Влияние химических элементов на свойства сталей

Тема: Стали

Цель: Изучить особенности, классификацию, свойства и маркировку сталей;

План задания (ответить на вопросы):

1. Общие сведения о сталях.

2. Классификация сталей

3. Свойства сталей.

4. Влияние химических элементов на свойства сталей.

5. Условное обозначение сталей.

(Срок выполнения задания до 10.04.2020г.)

 

СТАЛИ

С помощью газовой сварки можно получать соединения почти всех сталей и многих цветных металлов. Однако наиболее эффек­тивно применение газовой сварки для изготовления конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, чугуна, меди и ее сплавов (латуни, бронзы). Кроме того, газовая сварка ис­пользуется для соединения алюминия и его сплавов, магниевых сплавов, никеля, свинца и цинка.

Сталь представляет собой сплав железа с углеродом. Содержа­ние углерода в стали не превышает 2 %. В состав стали входят при­меси как полезные — марганец (0,8 %), кремний (0,4 %), так и вредные — фосфор (до 0,07%), сера (до 0,06%).

Сплав — однородный по структуре и характеристикам матери­ал, состоящий из двух или более химических элементов и имею­щий металлические свойства.

Металл — вещество, характеризующееся особыми свойства­ми: высокими прочностными показателями, электро- и тепло­проводностью, ковкостью, блеском и кристаллическим строени­ем. Металлическими свойствами обладают 80 химических элемен­тов и множество сплавов.

Железо (Ре) — основной химический элемент в составе стали — блестящий металл серебристо-белого цвета, занимающий четвер­тое место по распространенности в природе.

Углерод (С) — химический элемент, при обычных условиях инертный. При высоких температурах он образует соединения со многими элементами. Самостоятельно существует в виде двух кри­сталлических веществ, называемых алмазом и графитом.

Для производства стали используют чугун и стальной лом. Вы­плавка стали сводится к проведению окислительной реакции для удаления избытка углерода, марганца и других элементов.

Кислородно-конвертерный способ производства стали заключа­ется в том, что расплавленный чугун в плавильном аппарате (кон­вертере) продувают струей кислорода. Углерод, кремний и другие элементы окисляются и удаляются из расплава. Таким образом чугун перерабатывается в сталь. Кислородно-конвертерным способом получают углеродистую сталь обыкновенного качества. В со­ответствии с конструкцией конвертера сталь называют бессеме­ровской или томасовской.

Более совершенный, мартеновский способ получения стали за­ключается в том, что в плавильном пространстве сжигается газо­образное топливо.

Продувка кислородом приводит к выгоранию примесей и более высококачественному процессу выплавки. Этим способом произ­водят конструкционные углеродистые стали и большинство марок легированных сталей.

Электросталеплавильный способ используют для получения ста­лей, легированных химическими элементами. Этим способом вы­плавляют наиболее высококачественные конструкционные, высо­колегированные, коррозионно-стойкие (нержавеющие) и тепло­устойчивые стали. Производственный процесс осуществляется в дуговых и индукционных сталеплавильных печах.

Важной характеристикой стали при ее изготовлении является степень раскисления.

Раскисление — удаление из расплавленного металла растворен­ного в нем кислорода.

2. Классификация сталей

Существует более 1500 марок сталей, которые можно класси­фицировать по следующим признакам: »способу производства:

кислородно-конвертерная (бессемеровская, томасовская); мартеновская; электросталь;

• степени раскисления: кипящая (кп) — наименее раскисленная; полуспокойная (пс) — средней степени раскисления; спокойная (сп) — наиболее раскисленная;

• химическому составу: углеродистые:

низкоуглеродистая (содержание углерода до 0,25 %); среднеуглеродистая (0,25...0,6%); высокоуглеродистая (свыше 0,6 %); легированные:

низколегированная (суммарное содержание легирующих эле­ментов, кроме углерода, до 2,5 %); среднелегированная (2,5... 10%); высоколегированная (свыше 10 %);

•   назначению:
конструкционная;
строительная

инструментальная; судостроительная; котельная;

· особым свойствам: коррозионно-стойкая (нержавеющая); жаростойкая; жаропрочная; электротехническая;

· • прочностным показателям:

обычной прочности — низкоуглеродистые класса С 38/23 (С — обозначение стали; 38 — предел прочности, кгс/мм²; 23 — пре­дел текучести, кгс/мм²);

повышенной прочности — низколегированные классов С 44/29, С 46/33 и С 52/40;

высокой прочности — низколегированные и среднелегирован-ные классов С 60/45, С 70/60 и С 85/75.

Свойства сталей

 Механические свойства:

•   прочность — способность материала выдерживать внешнюю
нагрузку без разрушения. Количественно это свойство характери­
зуется пределом прочности и пределом текучести;

•   предел прочности (а_вр) — механическое напряжение, при пре­
вышении которого образец разрушается;

• предел текучести (а_т) — механическое напряжение, при пре­вышении которого образец продолжает удлиняться при отсутствии нагрузки;

• пластичность — способность стали изменять форму под дейст­вием нагрузки и сохранять ее после снятия нагрузки. Количест­венно характеризуется углом загиба и относительным удлинением при растяжении;

• ударная вязкость (0„) — способность стали противостоять динамическим нагрузкам. Количественно оценивается работой, необходимой для разрушения специального образца, отнесенной к площади его поперечного сечения;

• твердость — способность стали сопротивляться проникнове­нию в нее других твердых тел. Количественно определяется на­грузкой, отнесенной к площади отпечатка при вдавливании сталь­ного шарика (метод Бринелля) или алмазной пирамиды (метод Виккерса).

Физические свойства:

• плотность — масса вещества, заключенного в единичном объе­ме. Все металлы обладают высокой плотностью;

• теплопроводность — способность передавать теплоту от более нагретых участков к менее нагретым;

•   электропроводность — способность пропускать электрический
ток. Все металлы и их сплавы обладают высокой тепло- и электро­
проводностью.

Химические свойства:

• окисляемость — способность вещества соединяться с кисло­родом. Окисляемость усиливается с повышением температуры металла. Низкоуглеродистые стали под действием влажного возду­ха или воды окисляются с образованием ржавчины — оксидов железа;

• коррозионная стойкость — способность металла не окисляться и не вступать в химические реакции с окружающими веществами;

• жаростойкость — способность стали не окисляться при высо­кой температуре и не образовывать окалины;

• жаропрочность — способность стали сохранять свои прочност­ные свойства при высокой температуре.

Технологические свойства:

• ковкость — способность стали принимать новую форму под действием внешних сил;

• жидкотекучесть — способность стали в расплавленном состо­янии заполнять узкие зазоры и пространства;

• обрабатываемость резанием — свойство стали поддаваться механической обработке режущим инструментом;

• свариваемость — способность стали образовывать высокока­чественное сварное соединение, не содержащее дефектов.

Влияние химических элементов на свойства сталей

В состав стали кроме железа и углерода входят и другие хими­ческие элементы, которые содержатся в ней в малых количествах из-за несовершенства технологии производства либо специально вводятся в нее для придания особых свойств. В последнем случае эти элементы называются легирующими. Все элементы в стали условно подразделяются на полезные и вредные.

Полезные элементы:

• углерод — определяет прочность, вязкость и закаливаемость стали. Содержание углерода до 0,25 % не влияет на свариваемость. Увеличение содержания углерода в стали ухудшает ее сваривае­мость;

• кремний — при содержании до 0,3 % повышает пределы теку­чести и прочности, но ухудшает свариваемость и снижает удар­ную вязкость стали; при содержании до 0,6 % улучшает упругие свойства стали;

• марганец — при содержании до 1,8 % оказывает незначитель­ное влияние на свариваемость стали, но способствует ее закалке; при высоком содержании сварка затруднена, поскольку велика вероятность появления трещин;

• *хром — при содержании от 0,3 до 35 % повышает твердость и прочность стали, однако снижает ее пластичность и вязкость. При высокой температуре образует карбиды, затрудняющие процесс сварки;

• • никель — улучшает прочностные и пластические свойства ста

• ли; на свариваемость практически не влияет;

• »молибден — улучшает прочностные характеристики стали, делает ее теплоустойчивой, увеличивает твердость стали и несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. Затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает;

• ванадий — повышает вязкость и пластичность стали, улучшает ее структуру, способствует закалке, ухудшает свариваемость;

• вольфрам — увеличивает твердость и работоспособность стали при высоких температурах, ухудшает свариваемость;

• титан — повышает коррозионную стойкость стали, способствует образованию горячих трещин при сварке;

• медь — повышает прочность и коррозионную стойкость стали, не влияет на свариваемость.

• Вредные элементы:

• сера — придает красноломкость, т. е. большую хрупкость при высоких температурах, оказывает отрицательное влияние на свариваемость;

• фосфор — придает хладноломкость — хрупкость при нормальных температурах, отрицательно влияет на свариваемость;

• азот — увеличивает хрупкость стали и способствует ее старению;

• кислород и водород — ухудшают структуру стали и способствуют повышению ее хрупкости.

5.  Условное обозначение сталей

• Различные группы сталей имеют свои условные обозначения, которые приводятся в соответствующих ГОСТах.

• Углеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380 — 94 обозначаются буквами Ст и цифрой от 0 до 6, которая представляет собой условный номер стали, определяющий ее хи-мический состав по ГОСТу, например СтЗ.

• В зависимости от степени раскисления в обозначении могут стоять следующие буквы: сп — спокойная, пс — полуспокойная и кп — кипящая сталь.

• При повышенном содержании марганца (до 1 %) в полуспокойной стали после цифры в обозначении ее марки проставляется буква Г, например СтЗГпс.

• Для сварных конструкций применяются стали марок СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп.

• Качественная углеродистая конструкционная сталь по ГОСТ 1050 — 88 маркируется в соответствии с номинальным содержа­нием углерода, выраженным в сотых долях процента. Например, сталь 45 содержит 0,45 % углерода. Маркировка начинается с цифр 08; далее следуют 10, 15, 20, ..., 85. При повышенном содержании марганца (до 1 %) рядом с цифрой проставляется буква Г.

• Стали, содержащие до 0,20 % углерода включительно, могут быть кипящими, полуспокойными и спокойными. В первых двух случаях после цифры пишутся буквы кп или пс; если букв нет, то сталь спокойная.

• Сталь могут поставлять после термообработки или нагартовки; тогда в маркировке используются заглавные буквы Т и Н соответ­ственно.

• Если сталь не подвергалась термообработке и нагартовке, то буквенное обозначение отсутствует.

• Пример. 20ГпсТ — сталь, содержащая 0,20 % углерода, леги­рованная марганцем (до 1 %), полуспокойная, термообработан-ная.

• Все легированные стали: низколегированные (ГОСТ 19281 — 89), легированные конструкционные (ГОСТ 4543 — 71); теплоустой­чивые (ГОСТ 20072 — 96), а также высоколегированные стали, жаростойкие и жаропрочные железоникелевые сплавы (ГОСТ 5632 — 72) — обозначаются однотипно.

• Первые две цифры маркировки означают содержание углерода в сотых долях процента; каждая последующая заглавная буква — условное обозначение легирующего элемента (табл. 4.1); цифра, следующая за буквой, — содержание этого элемента в процентах. При наличии в стали менее 1 % легирующего элемента цифра после буквы не проставляется. Если в конце обозначения стоит заглав­ная буква А, то речь идет о стали с пониженным содержанием серы и фосфора.

• Пример. 06Х18Н9Т — сталь, содержащая, %: углерода — 0,06; хрома — 18; никеля — 9; титана — до 1.

• Таблица 4.1 Условные обозначения легирующих элементов в сталях

•

Буква	Элемент	Буква	Элемент	Буква	Элемент
А*	Азот	С	Кремний	Е	Селен
Ю	Алюминий	Г	Марганец	Т	Титан
Р	Бор	д	Медь	П	Фосфор
Ф	Ванадий	м	Молибден	X	Хром
В	Вольфрам	Б	Ниобий	Ц	Цирконий
К	Кобальт	Н	Никель	—	—

* Обозначение азота проставляют в середине марки.

 

Таблица 4.2

Цветовая маркировка сталей

 

Марка стали	Цвет маркировки	Марка стали	Цвет маркировки
СтО	Красный и зеленый	СтЗГсп	Синий и коричневый
Ст1	Желтый и черный	Ст4	Черный
Ст2	Желтый	Ст5	Зеленый
СтЗ	Красный	Ст5Гпс	Зеленый и корич-
СтЗГпс	Красный и корич-		невый
	невый	Стб	Синий

Все легированные стали спокойные, кроме двух марок — 15Г2АФДпс и 18Г2АФДпс.

При маркировке сталей и сплавов, полученных специальными методами, в конце обозначения через дефис заглавными буквами указывают метод производства:

• ВД — вакуумно-дуговой переплав;

• Ш — электрошлаковый переплав;

• ВИ — вакуумно-индукционная выплавка.

Пример. 03Х23Н28МЗДЗТ-ВИ — сталь, полученная вакуумно-индукционной выплавкой; содержит, %: углерода — 0,03; хрома — 23; никеля — 28; молибдена — 3; меди — 3; титана — до 1.

Для маркировки сталей используется краска разного цвета (табл. 4.2).

 

---

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!