Сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества
Лекция 6. Классификация и маркировка
Углеродистой стали и чугуна
План:
1. Влияние углерода и примесей на структуру и свойства стали.
2. Влияние способа раскисления на структуру и свойства стали
3. Классификация стали:
- сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества,
- сталь углеродистая конструкционная качественная,
- сталь углеродистая инструментальная.
Чугун серый, ковкий и высокопрочный
Влияние углерода и примесей на структуру и свойства стали
Сталь – это сложный многокомпонентный сплав. Основу его составляет железо. Вторым главным компонентом является углерод. Кроме этого в состав стали входят Mn, Si, P, S и другие примеси.
Влияние углерода на структуру стали мы видим при изучении диаграммы состояния Fe-Fe3C. В структуре стали мы наблюдаем две фазы – феррит и цементит. С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество цементита возрастает. Было отмечено, что феррит – мягкая, малопрочная фаза. Твёрдость цементита на порядок выше, это упрочняющая фаза. Поэтому с повышением содержания углерода повышается твёрдость и прочность стали, а пластичность снижается. Это влияние особенно резко проявляется в процессе закалки стали. При содержании углерода до 0,3 % сталь практически не закаливается. При повышении содержания углерода твёрдость закалённой стали резко возрастает. Для каждой марки стали устанавливается строгий предел по содержанию углерода, что и является главным отличительным признаком маркировки стали.
|
|
|
Марганец. Во всех марках стали присутствует марганец. Его содержание обычно находится в пределах 0,25 … 0,8 %. В этом случае марганец называется обычной примесью. Его присутствие объясняется технологией раскисления стали, цель которого – превратить растворимый в стали FeO в нерастворимый MnO и таким образом перевести кислород из стали в шлак. На заключительной стадии плавки в сталь вводят ферромарганец:
FeO +Mn→MnO+Fe.
Марганец, не израсходованный в этой реакции, остаётся в составе стали в вышеназванных пределах. Марганец уменьшает вредное влияние серы, образуя MnS, упрочняет феррит, растворяясь в нём, частично образует карбид Mn3C, не отличимый под микроскопом от цементита.
Кремний также является обычной примесью. В стали, раскисленной ферросилицием: 2FeO+Si→SiO2+2Fe остаточная концентрация кремния 0,17…0,37 %. Растворяясь в феррите, кремний упрочняет его, повышает упругие свойства.
Сера является вредной примесью, делает сталь хрупкой в горячем состоянии (красноломкость). Поэтому с серой, попадающей в металл с коксом, ведут борьбу на всех стадиях металлургического передела. Содержание её в стали ограничивается сотыми долями процента. Исключение составляют автоматные стали с содержанием серы до 0,2 %, предназначенные для изготовления неответственных мелких деталей на станках-автоматах. Такая сталь хорошо обрабатывается.
|
|
|
Фосфор , присутствующий в каждой стали, также является вредной примесью. Его источником является железная руда. Растворяясь в феррите, фосфор делает его хрупким при низких температурах (хладноломкость), поэтому содержание фосфора в стали ограничивается сотыми долями процента. В автоматных сталях содержание фосфора до 0,1 %, чем достигается улучшение обрабатываемости стали при изготовлении мелких неответственных деталей.
Скрытые примеси – кислород, азот, водород находятся или в виде твёрдого раствора в феррите, или в виде нитритов и оксидов, или в свободном состоянии в порах и пузырьках. Это вредные примеси, в химическом составе стали они не указываются.
Влияние способа раскисления на структуру и свойства стали
Сталь, полностью раскисленная с помощью раскислителей, называется спокойной. В этом случае в жидкую сталь перед разливкой последовательно по нарастающей активности вводят ферромарганец, ферросилиций и алюминий. Элементы-раскислители восстанавливают железо из оксида FeO, растворимого в стали и ухудшающего её качество. Образовавшиеся оксиды MnO, SiO2, Al2O3 в стали не растворяются и всплывают в шлак.
|
|
|
Кипящая сталь раскисляется только ферромарганцем, в результате в стали остаётся значительная концентрация FeO. В жидкой стали идёт реакция FeO+C→↑CO+Fe. Это тоже реакция раскисления, но не за счёт Si и Al, а за счёт углерода, содержащегося в стали. Реакция продолжается в ковше, в изложницах до полного затвердевания стали. Выделяющиеся на поверхности жидкой стали пузырьки CO создают впечатление её кипения. Отсюда и название – кипящая сталь.
На рис.24 изображены в разрезе слитки кипящей и спокойной стали.
Рис. 24. Слитки стали в разрезе:
а – кипящая; б – спокойная.
Пузырьки CO, не всплывшие на поверхность стали к моменту её затвердевания, остаются в структуре слитка. В процессе последующей горячей обработки давлением пузырьки завариваются. Преимущества кипящей стали: 1) повышенная пластичность (штампуемость), т.к. отсутствует кремний, снижающий пластичность феррита; 2) сталь содержит меньше неметаллических включений – отсутствуют продукты раскисления SiO2 и Al2O3; 3) сталь дешевле за счёт уменьшения расхода раскислителей и сокращения отходов при дальнейшей обработке слитка (отсутствует усадочная раковина). Кипящая сталь производится в виде прутков и листов, предназначенных для холодной штамповки. Слиток спокойной стали имеет плотное тело, в головной части расположена усадочная раковина – результат усадки стали в процессе кристаллизации (в кипящей стали усадка компенсирована газовыми пузырьками). В процессе дальнейшей обработки слитка эта его часть отрезается.
|
|
|
Спокойной выплавляется сталь со средним и повышенным содержанием углерода, легированная сталь, когда нет гарантии в том, что газовые пузырьки бесследно заварятся.
Полуспокойная сталь раскисляется марганцем и аллюминием и занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью.
Классификация стали
1. По химическому составу сталь подразделяется на:
- легированную
- углеродистую.
Легированной называется сталь, в состав которой в процессе её выплавки введены легирующие элементы – хром, никель, вольфрам и др. (Изучению легированной стали отведена специальная тема). Вся нелегированная сталь называется углеродистой.
2. По назначению углеродистая сталь подразделяется на:
- конструкционную,
- инструментальную.
Конструкционная сталь предназначена для изготовления деталей машин, строительных конструкций и сооружений. По диаграмме состояния Fe-Fe3C это, в основном, доэвтектектоидная сталь. Должна обладать хорошей прочностью в сочетании с достаточной пластичностью и вязкостью. Инструментальная сталь используется для изготовления режущего, измерительного, ударного инструмента. Это высокоуглеродистая (эвтектоидная и заэвтектоидная) сталь, обладающая в закалённом состоянии высокой твёрдостью и износостойкостью.
3.По способу раскисления различается сталь: спокойная, кипящая – кп. и полуспокойная – пс. (см. 6.2).
4. По качеству сталь делится на сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. Различаются они в первую очередь по содержанию вредных примесей (P и S), уровню контроля качества при их производстве.
Сталь углеродистая конструкционная обыкновенного качества
Сталь поставляется в виде горячекатанного рядового проката (листы, прутки, уголки, швеллеры и др.) и используется для изготовления балок, ферм, корпусов судов, а также для малонагруженных (неответственных) деталей машин (валов, осей, шайб, болтов, гаек и др.).
Сталь подразделяется на три группы
Группа А . Сталь этой группы поставляется по механическим свойствам. Это означает, что в сертификате, прилагаемом к партии стали, указывается её марка и механические свойства, которые должны укладываться в установленные стандартом пределы. Химический состав стандартом не лимитирован и, соответственно, в сертификате не указывается.
Таблица 6.1 Марки и механические свойства стали группы А.
| Марка стали | Предел прочности σB, МПа | Относительное удлинение δ,% |
| Ст 0 | 310 | 23–20 |
| Cт 1 кп | 310–400 | 35–32 |
| Ст 1 пс, Ст 1 сп Ст 2 кп Ст 2 пс, Ст 2 сп Ст 3 кп Ст 3 пс, Ст 3 сп Ст 4 кп Ст 4 пс, Ст 4 сп Ст 5 пс, Ст 5 сп Ст 6 пс, Ст 6 сп | 320-420 330-420 340-440 370-470 380-490 410-520 420-540 500-640 600 | 34-31 33-30 32-29 27-24 26-23 25-22 24-21 20-17 15-20 |
В маркировке буквы Ст являются признаком того, что эта сталь обыкновенного качества. Наличие этих букв не освобождает от необходимости перед маркой писать слово сталь (сталь Ст 3 кп). Цифра от 0 до 6, входящая в марку стали, напрямую с содержанием углерода не связана. Часто делают ошибку, считая. что в стали Ст 3 содержание углерода 0,3 %. Однако чем больше это число, тем больше содержание углерода, чем и объясняется повышение прочности и понижение пластичности стали. Буквы, стоящие в конце марки обозначают способ раскисления: сп – спокойная, пс – плуспокойная, кп – кипящая. Сталь группы А используется преимущественно в состоянии поставки без горячей обработки давлением, сварки, термической обработки.
Группа Б поставляется по хим.составу, кот. и указывается в сертификате.
Таблица 6.2 Химический состав стали группы Б.
| Марка стали | С, % | Mn , % | Si , % |
| Б Ст 0 | ≤ 0,23 | не нормир. | не нормир. |
| Б Ст 1 кп | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | ≤ 0,05 |
| Б Ст 1 сп | 0,06-0,12 | 0,25-0,50 | 0,12-0,30 |
| Б Ст 2 кп | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | ≤ 0,07 |
| Б Ст 2 сп | 0,09-0,15 | 0,25-0,50 | 0,12-0,30 |
| Б Ст 3 кп | 0,14-0,22 | 0,30-0,60 | ≤ 0,07 |
| Б Ст 3 сп | 0,14-0,22 | 0,40-0,65 | 0,12-0,30 |
| Б Ст 4 кп | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | ≤ 0,07 |
| Б Ст 4 сп | 0,18-0,27 | 0,40-0,70 | 0,12-0,30 |
| Б Ст 5 пс | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | 0,05-0,17 |
| Б Ст 5 сп | 0,28-0,37 | 0,50-0,80 | 0,15-0,35 |
| Б Ст 6 пс | 0,38-049 | 0,50-0,80 | 0,05-0,17 |
| Б Ст 6 сп | 0,38-0,49 | 0,50-0,80 | 0,15-0,35 |
Содержание P ≤ 0,04 %, S ≤ 0,05 % (в стали Б Ст 0 допускается P ≤ 0,07 %, S ≤ 0,06 %).
Принадлежность стали к группе Б обозначена буквой Б впереди марки.
Группа В поставляется по химическому составу и по механическим свойствам, что и указывается в сертификате. Для этой стали установленны механические свойства стали группы А (таблица 6.1) и химический состав группы Б соответствующего номера (таблица 6.2). Впереди марки ставится буква В.
Сталь групп Б и В используется в тех случаях, когда применяется сварка, горячая обработка давлением, термическая обработка. Приведённый в сертификате химический состав позволяет правильно выбрать режим обработки. Сталь группы В, предназначенная для машиностроения, судостроения и др. дополняется специальными техническими условиями.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!