Znakowanie stali według systemów rosyjskich, europejskich i amerykańskich. Skład chemiczny i klasyfikacja stali według przeznaczenia Skład marki stali i klasyfikacja według przeznaczenia

Zrozumienie takiego zagadnienia, jak klasyfikacja stali węglowych, jest bardzo ważne, ponieważ pozwala na pełne zrozumienie cech tego lub innego rodzaju tego popularnego materiału. jak każdy inny jest nie mniej ważny i specjalista musi to zrozumieć, aby wybrać odpowiedni stop zgodnie z jego właściwościami i składem chemicznym.

Cechy wyróżniające i główne kategorie

Stale węglowe oparte na żelazie i węglu obejmują stopy zawierające minimum dodatkowych zanieczyszczeń. Ilościowa zawartość węgla jest podstawą następującej klasyfikacji stali:

niskoemisyjny (zawartość węgla w granicach 0,2%);
średni węgiel (0,2–0,6%);
wysoka zawartość węgla (do 2%).

Oprócz przyzwoitych właściwości technicznych, należy zauważyć przystępny koszt, co jest ważne w przypadku materiału powszechnie stosowanego do produkcji szerokiej gamy produktów.

Do najważniejszych zalet stali węglowych różnych gatunków należą:

wysoka plastyczność;
dobra urabialność (niezależnie od temperatury ogrzewania metalu);
doskonała spawalność;
utrzymanie wysokiej wytrzymałości nawet przy znacznym nagrzaniu (do 400°);
dobra tolerancja na obciążenia dynamiczne.

Stale węglowe mają również wady, wśród których warto podkreślić:

zmniejszenie ciągliwości stopu wraz ze wzrostem zawartości węgla w jego składzie;
pogorszenie zdolności cięcia i spadek twardości po podgrzaniu do temperatur przekraczających 200°;
duża podatność na powstawanie i rozwój procesów korozyjnych, co nakłada dodatkowe wymagania na produkty wykonane z takiej stali, które muszą być pokryte powłoką ochronną;
słabe właściwości elektryczne;
tendencja do rozszerzalności cieplnej.

Na szczególną uwagę zasługuje klasyfikacja stopów węgla ze względu na strukturę. Główny wpływ na przemiany w nich zachodzące ma ilościowa zawartość węgla. Zatem stale zaliczane do podeutektoidalnych posiadają strukturę opartą na ziarnach ferrytu i perlitu. Zawartość węgla w takich stopach nie przekracza 0,8%. Wraz ze wzrostem ilości węgla zmniejsza się ilość ferrytu i odpowiednio zwiększa się objętość perlitu. Zgodnie z tą klasyfikacją stale zawierające 0,8% węgla zaliczane są do eutektoidów, a podstawą ich budowy jest głównie perlit. Wraz z dalszym wzrostem ilości węgla zaczyna tworzyć się cementyt wtórny. Stale o tej budowie należą do grupy nadeutektoidalnej.

Zwiększenie ilości węgla w składzie stali do 1% prowadzi do tego, że takie właściwości metalu, jak wytrzymałość i twardość, ulegają znacznej poprawie, podczas gdy granica plastyczności i plastyczność, wręcz przeciwnie, pogarszają się. Jeżeli ilość węgla w stali przekracza 1%, może to prowadzić do powstania w jej strukturze gruboziarnistej sieci martenzytu wtórnego, co niekorzystnie wpływa na wytrzymałość materiału. Dlatego w stalach zaliczanych do wysokowęglowych zawartość węgla z reguły nie przekracza 1,3%.

Na właściwości stali węglowych duży wpływ mają zanieczyszczenia zawarte w ich składzie. Pierwiastkami wpływającymi pozytywnie na właściwości stopu (poprawiającymi odtlenienie metalu) są krzem i mangan, natomiast fosfor i siarka są zanieczyszczeniami pogarszającymi jego właściwości. Wysoka zawartość fosforu w stali węglowej powoduje, że wyroby z niej wykonane pokrywają się pęknięciami, a nawet pękają pod wpływem niskich temperatur. Zjawisko to nazywa się kruchością na zimno. Zazwyczaj stale o dużej zawartości fosforu, jeśli są w stanie nagrzanym, dobrze nadają się do spawania i obróbki za pomocą kucia, tłoczenia itp.

W wyrobach wykonanych ze stali węglowych zawierających znaczne ilości siarki może wystąpić zjawisko zwane czerwoną kruchością. Istota tego zjawiska polega na tym, że metal pod wpływem wysokich temperatur staje się trudny w obróbce. Struktura stali węglowych, które zawierają znaczną ilość siarki, składa się z ziaren z formacjami topliwymi na granicach. Formacje takie zaczynają się topić wraz ze wzrostem temperatury, co prowadzi do rozerwania wiązania między ziarnami i w konsekwencji do powstawania licznych pęknięć w strukturze metalu. Tymczasem parametry stopów siarki i węgla można poprawić, jeśli doda się do nich mikrostopy cyrkonu, tytanu i boru.

Technologie produkcyjne

Obecnie w przemyśle metalurgicznym stosowane są trzy główne technologie. Główną różnicą jest rodzaj używanego sprzętu. Ten:

piece konwertorowe do topienia;
jednostki z otwartym paleniskiem;
piece do topienia zasilane energią elektryczną.

W zakładach konwertorowych przetapiane są wszystkie składniki stopu stali: żeliwo i złom stalowy. Ponadto roztopiony metal w takich piecach jest dodatkowo przetwarzany przy użyciu tlenu technicznego. W przypadkach, gdy zanieczyszczenia obecne w roztopionym metalu wymagają przekształcenia w żużel, dodaje się do niego wapno palone.

Procesowi wytwarzania stali węglowej w tej technologii towarzyszy aktywne utlenianie metalu i jego odpadów, którego wartość może sięgać nawet 9% całkowitej objętości stopu. Wadą tego procesu technologicznego jest wytwarzanie dużej ilości pyłu, co powoduje konieczność stosowania specjalnych urządzeń odpylających. Zastosowanie takich dodatkowych urządzeń wpływa na koszt powstałego produktu. Jednak wszystkie niedociągnięcia charakteryzujące ten proces technologiczny są w pełni kompensowane przez jego wysoką produktywność.

Wytapianie w piecu martenowskim to kolejna popularna technologia stosowana do produkcji stali węglowych różnych gatunków. Wszystkie niezbędne surowce (złom stalowy, żeliwo itp.) ładowane są do tej części pieca martenowskiego, zwanej komorą topienia, która jest podgrzewana do temperatury topnienia. W komorze zachodzą złożone interakcje fizyczne i chemiczne, w których biorą udział roztopiony metal, żużel i środowisko gazowe. W efekcie otrzymujemy stop o wymaganych właściwościach, który odprowadzany jest w stanie ciekłym przez specjalny otwór w tylnej ścianie pieca.

Stal produkowana poprzez wytapianie w piecach elektrycznych, dzięki zastosowaniu zasadniczo innego źródła ciepła, nie jest poddawana działaniu środowiska utleniającego, co czyni ją czystszą. Różne gatunki stali węglowej produkowanej przez wytapianie w piecach elektrycznych zawierają mniej wodoru. Pierwiastek ten jest główną przyczyną pojawiania się w strukturze stopów płatków, które znacząco pogarszają ich właściwości.

Bez względu na sposób wytapiania stopu węgla i bez względu na to, do jakiej kategorii w klasyfikacji należy, głównymi surowcami do jego produkcji są żeliwo i złom metalowy.

Metody poprawy właściwości wytrzymałościowych

Jeżeli właściwości gatunków poprawia się poprzez wprowadzenie do ich składu specjalnych dodatków, wówczas rozwiązanie tego problemu w odniesieniu do stopów węgla następuje poprzez wykonanie obróbki cieplnej. Jedną z zaawansowanych metod tego ostatniego jest powierzchniowe utwardzanie plazmowe. W wyniku zastosowania tej technologii w powierzchniowej warstwie metalu powstaje struktura złożona z martenzytu, której twardość wynosi 9,5 GPa (w niektórych miejscach dochodzi do 11,5 GPa).

Powierzchniowe utwardzanie plazmowe prowadzi również do powstania w strukturze metalu metastabilnego austenitu szczątkowego, którego ilość wzrasta wraz ze wzrostem zawartości węgla w składzie stali. Ta formacja strukturalna, która podczas pracy w wyrobie ze stali węglowej może przekształcić się w martenzyt, znacznie poprawia takie właściwości metalu, jak odporność na zużycie.

Jednym ze skutecznych sposobów znacznej poprawy właściwości stali węglowej jest obróbka chemiczno-termiczna. Istotą tej technologii jest to, że stop stali podgrzany do określonej temperatury poddawany jest działaniom chemicznym, które mogą znacznie poprawić jego właściwości. Po takiej obróbce, którą można zastosować do stali węglowych różnych gatunków, wzrasta twardość i odporność metalu na zużycie, a także poprawia się jego odporność na korozję w środowiskach wilgotnych i kwaśnych.

Inne opcje klasyfikacji

Kolejnym parametrem klasyfikacji stopów węgla jest stopień ich oczyszczenia ze szkodliwych zanieczyszczeń. Stale zawierające minimalną ilość siarki i fosforu mają lepsze właściwości mechaniczne (ale także są droższe). Parametr ten stał się podstawą klasyfikacji stali węglowych, według której wyróżnia się stopy:

zwykła jakość (B);
jakościowe (B);
podwyższona jakość (A).

Stale pierwszej kategorii (ich skład chemiczny nie jest określony przez producenta) są wybierane wyłącznie na podstawie ich właściwości mechanicznych. Takie stale charakteryzują się minimalnymi kosztami. Nie są poddawane obróbce cieplnej ani ciśnieniowej. W przypadku stali wysokiej jakości producent określa skład chemiczny, a w przypadku stopów wysokiej jakości właściwości mechaniczne. Co istotne, wyroby wykonane ze stopów dwóch pierwszych kategorii (B i C) można poddawać obróbce cieplnej i odkształceniom plastycznym na gorąco.

Istnieje klasyfikacja stopów węgla według ich głównego przeznaczenia. Rozróżnia się zatem stale konstrukcyjne, z których produkowane są części o różnym przeznaczeniu, od stali narzędziowych, stosowanych w pełnej zgodzie z ich nazwą - do produkcji najróżniejszych narzędzi. Stopy narzędziowe w porównaniu ze stopami konstrukcyjnymi charakteryzują się zwiększoną twardością i wytrzymałością.

W oznaczeniu stali węglowej można znaleźć oznaczenia „sp”, „ps” i „kp”, które wskazują stopień jej odtlenienia. Jest to kolejny parametr pozwalający na klasyfikację takich stopów.
Litery „sp” w oznaczeniu oznaczają ciche stopy, które mogą zawierać do 0,12% krzemu. Charakteryzują się dobrą udarnością nawet w niskich temperaturach oraz charakteryzują się dużą jednorodnością struktury i składu chemicznego. Takie stale węglowe mają również wady, z których najważniejszą jest to, że powierzchnia wytwarzanych z nich produktów jest gorszej jakości niż w przypadku stali wrzących, a po pracach spawalniczych właściwości wykonanych z nich części znacznie się pogarszają.

Stopy półciche (oznaczone w oznaczeniu literami „ps”), w których krzem może zawierać się w zakresie 0,07–0,12%, charakteryzują się równomiernym rozkładem zanieczyszczeń w swoim składzie. Zapewnia to zachowanie spójności cech wytwarzanych z nich produktów.

W gotujących się stalach węglowych zawierających nie więcej niż 0,07% krzemu proces odtleniania nie jest całkowicie zakończony, co powoduje niejednorodność ich struktury. Tymczasem wyróżnia je szereg zalet, z których do najważniejszych można zaliczyć:

niski koszt, co tłumaczy się niewielką zawartością specjalnych dodatków;
wysoka plastyczność;
dobra spawalność i skrawalność metodami odkształcenia plastycznego.

Jak oznacza się stopy stali węglowej?

Zrozumienie zasad znakowania stali węglowej jest tak proste, jak zrozumienie podstaw jej klasyfikacji: nie różnią się one zbytnio od zasad oznaczania stopów stali innych kategorii. Aby rozszyfrować takie oznaczenia, nie trzeba nawet patrzeć na specjalne tabele.

Litera „U” na samym początku oznaczenia marki stopu wskazuje, że należy on do kategorii narzędzi. Litery „A”, „B” i „C” zapisane na samym końcu oznaczenia wskazują, do której grupy jakościowej należy stal węglowa. Ilość węgla zawartego w stopie jest wskazana na samym początku jego oznaczenia. Ponadto w przypadku stali wysokiej jakości (grupa „A”) ilość tego pierwiastka będzie podana w setnych procentach, a dla stopów grup „B” i „C” – w dziesiątych.

W oznaczeniu poszczególnych stali węglowych po liczbach oznaczających ilościową zawartość węgla można znaleźć literę „G”. Litera ta wskazuje, że metal zawiera zwiększoną ilość pierwiastka, takiego jak mangan. Oznaczenia „sp”, „ps” i „kp” wskazują, jaki stopień odtleniania odpowiada stali węglowej.

Stopy węgla, ze względu na swoje właściwości i niski koszt, są aktywnie wykorzystywane do produkcji elementów konstrukcji budowlanych, części maszyn, narzędzi i wyrobów metalowych o różnym przeznaczeniu.

2, średnia ocena: 5,00 z 5)

Stal jest plastycznym i kutym stopem żelaza i węgla (jako trwałe zanieczyszczenie). Zawiera także inne pierwiastki stopowe i inne szkodliwe zanieczyszczenia. Zawartość węgla nie powinna przekraczać 2,14%. Zmieniając skład chemiczny tego stopu poprzez stężenie węgla i dodając pierwiastki stopowe, możliwe jest otrzymanie szerokiej gamy różnych gatunków tego metalu, które będą miały różne właściwości. Dzięki temu materiał ten może być stosowany w większości gałęzi przemysłu.

Zasady klasyfikacji stali

Klasyfikacja i znakowanie stali następuje wg następujące parametry:

Według składu chemicznego

W zależności od składu chemicznego metal ten dzieli się na dwa rodzaje: węgiel i stop. Z kolei węglowe dzielą się na:

niskoemisyjny (zawartość węgla poniżej 0,2%);
średniowęglowy (zawartość węgla w zakresie 0,2% - 0,45%);
wysokowęglowy (zawartość węgla powyżej 0,5%).

Stale stopowe klasyfikuje się według całkowitej całkowitej ilości pierwiastków stopowych (zawartość węgla nie jest sumowana; mangan zaczyna być uważany za pierwiastek stopowy, gdy jego zawartość w stopie przekracza 1%, krzem - ponad 0,8%). Wyróżnia się:

niskostopowy (poniżej 2,5%);
średniostopowy (w granicach 2,5% - 10%);
wysokostopowe (ponad 10%).

Według struktury

Taka cecha klasyfikacyjna, jak struktura materiału, jest uważana za mniej stabilną, ponieważ zależy od szybkości chłodzenia, stopowania, metody obróbki cieplnej i kilku innych zmiennych czynników. Jednakże struktura gotowego materiału pozwala w dalszym ciągu na obiektywną ocenę jego jakości. Klasyfikacja stali według struktury w stanach wyżarzania i normalizacji. W stanie wyżarzania wyróżnia się:

Po procesie normalizacji stal dzieli się na następujące klasy:

perlityczny - zawiera niewielką ilość pierwiastków stopowych, struktura po normalizacji: perlit, perlit + ferryt, perlit + węglik nadeutektoidalny;
martenzytyczny - zawiera dużą ilość pierwiastków stopowych, a także stosunkowo niską krytyczną szybkość utwardzania;
austenityczny - charakteryzuje się dużą zawartością pierwiastków stopowych, budowa: austenit, austenit + węglik.

Według celu

Z powodów takich jak spotkanie Stale dzielą się na konstrukcyjne, narzędziowe i specjalnego przeznaczenia(posiadający specjalne właściwości).

Konstrukcyjne służą do wytwarzania wszelkiego rodzaju części urządzeń, maszyn i elementów konstrukcji budowlanych. Dzielą się na:

zwykła jakość;
ulepszony;
cementowany;
automatyczny;
wysoka wytrzymałość;
wiosna-wiosna.

Narzędzia służą do produkcji narzędzi skrawających, pomiarowych i innych. Dzielą się na następujące grupy:

do produkcji narzędzi skrawających;
do produkcji przyrządów pomiarowych;
do produkcji urządzeń do tłoczenia i prasowania.

Specjalnego przeznaczenia są stopy o specjalnych właściwościach fizycznych i/lub mechanicznych. Tam są:

Według jakości i metody produkcji

W tym przypadku jakość rozumiana jest jako cały zestaw właściwości metalu, które są określone przez metalurgiczny proces jego wytwarzania. Jakość stali zależy od obecności w niej szkodliwych zanieczyszczeń. Przede wszystkim są to pierwiastki chemiczne siarka i fosfor. W zależności od zawartości dzielimy je na:

zwykła jakość - zawierająca do 0,06% siarki i 0,07% fosforu;
wysoka jakość - do 0,035% siarki i 0,035% fosforu;
wysokiej jakości - nie więcej niż 0,025% siarki i 0,025% fosforu.
szczególnie wysoka jakość - nie więcej niż 0,015% siarki i 0,025% fosforu.

Według stopnia odtlenienia

Odtlenianie to proces usuwania tlenu z ciekłego stopu. Stal nieodtleniona ma stosunkowo niską ciągliwość i jest bardziej podatna na kruche pękanie podczas obróbki cieplnej pod ciśnieniem. Ze względu na stopień odtlenienia dzieli się je na:

spokój;
półspokojny;
wrzenie.

Proces odtleniania stali niegazowanej w piecu/kadzi do wytapiania przy użyciu manganu, aluminium i krzemu. Zestalanie w formie przebiega spokojnie, bez wydzielania się gazu. W górnej części wlewków tworzy się wgłębienie skurczowe. Ten typ charakteryzuje się anizotropią, to znaczy właściwości mechaniczne są różne i zależą od kierunku - właściwości plastyczne w kierunku poprzecznym (wzdłuż kierunku walcowania) są znacznie mniejsze niż w kierunku wzdłużnym. Dodatkowo w górnej części wlewka zwiększa się zawartość siarki, fosforu i węgla, a w dolnej zmniejsza. To znacznie pogarsza właściwości produktu, czasem nawet do momentu odrzucenia.

Odtlenianie we wrzącej wodzie następuje wyłącznie z powodu manganu. Nadmiar tlenu podczas krzepnięcia częściowo reaguje z węglem, uwalniając pęcherzyki gazu (tlenek węgla). Tutaj powstaje wrażenie „wrzenia”. W tym typie praktycznie nie występują wtrącenia niemetaliczne powstałe w wyniku produktów odtleniania. Jest to stop niskowęglowy, o minimalnej zawartości krzemu i dużej zawartości zanieczyszczeń gazowych. Stosowany do produkcji części karoserii samochodowych itp. Ma dobrą plastyczność na zimno.

Stale półciche zajmują pozycję środkową pomiędzy stalami spokojnymi i wrzącymi. Odtlenianie odbywa się dwuetapowo: częściowo w piecu do topienia i kadzi, a na koniec w formie. W formie odtlenienie następuje z powodu węgla zawartego w metalu.

Dekodowanie stali w materiałoznawstwie

Należy do klasy: jakość węgla strukturalnego. Skład chemiczny: węgiel - 0,17-0,24%; krzem - 0,17-0,37%; mangan - 0,35-0,65%; siarka - do 0,04%; fosfor - do 0,04%. Szeroko stosowany w produkcji kotłów, do rur i rurociągów grzewczych do różnych celów, ponadto przemysł produkuje pręty i blachy.

Transkrypcja HVG

Należy do klasy: instrumenty stopowe. Stosowany do produkcji narzędzi pomiarowych i skrawających, kranów, przeciągaczy.

Stal jest głównym materiałem metalicznym używanym do produkcji maszyn, narzędzi i urządzeń. Jego powszechne zastosowanie tłumaczy się obecnością w tym materiale całego kompleksu cennych właściwości technologicznych, mechanicznych i fizykochemicznych. Ponadto stal ma stosunkowo niski koszt i może być produkowana w dużych ilościach. Proces produkcji tego materiału jest stale udoskonalany, dzięki czemu właściwości i jakość stali mogą zapewnić bezawaryjną pracę nowoczesnych maszyn i urządzeń przy wysokich parametrach eksploatacyjnych.

Ogólne zasady klasyfikacji gatunków stali

Główne cechy klasyfikacyjne stali: skład chemiczny, przeznaczenie, jakość, stopień odtlenienia, struktura.

Stać się według składu chemicznego dzieli się na węgiel i stop. Na podstawie udziału masowego węgla zarówno pierwszą, jak i drugą grupę stali dzieli się na: niskowęglowe (poniżej 0,3% C), średniowęglowe (stężenie C mieści się w przedziale 0,3-07%), wysokowęglowe węgiel - o stężeniu węgla większym niż 0,7%.

Stale stopowe to takie, które oprócz trwałych zanieczyszczeń zawierają dodatki wprowadzone w celu zwiększenia właściwości mechanicznych tego materiału.

Jako dodatki stopowe stosuje się chrom, mangan, nikiel, krzem, molibden, wolfram, tytan, wanad i wiele innych, a także kombinację tych pierwiastków w różnych proporcjach. Według liczby dodatków Stale dzielą się na niskostopowe (elementy stopowe poniżej 5%), średniostopowe (5-10%) i wysokostopowe (zawierają więcej niż 10% dodatków).

Zgodnie z jego przeznaczeniem Stale mogą być materiałami konstrukcyjnymi, narzędziowymi i specjalnego przeznaczenia o specjalnych właściwościach.

Najbardziej rozbudowaną klasą są stale konstrukcyjne, które są przeznaczone do wytwarzania konstrukcji budowlanych, części urządzeń i maszyn. Z kolei stale konstrukcyjne dzielimy na sprężynowe, ulepszone, cementowane i o wysokiej wytrzymałości.

Stale narzędziowe Wyróżnia się w zależności od przeznaczenia wytwarzanego z nich narzędzia: matryce pomiarowe, tnące, odkształcające na gorąco i na zimno.

Stale specjalnego przeznaczenia są podzielone na kilka grup: odporne na korozję (lub nierdzewne), żaroodporne, żaroodporne, elektryczne.

Według jakości Stale są zwykłej jakości, wysokiej jakości, wysokiej jakości, a zwłaszcza wysokiej jakości.

Jakość stali rozumiana jest jako zespół właściwości zdeterminowanych procesem jej wytwarzania. Do takich cech należą: jednolitość struktury, skład chemiczny, właściwości mechaniczne, przetwarzalność. Jakość stali zależy od zawartości gazów w materiale – tlenu, azotu, wodoru, a także szkodliwych zanieczyszczeń – fosforu i siarki.

Według stopnia odtlenienia i charakter procesu krzepnięcia, stale są spokojne, półspokojne i wrzące.

Odtlenianie to operacja usuwania tlenu z ciekłej stali, która powoduje kruche pękanie materiału podczas odkształcania na gorąco. Stale miękkie odtlenia się krzemem, manganem i aluminium.

Według struktury Oddzielają stale w stanie wyżarzonym (równowagowym) i w stanie znormalizowanym. Formami konstrukcyjnymi stali są ferryt, perlit, cementyt, austenit, martenzyt, ledeburyt i inne.

Wpływ węgla i pierwiastków stopowych na właściwości stali

Stale przemysłowe są chemicznie złożonymi stopami żelaza i węgla. Oprócz tych podstawowych pierwiastków, a także składników stopowych w stalach stopowych, materiał zawiera zanieczyszczenia stałe i przypadkowe. Główne właściwości stali zależą od zawartości procentowej tych składników.

Jak chronić swoje budynki przed: profilaktyką, leczeniem, fachową poradą Maszyny do cięcia i gięcia zbrojenia: Dowiesz się do czego są potrzebne, jak je stosować i jak bardzo są potrzebne na budowie.

W naszym cenniku możesz dowiedzieć się, co jest aktualne w Petersburgu i obwodzie leningradzkim.

Węgiel ma decydujący wpływ na właściwości stali. Po wyżarzeniu strukturę tego materiału tworzą ferryt i cementyt, których zawartość wzrasta proporcjonalnie do wzrostu stężenia węgla. Ferryt jest strukturą o niskiej wytrzymałości i plastyczności, natomiast cementyt jest twardy i kruchy. Dlatego wzrost zawartości węgla prowadzi do wzrostu twardości i wytrzymałości oraz zmniejszenia ciągliwości i wytrzymałości. Węgiel zmienia właściwości technologiczne stali: urabialność przez ściskanie i cięcie, spawalność. Wzrost stężenia węgla prowadzi do pogorszenia obrabialności w wyniku hartowania i zmniejszonej przewodności cieplnej. Oddzielanie wiórów od stali o wysokiej wytrzymałości zwiększa ilość wydzielanego ciepła, co powoduje zmniejszenie trwałości narzędzia. Ale stale niskowęglowe o niskiej lepkości są również słabo przetwarzane, ponieważ tworzą się trudne do usunięcia wióry.

Stale o zawartości węgla 0,3-0,4% mają najlepszą skrawalność.

Wzrost stężenia węgla prowadzi do zmniejszenia zdolności stali do odkształcania się w stanie gorącym i zimnym. W przypadku stali przeznaczonej do złożonego formowania na zimno ilość węgla jest ograniczona do 0,1%.

Stale niskowęglowe mają dobrą spawalność. Do spawania stali średnio- i wysokowęglowych stosuje się nagrzewanie, powolne chłodzenie i inne operacje technologiczne, aby zapobiec powstawaniu pęknięć zimnych i gorących.

Aby uzyskać wysokie właściwości wytrzymałościowe, ilość składników stopowych musi być racjonalna. Nadmiar stopowania, z wyłączeniem wprowadzenia niklu, prowadzi do zmniejszenia rezerwy wytrzymałości i powoduje kruche pękanie.

Chrom jest składnikiem stopowym bez niedoborów i ma pozytywny wpływ na właściwości mechaniczne stali przy jego zawartości do 2%.
Nikiel jest najcenniejszym i najrzadszym dodatkiem stopowym, wprowadzanym w stężeniu 1-5%. Najskuteczniej obniża próg kruchości na zimno i pomaga zwiększyć rezerwę temperaturową lepkości.
Mangan, jako tańszy składnik, często stosowany jest jako zamiennik niklu. Zwiększa granicę plastyczności, ale może powodować wrażliwość stali na przegrzanie.
Molibden i wolfram to drogie i rzadkie pierwiastki stosowane w celu zwiększenia odporności cieplnej stali szybkotnących.

Zasady znakowania stali według systemu rosyjskiego

Na współczesnym rynku wyrobów metalowych nie ma powszechnego systemu znakowania stali, co znacznie komplikuje operacje handlowe, powodując częste błędy przy składaniu zamówień.

W Rosji przyjęto alfanumeryczny system oznaczeń, w którym literami oznacza się nazwy pierwiastków zawartych w stali, a cyframi ich ilości. Litery wskazują również metodę odtleniania. Oznaczenie „KP” oznacza stale wrzące, „PS” – stale półspokojne, a „SP” – stale spokojne.

Zwykłe stale jakościowe mają indeks St, po którym wskazany jest numer gatunku warunkowego od 0 do 6. Następnie wskazany jest stopień odtlenienia. Z przodu umieszczony jest numer grupy: A – stal o gwarantowanych właściwościach mechanicznych, B – skład chemiczny, C – obie właściwości. Z reguły indeks grupy A nie jest przypisany. Przykład oznaczenia – B art. 2 KP.
Aby oznaczyć konstrukcyjne stale węglowe wysokiej jakości, z przodu wskazana jest dwucyfrowa liczba wskazująca zawartość C w setnych procentach. Na koniec - stopień odtlenienia. Na przykład stal 08KP. Wysokiej jakości stale węglowe narzędziowe mają z przodu literę U, a następnie dwucyfrowe stężenie węgla w dziesiątych częściach procenta - na przykład stal U8. Stale wysokiej jakości mają na końcu gatunku literę A.
W gatunkach stali stopowych litery oznaczają pierwiastki stopowe: „H” to nikiel, „X” to chrom, „M” to molibden, „T” to tytan, „B” to wolfram, „Y” to aluminium. W konstrukcyjnych stalach stopowych zawartość C jest wskazana z przodu w setnych procentach. W stalach narzędziowych węgiel oznacza się w dziesiątych częściach procenta, jeżeli zawartość tego składnika przekracza 1,5%, nie podaje się jego stężenia.
Szybkotnące stale narzędziowe są oznaczone indeksem P i wskazaniem zawartości wolframu w procentach, na przykład P18.

Znakowanie stali według systemów amerykańskich i europejskich

Planujesz zakup walcówki metalowej? Oferujemy rozsądne ceny i jakość od producenta.

W Stanach Zjednoczonych istnieje kilka systemów znakowania stali opracowanych przez różne organizacje normalizacyjne. W przypadku stali nierdzewnych najczęściej stosowany jest system AISI, który obowiązuje także w Europie. Według AISI stal jest oznaczona trzema cyframi, po których w niektórych przypadkach następuje jedna lub więcej liter. Pierwsza liczba wskazuje klasę stali, jeśli wynosi 2 lub 3, to jest to klasa austenityczna, jeśli 4 to ferrytyczna lub martenzytyczna. Kolejne dwie cyfry oznaczają numer seryjny materiału w grupie. Litery oznaczają:

L – niski udział masowy węgla, poniżej 0,03%;
S – normalne stężenie C, mniejsze niż 0,08%;
N oznacza, że dodano azot;
LN – niska zawartość węgla połączona z dodatkiem azotu;
F – zwiększone stężenie fosforu i siarki;
Se – stal zawiera selen, B – krzem, Cu – miedź.

W Europie stosowany jest system EN, który różni się od rosyjskiego tym, że najpierw wymienia wszystkie pierwiastki stopowe, a następnie, w tej samej kolejności, podaje się liczbowo ich udział masowy. Pierwsza liczba to stężenie węgla w setnych procentach.

Jeżeli stale stopowe konstrukcyjne i narzędziowe, z wyjątkiem stali szybkotnących, zawierają więcej niż 5% co najmniej jednego dodatku stopowego, przed zawartością węgla umieszcza się literę „X”.

Kraje UE stosują oznakowanie EN, w niektórych przypadkach wskazując równolegle znak krajowy, ale ze znakiem „przestarzały”.

Międzynarodowe analogi stali odpornych na korozję i żaroodpornych

Stale odporne na korozję

Europa (EN)	Niemcy (DIN)	USA (AISI)	Japonia (JIS)	WNP (GOST)
1.4000	X6Cr13	410S	SUS 410 S	08Х13
1.4006	X12CrN13	410	SUS 410	12Х13
1.4021	X20Cr13	(420)	SUS420J1	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

Gatunki stali żaroodpornych

Europa (EN)	Niemcy (DIN)	USA (AISI)	Japonia (JIS)	WNP (GOST)
1.4878	X12CrNiTi18-9	321H		12Х18Н10Т
1.4845	X12CrNi25-21	310 s		20Х23Н18

Gatunki stali szybkotnącej

gatunek stali		Analogi w standardach amerykańskich
Kraje WNP GOST	Euronormy
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

Stal konstrukcyjna

gatunek stali		Analogi w standardach amerykańskich
Kraje WNP GOST	Euronormy

Podstawowy asortyment gatunków stali nierdzewnej

WNP (GOST)	Normy europejskie (EN)	Niemcy (DIN)	USA (AISI)
03 X17 N13 M2		X2CrNiMo 17-12-2
03 X17 N14 M3		X2CrNiMo 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

Stal łożyskowa

Stal sprężynowa

gatunek stali		Analogi w standardach amerykańskich
Kraje WNP GOST	Euronormy

Stal żaroodporna

gatunek stali		Analogi w standardach amerykańskich
Kraje WNP GOST	Euronormy

Ocena gwiazdkowa GD
system oceny WordPress

Znakowanie stali według systemów rosyjskich, europejskich i amerykańskich, 4,6 na 5 - suma głosów: 63

Stal- powszechny materiał inżynieryjny.

Stal odnosi się do stopów żelaza i węgla zawierających od 0,02 do 2,14% C. Oprócz węgla stal zawiera trwałe zanieczyszczenia Mn, Si, S, P itp., które wpływają na jej właściwości. Stale klasyfikuje się według składu chemicznego, jakości i zastosowania.

Według składu chemicznego Rozróżnia się stale węglowe i stopowe. Ze względu na zawartość węgla oba dzielimy na niskowęglowe (poniżej 0,25% C), średnie (0,30 - 0,70% C) i wysokowęglowe (ponad 0,7% C). W zależności od całkowitej zawartości pierwiastków stopowych wyróżnia się stale niskostopowe (poniżej 5%), średniostopowe (5,0 -10,0%) i wysokostopowe (powyżej 10,0%).

Według jakości Istnieją stale zwykłej jakości, wysokiej jakości, wysokiej jakości, a zwłaszcza wysokiej jakości. Klasyfikacja ta określa warunki hutniczego wytwarzania stali, a przede wszystkim zawartość w nich szkodliwych zanieczyszczeń.

Do stali zwykłej jakości zalicza się stale węglowe zawierające do 0,6% - C, do 0,060% - S i do 0,070% - P. Wykonuje się z nich wyroby długie walcowane na gorąco: belki, pręty, ceowniki, kątowniki, rury itp. , a także blacha stalowa walcowana na zimno.

Zgodnie z GOST 380-88 produkowane są trzy grupy (A, B i C) stali zwykłej jakości.

Grupa A obejmuje stale dostarczane według ich właściwości mechanicznych, bez określenia ich składu chemicznego. Stale tej grupy są oznaczone literami St (stal) i cyframi 0, 1, 2...6.

Im wyższa liczba, tym wyższa zawartość węgla i wytrzymałość (σ in, MPa) i niższa plastyczność (δ,%). Stale te stosuje się w stanie w jakim zostały dostarczone, bez późniejszego formowania na gorąco i obróbki cieplnej. Przykładami stali w tej grupie są gatunki: St0, St1, St4.

Grupa B - stale dostarczane o gwarantowanym składzie chemicznym. Oznaczenie gatunku stali tej grupy poprzedzone jest literą B, np. BSt0, BSt1 itp.

Grupa B obejmuje stale dostarczane o gwarantowanym składzie chemicznym i właściwościach mechanicznych. Grupa B jest wprowadzana do oznaczenia gatunku stali tej grupy, na przykład VSt1, VSt5. Skład chemiczny stali jest taki sam jak odpowiedniego gatunku z grupy B, a właściwości mechaniczne są takie same jak w grupie A.

Stale grup B i C stosuje się w przypadkach, gdy stal musi zostać poddana odkształceniu na gorąco lub wzmocniona poprzez obróbkę cieplną.

Stale zwykłej jakości dzielą się dalej na spokojną, półcichą i wrzącą.

Stale miękkie są odtleniane w procesie wytapiania za pomocą manganu, krzemu, aluminium i tytanu. Zawierają minimalną ilość tlenu i różnych tlenków. Zawartość krzemu wynosi zwykle 0,15 - 0,35%. Ciche stale są oznaczone literami „sp”, na przykład St3sp, BSt5sp, VSt4sp itp.

Stale wrzące odtlenia się w procesie wytapiania wyłącznie manganem, zawartość krzemu nie przekracza 0,1% (ślady). Przed wylaniem zawierają zwiększoną ilość tlenu, który oddziałuje z węglem tworząc pęcherzyki CO. Uwalnianie się pęcherzyków z metalu sprawia wrażenie, jakby się gotował. Część z nich pozostaje w metalu, tworząc jego strukturę przypominającą plaster miodu. Stale wrzące są dodatkowo oznaczone literami „kp”, na przykład BStZkp, St2kp, VSt4kp.

Stale półciche pod względem stopnia odtlenienia zajmują pozycję pośrednią pomiędzy stalami spokojnymi i wrzącymi i zawierają do 0,17% krzemu (wstępnie odtlenionego manganem). Stale półciche są dodatkowo oznaczone literami „ps”, na przykład St1ps, St2ps, VSt5ps itp. Ze względu na większą jednorodność w porównaniu ze stalą wrzącą, stal półmiękka ma właściwości zbliżone do stali miękkiej. Stal miękka wykorzystywana jest do produkcji wyrobów walcowanych i odlewów kształtowych; półspokojne i wrzące - do wynajęcia.

Wysokiej jakości stal. Pod względem składu chemicznego są to stale węglowe stopowe, w których zawartość siarki i fosforu nie powinna przekraczać 0,035% każda. Wahania zawartości węgla w obrębie gatunku nie powinny przekraczać 0,08%.

Stale wysokiej jakości. Są to stale węglowe i stopowe, wytapiane głównie w piecach elektrycznych i kwaśnych martenowskich. Zawartość siarki i fosforu wynosi nie więcej niż 0,025% każda, a wahania zawartości węgla w marce nie przekraczają 0,07%.

Szczególnie wysokogatunkowymi stalami są stale stopowe wytapiane w piecach elektrycznych z przetapianiem elektrożużlowym i zawierające siarkę i fosfor w ilości nie większej niż 0,015%.

Według aplikacji Wyróżnia się następujące klasy stali: konstrukcyjną, maszynową ogólnego przeznaczenia, maszynową specjalnego przeznaczenia, narzędziową, o specjalnych właściwościach chemicznych i fizycznych. W tej pracy ograniczymy się do rozważenia konstrukcji, inżynierii ogólnego przeznaczenia i stali narzędziowych, a resztę będziemy studiować na kursie Inżynierii Materiałowej.

Znakowanie stali konstrukcyjnych i inżynieryjnych ogólnego przeznaczenia. Oznakowanie stali węglowych zwykłej jakości omówiono powyżej.

Wysokiej jakości stale węglowe według GOST 1050-88 są oznaczone liczbami 08, 10, 15, 20... 85, które wskazują średnią zawartość węgla w setnych procentach. W zależności od stopnia odtleniania stale te mogą być spokojne lub wrzące (08 i 08kp, 10 i 10kp).

Stale stopowe są oznaczone cyframi i literami, na przykład 15X; 45HF; 18HGT; 12ХН3А; 20Х2Н4А; 14G2 25G2S itp. Dwucyfrowe liczby na początku znaku wskazują średnią zawartość węgla w setnych procentach; litery po prawej stronie liczby oznaczają pierwiastek stopowy: A - azot, B - niob, B - wolfram, G - mangan, D - miedź, K - kobalt, N - nikiel, M - molibden, P - fosfor, P - bor, C – krzem, T - tytan, F - wanad, X - chrom, C "cyrkon, Yu - aluminium, U - pierwiastek ziem rzadkich. Liczby po literze (symbol pierwiastka) wskazują przybliżoną zawartość odpowiedniego pierwiastka stopowego w pełnych procentach brak cyfry wskazuje, że jest to około 1% lub mniej.Litera A na końcu oznaczenia wskazuje, że stal jest wysokiej jakości (12ХИ3А), na początku - stal automatyczna (A15, A30 ), w środku - azot.W przypadku stali stosowanych w formie odlewanej na końcu znaku umieszcza się literę L (np. 25L, 35GL).

Stal konstrukcyjna stosowana jest na konstrukcje spawane, główne rurociągi naftowe i gazowe, do wzmacniania konstrukcji żelbetowych itp. Do tych celów powszechnie stosuje się niskowęglowe i niskostopowe stale wysokiej jakości oraz stale zwykłej jakości (VStZsp, VSt3Gps, VSt5Gps, 14G2, 17GS, 15HSND itp.).

Stal konstrukcyjna ogólnego przeznaczenia dzieli się na trzy grupy: stale stosowane bez hartowania, obróbka cieplna; stale nawęglane niskowęglowe (do 0,25% C) i ulepszone średniowęglowe (od 0,30-0,50% C). Są to z reguły stale węglowe i niskostopowe.

Stale stosowane bez hartowania i obróbki cieplnej. Są to stale dostarczane w arkuszach do późniejszego tłoczenia, głębokiego tłoczenia itp. Pod względem składu chemicznego stale są niskowęglowe o niskiej zawartości krzemu (kp, ps) i niskostopowe (08kp, 08ps, 15kp, 20Khkp itp.).

Cementowalny stale stosowane są na wyroby poddawane nasycaniu powierzchni węglem. Po nawęglaniu, hartowaniu i odpuszczaniu części wykonane z tych stali mają twardą powierzchnię (HRC 58-62), dobrą odporność na zużycie oraz ciągliwy, mocny rdzeń (HRC 20-30). W przypadku małych, niekrytycznych produktów powszechnie stosuje się gatunki stali 10, 15, 20, 15X, 20X. W przypadku bardziej krytycznych i dużych produktów stosuje się stale stopowe wysokiej jakości i wysokiej jakości, na przykład 18KhGT, 12KhN3A, 20Kh2N4A, 20KhGR, 18Kh2N4VA itp.

Możliwość aktualizacji Stale maszynowe stosuje się po hartowaniu i wysokim odpuszczaniu (ulepszanie). W przypadku wyrobów o małym przekroju lub pracujących pod niewielkimi obciążeniami stosuje się gatunki stali 35, 40, 45, 50. Do części o większym przekroju stosuje się stale nisko i średniostopowe, które charakteryzują się wysoką hartownością i zapewniają wysokie właściwości mechaniczne w całym przekroju, na przykład 40Х, 30ХГТ, 50Г2, 40ХН, 40ХНМА, ЗОХН2ВФ itp.

Stale narzędziowe przeznaczone do produkcji narzędzi skrawających, pomiarowych, zimnogiętych i gorącoformowanych. Są to z reguły stale wysokowęglowe zawierające powyżej 0,70% C (z wyjątkiem stali na narzędzia do formowania na gorąco, które zaliczane są do stali średniowęglowych). Należą do nich stale wysokiej jakości i wysokiej jakości, węglowe, stopowe i szybkotnące. Są one odpowiednio oznaczone.

Węglowe stale narzędziowe są oznaczone literą U i cyframi wskazującymi średnią zawartość węgla w dziesiątych częściach procenta (U7, U8, U10, U12A itp.).

Stopowe stale narzędziowe 9ХС, X, 5ХВГ, 3Х8В2 itp. oznaczony liczbą wskazującą średnią zawartość węgla w dziesiątych częściach procenta, jeżeli jest ona mniejsza niż 1,0%. Jeśli zawartość węgla wynosi 1,0% lub więcej, najczęściej brakuje tej wartości. Litery oznaczają pierwiastki stopowe (patrz wyżej), a następujące po nich cyfry oznaczają zawartość w pełnych procentach odpowiedniego pierwiastka stopowego.

Stale szybkotnące oznaczone są literą P (R14F4). Liczba po niej oznacza zawartość głównego pierwiastka stopowego (wolframu) w pełnych procentach. Zawartość węgla w stalach szybkotnących wynosi 0,75–1,15%, chromu - 3,8–4,2% nie jest wskazana w oznaczeniu gatunku stali. Ponadto wszystkie stale szybkotnące zawierają wanad; jeśli jest mniejszy niż 2,2%, nie jest to wskazane w marce.

Do narzędzi skrawających stosuje się stale węglowe U8, U10, U8A, U12 GOST 1435-90, stopowe 9ХС, ХВГ, Х (GOST 5950-73), a także szybkotnące stale wysokostopowe gatunki R18, R12, R6MZ, R6M5, R10K5 (GOST 19265-73). Cechą charakterystyczną stali narzędziowych na narzędzia skrawające jest ich wysoka zawartość węgla (od 0,70 do 1,5%), która umożliwia uzyskanie po hartowaniu i odpuszczaniu wysokiej twardości IKS 60-65.

Do produkcji narzędzi formowanych na zimno często stosuje się stale węglowe i stopowe na narzędzia skrawające. Tłumaczy się to tym, że warunki pracy matryc skrawających i narzędzi skrawających są bardzo zbliżone. Najlepsze stale na narzędzia do formowania na zimno to X12F1, X12M, X6VF itp.

Stale na matryce odkształcające metal w stanie gorącym muszą posiadać wysokie właściwości mechaniczne (wytrzymałość, udarność) w podwyższonych temperaturach oraz posiadać odporność ogniową tj. wytrzymuje wielokrotne ogrzewanie i chłodzenie (cykle termiczne) bez pękania. Są to z reguły stale nisko- i średniostopowe zawierające węgiel od 0,35 do 0,60%, takie jak 5ХНМ, 5ХНМА, 4Х5В2ФС, ЗХ2В8Ф itp.

Stale na przyrządy pomiarowe muszą charakteryzować się dużą twardością, odpornością na zużycie i zachowaniem stabilności wymiarowej. W tym celu zwykle stosuje się wysokowęglowe stale niskostopowe gatunków X, 9ХС, ХВГ itp. Ponadto do narzędzi płaskich (linijki, zszywki, szablony itp.) niskowęglowe stale konstrukcyjne 15, 15Х, 20Х itp., poddawanych nasyceniu powierzchniowemu, często stosuje się węgiel, po którym następuje hartowanie.

Według struktury:

< С, тем >perlit, stal jest mocniejsza.

Według celu:

PYTANIE 14. Klasyfikacja stali ze względu na metodę produkcji i jakość.

Według metody produkcji:

1) Metoda kwaśna;

2) Główną metodą jest stal nieodtleniona KP, spokojna SP, jeśli po marce nie ma liter, to jest to stal spokojna, jeśli nie całkowicie odtleniona, to ps.

Według jakości:

W zależności od zawartości szkodliwych zanieczyszczeń: siarki i fosforu, stal dzieli się na:

Stal zwykłej jakości, zawartość do 0,06% siarki i do 0,07% fosforu. Stal zwykłej jakości jest również podzielona na 3 grupy w zależności od dostaw:

1. stal grupa A dostarczana konsumentom w oparciu o właściwości mechaniczne (taka stal może mieć wysoką zawartość siarki lub fosforu);

2. stal grupa B - według składu chemicznego;

3. stal Grupa B- o gwarantowanych właściwościach mechanicznych i składzie chemicznym.

1. Wysoka jakość- do 0,035% siarki i fosforu osobno.

2. Wysoka jakość- do 0,025% siarki i fosforu.

3. Szczególnie wysoka jakość, do 0,025% fosforu i do 0,015% siarki.

Stale stopowe. Elementy stopowe. Oznaczenie l/s.

Stale stopowe są szeroko stosowane w inżynierii traktorowej i rolniczej, w przemyśle motoryzacyjnym, inżynierii ciężkiej i transporcie, a w mniejszym stopniu w budowie obrabiarek, narzędzi i innych gałęziach przemysłu. Stal ta stosowana jest do konstrukcji metalowych obciążonych dużym obciążeniem.

Stale, w których łączna ilość pierwiastków stopowych nie przekracza 2,5%, zalicza się do niskostopowych, zawierające 2,5-10% do stopowych, a powyżej 10% do wysokostopowych (zawartość żelaza powyżej 45%).

Stale niskostopowe są najczęściej stosowane w budownictwie, a stale stopowe są najczęściej stosowane w inżynierii mechanicznej.

Stale konstrukcyjne stopowe oznacza się cyframi i literami. Dwucyfrowe liczby podane na początku marki wskazują średnią zawartość węgla w setnych procentach, litery po prawej stronie liczby oznaczają pierwiastek stopowy. Na przykład stal 12Х2Н4А zawiera 0,12% C, 2% Cr, 4% Ni i jest klasyfikowana jako wysokiej jakości, co wskazuje litera IАI na końcu gatunku.

Stale konstrukcyjne niskostopowe

Stale niskostopowe to stale zawierające nie więcej niż 0,22% C i stosunkowo niewielką ilość niepoborowych pierwiastków stopowych: do 1,8% Mn, do 1,2% Si, do 0,8% Cr i inne.

Stale te obejmują stale 09G2, 09GS, 17GS, 10G2S1, 14G2, 15HSND, 10KHNDP i wiele innych. Stale w postaci arkuszy i kształtowników stosowane są w budownictwie i budowie maszyn na konstrukcje spawane, głównie bez dodatkowej obróbki cieplnej. Stale niskostopowe i niskowęglowe są spawalne.

Do produkcji rur o dużej średnicy stosuje się stal 17GS (s0,2=360MPa, sв=520MPa).

Do produkcji części wzmocnionych przez nawęglanie stosuje się stale niskowęglowe (0,15-0,25% C). Zawartość pierwiastków stopowych w stalach nie powinna być zbyt duża, ale powinna zapewniać wymaganą hartowność warstwy wierzchniej i rdzenia.

Stale chromowe 15X, 20X przeznaczone są do wytwarzania drobnych wyrobów o prostych kształtach, cementowanych na głębokość 1,0-1,5mm. Stale chromowe w porównaniu ze stalami węglowymi mają wyższe właściwości wytrzymałościowe przy nieco niższej ciągliwości w rdzeniu i lepszej wytrzymałości w warstwie cementowej.

Produkcja stali.

W porównaniu do żeliwa stal zawiera mniej węgla, krzemu, siarki i fosforu. Aby wyprodukować stal z żeliwa, konieczne jest zmniejszenie stężenia substancji poprzez wytapianie oksydacyjne.

We współczesnym przemyśle metalurgicznym stal wytapiana jest głównie w trzech jednostkach: konwektorach, piecach martenowskich i piecach elektrycznych.

Produkcja stali w konwertorach.

Konwerter to naczynie w kształcie gruszki. Górna część nazywana jest wizjerem lub kaskiem. Posiada szyję, przez którą odprowadzane jest ciekłe żeliwo i stal oraz żużel. Część środkowa ma kształt cylindryczny. W dolnej części dołączone jest dno, które w miarę zużycia wymieniane jest na nowe. Do spodu przymocowana jest skrzynka powietrzna, do której wchodzi sprężone powietrze.

Wydajność nowoczesnych konwektorów wynosi 60 - 100 ton lub więcej, a ciśnienie nadmuchu powietrza wynosi 0,3 - 1,35 Mn/m. Ilość powietrza potrzebna do przetworzenia 1 tony żeliwa wynosi 350 metrów sześciennych.

Przed wylaniem żeliwa konwektor ustawia się w pozycji poziomej, w której otwory dysz znajdują się powyżej poziomu wylewanego żeliwa. Następnie powoli powraca do pozycji pionowej i jednocześnie następuje podmuch, który zapobiega przedostawaniu się metalu przez otwory dysz do skrzynki powietrznej. W procesie przedmuchu ciekłego żeliwa wypalają się krzem, mangan, węgiel i częściowo żelazo.

Po osiągnięciu wymaganego stężenia węgla konwektor ustawia się ponownie w pozycji poziomej i zatrzymuje się dopływ powietrza. Gotowy metal odtlenia się i wlewa do kadzi.

Proces Bessemera. Do konwertora wlewa się ciekłe żeliwo o dość dużej zawartości krzemu (do 2,25% i więcej), manganu (0,6-0,9%) oraz minimalnej ilości siarki i fosforu.

W zależności od charakteru zachodzącej reakcji proces Bessemera można podzielić na trzy okresy. Pierwszy okres rozpoczyna się po uruchomieniu podmuchu w konwertorze i trwa 3-6 minut. Małe krople ciekłego żeliwa wylatują z szyjki konwertera wraz z gazami, tworząc iskry. W tym okresie krzem, mangan i częściowo żelazo ulegają utlenieniu zgodnie z reakcjami:

2Mn + O2 = 2MnO,

2Fe + O2 = 2FeO.

Powstały tlenek żelaza częściowo rozpuszcza się w ciekłym metalu, sprzyjając dalszemu utlenianiu krzemu i manganu. Reakcje te zachodzą wraz z wydzieleniem dużej ilości ciepła, co powoduje nagrzewanie się metalu. Żużel okazuje się kwaśny (40-50% SiO2).

Drugi okres rozpoczyna się po niemal całkowitym wypaleniu krzemu i manganu. Ciekły metal nagrzewa się na tyle dobrze, że powstają sprzyjające warunki do utleniania węgla w reakcji C + FeO = Fe + CO, która zachodzi wraz z absorpcją ciepła. Spalanie węgla trwa 8-10 minut i towarzyszy mu nieznaczny spadek temperatury ciekłego metalu. Powstały tlenek węgla spala się w powietrzu. Nad szyjką konwektora pojawia się jasny płomień.

Wraz ze spadkiem zawartości węgla w metalu płomień nad szyjką maleje i rozpoczyna się trzeci okres. Różni się od poprzednich okresów pojawieniem się brązowego dymu nad szyjką konwertera. Świadczy to o prawie całkowitym wypaleniu krzemu, manganu i węgla z żeliwa i rozpoczęło się bardzo silne utlenianie żelaza. Trzeci okres trwa nie dłużej niż 2-3 minuty, po czym konwektor ustawia się w pozycji poziomej i do kąpieli wprowadza się środki odtleniające (żelazomangan, żelazokrzem lub aluminium) w celu zmniejszenia zawartości tlenu w metalu. Reakcje zachodzą w metalu

FeO + Mn = MnO + Fe,

2FeO + Si = SiO2 + Fe,

3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe.

Gotową stal wylewa się z konwektora do kadzi, a następnie przesyła do odlewania.

Aby uzyskać stal o określonej zawartości węgla (np. 0,4 - 0,7% C), wdmuchiwanie metalu zatrzymuje się w momencie, gdy węgiel jeszcze się z niego nie wypalił, lub można pozwolić, aby węgiel całkowicie się wypalił, a następnie dodać pewną ilość żeliwa lub węgla zawierającego pewną ilość żelazostopów.

Większość pieców martenowskich ogrzewana jest mieszaniną gazów wielkopiecowych, koksu i generatorów. Wykorzystywany jest także gaz ziemny. Piec martenowski zasilany olejem opałowym ma generatory służące wyłącznie do podgrzewania powietrza.

Materiały wsadowe (złom, żeliwo, topniki) ładowane są do pieca za pomocą maszyny napełnianej poprzez okna zasypowe. Nagrzewanie wsadu, topienie metalu i żużla w piecu następuje w przestrzeni topienia, gdy materiały stykają się z palnikiem gorących gazów. Gotowy metal jest wypuszczany z pieca przez otwory znajdujące się w najniższej części paleniska. Podczas topienia otwór wylotowy jest zatkany gliną ogniotrwałą.

Proces wytapiania w piecach martenowskich może mieć charakter kwaśny lub zasadowy. W procesie kwasowym ogniotrwały mur pieca wykonany jest z cegły krzemionkowej. Górne części paleniska są spawane piaskiem kwarcowym i naprawiane po każdym stopieniu. W procesie wytapiania otrzymuje się kwaśny żużel o dużej zawartości krzemionki (42-58%).

Podczas głównego procesu wytapiania palenisko i ściany pieca układane są z cegieł magnezytowych, a dach z cegieł krzemionkowych lub chromowo-magnezytowych. Górne warstwy paleniska są spawane proszkiem magnezytowym lub dolomitowym i naprawiane po każdym stopieniu. W procesie wytapiania otrzymuje się kwaśny żużel o wysokiej zawartości 54 – 56% CaO.

Podstawowy proces otwartego serca. Przed rozpoczęciem wytapiania określa się ilość surowców (surówka, złom stalowy, wapień, ruda żelaza) i kolejność ich ładowania do pieca. Za pomocą zalewarki do przestrzeni topienia pieca wprowadza się formę (specjalną skrzynkę) z wałem i odwraca, w wyniku czego wsad wylewany jest na dno pieca. Najpierw ładowany jest złom drobny, następnie złom większy, a następnie wapno kawałkowe (3 - 5% masy metalu). Po podgrzaniu załadowanych materiałów pozostały złom stalowy i żeliwo podawane są w dwóch lub trzech porcjach.

Aby intensywniej zaopatrzyć kąpiel metaliczną w tlen, do żużla wprowadza się rudę żelaza. Tlen rozpuszczony w metalu utlenia krzem, mangan, fosfor i węgiel zgodnie z reakcjami omówionymi powyżej.

Do czasu stopienia całego wsadu znaczna część fosforu przechodzi do żużla, ponieważ ten ostatni zawiera wystarczającą ilość tlenku żelazawego i wapna. Aby uniknąć odwrotnego przejścia fosforu w metal, zanim kąpiel zacznie wrzeć, 40–50% pierwotnego żużla z pieca.

Po pobraniu żużla pierwotnego do pieca ładuje się wapno, w wyniku czego powstaje nowy, bardziej zasadowy żużel. Obciążenie cieplne pieca wzrasta, tak że wapno ogniotrwałe szybko zamienia się w żużel, a temperatura kąpieli metalowej wzrasta. Po pewnym czasie, 15–20 minutach, do pieca ładowana jest ruda żelaza, co zwiększa zawartość tlenków żelaza w żużlu i powoduje reakcję utleniania węgla w metalu

[C] + (FeO) = gaz Co.

Tworzy się tlenek węgla, który uwalnia się z metalu w postaci pęcherzyków, wywołując wrażenie wrzenia, co przyczynia się do wymieszania metalu, uwolnienia wtrąceń metalicznych i rozpuszczonych gazów, a także równomiernego rozkładu temperatury w całym procesie. głębokość kąpieli. Aby dobrze zagotować kąpiel, konieczne jest dostarczenie ciepła, ponieważ tej reakcji towarzyszy absorpcja ciepła. Czas wrzenia kąpieli zależy od wydajności pieca i gatunku stali i wynosi od 1,25 do 2,5 godziny lub więcej.

Zwykle rudę żelaza dodaje się do pieca podczas pierwszego okresu wrzenia, zwanego polerowaniem metalu. Szybkość utleniania węgla w tym okresie w nowoczesnych piecach martenowskich o dużej wydajności wynosi 0,3–0,4% na godzinę.

W drugiej połowie okresu wrzenia ruda żelaza nie jest wprowadzana do kąpieli. Metal wrze z małymi pęcherzykami z powodu tlenków żelaza nagromadzonych w żużlu. Szybkość wypalania węgla w tym okresie wynosi 0,15 - 0,25% na godzinę. W okresie wrzenia monitorowanie zasadowości i płynności żużla.

Kiedy zawartość węgla w metalu jest nieco niższa niż wymagana dla gotowej stali, rozpoczyna się ostatni etap wytapiania - okres wykańczania i odtleniania metalu. Do pieca wprowadza się pewną ilość brył żelazomanganu (12% Mn), a następnie po 10 - 15 minutach żelazokrzemu (12-16% Si). Mangan i krzem oddziałują z tlenem rozpuszczonym w metalu, w wyniku czego reakcja utleniania węgla zostaje zawieszona. Zewnętrzną oznaką uwolnienia metalu z tlenu jest zaprzestanie uwalniania się pęcherzyków tlenku węgla na powierzchni żużla.

Podczas głównego procesu wytapiania następuje częściowe usunięcie siarki z metalu w wyniku reakcji

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

Wymaga to wysokiej temperatury i wystarczającej zasadowości żużla.

Proces z otwartym paleniskiem kwasowym. Proces ten składa się z tych samych okresów, co główny. Stosowany wsad jest bardzo czysty pod względem fosforu i siarki. Wyjaśnia to fakt, że powstały kwaśny żużel nie może zatrzymać tych szkodliwych zanieczyszczeń.

Piece zazwyczaj działają na wsad stały. Ilość złomu wynosi 30–50% masy wsadu metalicznego. We wsadzie nie może znajdować się więcej niż 0,5% Si. Do pieca nie można wprowadzać rudy żelaza, ponieważ może ona oddziaływać z krzemionką paleniska i niszczyć ją w wyniku tworzenia się niskotopliwego związku 2FeO*SiO2. Aby otrzymać żużel pierwotny, do pieca ładuje się pewną ilość żużla kwarcytowego lub żużla martenowskiego. Następnie wsad jest podgrzewany gazami piecowymi; żelazo, krzem, mangan ulegają utlenieniu, ich tlenki stapiają się z topnikami i tworzą kwaśny żużel zawierający do 40–50% SiO2. W tym żużlu większość tlenku żelazawego występuje w postaci krzemianu, co utrudnia przejście z żużla na metal. Wrzenie kąpieli podczas procesu kwasowego rozpoczyna się później niż podczas procesu głównego i przebiega wolniej nawet przy dobrym nagrzaniu metalu. Ponadto kwaśne żużle mają zwiększoną lepkość, co negatywnie wpływa na wypalanie węgla.

Ponieważ stal wytapiana jest pod warstwą kwaśnego żużla o niskiej zawartości wolnego tlenku żelazawego, żużel ten chroni metal przed natlenieniem. Przed opuszczeniem pieca stal zawiera mniej rozpuszczonego tlenu niż stal wytapiana w procesie głównym.

Aby zintensyfikować proces na otwartym palenisku, powietrze wzbogaca się w tlen dostarczany do płomienia. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie wyższych temperatur w płomieniu, zwiększenie jego emisyjności, zmniejszenie ilości produktów spalania i tym samym zwiększenie mocy cieplnej paleniska.

Do kąpieli pieca można także wprowadzić tlen. Wprowadzenie tlenu do palnika i kąpieli piecowej skraca okresy topienia i zwiększa wydajność pieca o 25-30%. Produkcja sklepień chromowo-magnezytowych zamiast sklepień dynasowych umożliwia zwiększenie mocy cieplnej pieców, wydłużenie okresu remontu 2-3 razy i zwiększenie wydajności o 6-10%.

Topienie metali wiązką elektronów. Aby uzyskać szczególnie czyste metale i stopy, stosuje się topienie wiązką elektronów. Topienie polega na wykorzystaniu energii kinetycznej wolnych elektronów przyspieszanych w polu elektrycznym wysokiego napięcia. Strumień elektronów kierowany jest na metal, powodując jego nagrzanie i stopienie.

Topienie wiązką elektronów ma wiele zalet: wiązki elektronów umożliwiają uzyskanie dużej gęstości energii cieplnej, regulację prędkości topienia w szerokich granicach, eliminację zanieczyszczenia wytopu materiałem tygla oraz wykorzystanie wsadu w dowolnej postaci. Przegrzanie roztopionego metalu w połączeniu z niskimi prędkościami topienia i głęboką próżnią stwarzają skuteczne warunki do oczyszczenia metalu z różnych zanieczyszczeń.

Przetapianie elektrożużlowe. Bardzo obiecującą metodą wytwarzania wysokiej jakości metalu jest przetapianie elektrożużlowe. Krople metalu powstające podczas przetapiania przedmiotu obrabianego przechodzą przez warstwę ciekłego metalu i ulegają rafinacji. Podczas obróbki metalu za pomocą żużla i ukierunkowanej krystalizacji wlewka od dołu do góry zawartość siarki w przedmiocie obrabianym zmniejsza się o 30–50%, a zawartość wtrąceń niemetalicznych o dwa do trzech razy.

Odkurzanie stali. Topienie próżniowe jest szeroko stosowane do produkcji stali wysokiej jakości. Wlewek zawiera gazy i pewną ilość wtrąceń niemetalicznych. Można je znacznie zmniejszyć, stosując ewakuację stali podczas jej wytapiania i odlewania. W tej metodzie ciekły metal trzymany jest w zamkniętej komorze, z której usuwane jest powietrze i inne gazy. Opróżnianie stali odbywa się w kadzi przed wlaniem do form. Najlepsze rezultaty uzyskuje się, gdy stal po opróżnieniu w kadzi wlewa się do form także w próżni. Wytapianie metali w próżni odbywa się w zamkniętych piecach indukcyjnych.

Rafinacja stali w kadzi z ciekłym żużlem syntetycznym. Istotą tej metody jest oczyszczanie stali z siarki, tlenu i wtrąceń niemetalicznych poprzez intensywne mieszanie stali w kadzi z uprzednio wlanym do niej żużlem, przygotowanym w specjalnym piecu do topienia żużla. Stal po obróbce ciekłym żużlem posiada wysokie właściwości mechaniczne. Skracając okres rafinacji w piecach łukowych, których wydajność można zwiększyć o 10 - 15%. Piec martenowski przerabiany żużlami syntetycznymi jest jakością zbliżoną do jakości stali wytapianej w piecach elektrycznych.

Stal (z niemieckiego Stahl) to stop (roztwór stały) żelaza z węglem (i innymi pierwiastkami), charakteryzujący się przemianą eutektoidalną. Zawartość węgla w stali nie przekracza 2,14%. Węgiel nadaje stopom żelaza wytrzymałość i twardość, zmniejszając ciągliwość i wytrzymałość.

Biorąc pod uwagę, że do stali można dodawać pierwiastki stopowe, stal jest stopem żelaza z węglem i pierwiastkami stopowymi zawierającymi co najmniej 45% żelaza (stal stopowa, wysokostopowa).

Aplikacje

Stale o wysokich właściwościach elastycznych są szeroko stosowane w budowie maszyn i instrumentów. W budowie maszyn stosuje się je do produkcji resorów, amortyzatorów, sprężyn napędowych różnego przeznaczenia, w budowie przyrządów - na liczne elementy sprężyste: membrany, sprężyny, płytki przekaźników, miechy, zastrzały, zawieszenia.

Sprężyny, sprężyny maszynowe i elementy sprężyste urządzeń charakteryzują się różnorodnością kształtów, rozmiarów i różnymi warunkami pracy. Osobliwością ich pracy jest to, że przy dużych obciążeniach statycznych, cyklicznych lub udarowych nie dopuszcza się w nich odkształceń szczątkowych. W związku z tym wszystkie stopy sprężynowe, oprócz właściwości mechanicznych charakterystycznych dla wszystkich materiałów konstrukcyjnych (wytrzymałość, ciągliwość, udarność, wytrzymałość), muszą charakteryzować się wysoką odpornością na małe odkształcenia plastyczne. W warunkach krótkotrwałego obciążenia statycznego odporność na małe odkształcenia plastyczne charakteryzuje się granicą sprężystości, a przy długotrwałym obciążeniu statycznym lub cyklicznym - oporem relaksacyjnym.

Klasyfikacja

Stale dzielą się na strukturalny I instrumentalny. Rodzaj stali narzędziowej to stal szybkotnąca.

Według składu chemicznego stale dzielą się na węglowe i stopowe; w tym według zawartości węgla - na niskoemisyjny (do 0,25% C), średniowęglowy (0,3-0,55% C) i wysokowęglowy (0,6-2% C); Stale stopowe, ze względu na zawartość pierwiastków stopowych, dzielimy na niskostopowe – do 4% pierwiastków stopowych, średniostopowe – do 11% pierwiastków stopowych i wysokostopowe – powyżej 11% pierwiastków stopowych.

Stale, w zależności od metody ich wytwarzania, zawierają różną ilość wtrąceń niemetalicznych. Zawartość zanieczyszczeń jest podstawą klasyfikacji stali według jakości: zwykła jakość, wysoka jakość, wysoka jakość i szczególnie wysoka jakość.

Charakterystyka stali

Gęstość: 7700-7900 kg/m3,

Ciężar właściwy: 75500-77500 N/m3 (7700-7900 kgf/m3 w systemie MKGSS),

Ciepło właściwe w 20°C: 462 J/(kg°C) (110 cal/(kg°C)),

Temperatura topnienia: 1450-1520°C,

Specyficzne ciepło topnienia: 84 kJ/kg (20 kcal/kg, 23 Wh/kg),

Współczynnik przewodności cieplnej w temperaturze 100°C. Stal chromowo-niklowo-wolframowa 15,5 W/(m·K)

Stal chromowa 22,4 W/(mK)

Stal molibdenowa 41,9 W/(mK)

Stal węglowa (gatunek 30) 50,2 W/(mK)

Stal węglowa (gatunek 15) 54,4 W/(mK)

Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej w temperaturze ok. 20°C: stal St3 (gat. 20) 1/°C

stal nierdzewna 1/°C

Stal szynowa 690-785 MPa

Produkcja stali

Istotą procesu przerobu żeliwa na stal jest zredukowanie do wymaganego stężenia zawartości węgla oraz szkodliwych domieszek – fosforu i siarki, które powodują, że stal staje się krucha i krucha. W zależności od metody utleniania węgla, istnieją różne metody przetwarzania żeliwa na stal: konwertorowe, martenowskie i elektrotermiczne.

Metoda Bessemera

Metoda Bessemera przetwarza żeliwo zawierające niewielką ilość fosforu i siarki oraz bogate w krzem (co najmniej 2%). Podczas wdmuchiwania tlenu krzem ulega najpierw utlenieniu, uwalniając znaczną ilość ciepła. W rezultacie początkowa temperatura żeliwa od około 1300° C szybko wzrasta do 1500-1600° C. Wypalenie 1% Si powoduje wzrost temperatury o 200° C. Już od około 1500° C rozpoczyna się intensywne wypalanie węgla. Wraz z nim żelazo również intensywnie się utlenia, szczególnie pod koniec wypalania krzemu i węgla:

Si + O2 = SiO2

2C + O2 = 2CO

2Fe + O2 = 2FeO

Powstały tlenek żelaza FeO dobrze rozpuszcza się w roztopionym żeliwie i częściowo przechodzi do stali, a częściowo reaguje z SiO2 i w postaci krzemianu żelaza FeSiO3 przechodzi do żużla:

FeO + SiO2 = FeSiO3

Fosfor całkowicie przenosi się z żeliwa na stal, więc P2O5 z nadmiarem SiO2 nie może reagować z tlenkami zasadowymi, ponieważ SiO2 reaguje z tymi ostatnimi energiczniej. Dlatego żeliwa fosforowego nie można przetworzyć tą metodą na stal.

Wszystkie procesy w konwerterze przebiegają szybko – w ciągu 10-20 minut, ponieważ tlen z powietrza wdmuchiwany przez żeliwo natychmiast reaguje z odpowiednimi substancjami w całej objętości metalu. Podczas nadmuchu powietrza wzbogaconego w tlen procesy ulegają przyspieszeniu. Tlenek węgla CO powstający podczas spalania węgla, bulgocze w górę i spala się tam, tworząc pochodnię lekkiego płomienia nad szyjką konwertera, który zmniejsza się w miarę wypalania się węgla, a następnie całkowicie znika, co jest oznaką końca proces. Powstała stal zawiera znaczne ilości rozpuszczonego tlenku żelaza FeO, co znacznie pogarsza jakość stali. Dlatego przed odlewaniem stal należy odtlenić za pomocą różnych środków odtleniających - żelazokrzemu, feromanganu lub aluminium:

2FeO + Si = 2Fe + SiO2

FeO + Mn = Fe + MnO

3FeO + 2Al = 3Fe + Al2O3

Tlenek manganu MnO jako tlenek główny reaguje z SiO2 i tworzy krzemian manganu MnSiO3, który przechodzi do żużla. Tlenek glinu, jako substancja nierozpuszczalna w tych warunkach, również wypływa na wierzch i zamienia się w żużel. Pomimo swojej prostoty i wysokiej wydajności metoda Bessemera nie jest obecnie wystarczająco rozpowszechniona, ponieważ ma wiele istotnych wad. Zatem żeliwo do metody Bessemera musi mieć jak najniższą zawartość fosforu i siarki, co nie zawsze jest możliwe. Przy tej metodzie dochodzi do bardzo dużego wypalenia metalu, a wydajność stali wynosi tylko 90% masy żeliwa, a ponadto zużywa się dużo środków odtleniających. Poważną wadą jest brak możliwości regulowania składu chemicznego stali.

Stal Bessemera zawiera zwykle mniej niż 0,2% węgla i jest wykorzystywana jako żelazo przemysłowe do produkcji drutu, śrub, blachy dachowej itp.

Metoda Thomasa

Metoda Thomasa przetwarza żeliwo o wysokiej zawartości fosforu (do 2% lub więcej). Zasadnicza różnica pomiędzy tą metodą a metodą Bessemera polega na tym, że wyłożenie konwertera wykonane jest z tlenków magnezu i wapnia. Ponadto do żeliwa dodaje się do 15% CaO. W rezultacie substancje żużlotwórcze zawierają znaczny nadmiar tlenków o właściwościach zasadowych.

W tych warunkach bezwodnik fosforanowy P2O5 powstający podczas spalania fosforu oddziałuje z nadmiarem CaO tworząc fosforan wapnia i przechodzi do żużla:

4P + 5O2 = 2P2O5

P2O5 + 3CaO = Ca3(PO4)2

Reakcja spalania fosforu jest jednym z głównych źródeł ciepła w tej metodzie. Po spaleniu 1% fosforu temperatura konwertora wzrasta o 150°C. Do żużla uwalniana jest siarka w postaci siarczku wapnia CaS, nierozpuszczalnego w roztopionej stali, który powstaje w wyniku oddziaływania rozpuszczalnego FeS z CaO zgodnie z reakcją:

FeS + CaO = FeO + CaS

Wszystkie te ostatnie procesy przebiegają analogicznie jak w przypadku metody Bessemera. Wady metody Thomasa są takie same jak metody Bessemera. Stal Thomas jest również niskoemisyjna i wykorzystywana jest jako żelazo techniczne do produkcji drutu, blachy dachowej itp.

Piec z otwartym paleniskiem

Metoda otwartego paleniska różni się od metody konwertorowej tym, że spalanie nadmiaru węgla w żeliwie następuje nie tylko pod wpływem tlenu atmosferycznego, ale także tlenu tlenków żelaza, które dodawane są w postaci rudy żelaza i zardzewiałych złomów żelaza.

Piec martenowski składa się z wanny do topienia, pokrytej łukiem z cegły ogniotrwałej oraz specjalnych komór regeneracyjnych do wstępnego podgrzewania powietrza i gazów palnych. Regeneratory wypełnione są szczeliwem z cegły ogniotrwałej. Kiedy pierwsze dwa regeneratory są podgrzewane gazami piecowymi, gaz palny i powietrze są wdmuchiwane do pieca przez rozgrzane do czerwoności regeneratory trzeci i czwarty. Po pewnym czasie, gdy pierwsze dwa regeneratory się nagrzeją, przepływ gazu kierowany jest w przeciwnym kierunku, itd.

Kąpiele do topienia potężnych pieców martenowskich mają długość do 16 m, szerokość do 6 m i wysokość ponad 1 m. Pojemność takich wanien sięga 500 ton stali. Złom żelaza i ruda żelaza ładowane są do kąpieli wytopowej. Do mieszaniny dodaje się także wapień w postaci topnika. Temperaturę pieca utrzymuje się na poziomie 1600-1650°C i powyżej. Do wypalania domieszek węglowych i żeliwnych w pierwszym okresie topienia dochodzi głównie na skutek nadmiaru tlenu w mieszaninie palnej przy reakcjach takich samych jak w konwertorze, a także gdy nad roztopionym żeliwem tworzy się warstwa żużla – pod wpływem tlenków żelaza

4Fe2O3 + 6Si = 8Fe + 6SiO2

2Fe2O3 + 6Mn = 4Fe + 6MnO

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO

5Fe2O3 + 2P = 10FeO + P2O5

FeO + C = Fe + CO

W wyniku oddziaływania tlenków zasadowych i kwasowych powstają krzemiany i fosforany, które zamieniają się w żużel. Siarka przechodzi również do żużla w postaci siarczku wapnia:

MnO + SiO2 = MnSiO3

3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2

FeS + CaO = FeO + CaS

Piece martenowskie, podobnie jak konwertery, działają okresowo. Po odlaniu stali piec ponownie ładuje się wsadem itp. Proces przeróbki żeliwa w stal w otwartych paleniskach przebiega stosunkowo powoli i trwa 6-7 godzin. W przeciwieństwie do konwertora, w piecach martenowskich można łatwo dostosować skład chemiczny stali, dodając do żeliwa złom i rudę w takiej czy innej proporcji. Przed zakończeniem wytapiania zatrzymuje się ogrzewanie pieca, żużel odprowadza się, a następnie dodaje się tlenki kwasowe. Stal stopową można również wytwarzać w paleniskach otwartych. W tym celu pod koniec procesu topienia do stali dodaje się odpowiednie metale lub stopy.

Metoda elektrotermiczna

Metoda elektrotermiczna ma wiele zalet w porównaniu z metodą otwartego paleniska, a zwłaszcza metodą konwertorową. Metoda ta pozwala uzyskać stal o bardzo wysokiej jakości i precyzyjnie regulować jej skład chemiczny. Dostęp powietrza do pieca elektrycznego jest znikomy, dlatego znacznie mniej powstaje tlenek żelaza FeO, który zanieczyszcza stal i pogarsza jej właściwości. Temperatura w piecu elektrycznym nie jest niższa niż 2000°C. Pozwala to na przetapianie stali przy użyciu żużli silnie zasadowych (trudnych do topienia), w których następuje pełniejsze usunięcie fosforu i siarki. Dodatkowo, ze względu na bardzo wysoką temperaturę panującą w piecach elektrycznych, istnieje możliwość stopowania stali z metalami ogniotrwałymi – molibdenem i wolframem. Piece elektryczne zużywają jednak dużo energii elektrycznej – do 800 kW/h na 1 tonę stali. Dlatego tę metodę stosuje się wyłącznie do produkcji wysokiej jakości stali specjalnej.

Piece elektryczne występują w różnych pojemnościach - od 0,5 do 180 t. Wyłożenie pieca najczęściej wykonuje się z pieca głównego (z CaO i MgO). Skład ładunku może być inny. Czasami składa się z 90% złomu i 10% żeliwa, czasami dominuje żeliwo z dodatkami w określonej proporcji rudy żelaza i złomu. Do mieszaniny dodaje się także wapień lub wapno w postaci topnika. Procesy chemiczne podczas wytapiania stali w piecach elektrycznych przebiegają tak samo, jak w paleniskach otwartych.

Właściwości stali

Właściwości fizyczne

gęstość ρ ≈ 7,86 g/cm3; współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej α = 11 ... 13 10−6 K−1;

współczynnik przewodzenia ciepła k = 58 W / (m · K);

moduł Younga E = 210 GPa;

moduł ścinania G = 80 GPa;

Współczynnik Poissona ν = 0,28 ... 0,30;

rezystywność (20 °C, 0,37-0,42% węgla) = 1,71 10-7 om m

Perlit jest mieszaniną eutektoidów dwóch faz - ferrytu i cementytu, zawiera 1/8 cementytu i dlatego ma zwiększoną wytrzymałość i twardość w porównaniu do ferrytu. Dlatego stale podeutektoidalne są znacznie bardziej plastyczne niż stale nadeutektoidalne.

Stale zawierają do 2,14% węgla. Podstawą nauki o stali, jako stopie żelaza i węgla, jest diagram fazowy stopów żelazo-węgiel - graficzne przedstawienie stanu fazowego stopów żelazo-węgiel w zależności od ich składu chemicznego i temperatury. Aby poprawić właściwości mechaniczne i inne stali, stosuje się dodatki stopowe. Głównym celem stopowania zdecydowanej większości stali jest zwiększenie wytrzymałości poprzez rozpuszczenie pierwiastków stopowych w ferrycie i austenicie, utworzenie węglików i zwiększenie hartowności. Ponadto pierwiastki stopowe mogą zwiększać odporność na korozję, odporność na ciepło, odporność na ciepło itp. Pierwiastki takie jak chrom, mangan, molibden, wolfram, wanad i tytan tworzą węgliki, ale nikiel, krzem, miedź i aluminium nie tworzą węglików. Ponadto pierwiastki stopowe zmniejszają krytyczną szybkość chłodzenia podczas hartowania, co należy wziąć pod uwagę przy przypisywaniu trybów hartowania (temperatury ogrzewania i czynniki chłodzące). Przy znacznej ilości pierwiastków stopowych struktura może ulegać znaczącym zmianom, co prowadzi do powstania nowych klas konstrukcyjnych w porównaniu ze stalami węglowymi.

Obróbka stali

Rodzaje obróbki cieplnej

Stal w stanie wyjściowym jest dość plastyczna, można ją poddać obróbce poprzez odkształcanie: kucie, walcowanie, tłoczenie. Cechą charakterystyczną stali jest jej zdolność do istotnej zmiany właściwości mechanicznych po obróbce cieplnej, której istotą jest zmiana struktury stali podczas nagrzewania, przetrzymywania i chłodzenia, według specjalnego reżimu. Wyróżnia się następujące rodzaje obróbki cieplnej:

wyżarzanie;

normalizacja;

hartowanie;

Wakacje.

Im stal jest bogatsza w węgiel, tym jest twardsza po obróbce cieplnej. Stal o zawartości węgla do 0,3% (żelazo techniczne) praktycznie nie daje się hartować.

Nawęglanie (C) zwiększa twardość powierzchniową stali miękkiej w wyniku zwiększonego stężenia węgla w warstwach powierzchniowych.

PYTANIE 13. Klasyfikacja stali według struktury i przeznaczenia.

Według struktury:

1) podeutektoidalny (węgiel 0-0,8) występujący w tej strukturze. Ferryt i perlit. Jak< С, тем >perlit, stal jest mocniejsza.

2) eutektoida (C=0,8). Mają w swojej strukturze wyłącznie perlit, stal jest mocna.

3) awtektoid (C 0,8-2,14). Mają P i C na drugim miejscu w swojej strukturze, stały się bardzo twarde, mniej lepkie i plastyczne.

Według celu:

1) konstrukcja (C 0,8-2,14) stale te są dość mocne, dobrze się walcują i spawają.

2) Inżynieria mechaniczna (C 0,3-0,8). Mają więcej perlitu, więc są bardziej TV niż materiałami budowlanymi, chociaż ich lepkość i plastyczność są zmniejszone.

3) Instrumentalny (C od 0,7-1,3). Jest to stal wysokowęglowa, bardzo twarda, nie ciągliwa.

4) Stale odlewnicze – do odlewów staliwnych stosuje się stopy. C=0,035. stale niskowęglowe.