Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сталь 10

Сталь 10

Расшифровка марки стали 10: цифра 10 означает, что это конструкционная сталь и в среднем в марке содержится 0,10% углерода, а остальные примеси незначительны.

Особенности конструкционной стали марки 10: среди различных методов механико-термической обработки, направленных на получение оптимальной субструктуры, обеспечивающей повышение сопротивления ползучести и жаропрочности металлов и сплавов, наибольший эффект улучшения свойств железа и стали получен в результате так называемой многократной механико-термической обработки (ММТО). Последняя заключается в многократном деформировании металла растяжением на полную длину площадки текучести, чередующемся со старением при 100-200° С (для железа и его сплавов). ММТО снижает скорость ползучести стали 10 при 400° С на несколько порядков и значительно повышает кратковременную прочность (предел текучести в 2,5 раза, предел прочности на 65-70%) в сравнении с отожженным состоянием.

Наблюдаемые эффекты авторы объясняют созданием в результате ММТО стабильной дислокационной структуры благодаря последовательному блокированию атмосферами Коттрелла приграничных дислокационных скоплений высокой плотности, возникающих после каждого цикла обработки.

В связи с эффективным влиянием ММТО на сопротивление ползучести и механические свойства ОЦК металлов было исследовано изменение сопротивления микропластическим деформациям углеродистой стали после этой обработки.

ММТО проводили на цилиндрических образцах при растяжении и сжатии, а также при растяжении на листовых образцах толщиной 0,5 мм. Из последних затем вырезали образцы для релаксационных испытаний при чистом изгибе. Помимо режима ММТО с промежуточным старением при 200° С в качестве оптимального, была исследована эффективность ММТО с дополнительным дорекристаллизационным отжигом при различных температурах.

В сравнении с исходным состоянием после трехкратной деформации на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С существенно повышаются предел упругости и предел текучести (до 60%) при незначительном увеличении предела прочности (на 6%).

Наибольшее повышение предела упругости наблюдается после дополнительного отжига образцов при 300° С (для стали 10) и 370° С (для стали 35). При этом предел упругости возрастает почти в 2 раза по сравнению со значениями после ММТО. Пределы текучести и прочности не изменяются. Повышение температуры дополнительного отжига после ММТО до 500° С приводит к понижению предела упругости в сравнении с оптимальными значениями.

Исследование релаксационной стойкости методом свободного изгиба показало, что образцы, подвергнутые ММТО, обладают более низкой релаксационной стойкостью при 150° С, чем в исходном состоянии (после отжига). Дополнительный отжиг образцов после ММТО при 300-500° С позволяет резко повысить релаксационную стойкость сталей 10 и 35. Падение напряжений в образцах за 3000 ч после дополнительного отжига при 400° С для стали 10 и при 500° С для стали 35 уменьшается в 10-30 раз в сравнении с образцами после ММТО без дополнительного отжига. При этом максимальная релаксационная стойкость получена при несколько более высоких температурах дополнительного отжига после ММТО, чем максимальные значения предела упругости.

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить, что низкая релаксационная стойкость образцов после ММТО связана с недостаточной стабильностью тонкой структуры металла. Дополнительный дорекристаллизационный отжиг после ММТО позволяет более полно стабилизировать структуру и, таким образом, резко повысить сопротивление металла микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях.

Исследование амплитудно-зависимого внутреннего трения подтвердило это предположение.

После дополнительного отжига понижается фон внутреннего трения и величина критической амплитуды. Для стали 10 величина последней составляет:

Более низкий фон внутреннего трения и большая величина критической амплитуды деформации после дополнительного отжига образцов свидетельствуют о том, что получена более стабильная дислокационная структура, чем после ММТО (без дополнительного отжига).

Известно, что при деформационном упрочнении металлов проявляется эффект Баушингера, заключающийся в снижении сопротивления течению при перемене направления деформирования.

Для оценки зависимости свойств от направления деформации в процессе ММТО были исследованы свойства углеродистой стали при растяжении после упрочнения как растяжением, так и сжатием, т. е. испытания образцов проводили в направлении, соответствующем и противоположном деформированию при упрочнении.

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о сильной зависимости свойств образцов сталей 35 и 10 после ММТО от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. После трехкратной деформации растяжением на площадке текучести с промежуточным старением при 200° С пределы упругости и текучести возрастают более чем в 1,5 раза в сравнении с исходным состоянием. После трехкратной деформации сжатием также с промежуточным старением при 200° С предел упругости и механические свойства образцов из стали 35 практически остаются без изменения, а предел упругости образцов из стали 10 понижается в сравнении с исходным состоянием.

Промежуточное старение при ММТО (при 200° С) мало изменяет указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. Эта зависимость одинаково четко проявляется на образцах после трехкратной деформации без промежуточного старения и с промежуточным старением.

Проведение дополнительного отжига после ММТО, стабилизируя тонкую структуру, а также снимая локальные перенапряжения в микрообъемах и их направленность, частично ликвидирует указанную зависимость свойств от соответствия направлений деформаций при упрочнении и испытании. В связи с этим после упрочнения при ММТО с дополнительным отжигом значительно повышаются предел упругости и релаксационная стойкость в сравнении с образцами без дополнительного отжига.

Читайте так же:
Приспособление для измельчения веток

Таким образом, исследования показали, что посредством ММТО можно значительно повысить сопротивление стали микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях. Однако в отличие от режима ММТО, являющегося оптимальным для повышения характеристик жаропрочности, усталости и статической прочности, режим ММТО для повышения сопротивления микропластическим деформациям должен быть откорректирован в направлении дальнейшего повышения степени стабильности структуры металла. В частности, для сталей 10 и 35 проведение после ММТО дополнительного отжига при 300-500° С позволяет более полно стабилизировать тонкую структуру и значительно повысить характеристики сопротивления микропластическим деформациям металла.

По-видимому, для получения высоких показателей сопротивления микропластическим деформациям недостаточно обеспечить только блокирование дислокационных скоплений, возникающих при ММТО с промежуточным старением при 100-200° С, а необходимо произвести перераспределение дислокаций в этих скоплениях в энергетически более выгодные положения посредством более полного отдыха.

Краткие обозначения:
σв— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05— предел упругости, МПа Jк — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2— предел текучести условный, МПаσизг— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10— относительное удлинение после разрыва, %σ-1— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж— предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν— относительный сдвиг, % n— количество циклов нагружения
s в— предел кратковременной прочности, МПаR и ρ— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ— относительное сужение, %E— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T— температура, при которой получены свойства, Град
s T— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB— твердость по БринеллюC— удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV— твердость по Виккерсу pn и r— плотность кг/м 3
HRCэ— твердость по Роквеллу, шкала Са— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ), 1/°С
HRB— твердость по Роквеллу, шкала Вσ t Т— предел длительной прочности, МПа
HSD— твердость по ШоруG— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Температура плавления стали

Температура плавления (температура ликвидус) — это температура, при которой вещество переходит в полностью жидкое состояние. Температура затвердевания (температуру солидус) — это такая температура, при которой вещество переходит полностью в твердое состояние.

Для чистых веществ (элементов) температуры ликвидус и солидус совпадают. Для растворов же, к которым в том числе относятся сталь и чугун, существует, так называемый, температурный интервал кристаллизации, в котором одновременно сосуществуют твердая и жидкая фазы.

Расчет температуры плавления и затвердевания стали

Температуры плавления и затвердевания стали зависят от ее состава.

Как правило при расчете TL и TS делают допущение об аддитивности влиянии легирующих и примесей на значения этих величин. При этом изменение температуры плавления/затвердевания, обусловленное наличием того или иного элемента, рассчитывают как

TL/S сплав = Т — ΣdTL/Si
где TL/Sсплав — температура ликвидус / солидус сплава, К;
Т — температура плавления растворителя (железа), К;
dTL/Si — снижение TL и TS, обусловленное наличием в металле i-го элемента, К.

Влияние различных элементов на температуру плавления и кристаллизации определяют по диаграммам состояния для каждого элемента i (использованные диаграммы состояния приведены ниже в таблице).

СистемаДиаграмма состояния
(картинка открывается в новом окне)
Fe-CДиаграмма состояния железо-углерод Fe-C
Fe-SiДиаграмма состояния железо-кремний Fe-Si
Fe-MnДиаграмма состояния железо-марганец Fe-Mn
Fe-SДиаграмма состояния железо-сера Fe-S
Fe-PДиаграмма состояния железо-фосфор Fe-P
Fe-CrДиаграмма состояния железо-хром Fe-Cr
Fe-NiДиаграмма состояния железо-никель Fe-Ni
Fe-MoДиаграмма состояния железо-молибден Fe-Mo
Fe-TiДиаграмма состояния железо-титан Fe-Ti
Fe-WДиаграмма состояния железо-вольфрам Fe-W
Fe-VДиаграмма состояния железо-ванадий Fe-V
Fe-AlДиаграмма состояния железо-алюминий Fe-Al

При этом допускали, что их влияние на рассматриваемые величины носит линейный характер, т.е.

dTL/Si = kL/Si·[i]
где kL/Si — средний коэффициент наклона линии ликвидус (солидус) на диаграмме состояния в определенном интервале концентраций рассматриваемого элемента, К/%;
[i] — концентрация элемента i, % масс.

kL/Si = <(TL/Si)а - (TL/Si)b>/<[i]а - [i]b>
где (TL/Si)а и (TL/Si)b — температура ликвидус/солидус расплава при концентрации элементаi в нем равной [i]а и [i]b, соответственно, К.

Конкретные значения kL/S i были получены следующим образом:

kLC = (1539 — 15. )/. = 64 kSC = (1539 — . )/. = 356 при С < 0,1

kLC = (1539 — 15. )/. = 64 kSC = (1539 — . )/. = 141 при С > 0,1

kLCr = (1539 — 1515)/22 = 1,09 kSCr = (1539 — 1505)/22 = 1,54

kLNi = (1539 — 1449)/50 = 1,80 kSNi = (1539 — 1436)/50 = 2,06

kLMo = (1539 — 1460)/33 = 2,39 kSMo = (1539 — 1450)/33 = 2,70

kLV = (1539 — 1475)/30 = 2,13 kSV = (1539 — 1468)/30 = 2,37

kLS = (1539 — 1530)/0,20 = 45,0 kSS = (1539 — 1365)/0,20 = 870

если содержание серы более 0,2, то dTSS= 1539 — 1365 = 174

kLP = (1539 — 1400)/5 = 27,8 kSP = (1539 — 1050)/5 = 97,8

Влияние углерода на температуры ликвидус и солидус целесообразно рассчитывать с учетом изображенных на рисунке ниже рагрессионных выражений.

диаграмма железо-углерод

Таким образом, температура ликвидус и солидус рассчитываются как

Следует подчеркнуть, что величина TS не представляет практического интереса, так как в процессе кристаллизации происходит значимое перераспределение элементов между жидкой и твердой фазой, в результате которого жидкость обогащается ликватами, прежде всего углеродом, серой и фосфором (чем определяется способность элементов к ликвации Вы можете узнать здесь), что, естественно, снижает температуру затвердевания, поэтому температура, при которой разливаемый металл полностью затвердевает в большинстве случае составляет величину гораздо меньшую, чем расчетное значение TS.

Ниже приведена работа А. Н. Смирнова, более подробно рассматривающая вопрос определения температуры плавления и затвердевания стали

Расчет температуры ликвидус стали

А. Н. Смирнов, Л. Неделькович, М. Джурджевич, Т. В. Чернобаева и 3. Оданович

Донецкий государственный технический университет (Украина) и Белградский университет (Югославия)

Точная оперативная информация о температуре ликви­дус стали имеет большое практическое значение, так как в зависимости от имеющегося в цехе оборудования для внепечной обработки именно эта температура оп­ределяет температурный режим от выпуска до оконча­ния разливки плавки, особенно на МНЛЗ. Это дает воз­можность работать с оптимально низкой степенью пе­регрева и обеспечивает мелкозернистую литую струк­туру и высокое качество заготовки. Известно, что из­мерение температуры ликвидус (TL) не вызывает значительных затруднений. Однако заданный химиче­ский состав стали достигается к концу внепечной обра­ботки перед началом непрерывной разливки, что суще­ственно ограничивает возможности использования экспериментальных данных (записи кривой охлажде­ния). Поэтому для оперативного определения значения TL целесообразно проводить расчеты с использовани­ем данных о химическом составе стали.

Между тем, выбор какого-либо универсального метода расчета температуры ликвидус на практике вызывает значительные затруднения, так как рекоменда­ции специалистов, занимающихся решением этой про­блемы, довольно противоречивы. Сравнение точности и надежности методов расчета TL для стали различных марок выполнено в настоящей работе.

Большая часть известных методов расчета темпе­ратуры ликвидус углеродистой и легированной стали основана на полиномных выражениях, которые в обобщенном виде могут быть представлены следую­щим образом [1. 9]:

где Tплав Fe — температура плавления чистого железа (в соответствии с большей частью известных рекомен­даций Tплав Fе = 1539 °С); а — коэффициент приведе­ния температуры плавления чистого железа (вводится в случае принятия значения температуры плавления железа отличного от приведенного выше); а1 и а2 — коэффициенты значимости 1-го и 2-го порядка для со­ответствующего элемента i, содержащегося в стали данной марки; [i] — содержание элемента i в стали данной марки, %.

В качестве основы выражений такого типа приня­та гипотеза о том, что каждый из химических элемен­тов влияет на снижение температуры ликвидус железа независимо один от другого. При этом результирую­щее влияние всех растворенных в стали элементов на снижение температуры ликвидус может быть получе­но на основании двойных диаграмм состояния Fe-Хi,. Поэтому эти выражения различаются только тем, ка­ким образом аппроксимируется линия ликвидус в би­нарной диаграмме со стороны железа. В простейшем случае она заменяется касательной прямой на линию ликвидус со стороны железа, а выражение для темпе­ратуры ликвидус упрощается до полинома первого по­рядка. Подобные выражения, как видно из табл. 1 [1. 4], различаются по значениям коэффициентов аi и принятой температуре плавления железа.

Влияние изменения концентрации каждого хими­ческого элемента на снижение температуры плавления железа может быть также учтено описанием линии ли­квидус с помощью полинома второго порядка или вписыванием ломаной линии в кривую значений тем­пературы ликвидус. Причем неодинаковый наклон звеньев ломаной линии в концентрационных проме­жутках учитывает влияние собственной концентрации каждого элемента на снижение температуры плавле­ния железа. В качестве иллюстрации в табл. 1 приве­дены данные работ [5. 7], где учитывается только концентрационная зависимость влияния углерода, и работ [8, 9], где эта концентрационная зависимость выражается и для ряда других элементов в стали. При­веденными в табл. 1 данными можно пользоваться только в тех концентрационных областях, в которых при затвердевании образуется твердый раствор.

Однако средние квадратичные отклонения σ (табл. 1) не могут служить обобщенным критерием оценки достоверности и применимости каждой из формул, так как специалисты обычно используют не­сколько отличные в техническом исполнении методы и приборы для измерения температуры ликвидус ста­ли. По-видимому, такая оценка должна проводиться для данных, которые получены в примерно одинако­вых условиях при достаточно надежном измерении температуры ликвидус применительно к большому массиву марок стали.

В настоящей работе были отобраны результаты измерений температуры ликвидус для стали 87 марок по данным А.А. Howe [10]. Химический состав стали некоторые из этих марок и результаты измерений тем­пературы ликвидус приведены в табл. 2. При этом для стали состава 1-10 температуру ликвидус определя­ли путем термического анализа образца массой 400 г, для стали состава 11-20 — одновременно путем тер­мического и дифференциального термического анали­за образца массой 40 г.

Было определено, что расчетные значения темпе­ратуры ликвидус в большей части случаев превышают экспериментальные данные. С уменьшением темпера­туры ликвидус, которое соответствует росту содержа­ния углерода и легирующих элементов в стали, вели­чина разброса расширяется.

Результаты оценки достоверности расчетов темпе­ратуры ликвидус (табл. 3) показывают, что использо­вание предложенных формул не отличается высокой степенью точности, так как даже наиболее точные из результатов расчетов имеют среднее квадратичное от­клонение около ±2,5, соответствующее полосе раз­броса ±7,5 °С.

По мнению авторов настоящей статьи, такое от­клонение расчетных данных от экспериментальных может быть вызвано в основном тем, что эти формулы не учитывают характер взаимодействия отдельных хи­мических элементов при определенной их концентра­ции. Из работ [11-13] известно, что, если при нали­чии какого-либо другого элемента или с увеличением собственной концентрации коэффициент активности данного элемента изменяется, то и его влияние на TL стали должно соответственно изменяться.

Возрастание влияния коэффициента активности углерода с повышением его концентрации в стали проиллюстрировано на примере стали, содержащей 1,48 % С (табл. 4). При таком увеличении коэффици­ента активности углерода его действительное влияние на снижение температуры ликвидус, определенное экспериментально, оказывается значительно боль­шим, чем это можно принять по результатам расчетов по известным формулам. Поэтому в большей части случаев расчетные значения TL заметно превышают экспериментальные. В противном случае, если сталь содержит элемент, снижающий активность углерода, и соответственно углерод уменьшает активность этого элемента в стали (Б, табл. 4, марганцовистая сталь), действительное снижение температуры ликвидус, определенное экспериментально, меньше, чем рассчитайное по формулам, не учитывающим взаимное влия­ние активностей, что выражается в положительном от­клонении разностей между экспериментальными и расчетными значениями TL. Более сложный пример (В, табл. 4) для стали с высоким содержанием никеля иллюстрирует большие отклонения разностей между экспериментальными и расчетными значениями TL в положительную сторону практически по всем форму­лам, что, по-видимому, является следствием неадек­ватного описания линии ликвидус в бинарной системе Fe-Ni.

Следует отметить, что рассмотрены (табл. 4) толь­ко двухкомпонентные и трехкомпонентные системы, причину отклонения расчетных экспериментальных значений TL в которых можно достаточно аргу­ментированно объяснить. Наибольший разброс от­клонений значений TL наблюдается для легирован­ной стали многокомпонентного состава, где взаимо­действие между элементами более сложное. Следо­вательно, для стали такого состава отклонения, вы­званные неадекватным учетом эффектов таких взаи­модействий на снижение температуры ликвидус, ме­нее предсказуемы.

Как видно из табл. 2, для группы углеродистой и низколегированной стали dTср имеет отрицательное значение и по абсолютному значению в каждом от­дельном случае большеdTmin. В более 90 % случаев значения dTmin распределены по нормальному закону в интервале ± 2 °С около фактической температуры ликвидус, а около 70 % — в интервале ± 1 °С.

Таблица 1. Коэффициенты a, а1 и a2 характеризующие степень влияния содержащихся в стали химических элементов на снижение температуры ликвидус*

6.2 Углеродистые стали

Сталь является одним из основных конструкционных материалов в машиностроении. Широкое применение сталей обусловлено главным образом сочетанием ценного комплекса их механических, технологических и эксплуатационных свойств.

В настоящее время металлургической промышленностью выплавляется около 2000 различных марок сталей и сплавов на основе железа, удовлетворяющих запросы многих отраслей техники. На долю углеродистых сталей приходится около 80 % от общего объема выплавки.

В сталях, кроме железа, присутствуют и другие постоянные примеси, что обусловлено особенностями технологии их выплавки. Свойства стали определяются количеством присутствующих в ней элементов, а также их взаимодействием с железом и углеродом.

Основным элементом, определяющим свойства стали, является углерод.

Изменение механических свойств стали в зависимости от содержания углерода (для медленно охлажденных сталей) приведено на рис.24. Как видно, с увеличением содержания углерода, твердость сталей увеличивается, однако уменьшается пластичность. Прочность стали повышается лишь до содержания углерода 0,8…1,0%, а при его дальнейшем увеличении прочность начинает резко снижаться. Поэтому хотя теоретически стали могут содержать до 2,0% углерода, однако в практике применяются стали, в которых содержание углерода не превышает 1,3%. С увеличением количества углерода увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается содержание феррита, что обуславливает увеличение прочности и твердости и уменьшение пластичности сталей. При этом наибольшая прочность наблюдается у сталей с содержанием углерода около 0,8…0,9%. Однако, при более высоком содержании углерода на границах зерен в заэвтектоидных сталях образуется сетка вторичного цементита, что и обуславливает, снижение прочности стали.

Поэтому стали с низким содержанием углерода пластичны, они хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваются, но плохо обрабатываются резанием. Повышение содержания углерода улучшает обрабатываемость резанием. Наилучшие литейные свойства имеют стали с содержанием углерода 0,2…0,5%.

Кроме углерода в сталях присутствуют кремний, марганец, фосфор и сера. Марганец и кремний вводят в процессе выплавки в сталь для ее раскисления, т.е. для удаления закиси железа FeO. Углеродистые стали, обычно содержат марганца до 0,7…0,8% и около 0,5% кремния. Присутствие этих элементов в таком количестве практически не оказывает влияния на механические свойства сталей.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Содержание более чем 0,05 % каждого из этих элементов резко ухудшает качество сталей.

Вредное действие серы связано с явлением повышенной хрупкости стали (образование трещин) в горячем состоянии при ковке и штамповке. Это явление называют красноломкостью стали. Сера попадает в сталь главным образом с исходным сырьем-чугуном. Сера, соединяясь с железом, образует эвтектику, температура плавления которой 988°С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 800°С (т.е. до температур красного каления) эвтектика плавится, вследствие чего сталь становится хрупкой.

Вредное влияние фосфора заключается в резком увеличении хрупкости стали при обычных температурах. Это явление называют хладноломкостью. Возникает оно в результате того, что фосфор, растворяясь в феррите, существенно увеличивает его хрупкость при обычных температурах. Однако для облегчения обрабатываемости некоторых видов сталей с содержанием углерода до 0,3% допускается повышенное содержание фосфора (до 0,15%).

Стали классифицируют по химическому составу, содержанию углерода, структуре и назначению.

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.

По содержанию углерода те и другие стали подразделяют на низкоуглеродистые (меньше 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3…0,7% С) и высокоуглеродистые (более 0,7% С).

При классификации сталей по структуре учитывают особенности ее строения после термической обработки. По этому признаку стали подразделяют на перлитный, мартенситный, аустенитный и ферритный классы.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструкционные и инструментальные (будут рассмотрены ниже).

Углеродистые конструкционные стали выпускают обыкновенного качества и качественные. Стали обыкновенного качества являются наиболее дешевыми сталями, они выплавляются по нормам массовой технологии, в них допускается повышенное содержание вредных примесей, а также газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями.

Стали обыкновенного качества выпускают в виде проката (трубы, прутки, листы, уголки, швеллеры и т.п.).

В зависимости от назначения и гарантируемых свойств эти стали подразделяются на группы А, Б и В. Стали маркируют сочетанием букв Ст и цифрой от 0 до 6, показывающей номер марки.

Стали группы А поставляют с гарантированными механическими свойствами и маркируют следующим образом: Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6. Химический состав этой группы сталей не указывается. В марочном обозначении могут добавляться индексы сп, кп, пс, указывающие степень раскисления сталей (спокойные, кипящие, полуспокойные), например Ст3сп.

Сталь Ст0 по степени раскисления не разделяют. Механические свойства сталей группы А приведены в табл.2.

Из таблицы следует, что с увеличением номера марки повышается прочность и улучшается пластичность стали.

Стали группы А используют для изделий, изготовление которых не сопровождается горячей обработкой (сваркой, ковкой и др.). В этом случае они сохраняют исходную структуру и механические свойства, полученные на металлургическом заводе и гарантируемые стандартом.

Стали группы Б поставляют с гарантированным химическим составом. Механические свойства не гарантированы. Эти стали применяются для изделий, изготовляемых с применением горячей обработки (ковки, сварки, термической обработки). При этом исходная структура и механические свойства стали не сохраняются, поэтому ей необходимо их регламентировать. В этом случае важен химический состав стали, поскольку именно он определяет технологические режимы ее обработки. Выпускаются эти стали марок от БСт0 до БСт6.

Стали группы В поставляют с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Стали этой группы, применяются для изделий, подвергаемых сварке. В этом случае важно знать исходные механические свойства стали, так как они сохраняются неизменными на участках изделий, не подвергаемых нагреву при сварке. В зоне же влияния сварки свойства металла изменяются, и для потребителя важно знать химический состав стали, в зависимости от которого определяется режим сварки и конечные механические свойства. Механические свойства и химический состав сталей группы В в холодном состоянии должны соответствовать нормам для сталей аналогичных марок групп А и Б.

Выпускают стали группы В марок от ВСт1 до ВСт5.

Углеродистые стали обыкновенного качества (всех 3-х групп) предназначены для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и механизмов. Из сталей групп Б и В изготавливают сварные фермы, рамы и другие строительные металлоконструкции, а также различные детали для сельскохозяйственных и грузоподъемных машин. Некоторые детали из сталей групп Б и В подвергают термической обработке.

Стали углеродистые качественные конструкционные выплавляются с соблюдением более строгих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки, чем стали обыкновенного качества. Они поставляются в виде проката, поковок, и других полуфабрикатов с гарантией химического состава и механических свойств. Эти стали имеют более низкое содержание, чем стали обыкновенного качества, вредных примесей (фосфора и серы) и неметаллических включений. Маркируются стали двухзначными числами 08, 10, 15, 20…, 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 45 содержит в среднем 0,45% углерода (от 0,42 до 0,5%). Характеристика некоторых механических свойств сталей этих категорий приведена в табл. 3.

Стали углеродистые качественные применяются для изготовления самых разнообразных деталей во всех отраслях машиностроения. Различные виды термической обработки (будут рассмотрены ниже) позволяют существенно повысить прочностные и эксплуатационные свойства деталей машин из сталей этой группы.

Для изготовления крепежных и других мелких деталей типа болтов, винтов, гаек, осей, втулок и др. применяют стали, характеризующиеся повышенным содержанием фосфора и серы. Они отличаются хорошей обрабатываемостью вследствие образования ломкой стружки и отсутствием налипания металла на рабочую часть режущего инструмента. Стали этого типа называют автоматными и обозначают буквами А, например, А12, А20, А30 и др

Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Как влияет содержание углерода на свойства сталей

Содержание углерода и легирующих элементов определяет свойства углеродистых сталей. Состав сплава содержит железо, углерод, магний, кремний, марганец, серу и фосфор. Количество одного компонента по отношению к общей массе определяет вязкость, пластичность, прочность и твердость металла. Углеродистые стали классифицируют по химическому составу, способу изготовления, назначению и степени раскисления. Металлопрокат производят из разных марок стали. Компания «Стальмет» продает металлопродукцию из углеродистых сталей, соответствующих ГОСТу 380-2005 и 1050-2005.

Состав стали с углеродом

Технология производства не полностью удаляет примеси из стали. Они занимают малую процентную долю, но присутствуют во всех углеродистых сталях. Содержание углерода разделяет сталь на углеродистую и легированную. Углерод добавляют намеренно, чтобы изменить технические характеристики и механические свойства сталей. Наличие примесей зависит от выбранной плавки сталей. Процентное содержание разных элементов в составе стали:

  • железо — до 99 %;
  • углерод — до 2,14 %;
  • кремний — до 1 %;
  • марганец — до 1 %;
  • фосфор — до 0,6 %;
  • сера — до 0,5 %.

Сталь содержит незначительное количество водорода, кислорода и азота.

3

Какие свойства у стали с разным содержанием углерода?

Механические свойства стали зависят от количества углерода. Увеличение или снижение содержания углерода, даже в сотых долях процента, предопределяет сферу применения металла. Структура углеродистой стали меняется от содержания цементита и феррита. Когда в сталь добавляют больше углерода, сплав становится твердым, прочным и упругим. Когда уменьшают, улучшают ее пластичность и сопротивление удару.

В зависимости от того, сколько углерода в составе сплава, различают несколько видов стали:

  • Низкоуглеродистые содержат меньше 0,25 % углерода. Пластичные, но легко деформируемые. Обрабатываются в холодном состоянии и под действием высокой температуры.
  • Среднеуглеродистые — 0,3-0,6 %. Пластичные, текучие и среднепрочные. Из них изготавливают детали и конструкции, которые будут использовать в нормальных условиях.
  • Высокоуглеродистые — 0,6-2 %. Износостойкие, прочные и дорогие углеродистые стали с низкой вязкостью. Плохо поддаются сварке без предварительного разогрева обрабатываемой зоны до +225оС.

Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали обрабатывать и варить проще, чем высокоуглеродистые.

Виды углеродистой стали по степени раскисления

У углеродистой стали разная степень раскисления. Бывают спокойные, кипящие и полуспокойные сплавы. Названия связаны с содержанием вредных примесей — оксидом железа. Чем меньше кислорода в сплаве, тем стабильнее и долговечнее стали. После разливки сталь выделяет газы и затвердевает.

В спокойных сталях кислород удален почти полностью, поэтому у них однородная структура и равномерное распределение состава. Полуспокойные чаще содержат 0,15-0,3 % углерода. Таким сталям свойственна неравномерная структура из-за частичного раскисления сплава. Больше всего кислорода у кипящих сталей. Такое раскисление приводит к разному химическому составу. В кипящих сталях много примесей: углерода, азота, серы и фосфора.

1

Чем отличаются инструментальные и конструкционные стали?

Сфера применения и способ изготовления — главные отличия сталей. Конструкционные углеродистые стали выплавляют в конвертерах и мартеновских печах. Они бывают высокого и обыкновенного качества. Их разделяют на группы А, Б и В. Маркируют соответственно буквами и цифрами. В обозначении буква говорит о группе стали, а цифры указывают на содержание углерода, увеличенное в 100 раз. Чем больше значение, тем прочнее сталь. Стали обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца маркируются буквой «Г».

Сталь группы А поставляют по механическим свойствам, группы Б — по химическому составу, группы В — по механическим свойствам и химическому составу. Это означает, что сталь группы А обладает заявленными свойствами, а сталь группы Б отвечает нормативной документации.

Углеродистую инструментальную сталь выплавляют в мартеновской или электрической печи. Она бывает спокойной, полуспокойной и кипящей. Ее разделяют на качественную и высококачественную сталь. Доля примесей в качественной инструментальной стали регламентирована: серы должно быть не более 0,4 %, фосфора — не больше 0,6 %. Цифра в маркировке говорит о содержании углерода в сотых долях. Также она обозначает условный номер марки материала.

2

Сферы применения углеродистых сталей

Углеродистые стали обыкновенного качества используют для изготовления двутавра, уголка, швеллера, прута, листа и другого проката. В производстве инструментов и деталей для разных областей машиностроения применяют углеродистую сталь высокого качества.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector