Маркировка стали по российской, европейской и американской системам. Химический состав и классификация сталей по назначению Марочный состав сталей и классификация по назначению

Разобраться в таком вопросе, как классификация углеродистых сталей, очень важно, так как это позволяет получить полное представление о характеристиках той или иной разновидности этого популярного материала. , как и любых других, не менее важна, и специалист должен уметь разбираться в ней, чтобы правильно выбрать сплав в соответствии с его свойствами и химическим составом.

Отличительные характеристики и основные категории

К углеродистым сталям, основу которых составляют железо и углерод, относят сплавы, содержащие минимум дополнительных примесей. Количественное содержание углерода является основанием для следующей классификации сталей:

• низкоуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2%);
• среднеуглеродистые (0,2–0,6%);
• высокоуглеродистые (до 2%).

Кроме достойных технических характеристик, следует отметить доступную стоимость , что немаловажно для материала, широко применяемого для производства самых разнообразных изделий.

К наиболее значимым достоинствам углеродистых сталей различных марок можно отнести:

• высокую пластичность;
• хорошую обрабатываемость (вне зависимости от температуры нагрева металла);
• отличную свариваемость;
• сохранение высокой прочности даже при значительном нагреве (до 400°);
• хорошую переносимость динамических нагрузок.

Есть у углеродистых сталей и недостатки, среди которых стоит выделить:

• снижение пластичности сплава при увеличении в его составе содержания углерода;
• ухудшение режущей способности и снижение твердости при нагреве до температур, превышающих 200°;
• высокую склонность к образованию и развитию коррозионных процессов, что налагает дополнительные требования к изделиям из такой стали, на которые должно быть нанесено защитное покрытие;
• слабые электротехнические характеристики;
• склонность к тепловому расширению.

Отдельного внимания заслуживает классификация углеродистых сплавов по структуре. Основное влияние на превращения в них оказывает количественное содержание углерода. Так, стали, относящиеся к категории доэвтектоидных, имеют структуру, основу которой составляют зерна феррита и перлита. Содержание углерода в таких сплавах не превышает 0,8%. С увеличением количества углерода уменьшается количество феррита, а объем перлита, соответственно, увеличивается. Стали, в составе которых содержится 0,8% углерода, по данной классификации относят к эвтектоидным, основу их структуры преимущественно составляет перлит. При дальнейшем увеличении количества углерода начинает формироваться вторичный цементит. Стали с такой структурой относятся к заэвтектоидной группе.

Увеличение в составе стали количества углерода до 1% приводит к тому, что такие свойства металла, как прочность и твердость, значительно улучшаются, а предел текучести и пластичность, напротив, ухудшаются. Если количество углерода в стали будет превышать 1%, это может привести к тому, что в ее структуре будет формироваться грубая сетка из вторичного мартенсита, что самым негативным образом сказывается на прочности материала. Именно поэтому в сталях, относящихся к категории высокоуглеродистых, количество углерода, как правило, не превышает 1,3%.

На свойства углеродистых сталей серьезное влияние оказывают и примеси, содержащиеся в их составе. Элементами, которые положительно воздействуют на характеристики сплава (улучшают раскисление металла), являются кремний и марганец, а фосфор и сера – это примеси, ухудшающие его свойства. Фосфор при повышенном содержании в составе углеродистой стали приводит к тому, что изделия из нее покрываются трещинами и даже ломаются при воздействии низких температур. Такое явление носит название хладноломкости. Что характерно, стали с повышенным содержанием фосфора, если они находятся в нагретом состоянии, хорошо поддаются сварке и обработке при помощи ковки, штамповки и др.

В изделиях из тех углеродистых сталей, в составе которых в значительном количестве содержится сера, может возникать такое явление, как красноломкость. Суть этого феномена заключается в том, что металл при воздействии высокой температуры начинает плохо поддаваться обработке. Структура углеродистых сталей, в составе которых содержится значительное количество серы, представляет собой зерна с легкоплавкими образованиями на границах. Такие образования при повышении температуры начинают плавиться, что приводит к нарушению связи между зернами и, как следствие, к образованию многочисленных трещин в структуре металла. Между тем параметры сернистых углеродистых сплавов можно улучшить, если выполнить их микролегирование при помощи циркония, титана и бора.

Технологии производства

На сегодняшний день в металлургической промышленности используются три основных технологии . Их основные отличия состоят в типе используемого оборудования. Это:

• плавильные печи конвертерного типа;
• мартеновские установки;
• плавильные печи, работающие на электричестве.

В конвертерных установках расплавке подвергаются все составляющие стального сплава: чугун и стальной лом. Кроме того, расплавленный металл в таких печах дополнительно обрабатывается при помощи технического кислорода. В тех случаях, когда примеси, присутствующие в расплавленном металле, необходимо перевести в шлак, в него добавляют обожженную известь.

Процесс получения углеродистой стали по данной технологии сопровождается активным окислением металла и его угаром, величина которого может доходить до 9% от общего объема сплава. К недостатку данного технологического процесса следует отнести и то, что он проходит с образованием значительного количества пыли, а это вызывает необходимость использования специальных пылеочистительных установок. Применение таких дополнительных устройств сказывается на себестоимости получаемой продукции. Однако все недостатки, которыми характеризуется этот технологический процесс, в полной мере компенсируются его высокой производительностью.

Выплавка в мартеновской печи – еще одна популярная технология, которую применяют для получения углеродистых сталей различных марок. В ту часть мартеновской печи, которая называется плавильной камерой, загружается все необходимое сырье (стальной лом, чугун и др.), которое подвергается нагреванию до температуры плавления. В камере происходят сложные физико-химические взаимодействия, в которых принимают участие расплавленные металл, шлак и газовая среда. В результате получается сплав с требуемыми характеристиками, который в жидком состоянии выводится через специальное отверстие в задней стенке печи.

Сталь, получаемая при выплавке в электрических печах, за счет использования принципиально другого источника нагревания не подвергается воздействию окислительной среды, что позволяет сделать ее более чистой. В различных марках углеродистой стали, полученной при выплавке в электрических печах, присутствует меньшее количество водорода. Этот элемент является основной причиной появления в структуре сплавов флокенов, значительно ухудшающих их характеристики.

Каким бы способом ни выплавлялся углеродистый сплав и к какой бы категории в классификации он ни относился, основным сырьем для его производства являются чугун и металлический лом.

Способы улучшения прочностных характеристик

Если свойства марок улучшают посредством ввода в их состав специальных добавок, то решение такой задачи по отношению к углеродистым сплавам осуществляется за счет выполнения термообработки. Одним из передовых методов последней является поверхностная плазменная закалка. В результате использования этой технологии в поверхностном слое металла формируется структура, состоящая из мартенсита, твердость которого составляет 9,5 ГПа (на некоторых участках она доходит до 11,5 ГПа).

Поверхностная плазменная закалка также приводит к тому, что в структуре металла формируется метастабильный остаточный аустенит, количество которого возрастает, если в составе стали увеличивается процентное содержание углерода. Данное структурное образование, которое может преобразоваться в мартенсит при выполнении обкатки изделия из углеродистой стали, значительно улучшает такую характеристику металла, как износостойкость.

Одним из эффективных способов, позволяющих значительно улучшить характеристики углеродистой стали, является химико-термическая обработка. Суть данной технологии заключается в том, что стальной сплав, нагретый до определенной температуры, подвергают химическому воздействию, что и позволяет значительно улучшить его характеристики. После такой обработки, которой могут быть подвергнуты углеродистые стали различных марок, повышаются твердость и износостойкость металла, а также улучшается его коррозионная устойчивость по отношению к влажным и кислым средам.

Другие параметры классификации

Еще одним параметром, по которому классифицируют углеродистые сплавы, является степень их очищения от вредных примесей. Лучшими механическими характеристиками (но и более высокой стоимостью) отличаются стали, в составе которых присутствует минимальное количество серы и фосфора. Данный параметр стал основанием для классификации углеродистых сталей, в соответствии с которой выделяют сплавы:

• обыкновенного качества (В);
• качественные (Б);
• повышенного качества (А).

Стали первой категории (их химический состав не уточняется производителем) выбирают, основываясь только на их механических характеристиках. Такие стали отличаются минимальной стоимостью. Их не подвергают ни термообработке, ни обработке давлением. Для качественных сталей производитель оговаривает химический состав, а для сплавов повышенного качества – и механические свойства. Что важно, изделия из сплавов первых двух категорий (Б и В) можно подвергать термообработке и горячей пластической деформации.

Существует классификация углеродистых сплавов и по их основному назначению. Так, различают конструкционные стали, из которых производят детали различного назначения, и инструментальные, используемые в полном соответствии с их названием – для изготовления различного инструмента. Инструментальные сплавы, если сравнивать их с конструкционными, отличаются повышенной твердостью и прочностью.

В маркировке углеродистой стали можно встретить обозначения «сп», «пс» и «кп», которые указывают на степень ее раскисления. Это еще один параметр классификации таких сплавов.
Буквами «сп» в маркировке обозначаются спокойные сплавы, в составе которых может содержаться до 0,12% кремния. Они характеризуются хорошей ударной вязкостью даже при низких температурах и отличаются высокой однородностью структуры и химического состава. Есть у таких углеродистых сталей и минусы, наиболее значимые из которых заключаются в том, что поверхность изделий из них менее качественная, чем у кипящих сталей, а после выполнения сварочных работ характеристики деталей из них значительно ухудшаются.

Полуспокойные сплавы (обозначаются буквами «пс» в маркировке), в которых кремний может содержаться в пределах 0,07–0,12%, характеризуются равномерным распределением примесей в своем составе. Этим обеспечивается постоянство характеристик изделий из них.

В кипящих углеродистых сталях, содержащих не более 0,07% кремния, процесс раскисления полностью не завершен, что становится причиной неоднородности их структуры. Между тем их выделяет ряд достоинств, к наиболее значимым из которых следует отнести:

• невысокую стоимость, что объясняется незначительным содержанием специальных добавок;
• высокую пластичность;
• хорошую свариваемость и обрабатываемость при помощи методов пластической деформации.

Как маркируются углеродистые стальные сплавы

Разобраться в принципах маркировки углеродистой стали так же несложно, как и в основаниях ее классификации: они мало чем отличаются от правил обозначения стальных сплавов других категорий. Для того чтобы расшифровать такую маркировку, не нужно даже заглядывать в специальные таблицы.

Буква «У», стоящая в самом начале обозначения марки сплава, указывает на то, что он относится к категории инструментальных. О том, в какую качественную группу входит углеродистая сталь, говорят буквы «А», «Б» и «В», проставляемые в самом конце маркировки. Количество углерода, содержащееся в сплаве, проставляется в самом начале его маркировки. При этом для сталей, обладающих повышенным качеством (группа «А»), количество данного элемента будет указано в сотых долях процента, а для сплавов групп «Б» и «В» – в десятых.

В маркировке отдельных углеродистых сталей можно встретить букву «Г», стоящую после цифр, указывающих на количественное содержание углерода. Такая буква свидетельствует о том, что в металле содержится повышенное количество такого элемента, как марганец. На то, какой степени раскисления соответствует углеродистая сталь, указывают обозначения «сп», «пс» и «кп».

Углеродистые сплавы благодаря своим характеристикам и невысокой стоимости активно используются для производства элементов строительных конструкций, деталей машин, инструментов и металлических изделий различного назначения.

2 , средняя оценка: 5,00 из 5)

Сталь представляет собой ковкий и деформируемый сплав железа и углерода (в качестве постоянной примеси). Также содержит другие легирующие элементы и другие вредные примеси. Содержание углерода при этом не должно превышать 2,14%. Изменяя химический состав этого сплава с помощью концентрации углерода и добавляя легирующие элементы, можно получать широкий спектр различных марок этого металла, которые будут обладать различными свойствами. Именно это и позволяет использовать этот материал в большинстве отраслей промышленности.

Принципы классификации стали

Классификация и маркировка стали происходит по следующим параметрам:

По химическому составу

В зависимости от химического состава этот металл разделяют на два типа: углеродистые и легированные. В свою очередь, углеродистые делят на:

• низкоуглеродистые (содержание углерода ниже 0,2%);
• среднеуглеродистые (содержание углерода в пределах 0,2% - 0,45%);
• высокоуглеродистые (содержание углерода выше 0,5%).

Легированные стали классифицируют по общему суммарному количеству легирующих элементов (при этом содержание углерода не суммируют, марганец начинает считаться легирующим элементом при его содержании в сплаве более 1%, кремний - более 0,8%). Различают такие:

• низколегированные (ниже 2,5%);
• среднелегированные (в пределах 2,5% - 10%);
• высоколегированные (более 10%).

По структуре

Такой классификационный признак, как структура материала считается менее устойчивым, так как имеет зависимость от скорости охлаждения, легирования, способа термообработки и некоторых других непостоянных факторов. Однако структура у готового материала все же позволяет провести объективную оценку его качества. Классификацию стали по структуре в состояниях отжига и нормализации. В состоянии отжига различают такие:

После процесса нормализации стали разделяют на такие классы:

• перлитные - содержат низкое количество элементов легирования, структура после нормализации: перлит, перлит + феррит, перлит + заэвтектоидный карбид;
• мартенситные - содержат высокое количество легирующих элементов, а также относительно низкую критическую скорость закалки;
• аустенитные - отличаются повышенным содержанием легирующих элементов, структура: аустенит, аустенит + карбид.

По назначению

По такому признаку, как назначение стали разделяются на конструкционные, инструментальные и специального назначения (имеющие специальные свойства).

Конструкционные используются для изготовления всевозможных деталей в устройствах, в машинах, элементах строительных конструкций. Между собой делятся на:

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

Инструментальные используются для изготовления режущих, измерительных и других инструментов. Подразделяются на такие группы:

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

Специального назначения - это сплавы имеющие особые физические и/или механические свойства. Различают:

По качеству и способу производства

В этом случаи под качеством понимают всю совокупность свойств металла, которые определяются металлургическим процессом его изготовления. Качество стали определяется присутствием в ней вредных примесей. В первую очередь - это химические элементы сера и фосфор. В зависимости от их содержание разделяют на:

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

По степени раскисления

Раскислением называется процесс удаления кислорода из жидкого сплава. Нераскисленная сталь имеет относительно малую пластичность и сильнее подвержена хрупкому разрушению при термической обработке давлением. По степени раскисления разделяют на:

• спокойные;
• полуспокойные;
• кипящие.

Процесс раскисления спокойных сталей в плавильной печи/или ковше с помощью марганца, алюминия и кремния. Затвердевание в изложнице происходит спокойно, без газовыделения. В верхней части слитков образуется усадочная раковина. Данный тип обладает анизотропией, то есть механические свойства различны и зависят от направления - пластические свойства в поперечном направлении (по направлению прокатки) значительно ниже, чем в продольном направлении. Кроме того, в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода повышенное, а в нижней части - пониженное. Это значительно ухудшает свойства изделия, иногда даже до отбраковки.

Раскисление в кипящих происходит только за счет марганца. Избыточное количество кислорода при затвердевании частично реагирует с углеродом, выделяясь в виде газовых пузырей (окись углерода). Отсюда и создается впечатление «кипения». В этом типе практически отсутствуют неметаллические включения, возникающие из продуктов раскисления. Является низкоуглеродистым сплавом, с минимальным содержанием кремния и большим содержанием газообразных примесей. Используется при изготовлении деталей кузовов автомобилей и т. п. Обладает хорошей штампуемостью в холодном состоянии.

Полуспокойные стали занимают срединное положение между спокойными и кипящими сталями. Раскисление производят в два этапа: частично в плавильной печи и ковше, заключительно - в изложнице. В изложнице раскисление происходит засчет углерода, который содержится в металле.

Расшифровка сталей в материаловедении

Принадлежит к классу: конструкционные углеродистые качественные. Химический состав: углерод - 0,17−0,24%; кремний - 0,17−0,37%; марганец - 0,35−0,65%; сера - до 0,04%; фосфор - до 0,04%. Широко применяется в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того, промышленность выпускает пруток, лист.

ХВГ расшифровка

Принадлежит к классу: инструментальные легированные. Применяется для изготовления измерительного и режущего инструмента, метчиков, протяжек.

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

Общие принципы классификации марок сталей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Влияние углерода и легирующих элементов на свойства стали

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

Как защитить свои постройки от : профилактика, лечение, советы специалистов.Станки для резки и гибки арматуры: Вы узнаете о том, для чего они нужны, как их использовать и насколько они необходимы на строительной площадке.

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

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

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

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

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

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

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

Принципы маркировки сталей по российской системе

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

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

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

Маркировка сталей по американской и европейской системам

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

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

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

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

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

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

Международные аналоги коррозионно-стойких и жаропрочных сталей

Коррозионно-стойкие стали

Европа (EN)	Германия (DIN)	США (AISI)	Япония (JIS)	СНГ (GOST)
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 L	SUS 304 L	03Х18Н11
1.4541	X6CrNiTi18-10	321	SUS 321	08Х18Н10Т
1.4571	X6CrNiMoTi17-12-2	316 Ti	SUS 316 Ti	10Х17Н13М2Т

Жаропрочные марки стали

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

Марки быстрорежущих сталей

Марка стали			Аналоги в стандартах США
Страны СНГ ГОСТ	Евронормы
Р0 М2 СФ10-МП
Р2 М10 К8-МП
Р6 М5 К5-МП
Р6 М5 Ф3-МП
Р6 М5 Ф4-МП
Р6 М5 Ф3 К8-МП
Р10 М4 Ф3 К10-МП
Р6 М5 Ф3 К9-МП
Р12 М6 Ф5-МП
Р12 Ф4 К5-МП
Р12 Ф5 К5-МП

Конструкционная сталь

Марка стали			Аналоги в стандартах США
Страны СНГ ГОСТ	Евронормы

Базовый сортамент нержавеющих марок стали

СНГ (ГОСТ)	Евронормы (EN)	Германия (DIN)	США (AISI)
03 Х17 Н13 М2		X2 CrNiMo 17-12-2
03 Х17 Н14 М3		X2 CrNiMo 18-4-3
03 Х18 Н10 Т-У
06 ХН28 МДТ		X3 NiCrCuMoTi 27-23
08 Х17 Н13 М2		X5CrNiMo 17-13-3
08 Х17 Н13 М2 Т		Х6 CrNiMoTi 17-12-2
		Х6 CrNiTi 18-10
20 Х25 Н20 С2		X56 CrNiSi 25-20
03 Х19 Н13 М3
02 Х18 М2 БТ
02 Х28 Н30 МДБ		X1 NiCrMoCu 31-27-4
03 Х17 Н13 АМ3		X2 CrNiMoN 17-13-3
03 Х22 Н5 АМ2		X2 CrNiMoN 22-5-3
03 Х24 Н13 Г2 С
08 Х16 Н13 М2 Б		X1 CrNiMoNb 17-12-2
08 Х18 Н14 М2 Б	1.4583 Х10 CrNiMoNb	Х10 CrNiMoNb 18-12
		X8 СrNiAlTi 20-20
		X3 CrnImOn 27-5-2
		Х6 CrNiMoNb 17-12-2
		Х12 CrMnNiN 18-9-5

Подшипниковая сталь

Рессорно-пружинная сталь

Марка стали			Аналоги в стандартах США
Страны СНГ ГОСТ	Евронормы

Теплоустойчивая сталь

Марка стали			Аналоги в стандартах США
Страны СНГ ГОСТ	Евронормы

GD Star Rating
a WordPress rating system

Маркировка стали по российской, европейской и американской системам , 4.6 из 5 - всего голосов: 63

Сталь - распространенный машиностроительный материал.

Под сталью понимают сплавы железа с углеродом, содержащие от 0,02 до 2,14 % С. Помимо углерода в сталях присутствуют постоянные примеси Mn , Si, S , Р и др., которые оказывают влияние на ее свойства. Стали классифицируют по химическому составу, по качеству и по применению.

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. По содержанию углерода те и другие подразделяют на низко (менее 0,25% С), средне - (0,30 - 0,70% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С). В зависимости от суммарного содержания легирующих элементов различают низко (менее 5 %), средне - (5,0 -10,0%) и высоколегированные (более 10,0%) стали.

По качеству различают стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысококачественные. Эта классификация определяет условия металлургического производства сталей и прежде всего содержание в них вредных примесей.

К сталям обыкновенного качества относят углеродистые, содержащие до 0,6% - С, до 0,060% - S и до 0,070% - Р. Из них изготавливают горячекатаный сортовой прокат: балки, прутки, швеллеры, уголки, трубы и т.п., а также холоднокатаную листовую сталь.

В соответствии с ГОСТ 380-88 выпускаются три группы (А, Б и В) сталей обыкновенного качества.

В группу А входят стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава. Стали этой группы обозначаются буквами Ст (сталь) и цифрами 0, 1, 2...6.

Чем больше число, тем выше содержание углерода и прочность (σ в, МПа) и ниже пластичность (δ,%). Эти стали используют в состоянии поставки без последующей горячей обработки давлением или термической обработки. Примерами стали этой группы могут служить марки: Ст0, Ст1, Ст4.

Группа Б - стали, поставляемые с гарантированным химическим составом.. В обозначение марки стали этой группы впереди ставится буква Б, например, БСт0, БСт1 и т.д.

Группа В представляет стали, поставляемые с гарантированным химическим составом и механическими свойствами. В обозначение марки стали этой группы вводится группа В, например, ВСт1, ВСт5. Химический состав стали такой же, как у соответствующей марки группы Б, а механические свойства такие же, как у группы А.

Стали групп Б и В применяют в случаях, когда сталь необходимо подвергать горячей деформации или упрочнять термической обработкой.

Стали обыкновенного качества распределяются, кроме того, на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойные стали раскисляют в процессе плавки марганцем, кремнием, алюминием, титаном. В них содержится минимальное количество кислорода и различных окислов. Содержание кремния обычно 0,15 - 0,35 % . Спокойные стали обозначают буквами "сп", например, Ст3сп, БСт5сп, ВСт4сп и т.д.

Кипящие стали раскисляют в процессе плавки только марганцем, содержание кремния не более 0,1% (следы). Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который взаимодействуя с углеродом образует пузырьки СО. Выделение пузырьков из металла создает впечатление, что он кипит. Часть их остается в металле, образуя его сотовидное строение. Кипящие стали обозначаются дополнительно буквами "кп", например, БСтЗкп, Ст2кп, ВСт4кп.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими и содержат до 0,17% кремния (предварительно раскисляются марганцем). Полуспокойные стали обозначаются дополнительно буквами "пс", например, Ст1пс, Ст2пс, ВСт5пс и т.д. Благодаря большей однородности по сравнению с кипящей сталью полуспокойная сталь имеет свойства, близкие к свойствам спокойной стали. Спокойная сталь применяется для производства проката и фасонных отливок; полуспокойная и кипящая - для проката.

Качественные стали. По химическому составу это углеродистые легированные стали, содержание серы и фосфора в которых не должно превышать 0,035% каждого. Колебания в содержании углерода пределах марки не должно превышать 0,08 %.

Высококачественные стали. Это углеродистые и легированные стали, выплавляемые преимущественно в электрических и кислых мартеновских печах. Содержание серы и фосфора не более 0,025% каждого, а колебания углерода в пределах марки не более 0,07%.

Стали особовысококачественные - это легированные стали, выплавляемые в электрических печах с электрошлаковым переплавом содержат серу и фосфор не более 0,015% каждого.

По применению различают следующие классы сталей: строительные, машиностроительные общего назначения, машиностроительные специального назначения, инструментальные, с особыми химическими и физическими свойствами. В настоящей работе ограничимся рассмотрением строительных, машиностроительных общего назначения и инструментальных сталей, а остальные будут изучаться курсе "Материаловедение".

Маркировка строительных и машиностроительных сталей общего назначения. Маркировка углеродистых сталей обыкновенного качества была рассмотрена выше.

Качественные углеродистые стали по ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами 08, 10, 15, 20... 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. В зависимости от степени раскисления эти стали могут быть спокойными или кипящими (08 и 08кп, 10 и 10кп).

Легированные стали маркируются цифрами и буквами, например, 15Х; 45ХФ; 18ХГТ; 12ХН3А; 20Х2Н4А; 14Г2 25Г2С и т.д. Двузначные цифры в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента; буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент: А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г – марганец, Д- медь, К - кобальт, Н - никель, М - молибден, П - фосфор, Р - бор, С – кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Ц " цирконий, Ю – алюминий, У - редкоземельный. Цифры после буквы (символа элемента) указывают примерное содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах, отсутствие цифры указывает, что оно составляет около 1 % и менее. Буква А в конце обозначения указывает, что сталь высококачественная (12ХИ3А), вначале - сталь автоматная (А15, А30), в середине - азот. У сталей, применяемых в литом виде, в конце марки ставится буква Л (например, 25Л, 35ГЛ).

Строительная сталь применяется для сварных конструкций, магистральных нефтегазопроводов, для армирования железобетонных конструкций и т.п. Для этих целей широко применяются низкоуглеродистые и низколегированные качественные стали, и стали обыкновенного качества (ВСтЗсп, ВСт3Гпс, ВСт5Гпс, 14Г2, 17ГС, 15ХСНД и др.).

Машиностроительная сталь общего назначения делится на три группы: стали, используемые без упрочняющей термической обработки; цементуемые низкоуглеродистые (до 0,25% С) и улучшаемые среднеуглеродистые (от 0,30-0,50% С) стали. Это, как правило, углеродистые и низколегированные стали.

Стали, используемые без упрочняющей термической обработки. Это стали, поставляемые в листах для последующей штамповки, глубокой вытяжки и т.п. По химическому составу стали низкоуглеродистые с пониженным содержанием кремния (кп, пс) и низколегированные (08кп, 08пс, 15кп, 20Хкп идр.).

Цементуемые стали применяются для изделий, подвергаемых поверхностному насыщению углеродом. После цементации, закалки и низкого отпуска детали из этих сталей имеют твердую поверхность (HRC 58-62), хорошо работающие на износ, и вязкую прочную сердцевину (HRC 20-30). Для мелких неответственных изделий широко применяют стали марок 10, 15, 20, 15Х, 20Х. Для более ответственных и крупных изделий применяют легированные качественные и высококачественные стали, например, 18ХГТ, 12ХН3А, 20Х2Н4А, 20ХГР, 18Х2Н4ВА и т.п.

Улучшаемые машиностроительные стали применяют после закалки и высокого отпуска (улучшения). Для изделий небольшого сечения или работающих при невысоких нагрузках используют стали марок 35, 40, 45, 50. Для деталей более крупного сечения применяют низко и среднелегированные стали, обладающие большой прокаливаемостью и обеспечивающие высокие механические свойства по всему сечению, например, 40Х, 30ХГТ, 50Г2 , 40ХН, 40ХНМА, ЗОХН2ВФ и др.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущего, мерительного, холодноштампового и горячештампового инструмента. Это, как правило, высокоуглеродистые стали, содержащие свыше 0,70% С (исключение составляют стали для горячештампового инструмента, которые относятся к среднеуглеродистым сталям). К ним относятся качественные и высококачественные стали, углеродистые, легированные и быстрорежущие. Они имеют соответствующую маркировку.

Углеродистые инструментальные стали обозначаются буквой У и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента (У7, У8, У10, У12А и т.п.).

Легированные инструментальные стали 9ХС, X, 5ХВГ, 3Х8В2 и т.д. маркируют цифрой, показывающей среднее содержание углерода в десятых долях процента, если его меньше 1,0 %. Если содержание углерода 1,0 % и выше, то цифра чаще всего отсутствует. Буквы означают легирующие элементы (см. выше), а следующие за ними цифры - содержание в целых процентах соответствующего легирующего элемента.

Быстрорежущие стали маркируют буквой Р (Р14Ф4). Следующая за ней цифра указывает содержание основного легирующего элемента (вольфрама) в целых процентах. Содержание углерода в быстрорежущих сталях 0,75-1,15 %, хрома - 3,8-4,2 % в обозначении марки стали не указываются. Кроме того, во всех быстрорежущих сталях присутствует ванадий; если его меньше 2,2 % , то в марке он не указывается.

Для режущего инструмента применяют углеродистые стали У8,У10, У8А,У12 ГОСТ 1435-90, легированные 9ХС, ХВГ, Х (ГОСТ 5950-73), а также быстрорежущие высоколегированные стали марок Р18, Р12, Р6МЗ, Р6М5, Р10К5 (ГОСТ 19265-73). Отличительная особенность инструментальных сталей для режущего инструмента - высокое содержание углерода (от 0,70 до 1,5 %), что позволяет получать после закалки и отпуска высокую твердость ИКС 60-65.

Для изготовления холодноштампового инструмента часто используют стали для режущего инструмента углеродистые и легированные. Это объясняется тем, что условия работы вырубных штампов и режущего инструмента очень близки. Лучшие стали для холодноштампового инструмента – X12Ф1, Х12М, Х6ВФ и т.п.

Стали для штампов, деформирующих металл в горячем состоянии должны иметь высокие механические свойства (прочность, вязкость) при повышенных температурах и обладать разгаростойкостъю, т.е. выдерживать многократные нагревы и охлаждения (термоциклы) без образования трещин. Это, как правило, низко- и среднелегированные стали, содержащие углерод от 0,35 до 0,60 %, такие как 5ХНМ, 5ХНМА, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф и др.

Стали для измерительного инструмента должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и сохранять постоянство размеров. Для этой цели обычно применяют высокоуглеродистые низколегированные стали марок Х, 9ХС, ХВГ и др. Кроме того, для плоского инструмента (линейки, скобы, шаблоны и др.) часто используют низкоуглеродистые конструкционные стали 15, 15Х, 20Х и др., подвергаемые поверхностному насыщению углеродом с последующей закалкой.

По структуре:

< С, тем >перлита, сталь прочнее.

По назначению:

1)

ВОПРОС 14. Классификация сталей по способу про-ва и качеству.

По способу пр-ва:

1) Кислый способ;

2) Основной способ – нераскислённая сталь кп, спокойная СП, если после марки нет букв, то это спокойная сталь, если не полностью раскислённая, то пс.

По качеству:

В зависимости от содержания вредных примесей: серы и фосфора-стали подразделяют на:

Стали обыкновенного качества , содержание до 0.06% серы и до 0,07% фосфора. Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

1. сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

2. сталь группы Б - по химическому составу;

3. сталь группы В - с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

1. Качественные - до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно.

2.Высококачественные - до 0.025% серы и фосфора.

3. Особовысококачественные, до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

Легированные стали. Легирующие элементы. Маркировка л/с.

Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% - к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).

Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении - легированные стали.

Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.

Строительные низколегированные стали

Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.

К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются.

Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа, sв=520МПа).

Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое.

Производство стали.

В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию веществ путем окислительной плавки.

В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах.

Производство стали в конверторах.

Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В нижней части есть приставное днище, которое по мере износа заменяют новым. К днищу присоединена воздушная коробка, в которую поступает сжатый воздух.

Емкость современных конвекторов равна 60 – 100 т. и более, а давление воздушного дутья 0,3-1,35 Мн/м. Количество воздуха необходимого для переработки 1 т чугуна, составляет 350 кубометров.

Перед заливкой чугуна конвектор поворачивают до горизонтального положения, при котором отверстия фурм оказываются выше уровня залитого чугуна. Затем его медленно возвращают в вертикальное положение и одновременно подают дутье, не позволяющее металлу проникать через отверстия фурм в воздушную коробку. В процессе продувки воздухом жидкого чугуна выгорают кремний, марганец, углерод и частично железо.

При достижении необходимой концентрации углерода конвектор возвращают в горизонтальное положение и прекращают подачу воздуха. Готовый металл раскисляют и выливают в ковш.

Бессемеровский процесс. В конвертор заливают жидкий чугун с достаточно высоким содержанием кремния (до 2,25% и выше), марганца (0,6-0,9%), и минимальным количеством серы и фосфора.

По характеру происходящей реакции бессемеровский процесс можно разбить на три периода. Первый период начинается после пуска дутья в конвертор и продолжается 3-6 мин. Из горловины конвертора вместе с газами вылетают мелкие капли жидкого чугуна с образованием искр. В этот период окисляются кремний, марганец и частично железа по реакциям:

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

Образующаяся закись железа частично растворяется в жидком металле, способствуя дальнейшему окислению кремния и марганца. Эти реакции протекают с выделением большого количества тепла, что вызывает разогрев металла. Шлак получается кислым (40-50% SiO2).

Второй период начинается после почти полного выгорания кремния и марганца. Жидкий металл достаточно хорошо разогрет, что создаются благоприятные условия для окисления углерода по реакции C + FeO = Fe + CO, которая протекает с поглощением тепла. Горение углерода продолжается 8-10 мин и сопровождается некоторым понижением температуры жидкого металла. Образующаяся окись углерода сгорает на воздухе. Над горловиной конвектора появляется яркое пламя.

По мере снижения содержания углерода в металле пламя над горловиной уменьшается и начинается третий период. Он отличается от предыдущих периодов появлением над горловиной конвертора бурого дыма. Это показывает, что из чугуна почти полностью выгорели кремний, марганец и углерод и началось очень сильное окисление железа. Третий период продолжается не более 2 – 3 мин, после чего конвектор переворачивают в горизонтальное положение и в ванну вводят раскислители (ферромарганец, ферросилиций или алюминий) для понижения содержания кислорода в металле. В металле происходят реакции

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

Готовую сталь выливают из конвектора в ковш, а затем направляют на разливку.

Чтобы получить сталь с заранее заданным количеством углерода (например, 0,4 – 0,7% С), продувку металла прекращают в тот момент, когда из него углерод еще не выгорел, или можно допустить полное выгорание углерода, а затем добавить определенное количество чугуна или содержащих углерод определенное количество ферросплавов.

Большинство мартеновских печей отапливают смесью доменного, коксовального и генераторного газов. Также применяют и природный газ. Мартеновская печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только для нагрева воздуха.

Шихтовые материалы (скрапы, чугун, флюсы) загружают в печь наполненной машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной.

Процесс плавки в мартеновских печах может быть кислым или основным. При кислом процессе огнеупорная кладка печи выполнена из динасов ого кирпича. Верхние части подины наваривают кварцевым песком и ремонтируют после каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак с большим содержанием кремнезема (42-58%).

При основном процессе плавки подину и стенки печи выкладывают из магнезитового кирпича, а свод – из динасов ого или хромомагнезитового кирпича. Верхние слои подины наваривают магнезитовым или доломитовым порошком и ремонтируют после каждой плавки. В процессе плавки получают кислый шлак с большим содержанием 54 – 56% СаО.

Основной мартеновский процесс. Перед началом плавки определяют количество исходных материалов (чушковый чугун, стальной скрап, известняк, железная руда) и последовательность их загрузки в печь. При помощи заливочной машины мульда (специальная коробка) с шахтой вводится в плавильное пространство печи и переворачивается, в результате чего шихта высыпается на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем более крупный и на него кусковую известь (3 – 5 % массы металла). После прогрева загруженных материалов подают оставшийся стальной лом и предельный чугун двумя тремя порциями.

Для более интенсивного питания металлической ванны кислородом в шлак вводят железную руду. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод по реакциям, рассмотренным выше.

К моменту рас плавления всей шихты значительная часть фосфора переходит в шлак, так как последний содержит достаточное количество закиси железа и извести. Во избежание обратного перехода фосфора в металл перед началом кипения ванны 40 – 50% первичного шлака из печи.

После скачивания первичного шлака в печь загружают известь для образования нового и более основного шлака. Тепловая нагрузка печи увеличивается, для того чтобы тугоплавкая известь быстрее перешла в шлак, а температура металлической ванны повысилась. Через некоторое время 15 – 20 мин в печь загружают железную руду, которая увеличивает содержание окислов железа в шлаке, и вызывает в металле реакцию окисления углерода

[C] + (FeO) = Coгаз.

Образуется окись углерода выделяется из металла в виде пузырьков, создавая впечатление его кипения, что способствует перемешиванию металла, выделение металлических включений и растворенных газов, а также равномерному распределению температуры по глубине ванны. Для хорошего кипения ванны необходимо подводить тепло, так как данная реакция сопровождается поглощением тепла. Продолжительность периода кипения ванны зависит от емкости печи и марки стали, и находится 1,25 – 2,5 ч и более.

Обычно железную руду добавляют в печь в первую периода кипения, называемого полировкой металла. Скорость окисления углерода в этот период в современных мартеновских печах большой емкости равна 0,3 – 0,4% в час.

В течение второй половины периода кипения железную руду в ванну не подают. Металл кипит мелкими пузырьками за счет накопленных в шлаке окислов железа. Скорость выгорания углерода в этот период равна 0,15 – 0,25% в час. В период кипения, следя за основностью и жидкотекучестью шлака.

Когда содержание углерода в металле окажется несколько ниже, чем требуется для готовой стали, начинается последняя стадия плавки – период доводки и раскисления металла. В печь вводят определенное количество кускового ферромарганца (12% Mn), а затем через 10 – 15 мин ферросилиций (12-16% Si). Марганец и кремний взаимодействуют с растворенным в металле кислородом, в результате чего реакция окисления углерода приостанавливается. Внешним признаком освобождения металла от кислорода является прекращение выделения пузырьков окиси углерода на поверхности шлака.

При основном процессе плавки происходит частичное удаление серы из металла по реакции

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

Для этого необходимы высокая температура и достаточная основность шлака.

Кислый мартеновский процесс. Этот процесс состоит из тех же периодов, что и основной. Шихту применяют очень чистую по фосфору и сере. Объясняется это тем, что образующийся кислый шлак не может задерживать указанные вредные примеси.

Печи обычно работают на твердой шихте. Количество скрапа равно 30 – 50% массы металлической шихты. В шихте допускается не более 0,5% Si. Железную руду в печь подавать нельзя, так как она может взаимодействовать с кремнеземом подины и разрушать ее в результате образования легкоплавкого соединения 2FeO*SiO2. Для получения первичного шлака в печь загружают некоторое количество кварцита или мартеновского шлака. После этого шихта нагревается печными газами; железо, кремний, марганец окисляются, их окислы сплавляются с флюсами и образуют кислый шлак, содержащий до 40 –50 % SiO2. В этом шлаке большая часть закиси железа находится в силикатной форме, что затрудняет его переход из шлака в металл. Кипение ванной при кислом процессе начинается позже, чем при основном, и происходит медленнее даже при хорошем нагреве металла. Кроме того, кислые шлаки имеют повышенную вязкость, что отрицательно сказывается на выгорании углерода.

Так как сталь выплавляется под слоем кислого шлака с низким содержанием свободной закиси железа, этот шлак защищает металл от насыщения кислородом. Перед выпуском из печи в стали содержится меньше растворенного кислорода, чем в стали, выплавленной при основном процессе.

Для интенсификации мартеновского процесса воздух обогащают кислородом, который подается в факел пламени. Это позволяет получать более высокие температуры в факеле пламени, увеличивать ее лучеиспускательную способность, уменьшать количество продуктов горения и благодаря этому увеличивать тепловую мощность печи.

Кислород можно вводить и в ванну печи. Введение кислорода в факел и в ванну печи сокращает периоды плавки и увеличивает производительность печи на 25-30%. Изготовление хромомагнезитовых сводов вместо динасовых позволяет увеличивать тепловую мощность печей, увеличить межремонтный период в 2-3 раза и повысить производительность на 6-10%.

Электроннолучевая плавка металлов. Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании кинетической энергии свободных электронов, получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения. На металл направляется поток электронов, в результате чего он нагревается и плавится.

Электроннолучевая плавка имеет ряд преимуществ: электронные лучи позволяют получить высокую плотность энергии нагрева, регулировать скорость плавки в больших пределах, исключить загрязнение расплава материалом тигля и применять шихту в любом виде. Перегрев расплавленного металла в сочетании с малыми скоростями плавки и глубоким вакуумом создают эффективные условия для очистки металла от различных примесей.

Электрошлаковый переплав. Очень перспективным способом получения высококачественного металла является электрошлаковый переплав. Капли металла, образующиеся при переплаве заготовки, проходят через слой жидкого металла и рафинируются. При обработке металла шлаком и направленной кристаллизации слитка снизу вверх содержание серы в заготовке снижается на 30 – 50%, а содержание неметаллических включений – в два-три раза.

Вакуумирование стали. Для получения высококачественной стали, широко применяется вакуумная плавка. В слитке содержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их можно значительно уменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке и разливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке в закрытой камере, из которой удаляют воздух и другие газы. Вакуумирование стали производится в ковше перед заливкой по изложницам. Лучшие результаты получаются тогда, когда сталь после вакуумирования в ковше разливают по изложницам так же в вакууме. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционных печах.

Рафирование стали в ковше жидкими синтетическими шлаками. Сущность этого метода состоит в том, что очистка стали от серы, кислорода и неметаллических включений производится при интенсивном перемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком, приготовленном в специальной шлакоплавильной печи. Сталь после обработки жидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами. За счет сокращения периода рафинирования в дуговых печах, производительность которых может быть увеличена на 10 – 15%. Мартеновская печь, обработанная синтетическими шлаками, по качеству близка к качеству стали, выплавляемой в электрических печах.

Сталь (от нем. Stahl) - сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Применения

Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении - для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.

Пружины, рессоры машин и упругие элементы приборов характеризуются многообразием форм, размеров, различными условиями работы. Особенность их работы состоит в том, что при больших статических, циклических или ударных нагрузках в них не допускается остаточная деформация. В связи с этим все пружинные сплавы кроме механических свойств, характерных для всех конструкционных материалов (прочности, пластичности, вязкости, выносливости), должны обладать высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. В условиях кратковременного статического нагружения сопротивление малым пластическим деформациям характеризуется пределом упругости, при длительном статическом или циклическом нагружении - релаксационной стойкостью.

Классификация

Стали делятся на конструкционные и инструментальные . Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода - на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6-2 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные - до 4 % легирующих элементов, среднелегированные - до 11 % легирующих элементов и высоколегированные - свыше 11 % легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Характеристики стали

Плотность: 7700-7900 кг/м³,

Удельный вес: 75500-77500 Н/м³ (7700-7900 кгс/м³ в системе МКГСС),

Удельная теплоемкость при 20 °C: 462 Дж/(кг·°C) (110 кал/(кг·°C)),

Температура плавления: 1450-1520 °C,

Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг),

Коэффициент теплопроводности при температуре 100 °C. Хромоникельвольфрамовая сталь 15,5 Вт/(м·К)

Хромистая сталь 22,4 Вт/(м·К)

Молибденовая сталь 41,9 Вт/(м·К)

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

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

Коэффициент линейного теплового расширения при температуре около 20 °C: сталь Ст3 (марка 20) 1/°C

сталь нержавеющая 1/°C

Сталь рельсовая 690-785 МПа

Производство стали

Суть процесса переработки чугуна на сталь состоит в уменьшении до нужной концентрации содержания углерода и вредных примесей - фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. В зависимости от способа окисления углерода существуют различные способы переработки чугуна на сталь: конверторный, мартеновский и электротермический.

Бессемеровский способ

Бессемеровский способом перерабатывают чугуны, содержащие мало фосфора и серы и богатые кремнием (не менее 2 %). При продувке кислорода сначала окисляется кремний с выделением значительного количества тепла. Вследствие этого начальная температура чугуна примерно с 1300° C быстро поднимается до 1500-1600° С. Выгорания 1 % Si обусловливает повышение температуры на 200° C. Около 1500° C начинается интенсивное выгорание углерода. Вместе с ним интенсивно окисляется и железо, особенно к концу выгорания кремния и углерода:

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

Образующийся монооксид железа FeO, хорошо растворяется в расплавленном чугуне и частично переходит в сталь, а частично реагирует с SiO2 и в виде силиката железа FeSiO3 переходит в шлак:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Фосфор полностью переходит из чугуна в сталь, так P2O5 при избытке SiO2 не может реагировать с основными оксидами, поскольку SiO2 с последними реагирует более энергично. Поэтому фосфористые чугуны перерабатывать в сталь этим способом нельзя.

Все процессы в конверторе идут быстро - в течение 10-20 минут, так как кислород воздуха, продуваемый через чугун, реагирует с соответствующими веществами сразу по всему объёму металла. При продувке воздухом, обогащенным кислородом, процессы ускоряются. Монооксид углерода CO, образующийся при выгорании углерода, пробулькивает вверх, сгорает там, образуя над горловиной конвертора факел светлого пламени, который по мере выгорания углерода уменьшается, а затем совсем исчезает, что и служит признаком окончания процесса. Получаемая при этом сталь содержит значительные количества растворенного монооксида железа FeO, который сильно снижает качество стали. Поэтому перед разливкой сталь надо обязательно разкислить с помощью различных разкислителей - ферросилиция, фероманганца или алюминия:

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

Монооксид марганца MnO как основной оксид реагирует с SiO2 и образует силикат марганца MnSiO3, который переходит в шлак. Оксид алюминия как нерастворимое при этих условиях вещество тоже всплывает наверх и переходит в шлак. Несмотря на простоту и высокую продуктивность, бессемеровский способ теперь не достаточно распространен, поскольку он имеет ряд существенных недостатков. Так, чугун для бессемеровского способа должен быть с наименьшим содержанием фосфора и серы, что далеко не всегда возможно. При этом способе происходит очень большое выгорания металла, и выход стали составляет лишь 90 % от массы чугуна, а также расходуется много разкислителей. Серьезным недостатком является невозможность регулирования химического состава стали.

Бессемеровская сталь содержит обычно менее 0,2 % углерода и используется как техническое железо для производства проволоки, болтов, кровельного железа и т. п..

Томасовский способ

Томасовские способом перерабатывают чугун с большим содержанием фосфора (до 2 % и более). Основное отличие этого способа от бессемеровского заключается в том, что футеровку конвертера делают из оксидов магния и кальция. Кроме того, к чугуну добавляют ещё до 15 % CaO. Вследствие этого шлакообразующие вещества содержат значительный избыток оксидов с основными свойствами.

В этих условиях фосфатный ангидрид P2O5, который возникает при сгорании фосфора, взаимодействует с избытком CaO с образованием фосфата кальция, переходит в шлак:

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

Реакция горения фосфора является одним из главных источников тепла при этом способе. При сгорании 1 % фосфора температура конвертора поднимается на 150 ° C. Сера выделяется в шлак в виде нерастворимого в расплавленной стали сульфида кальция CaS, который образуется в результате взаимодействия растворимого FeS с CaO по реакции:

FeS + CaO = FeO + CaS

Все последние процессы происходят так же, как и при бессемеровский способе. Недостатки Томасовского способа такие же, как и бессемеровского. Томасовские сталь также малоуглеродная и используется как техническое железо для производства проволоки, кровельного железа и т. п.

Мартеновская печь

Мартеновский способ отличается от конверторного тем, что выжигание избытка углерода в чугуне происходит не только за счет кислорода воздуха, но и кислорода оксидов железа, которые добавляются в виде железной руды и ржавого железного лома.

Мартеновская печь состоит из плавильной ванны, перекрытой сводом из огнеупорного кирпича, и особых камер регенераторов для предварительного подогрева воздуха и горючего газа. Регенераторы заполнены насадкой из огнеупорного кирпича. Когда первые два регенераторы нагреваются печными газами, горючий газ и воздух вдуваются в печь через раскаленные третий и четвёртый регенераторы. Через некоторое время, когда первые два регенератора нагреваются, поток газов направляют в противоположном направлении и т. д.

Плавильные ванны мощных мартеновских печей имеют длину до 16 м, ширину до 6 м и высоту более 1 м. Вместимость таких ванн достигает 500 т стали. В плавильную ванну загружают железный лом и железную руду. К шихте добавляют также известняк как флюс. Температура печи поддерживается при 1600-1650° C и выше. Выгорания углерода и примесей чугуна в первый период плавки происходит главным образом за счет избытка кислорода в горючей смеси с теми же реакциями, что и в конверторе, а когда над расплавленным чугуном образуется слой шлака - за счет оксидов железа

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + С = Fe + CO

Вследствие взаимодействия основных и кислотных оксидов образуются силикаты и фосфаты, которые переходят в шлак. Сера тоже переходит в шлак в виде сульфида кальция:

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

Мартеновские печи, как и конверторы, работают периодически. После разливки стали печь снова загружают шихтой и т. д. Процесс переработки чугуна в сталь в мартенах происходит относительно медленно в течение 6-7 часов. В отличие от конвертора в мартенах можно легко регулировать химический состав стали, добавляя к чугуну железный лом и руду в той или иной пропорции. Перед окончанием плавки нагрева печи прекращают, сливают шлак, а затем добавляют розкисникы. В мартенах можно получать и легированную сталь. Для этого в конце плавки добавляют к стали соответствующие металлы или сплавы.

Электротермический способ

Электротермический способ имеет перед мартеновским и особенно конверторным целый ряд преимуществ. Этот способ позволяет получать сталь очень высокого качества и точно регулировать её химический состав. Доступ воздуха в электропечь незначительный, поэтому значительно меньше образуется монооксида железа FeO, загрязняющего сталь и снижающего её свойства. Температура в электропечи - не ниже 2000° C. Это позволяет проводить плавку стали на сильно основных шлаках (которые трудно плавятся), при которых полнее удаляется фосфор и сера. Кроме того, благодаря очень высокой температуре в электропечах можно легировать сталь тугоплавкими металлами - молибденом и вольфрамом. Но в электропечах расходуется очень много электроэнергии - до 800 кВт / ч на 1 т стали. Поэтому этот способ применяют только для получения высококачественной спецстали.

Электропечи бывают разной емкости - от 0,5 до 180 т. Футеровку печи делают обычно основной (с CaO и MgO). Состав шихты может быть разный. Иногда она состоит на 90 % из железного лома и на 10 % из чугуна, иногда в ней преобладает чугун с добавками в определенной пропорции железной руды и железного лома. К шихте добавляют также известняк или известь как флюс. Химические процессы при выплавке стали в электропечах те же, что и в мартенах.

Свойства стали

Физические свойства

плотность ρ ≈ 7,86 г / см3; коэффициент линейного теплового расширения α = 11 … 13 · 10−6 K−1;

коэффициент теплопроводности k = 58 Вт / (м · K);

модуль Юнга E = 210 ГПа;

модуль сдвига G = 80 ГПа;

коэффициент Пуассона ν = 0,28 … 0,30;

удельное сопротивление (20 ° C , 0,37-0,42 % углерода) = 1,71 · 10−7 Ом · м

Перлит - эвтектоидная смесь двух фаз - феррита и цементита, содержит 1/8 цементита и поэтому имеет повышенную прочность и твердость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

Стали содержат до 2,14 % углерода. Фундаментом науки о стали, как сплава железа с углеродом является диаграмма состояния сплавов железо-углерод - графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры. Для улучшения механических и других характеристик сталей применяют легирование. Главная цель легирования подавляющего большинства сталей - повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, термостойкость, жаропрочность и др. Такие элементы как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.

Обработка стали

Виды термообработки

Сталь в исходном состоянии достаточно пластична, её можно обрабатывать путем деформирования: ковать, вальцеваты, штамповать. Характерной особенностью стали является её способность существенно изменять свои механические свойства после термической обработки сущность которой заключается в изменении структуры стали при нагреве, выдержке и охлаждении, согласно специальному режиму. Различают следующие виды термической обработки:

отжиг;

нормализация;

закалки;

Отпуск.

Чем богаче сталь на углерод, тем она тверже после термической обработки. Сталь с содержанием углерода до 0,3 % (техническое железо) практически закаливанию не поддается.

Цементация (C) увеличивает твердость поверхности мягкой стали из-за увеличения концентрации углерода в поверхностных слоях.

ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре и назначению.

По структуре:

1) доэвтектоидные (углерод 0-0,8) в этой структуре наход. Феррит и перлит. Чем < С, тем >перлита, сталь прочнее.

2) эвтектоидные (С=0,8). У них в структуре один перлит, стали прочные.

3) заявтектоидные (С 0,8-2,14). У них в структуре нах П и Ц втор, стали очень твёрдые, менее вязки и пластичны.

По назначению:

1) строительные (С 0,8-2,14) эти стали достаточно прочные, хорошо прокатываются, свариваются.

2) Машиностроительные (С 0,3-0,8). У них больше перлита, поэтому они более ТВ, чем строительные, хотя сокр вязкость и пластичность.

3) Инструментальные (С от 0,7-1,3). Это высокоуглер стали, очень ТВ., не пластичные.

4) Литейные стали – сплавы идут на стальные отливки. С=0,035. малоуглеродистые стали.