Под металлургическими особенностями производства в настоящее время при классификации сталей подразумевают степень раскисления стали перед разливкой



По степени раскисления (или раскисленности) стали подразделяют на кипящие, полуспокойные и спокойные. Кипящей сталью называется нераскисленная сталь. Критерием для указанного разделения сталей служит содержание в них кремния.

Термин «кипящая» обусловлен выделением из жидкой стали до ее кристаллизации значительного количества пузырьков газа СО, что создает видимость кипения жидкости. В строгом физическом смысле это «псевдокипение», поскольку всплывающие пузырьки заполнены не парами железа как основного компонента жидкой стали. Образование газа СОв разлитой стали обусловлено большим количеством растворенного в ней кислорода, который продолжает окислять углерод:

[С] + [О] → СО ↑.                            (1.1)

Всплывающие пузырьки СОостаются внутри слитка, после кристаллизации становясь газовыми порами. Поры бесследно исчезают – завариваются – при последующей горячей обработке слитка давлением (прокатке, ковке) и не проявляют себя при эксплуатации изделий из кипящей стали в условиях статического нагружения при положительных температурах. Последствия их существования в качестве «заваренных трещин» проявляется при ударных и циклических нагружениях в условиях низких температур как внезапное хрупкое или усталостное разрушение. Поэтому сталь, сваренную для производства изделий ответственного назначения, перед кристаллизацией необходимо «успокоить», или прервать реакцию (1.1). Это возможно, если в расплав добавить элемент-раскислитель, обладающий большим сродством к кислороду, чем углерод. В качестве раскислителей используют следующие элементы (в порядке возрастания раскислительной способности) или их комбинации:

Mn (C) Si Ti Al.

сродство к кислороду

В результате добавления раскислителя псевдокипение подавляется частично или полностью. В первом случае сталь называется полуспокойной, во втором – спокойной. Соответственно, в конце марки стали ставятся буквосочетания «кп», «пс» и для углеродистых сталей обыкновенного качества – «сп».

Наиболее распространенным раскислителем вследствие сочетания эффективности и дешевизны является кремний. Именно его применение делает сталь спокойной (табл. 1.4). Однако следует помнить, что кремний является наиболее эффективным упрочнителем стали (он входит в состав всех ответственных рессорно-пружинных сталей). Остаточные количества кремния в раскисленной им стали делают ее непригодной для холодной глубокой вытяжки. Именно остаточное (от раскисления) количество кремния служит критерием для разделения сталей на кипящие, полуспокойные и спокойные (см. табл. 1.4).

Таблица 1.4

СОСТОЯНИЕ СТАЛИ ПОСЛЕ РАЗЛИВКИ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСКИСЛЕНИЯ

Состояние стали перед кристалли- зацией Раскислители Содержание кремния после кристаллизации, мас.% Условное качество стали (по возрастанию) Условная стоимость стали (по возрастанию)
Кипящая Mn < 0,05 1 1
Полуспокойная Mn + Al 0,05…0,14 2 2
Спокойная Mn+Al+Si 0,15…0,30 3 3

По микроструктуре классификация сталей в значительной степени условна. При этом учитывают особенности её строения в отожжённом (равновесном) и нормализованном состояниях. По структуре в равновесном состоянии, т.е. после медленного охлаждения на воздухе, все стали разделяют на 5 классов: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит, эвтектоидные, структура которых состоит из перлита, заэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный цементит (третичный); аустенитные и ферритные.

Углеродистые стали могут быть первых трёх классов, легированные – всех пяти. Стали аустенитного класса образуются при введении в углеродистые стали большого количества элементов Ni, Co или Mn, расширяющих g–область диаграммы «Железо – углерод», а стали ферритного класса – при введении элементов Cr, Si, V, W, и др., расширяющих a–область [4].

По структуре после нормализации, т.е. после охлаждения на воздухе образцов небольших сечений с температуры приблизительно 9000 С, стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, бейнитный, мартенситный, ледебуритный, аустенитный и ферритный.

Стали перлитного класса имеют невысокую устойчивость переохлаждённого аустенита. При охлаждении на воздухе в зависимости от степени переохлаждения они приобретают пластинчатую структуру перлита, сорбита или троостита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит и карбиды (цементит вторичный). К этому классу относятся углеродистые и низколегированные стали, которые представляют собой большую группу дешёвых, широко применяемых сталей.

Стали бейнитного класса приобретают структуру также, как и перлитного, при охлаждении на воздухе, но со значительно большей степенью переохлаждения. При этом в интервале температур промежуточного превращения (несколько выше температуры начала мартенситного превращения) аустенит распадается на двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита, имеющую игольчатое строение.

Такая структура называется бейнитом или игольчатым трооститом. Основная особенность промежуточного превращения состоит в том, что полиморфный переход происходит по мартенситному (сдвиговому) механизму. В результате бейнит, в отличие от перлита имеет боле высокое содержание углерода в феррите. К этому классу относятся низко – или среднелегированые стали.

Стали мартенситного класса отличаются достаточно высокой устойчивостью переохлаждённого аустенита и при охлаждении в соответствующей среде они приобретают мартенситную структуру. Размер пластин мартенсита, имеющих в плоскости шлифа игольчатую форму, зависит от размера исходных зёрен аустенита. К этому классу относятся средне – или высоколегированые стали.

В структуре литых ледебуритных (карбидных) сталей присутствует эвтектика (ледебурит), образованная первичными карбидами совместно с аустенитом. Поэтому по структуре эти стали могут быть отнесены к белым чугунам, но их причисляют всё-таки к сталям с учётом меньшего, чем у чугунов, содержания углерода (< 2,14%) и возможности подвергать пластической деформации. К этому классу относят высокоуглеродистые (1,8 и 2,1% С) среднелегированные стали.

Структурный класс аустенитных и ферритных сталей совпадает по классификации как в отожжённом, так и нормализованном состояниях.

Традиционный способ упрочнения. К традиционным способам упрочнения относят закалку с высоким отпуском, (улучшение), цементацию и азотирование. Соответственно, различают стали улучшаемые, цементуемые и азотируемые. В последние три-четыре десятилетия появились стали с другими способами (механизмами) упрочнения – дисперсионно-твердеющие, мартенсито-стареющие и др.

Традиционный способ получения заготовок или деталей как классификационный критерий позволяет выделять стали для холодной штамповки (или глубокой вытяжки), стали повышенной обрабатываемости (автоматные ), а также иногда литейные.

Стали для холодной штамповки, производимые обычно в виде листа, в качестве технологического свойства должны иметь повышенную пластичность и вязкость при невысокой прочности. Достигается это при весьма низком содержании углерода (не более 0,20 мас.%) и кремния (не более 0,10 мас.%). В связи с последним замечанием понятно, что стали для холодной штамповки не должны раскисляться кремнием, и, значит, будут разливаться как кипящие.

Сталь повышенной обрабатываемости выделена в самостоятельный класс сталей в конце 20-х годов ХХ века в США как сталь, легко поддающаяся скоростной обработке на металлорежущих станках-автоматах. Легкость обработки (высокие скорости резания, меньший износ инструмента) обусловлена образованием при резании короткой, ломкой, легко отделяющейся стружки. Перечень классификационных признаков и соответствующих классов сталей представлена верхней частью блок-схемы на рис.1.

По прочности, оцениваемой временным сопротивлением (σв), все стали с некоторой условностью можно разделить на стали нормальной (средней) прочности (σв≤100кг/мм2), повышенной прочности (σв≤150кг/мм2), высокопрочные (σв≤200кг/мм2) и сверхпрочные (σв>200кг/мм2).

 


Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 98;