Стали с улучшенной обрабатываемостью резанием
Данные стали классифицируются, как стали углеродистые специального назначения.
К сталям с улучшенной обработкой резанием относятся автоматные стали.
Автоматные стали хорошо обрабатываются на металлорежущих станках-автоматах (отсюда и название), дают ломкую короткую стружку, снижается расход режущего инструмента и уменьшается шероховатость обработанных поверхностей.
Хорошая обрабатываемость резанием автоматных сталей обеспечивается повышенным содержанием серы (до 0,15-0,3%) и фосфора (0,05-0,15%), кроме того, они могут быть дополнительно легирована свинцом, селеном или кальцием.
Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу при температуре 1100…1150oС, для устранения ликвации серы.
Маркировка автоматных сталей:
Автоматные стали маркируют буквой «А» и цифрами, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. При повышенном содержании марганца в марку стали добавляется буква «Г». Например:
А12 – автоматная сталь, с содержанием углерода 0,12 %.
А40 Г – автоматная сталь, с содержанием углерода 0,40 % и с повышенным содержанием марганца
Для автоматных сталей характера пониженная пластичность, поэтому их применяют для изготовления малоответственных деталей, не требующих особых механических свойств (втулки, крепежные детали, пальцы, штуцера, мелкие валики и оси, тяги и другие).
Автоматные стали широко применяют в автомобильной промышленности, текстильном машиностроении для изготовления деталей швейных и пишущих машинок и других малонагруженных деталей. Основное применение автоматной стали – изготовление болтов, гаек, винтов. Эти стали не применяются для изготовления сварных конструкций.
С целью повышения прочности автоматной стали подвергают холодной перетяжке, в результате чего они наклёпываются. Например, из стали А20 предел прочности повышается с 460-6170 МПа до 620-800 МПа.
Для фасонного литья, особенно в транспортном машиностроении, применяют угловые стали, которые маркируют цифрой, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, и буквой Л – литая, например 15Л, 40Л.
Стали с высокой свариваемостью
Сварку широко применяют в промышленности, поэтому свариваемость стали – одно из главных свойств.
Свариваемость сталей. Под свариваемостью понимают свойство металла или сочетание металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.
Углерод повышает склонность стали к образованию трещин, поэтому содержание углерода в сталях для сварных конструкций не превышает 0,22-0,25%
Предварительную оценку свариваемости можно дать по химическому составу стали. Обобщенно влияние химического состава основного металла на свариваемость можно выразить через эквивалентное содержание углерода:
Сэкв = С + 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
где символами C, Mn, Si, Ni, Cr, Mo, V обозначено содержание соответствующих элементов в стали %.
Если Сэкв >0,45 %, сталь склонна к образованию трещин при сварке и требуются специальные технологические мероприятия для устранения этого явления (предварительный, сопутствующий подогрев, снижение содержания водорода, термическая обработка сварного соединения после сварки, применение аустенитных сварочных материалов и т. д.)
По признаку свариваемости все стали можно условно разделить на четыре группы.
I. группа – свариваемость хорошая. Стали свариваются любыми способами без применения особых приёмов, образуя при этом сварные соединения высокого качества.
II. группа – свариваемость удовлетворительная. Для получения сварных соединений высокого качества требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательная очистка свариваемых кромок и нормальные температурные условия сварки, а в некоторых случаях – предварительный и сопутствующий подогрев и термообработка.
III. группа – свариваемость ограниченная. В обычных условиях сварки стали склонны к образованию трещин. Перед сваркой необходима термообработка и подогрев до 250 – 4000 С с последующим отпуском после сварки.
IV. группа – свариваемость плохая. Пониженное качество сварных соединений. Швы склонны к образованию трещин, несмотря на то, что при сварке применяют сложные технологические приёмы, обязательный подогрев изделий, предварительную и последующую термообработку.
В таблице 1 даётся группа свариваемости сталей в зависимости от химического состава.
Таблица 1. Свариваемость стали в зависимости от содержания углерода и легирующих элементов
| Суммарное сод.элемент. (Mn + Si + Cr + + Ni + 4 Mo) | Свариваемость при содержании углерода % | |||
| хорошая | удовлетворительная | Ограниченная | плохая | |
| До 1 1-3 Свыше 3 | До 0,25 До 0,20 До 0, 18 | 0,25 – 0,30 0,20 – 0,30 0,18 – 0,28 | 0,30 – 0,45 0,30 – 0,40 0,28 – 0, 38 | Свыше 0,45 Свыше 0,40 Свыше 0,38 |
Влияние различных химических элементов на свойства стали
Углерод определяет прочность, вязкость и закаливаемость сталей. При содержании его в сталях до 0,22 %свариваемость стали хорошая, а при повышении массовой доли углерода свариваемость ухудшается.
Кремний при содержании в стали 0,2 – 0,3 % не оказывает влияния на свариваемость. При содержании 0,4 –0.6 % кремний повышает, упругость стали. Свариваемость металла заметно ухудшается, если содержание кремния составляет 0,8 – 1,5 %.
Марганец в углеродистых сталях содержится в пределах 0,3 – 0,8 %, причём свариваемость стали, не ухудшается и повышается закаливаемость. При содержании марганца в стали 1,8 – 2,5 % сварка затрудняется, так как могут появиться трещины.
Хром повышает, твердость и прочность стали. При значительном содержании (8 – 10 %) он придает металлу окалиностойкость, снижает, пластичность и вязкость стали. При сварке образуются карбиды хрома, что затрудняет процесс сварки.
Содержание хрома в малоуглеродистых сталях достигает 0,3%, в конструкционных – 0,7 – 3,5 %, хромоникелевых – 9 – 35 %, в хромистых 12 – 28 %.
Никель в малоуглеродистых сталях содержится в пределах 0, 2 – 0,3 %, в конструкционных – 1 – 5 %, в легированных – 8 – 35 %. Никель, не ухудшая свариваемости стали, увеличивает её пластические и прочностные свойства.
Молибден – повышает прочность и твёрдость стали, делает её теплоустойчивой, увеличивает несущую способность конструкций при ударных нагрузках и высоких температурах. В то же время он затрудняет сварку, так как активно окисляется и выгорает.
Ванадий – повышает вязкость и пластичность стали, улучшает её структуру, способствует закаливаемости. В процессе сварки активно окисляется и ухудшает свариваемость металла.
Вольфрам – вводится в инструментальные и штамповые стали для увеличения их твёрдости и работоспособности при высоких температурах (красностойкости). В процессе сварки сильно окисляется и ухудшает свариваемость металла.
Титан и ниобий добавляют в высоколегированные стали для повышения их коррозийных свойств. Ниобий ухудшает свариваемость, способствует появлению горячих трещин.
Медь – содержится до 1 % (по массе) в некоторых низколегированных сталях, предназначенных для строительных конструкций. Повышает коррозийные свойства стали, не ухудшая её свариваемость.
Сера – является вредной примесью, так как придаёт стали красноломкость, т. е. большую хрупкость при высоких температурах. Содержание её в сталях, предназначенных для сварных конструкций, не должно превышать 0,04 %.
Фосфор – также является вредной примесью. Он придаёт стали хладноломкость.
При изготовлении сварных конструкций наиболее широко применяют низколегированные стали марок 09Г2, 14Г2, 15ГФ, 10Г2С1, 10ХСНД, 15 ХСНД, 14ХГС, 09Г2ДТ, 15Г2СФ, 15Г2СФМР, 14ХГ2МР, 14ХМНДФР и другие.
Из высоколегированных сталей для изготовления сварных изделий широко используются коррозионностойкие, жаропрочные стали. Обозначение высоколегированных сталей аналогично обозначению низколегированных сталей. Отличие состоит в том, что если перед буквами стоит лишь одна цифра, то она указывает массовую долю углерода в десятых долях процента, а при отсутствии цифры массовая доля составляет около 0,1 %. Цифра 0 перед буквами обозначает, что углерода в этой стали, содержится до 0,04 %, а цифры 00 – от 0,04 до 0,08 %. Например, Х25Н20С2 – сталь с содержанием углерода около 0,1 %, хрома (Cr) – 25%, никеля (Ni) – 20%, кремния (Si) – 2 %.
Для обозначения высококачественных сталей в конце марки ставится буква А: 10Г2СА, 14Г2А. В зависимости от способа выплавки высококачественные стали обозначаются буквами Ш (стали электрошлакового переплава), либо ВД (стали вакуумно - дугового переплава), или ВИ (стали вакуумно-индукционного переплава).
Котельная сталь
Котельная сталь применяется для изготовления деталей и устройств, работающих под давлением (паровых котлов, камер горения газовых турбин). Они работают при переменных давлениях и температуре до 4500С, хорошо свариваются. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием.
Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали: 12К, 15К,16К,18К, 20К, 22К с содержанием в них углерода 0,08-0,280С, и поставляют ее в виде листов толщиной до 200 мм.