Степень раскисления стали на что влияет

Виды стали по степени раскисления

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

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Общая информация

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

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

Химический состав сталей обыкновенного качества

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

Углеродистая сталь

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

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

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

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

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

Подразделяется на шесть категорий.

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

Маркировка стали

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

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

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

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

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

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно. В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

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

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

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

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

Спокойная сталь

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

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

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

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям — является полуспокойная сталь.

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

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

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.

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

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

Классификация сталей по степени раскисления

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

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

Классификация сталей по химическому составу :

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

Путем исследований были также получены нержавеющая и оцинкованная стали.

Углеродистая сталь

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

По качеству, классификация углеродистой стали предусматривает:

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

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

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

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

Маркировка углеродистых сталей

Углеродистые и легированные стали классифицируются по :

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

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

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

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

Химический состав стали

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

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

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

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

Кипящая сталь

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

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

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

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

Спокойная сталь

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

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

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

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

Полуспокойная сталь

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

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

Из марки такой стали производят:

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

Сталь – один из важнейших металлических материалов

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

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

Основные методы изготовления стальных труб

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

Свойства и классификация строительной арматуры

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

Способы соединения арматуры при строительстве

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

Стали бывают разные.

Сталью называют сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-71, ГОСТ 1050-75) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

От количества углерода зависит прочность стали, но чем больше его, тем менее пластична становится сталь.

Углеродистые стали могут быть:

малоуглеродистыми, т. е. содержащими углерода менее 0,25%;

среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25-0,60%

высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%

Легированные стали подразделяют на:

низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%

среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Назначение сталей различных марок

Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных и машиностроительных изделий.
Инструментальные стали, из которых изготовляют режущий, мерительный, штамповый и прочие инструменты. Эти стали содержат более 0,65% углерода.
Стали с особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар.
Стали с особыми химическими свойствами — такие как нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

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.

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

Высококачественные — до 0.025% серы и фосфора.

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

Степень раскисления стали

Раскисление стали — удаление из стали кислорода. По степени раскисления стали делятся на:

спокойные, то есть полностью раскисленные; обозначаются буквами «сп» в конце марки (иногда буквы опускаются);

кипящие, то есть слабо раскисленные; маркируются буквами «кп»;

полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «пс».

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

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

сталь группы Б — по химическому составу;

сталь группы В — с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. В зависимости от нормируемых показателей (предел прочности, относительное удлинение, предел текучести, изгиб в холодном состоянии) сталь каждой группы делится на категории, которые обозначаются арабскими цифрами.3

Степень раскисления влияет на свойства стали. Чем больше раз производилась обработка по выведению кислорода с поверхности стали, тем устойчивее зерна. И наоборот, чем меньше раз производилась обработка, тем пластичнее сталь. Поэтому, например, прокатный швеллер из стали кп (кипящая) применяется в пластичных конструкциях, а сп (спокойная) выбирают те, кому необходима прочная конструкция.

Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества

Обозначают по ГОСТ 380-94 буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа «А» в обозначении марки стали не ставится. Для указания категории стали к обозначению марки добавляют номер в конце соответствующий категории, первую категорию обычно не указывают.
Например:
Ст1кп2 — углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);
ВСт5Г — углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
Вст0 — углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории (стали марок Ст0 и Бст0 по степени раскисления не разделяют).

Нелегированные конструкционные качественные стали

В соответствии с ГОСТ 1050-88 эти стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05 ; 08 ; 10 ; 25 ; 40 и т.д. Так сталь с содержанием углерода 0.07 — 0.14% обозначается 10, сталь с содержанием углерода 0.42 — 0.50% — 45, а сталь с углеродом 0.57 — 0.65% — 60. При этом для сталей с C

Конструкционные легированные стали

В соответствии с ГОСТ 4543-71 наименования таких сталей состоят из цифр и букв. Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Буквы указывают на основные легирующие элементы, включенные в сталь (см. таблицу 2, нержавеющие стали.) Цифры после каждой буквы обозначают примерное процентное содержание соответствующего элемента, округленное до целого числа , при содержании легирующего элемента до 1.5% цифра за соответствующей буквой не указывается. Например, сталь состава C 0.09 — 0.15%, Cr 0.4 — 0.7%, Ni 0.5 — 0.8% называется 12ХН, а сталь состава C 0.27 — 0.34%, Cr 2.3 — 2.7%, Mo 0.2 — 0.3%, V 0.06 — 0.12% — 30Х3МФ. Для того, чтобы показать, что в стали ограничено содержание серы и фосфора (S

Литейные конструкционные стали

В соответствии с ГОСТ 977-88 обозначаются по тем же правилам, что и качественные и легированные стали. Отличие заключается лишь в том, что в конце наименований литейных сталей приводится буква Л, например, 15Л, 20Г1ФЛ, 35 ХГЛ и др. Строительные стали. Строительные стали по ГОСТ 27772-88 обозначаются буквой С (строительная) и цифрами, соответствующими минимальному пределу текучести стали. Буква К в конце наименования указывает на стали с повышенной коррозионной стойкостью, буква Т — на термоупрочненный прокат, а буква Д — на повышенное содержание меди. Например: С255, С345Т, С 390К, С440Д и т.д.

ГОСТ 801-78 маркируют буквами «ШХ», после которых указывают содержание хрома в десятых долях процента. Для сталей, подвергнутых электрошлаковому переплаву, буква Ш добавляется также и в конце их наименований через тире. Например: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

ГОСТ 1414-75 начинаются с буквы А (автоматная). Если сталь при этом легирована свинцом, то ее наименование начинается с букв АС. Для отражения содержания в сталях остальных элементов используются те же правила, что и для легированных конструкционных сталей. Например: А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ

Нелегированные углеродистые инструментальные стали

Данные стали в соответствии с ГОСТ 1435-90 делятся на качественные и высококачественные. Качественные стали обозначаются буквой У (углеродистая) и цифрой, указывающей среднее содержание углерода в стали, в десятых долях процента. Так сталь У7 содержит 0.65 — 0.74% углерода, сталь У10 — 0.95 — 1.04%, а сталь У13 — 1.25 — 1.35%. В обозначения высококачественных сталей добавляется буква А (У8А, У12А и т.д.). Кроме того, в обозначениях как качественных, так и высококачественных углеродистых инструментальных сталей может присутствовать буква Г, указывающая на повышенное содержание в стали марганца. Например: У8Г, У8ГА.

Инструментальные легированные стали

Правила обозначения инструментальных легированных сталей по ГОСТ 5950-73 в основном те же, что и для конструкционных легированных. Различие заключается лишь в цифрах, указывающих на массовую долю углерода в стали. Процентное содержание углерода также указывается в начале наименования стали, в десятых долях процента, а не в сотых, как для конструкционных легированных сталей. Если же в инструментальной легированной стали содержание углерода составляет около 1.0%, то соответствующую цифру в начале ее наименования обычно не указывают. Приведем примеры: сталь 4Х2В5МФ имеет содержание C 0.3 — 0.4%, Cr 2.2 — 3.0%, W 4.5 — 5.5%, Mo 0.6 — 0.9%, V 0.6 — 0.9%, а сталь ХВГ — C 0.9 — 1.05%, Cr 0.9 — 1.2%, W 1.2 — 1.6%, Mn 0.8 — 1.1%.

Обозначают буквой «Р», следующая за ней цифра указывает на процентное содержание в ней вольфрама: В отличие от легированных сталей в наименованиях быстрорежущих сталей не указывается процентное содержание хрома, т.к. оно составляет около 4% во всех сталях, и углерода (оно пропорционально содержанию ванадия). Буква Ф, показывающая наличие ванадия, указывается только в том случае, если содержание ванадия составляет более 2.5%. В соответствии с вышесказанным сталь Р6М5 имеет состав С 0.82 — 0.9%, Cr 3.8 — 4.4%, Mo 4.8 — 5.3%, V 1.7 — 2.1%, W 5.5 — 6.5%, а сталь состава С 0.95 — 1.05%, Cr 3.8 — 4.3%, Mo 4.8 — 5.3%, V 2.3 — 2.7%, N 0.05 — 0.1%, W 5.7 — 6.7% называется Р6АМ5Ф3

Обозначения стандартных нержавеющих сталей согласно ГОСТ 5632-72 состоят из букв и цифр и строятся по тем же принципам, что и обозначения конструкционных легированных сталей. В обозначения литейных нержавеющих сталей добавляется буква Л.
Приведем примеры:
нержавеющая сталь состава C В том случае, если стали получены методом электрошлакового переплава, к их наименованиям (также как и для легированных сталей) добавляется через тире буква Ш (06Х16Н15М3Б-Ш). Помимо этого к наименованиям указанных сталей через тире могут добавляться буквы, означающие следующее: ВД — вакуумно-дуговой переплав (09Х16Н4Б-ВД), ВИ — вакуумно-индукционная выплавка (03Х18Н10-ВИ), ЭЛ — электронно-лучевой переплав (03Н18К9М5Т-ЭЛ), ГР — газокислородное рафинирование (04Х15СТ-ГР), ИД — ваккумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ЭП14-ИД), ПД — плазменная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ХН45НВТЮБР-ПД), ИЛ — вакуумно-индукционная выплавка с последующим электронно-лучевым переплавом (ЭП989-ИЛ) и т.д.

Основные марки сталей.

Основные стандарты производства сталей:

• углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-88);
• сталь конструкционная (ГОСТ 1414-75);
• углеродистая качественная конструкционная сталь (ГОСТ 1050-88);
• инструментальная углеродистая сталь (ГОСТ 1435-90);
• легированная конструкционная сталь (ГОСТ 4543-71);
• сталь низкоуглеродистая качественная (ГОСТ 9045-80);
• сталь конструкционная низколегированная (19281-89).
• качественная калиброванная сталь (ГОСТ 1051-73);
• подшипниковая сталь (ГОСТ 801-78)
• сталь арматурная низколегированная (ГОСТ 5781-82);
• сталь конструкционная легированная (ГОСТ 4543-71);
• сталь инструментальная легированная (ГОСТ 5950-73);
• высоколегированные стали и сплавы коррозийностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72);
• сталь конструкционная легированная высококачественная специального назначения (ГОСТ 11268-76) и некоторые другие.

1. Углеродистая сталь

В зависимости от назначения углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-88) подразделялся на три группы:

А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства;
Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом;
В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке.

По видам обработки сталь углеродистую качественную конструкционную изготавливают:

• горячекатаннную
• кованную;
• колиброванную;
• круглую со специальной отделкой поверхности — серебрянку.

2. Легированная сталь

Легированную сталь по степени легирования разделяют:

• на низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %);
• среднелегированную (от 2,5 до 10 %);
• высоколегированную (от 10 до 50 %);

К высоколегированным относят:

• коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;
• жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;
• жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

3. Сталь легированная конструкционная

В зависимости от химического состава и свойств разделяют:

• качественную;
• высококачественную А;
• особовысококачественную Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки при поставке различают сталь:

По назначению изготовляют прокат:

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

4. Электротехническая тонколистовая сталь

а) по структурному состоянию и виду прокатки разделяют на классы:

1 — горячекатаная изотропная;
2 — холоднокатаная изотропная;
3 — холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой;

б) по содержанию кремния:

0 — до 0,4 %;
1 — св. 0,4 до 0,8 %;
2 — св. 0,8 до 1,8 %;
3 — св. 1,8 до 2,8 %;
4 — св. 2,8 до 3,8 %;
5 — св. 3,8 до 4,8 %;
химический состав стали не нормируется.

в) по основной нормируемой характеристике на группы:

0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50);
1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50);
2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400);
6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4);
7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).

Спокойная сталь: особенности и применение

Спокойной называется сталь, которая затвердевает после разливки практически без выделения газов. Достичь такого эффекта позволяет полное раскисление – удаление свободного кислорода с помощью введения в расплав специальных добавок.

Раскислители: виды и функции

В качестве раскислителей используют ферросилиций в количестве 0,12-0,3% по массе, ферромарганец, алюминий – до 0,1%, титан.

Негативное последствие раскисления – образование усадочной раковины больших размеров. Для ее удаления приходится отрезать от слитка спокойной стали до 16% по массе. Из-за такой потери металла, а также затрат на раскисляющие добавки стоимость спокойной стали существенно превышает цену кипящего металла.

Раскисляющие добавки, соединяясь со свободным кислородом, находящимся в сплаве, решают следующие задачи:

• снижают негативное влияние свободного кислорода на формирующуюся структуру слитка;
• поддерживают в течение длительного периода высокую температуру стали, что обеспечивает максимальное шлако- и газоудаление;
• способствуют получению металла мелкозернистой, однородной структуры, поскольку образующиеся силикаты и алюминаты повышают число центров кристаллизации. Это обуславливает измельчение зерен и улучшает качество и механические характеристики металла.

Марки спокойной стали

Сплавы полного раскисления разделяют на следующие группы:

• углеродистые спокойные стали обыкновенного качества – регламентируются ГОСТом 380-2005 года, обозначаются «сп»;
• качественные и высококачественные – выпускаются по ГОСТу 1050-88, буквенного индекса по этому стандарту не имеют;
• все легированные и низколегированные стали обычно изготавливают спокойными, буквенного индекса не имеют.

Внимание! Стали, полученные непрерывной разливкой, во время процесса полностью раскисляются.

Преимущества спокойной стали

Благодаря однородности и мелкозернистости структуры, для раскисленных сталей характерны следующие преимущества:

• хорошее сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, благодаря чему их применяют при изготовлении конструкций ответственного назначения, для которых планируются статические и динамические воздействия;
• сталь, для раскисления которой применялись присадки алюминия, не подвержена старению, которое подразумевает изменение свойств материала без заметного изменения микроструктуры. Снижаются пластичность, сопротивление хрупкому разрушению, порог хладоломкости, немного повышается прочность;
• равномерное распределение серы и фосфора;
• хорошая свариваемость.

Области применения спокойной стали

Высокая стоимость такой продукции обуславливает ее применение для производства сортового и фасонного проката, предназначенного для использования в ответственных конструкциях, узлах машин и механизмов. Это:

• железнодорожные и рудничные рельсы;
• заготовки деталей арматуры для трубопроводов;
• элементы для железнодорожных наземных и подвесных путей;
• детали клепаных конструкций, ручки, тяги, втулки, рычаги, упоры, фланцы и другие детали, эксплуатируемые в широком интервале температур;
• фасонный и листовой прокат толщиной до 25 мм для несущих сварных конструкций, эксплуатируемых при знакопеременных нагрузках в широком температурном интервале -40…+425°C, прокат толщиной 25-40 мм (при предоставлении гарантий свариваемости);
• поковки с диаметром сечения до 800 мм.

Низколегированные стали востребованы при строительстве объектов гражданского и промышленного назначения, эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок и/или в регионах с суровыми климатическими условиями.

Отличие спокойной стали от полуспокойной

Полуспокойные стали являются промежуточными по степени раскисления, качеству и стоимости между спокойными и кипящими сплавами. При выборе, какая сталь лучше – спокойная или полуспокойная – для каждого конкретного случая оценивают необходимость дополнительных финансовых затрат на приобретение полностью раскисленного сплава.

Классификация по степени раскисления.

Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали. Нераскисленная сталь обладает недостаточной пластичностью и подвержена хрупкому разрушению при горячей обработке давлением.

Спокойные стали хорошо раскислены марганцем, алюминием и кремнием. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Они раскислены недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде пузырей окиси углерода СО₂ создавая ложное впечатление «кипения» стали.

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

Классификация сталей

Рис. 2.10 Схема классификации сталей

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

-по способу производства: мартеновские, конвертерные, электростали;

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

-по структуре: доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные;

— по степени раскисления: кипящая, спокойная, полуспокойная;

— по химическому составу: углеродистые и легированные.

УС = Fe + С + Si + Mn + S + Р , где

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

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

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

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

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

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

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

Устранить красноломкость можно, добавив к стали марганец.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Углеродистые стали бывают: конструкционные и инструментальные.

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

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

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и качественные.

Типы сталей по степени раскисления

На рисунке ниже показаны восемь типичных состояний промышленных стальных слитков, которые были отлиты в идентичные, сужающиеся к верху изложницы. Они распложены и пронумерованы по степени подавления выделения газов при затвердевании. Штриховыми линиями показан уровень, до которого сталь первоначально разливалась в каждой изложнице. В зависимости от содержания углерода, а еще более – от содержания кислорода, структура слитков различается. Под номером 1 идет полностью успокоенная сталь, спокойная сталь, а под номером 8 – сталь, к которой не применяли операции раскисления, сильно кипящая сталь.

Рисунок – Восемь типичных состояний промышленных стальных слитков
с различной степенью раскисления

Стали при разливке в слитки классифицируют по трем основным типам в зависимости от степени раскисления или, что тоже самое, по количеству газов, выделяющихся в ходе затвердевания слитка.

К этим четырем типам относятся:
– спокойная сталь;
– полуспокойная сталь;
– кипящая сталь.

Спокойная сталь

По-английски спокойную сталь называют слегка «устрашающе» – killed steel. Cпокойная сталь – это сталь, у которой практически не происходит выделения газов при затвердевании слитка после его разливки. Это обеспечивается полным раскислением стали – полным удалением из нее кислорода и образованием усадочной раковины в верхней части слитка. Эта часть слитка затем отрезается и отправляется в лом.

Все легированные стали, большинство низколегированных сталей и многие углеродистые стали обычно применяют в виде спокойных сталей. При непрерывной разливке сталь также «успокаивают» полностью. Спокойная сталь характеризуется гомогенной структурой и равномерным распределением химического состава и свойств.

Для получения спокойной стали ее раскисляют алюминием, а также марганцевыми или кремнистыми ферросплавами. Кроме того, иногда применяют силицид кальция и другие специальные раскислители.

Полуспокойная сталь

В полуспокойной стали выделение газов при ее раскислении подавляется не полностью, так как сталь раскисляется только частично. По-английски это называют semikilled steel. Степень выделения газов в этих сталях больше, чем в спокойных сталях, но меньше чем в кипящих. До начала выделения газов в слитке образуется корка слитка значительной толщины. У правильно «полураскисленного» стального слитка отсутствует усадочная раковина, но есть широко рассеянные по толщине пузыри в центральной зоне верхней части слитка. Эти пузыри, однако, завариваются при прокатке слитка. Полуспокойные стали обычно имеют содержание углерода от 0,15 до 0,30 %. Они находят широкое применение при производстве сортового проката, штрипса и труб.

Главными отличиями полуспокойных сталей являются:
1) различная степень неоднородности химического состава – средняя между степенями спокойной и кипящей сталей;
2) меньшая сегрегация химических элементов, чем в спокойной стали;
3) выраженная тенденция положительной химической сегрегации в центре верхней части слитка (рисунок).

Кипящая сталь

Кипящая сталь характеризуется:
– большой степенью выделения газов при затвердевании стали в изложнице;
– заметным различием химического состава по поперечному сечению слитка и между верхней и нижней частями слитка (см. рисунок).

Это приводит к образованию в наружной оболочке слитка относительно чистого железа и внутренней сердцевины слитка с высокой концентрацией легирующих и примесных элементов, особенно, углерода, азота, серы и фосфора, которые имеют низкую температуру плавления. Более чистую наружную часть слитка применяют при прокатке. Слитки из кипящей стали хорошо подходят для производства многих изделий, таких как плиты, листы, проволока, трубы, а также сортовой прокат с требованиями по чистоте поверхности и вязким свойствам.

Технология производства кипящих сталей ограничена максимальным содержанием углерода и марганца. Эта сталь не содержит сколько-нибудь заметных количеств сильных раскислителей, таких как алюминий, кремний или титан. Кипящая сталь является более дешевой, чем спокойная и полуспокойная, так для нее применяют только небольшое количество раскислителя, а верхняя часть слитка не отправляется в лом.

«Закупоренная» сталь

По-английски кипящая сталь – это обычно rimmed steel. От английского слова rim – обод, оправа, бандаж. Это термин отражает основную особенность слитка кипящей стали – наружную оболочку (оправа, обод, бандаж) из чистой стали. В англоязычной технической литературе описывают еще один тип кипящей стали – capped steel.

Сapped steel – это тип стали с характеристиками аналогичными для кипящей стали, но по степени подавления выделения газов при затвердевании она располагается между полуспокойной и кипящей сталями (см. рисунок). Название этого типа сталей происходит от английского слова cap в русском значении «крышка», так эти слитки после разливки механически или химически закрывают, «закупоривают» сверху. Поэтому их русским термином могло бы быть «закупоренные стали».

Для производства «закупоренных» стальных слитков применяют меньше раскислителей, чем для полуспокойных слитков. Это дает возможность в определенной степени управлять формированием наружного слоя слитка при его затвердевании.

Технология закупоривания слитков является вариацией технологии производства кипящей стали. Операция закупоривания слитка ограничивает время для выделения газов и предотвращает образование чрезмерного количества газовых пузырей внутри слитка. Закупоренные слитки обычно применяют к сталям с содержанием углерода более 0,15 %, из которых производят листы, ленты, тонкие плиты, штрипсы, проволоку и прутки.

При механическом закупоривании стальных слитков применяют тяжелые чугунные крышки, чтобы загерметизировать изложницу сверху и остановить образование наружной оболочки, как это происходит у кипящих слитков. Химическое закупоривание слитков производят в открытых изложницах. Закупоривание выполняется путем добавки алюминия или ферросилиция сверху изложницы, что приводит к быстрому затвердеванию верхней поверхности слитка. Верхняя часть слитка потом отрезается и отправляется в лом.