесемер е, че облицовката на конвертора е направена от магнезиев и калциев оксид. Освен това към чугуна се добавят до 15% CaO. В резултат на това шлакообразуващите вещества съдържат значителен излишък от оксиди с основни свойства.

При тези условия фосфатният анхидрид P2O5, който възниква по време на изгарянето на фосфор, взаимодейства с излишния CaO, за да образува калциев фосфат и преминава в шлака:

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

Реакцията на горене на фосфора е един от основните източници на топлина при този метод. При изгаряне на 1% фосфор температурата на конвертора се повишава с 150 ° C. Сярата се отделя в шлаката под формата на калциев сулфид CaS, неразтворим в разтопена стомана, който се образува в резултат на взаимодействието на разтворим FeS с CaO според реакцията:

FeS + CaO = FeO + CaS

Всички последни процеси протичат по същия начин, както при метода на Бесемер. Недостатъците на метода на Томас са същите като тези на метода на Бесемер. Томасовата стомана също е нисковъглеродна и се използва като техническо желязо за производство на тел, покривно желязо и др.

Пещ с отворен огнище

Методът с отворено огнище се различава от метода на конвертора по това, че изгарянето на излишния въглерод в чугуна се случва не само поради атмосферния кислород, но и кислорода на железните оксиди, които се добавят под формата на желязна руда и ръждив железен скрап.

Мартеновата пещ се състои от топилна вана, покрита с арка от огнеупорна тухла и специални регенераторни камери за предварително нагряване на въздух и горим газ. Регенераторите са запълнени с набивка от огнеупорни тухли. Когато първите два регенератора се нагряват от газове от пещта, горимият газ и въздухът се вдухват в пещта през нагорещените трети и четвърти регенератори. След известно време, когато първите два регенератора се загреят, газовият поток се насочва в обратна посока и т.н.

Топилните вани на мощни мартенови пещи са с дължина до 16 м, ширина до 6 м и височина над 1 м. Капацитетът на такива вани достига 500 тона стомана. Скрап от желязо и желязна руда се зареждат във ваната за топене. Варовикът също се добавя към сместа като поток. Температурата на пещта се поддържа на 1600-1650 ° C и повече. Изгарянето на примеси от въглерод и чугун в първия период на топене се дължи главно на излишък на кислород в горимата смес със същите реакции като в конвертора, а когато се образува слой шлака над разтопения чугун - поради железни оксиди

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + C = Fe + CO

Поради взаимодействието на основни и киселинни оксиди се образуват силикати и фосфати, които се превръщат в шлака. Сярата също преминава в шлаката под формата на калциев сулфид:

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

Пещите с отворен огнище, подобно на конверторите, работят периодично. След отливането на стоманата пещта отново се зарежда със заряд и т.н. Процесът на превръщане на чугун в стомана в открити огнища протича сравнително бавно в продължение на 6-7 часа. За разлика от конвертора, в пещите с отворен огнище можете лесно да коригирате химическия състав на стоманата, като добавите скрап от желязо и руда към чугуна в една или друга пропорция. Преди края на топенето нагряването на пещта се спира, шлаката се източва и след това се добавят киселинни оксиди. Легирана стомана може да се произвежда и в открити огнища. За да направите това, в края на процеса на топене към стоманата се добавят подходящи метали или сплави.

Електротермичен метод

Електротермичният метод има редица предимства пред мартеновия и особено пред конверторния. Този метод дава възможност за получаване на много висококачествена стомана и прецизно регулиране на нейния химичен състав. Достъпът на въздух до електрическата пещ е незначителен, поради което се образува много по-малко железен оксид FeO, който замърсява стоманата и намалява нейните свойства. Температурата в електрическата пещ е не по-ниска от 2000° C. Това позволява стоманата да се топи с високоосновни шлаки (които са трудни за топене), в които фосфорът и сярата са по-пълно отстранени. Освен това, поради много високата температура в електрическите пещи, е възможно да се легира стомана с огнеупорни метали - молибден и волфрам. Но електрическите пещи консумират много електроенергия - до 800 kW/h на 1 тон стомана. Следователно този метод се използва само за производство на висококачествена специална стомана.

Електрическите пещи са с различен капацитет - от 0,5 до 180 т. Облицовката на пещта обикновено е направена от основната (с CaO и MgO). Съставът на заряда може да бъде различен. Понякога се състои от 90% железен скрап и 10% чугун, понякога е доминиран от чугун с добавки в определено съотношение на желязна руда и железен скрап. Варовик или вар също се добавят към сместа като поток. Химическите процеси по време на топене на стомана в електрически пещи са същите като в открити огнища.

Свойства на стоманата

Физични свойства

плътност ρ ≈ 7,86 g/cm3; коефициент на линейно топлинно разширение α = 11 ... 13 10−6 K−1;

коефициент на топлопроводимост k = 58 W / (m K);

Модул на Юнг E = 210 GPa;

модул на срязване G = 80 GPa;

Коефициент на Поасон ν = 0,28 ... 0,30;

съпротивление (20 °C, 0,37-0,42% въглерод) = 1,71 10−7 ohm m

Перлитът е евтектоидна смес от две фази - ферит и цементит, съдържа 1/8 циментит и поради това има повишена якост и твърдост в сравнение с ферита. Следователно хипоевтектоидните стомани са много по-пластични от свръхевтектоидните стомани.

Стоманите съдържат до 2,14% въглерод. Основата на науката за стоманата, като сплав от желязо и въглерод, е фазовата диаграма на сплавите желязо-въглерод - графично показване на фазовото състояние на сплавите желязо-въглерод в зависимост от техния химичен състав и температура. За подобряване на механичните и други характеристики на стоманите се използва легиране. Основната цел на легирането на по-голямата част от стоманите е да се увеличи якостта чрез разтваряне на легиращи елементи във ферит и аустенит, образуване на карбиди и увеличаване на закаляването. В допълнение, легиращите елементи могат да повишат устойчивостта на корозия, топлоустойчивостта, топлоустойчивостта и т.н. Елементи като хром, манган, молибден, волфрам, ванадий и титан образуват карбиди, но никел, силиций, мед и алуминий не образуват карбиди. В допълнение, легиращите елементи намаляват критичната скорост на охлаждане по време на охлаждане, което трябва да се вземе предвид при определяне на режимите на охлаждане (температури на нагряване и охлаждаща среда). При значително количество легиращи елементи структурата може да се промени значително, което води до образуването на нови структурни класове в сравнение с въглеродните стомани.

Обработка на стомана

Видове топлинна обработка

Стоманата в първоначалното си състояние е доста пластична, може да се обработва чрез деформация: коване, валцуване, щамповане. Характерна особеност на стоманата е способността й да променя значително механичните си свойства след топлинна обработка, чиято същност е да промени структурата на стоманата по време на нагряване, задържане и охлаждане, съгласно специален режим. Разграничават се следните видове топлинна обработка:

отгряване;

нормализиране;

втвърдяване;

ваканция.

Колкото по-богата е стоманата на въглерод, толкова по-твърда е след топлинна обработка. Стомана със съдържание на въглерод до 0,3% (техническо желязо) практически не може да бъде закалена.

Карбуризацията (C) увеличава повърхностната твърдост на меката стомана поради повишената концентрация на въглерод в повърхностните слоеве.

ВЪПРОС 13. Класификация на стоманите по структура и предназначение.

По структура:

1) хипоевтектоид (въглерод 0-0,8), открит в тази структура. Ферит и перлит. как< С, тем >перлит, стоманата е по-здрава.

2) евтектоид (С=0,8). Те имат само перлит в структурата си, стоманата е здрава.

3) автектоиден (C 0.8-2.14). Те имат P и C втори в структурата си, станаха много твърди, по-малко вискозни и пластични.

По предназначение:

1) конструкция (C 0.8-2.14) тези стомани са доста здрави, могат да се валцуват и заваряват добре.

2) Машинно инженерство (C 0,3-0,8). Те имат повече перлит, така че са повече телевизионни, отколкото строителни материали, въпреки че техният вискозитет и пластичност са намалени.

3) Инструментален (C от 0,7-1,3). Това е високовъглеродна стомана, много твърда, не пластична.

4) Леярски стомани - за стоманени отливки се използват сплави. С=0,035. нисковъглеродни стомани.