Сталь различных способов производства
В зависимости от способа производства стали отличаются по содержанию примесей, чем и обусловлено различие в их свойствах.
Сталь подразделяют на бессемеровскую, мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь.
Самый прогрессивный способ получения стали – конвертерный (продолжительность плавки – 30-60 мин.).
Длительность мартеновской плавки до 11 часов.
Сталь получают из чугуна, содержащего большое количество Mn, P, S, C, Si.
При производстве стали примеси удаляют, окисляя их и переводя в шлак, снижают содержание углерода.
Большое количество окислов FеО в стали ухудшают ее качество. Для снижения количества окислов (т.е. содержания кислорода) сталь раскисляют, путем добавления ферромарганца – FeMn, ферросилиция – FeSi, а также Al, Ti.
Эти раскислители имеют сродство к кислороду больше, чем железо.
В зависимости от раскисления стали делят на:
спокойную сталь – раскисляют FeMn, FeSi, Al или Ti. Обозначают сп.
кипящую сталь – раскислена только FеMn. Обозначают кп.
полуспокойную сталь – раскислена FеMn и Al, т.е. характеризуется промежуточным раскислением. Обозначают пс.
Стали отличаются по химическому составу в зависимости от раскисления:
сп – 0,14 – 0,3% Si, ~ 0,002% О2;
пс – 0,05 – 0,10% Si, ~ 0,01% О2;
кп – <0,05% Si, ~ 0,02% О2.
По данному химическому составу можно сказать какая это сталь по способу раскисления.
Спокойная сталь (сп) – слиток затвердевает спокойно, без выделения газов, усадочная раковина сосредоточена в верхней части отливки.
Кипящая сталь (кп) – застывает с выделением газов; ускоренно охлаждаясь из металла выделяются газы СО и СО2 (наблюдается эффект кипения стали). Усадочная раковина закрытого типа, качество стали более низкое).
Стали различных способов раскисления характеризуются следующими показателями выхода годного: спокойная сталь – 58-90%; полуспокойная сталь – 90-95%; кипящая сталь – 95-100%.
Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивается в несколько раз, а в нижней части – уменьшается. При прокатке – прибыльную, подприбыльную, и донную части слитка отрезают.
Строение стальных слитков различных способов раскисления
Рисунок 1.
Классификация углеродистых сталей
В зависимости от назначения стали делят на:
конструкционные (детали машин, механизмов и различных конструкций, болты, гайки, мосты, краны);
инструментальные стали (режущий инструмент, мерительный инструмент, штампы).
По структуре:
– доэвтектоидные;
– эвтектоидные;
– заэвтектоидные.
По содержанию углерода:
– малоуглеродистые (0,025ч0,25%С);
– среднеуглеродистые (0,25ч0,6%С);
– высокоуглеродистые (> 0,6%С).
По качеству:
– обыкновенного качества (<0,05%S; <0,04%Р);
– качественные (<0,04%S; <0,035%Р);
– высококачественные (<0,03%S; <0,03%Р).
Качество сталей определяется содержанием в них вредных примесей: серы и фосфора.
Конструкционные стали изготавливают обыкновенного качества и качественными; инструментальные стали – качественными и высококачественными.
Стали обыкновенного качества
Данные стали в процессе выплавки меньше очищаются от вредных примесей и содержат больше S и Р, большое количество неметаллических включений, значительно развита ликвация. Содержание S до 0,05%; Р до 0,04%.
Маркируются: Cт0, Cт 1, Cт2, Cт3, Cт4, Cт5, Cт6.
Все эти стали по структуре доэвтектоидные – 0,06-0,49%С.
Указание способа раскисления:
Cт 1кп Cт 3 кп
Cт 1 пс Cт 3 пс
Cт 1 сп Cт 3 сп
Начиная со стали 4 выпускают только стали сп и пс: Cт6сп, Cт6пс.
Каждая марка стали выполняется в 14 вариантах, которые гарантируют определенные механические, химические свойства (ув, ут, KCV, д, содержание Р, S, Mn, C…).
Рассмотрим в качестве примера сталь – Cт3сп4.
Первая цифра «3» – указывает только порядковый номер марки стали по ГОСТ 380-88, а не содержание углерода. Но с увеличением номера содержание углерода увеличивается. Чем больше содержится в стали углерода, тем выше прочность (ут, ув) и ниже пластичность (д, ш, KCU).
Вторая цифра «4» (может изменяться от 1 до 5) – гарантирует определенные механические свойства и химический состав стали (категория поставки).
Стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (ут, МПа), временное сопротивление (ув, МПа), относительное удлинение (д, %)).
Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.
Стали 3-й категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +200С.
Стали 4-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -200С.
Стали 5-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -200С и после старения.
Таблица № 1 Состав сталей и механические свойства сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-88)
| Массовая доля | Механические свойства | ||||||
| Марка стали | %С | %Si | %Mn | ув, н/мм2 | ут, н/мм2 | д, % | KCU Дж/см2 (кгс·м/см2) |
| Ст 0 |  0,23
| 0,05 | 0,25-0,5 | ||||
| Ст 1 сп | 0,06 – 0,12 | 0,15-0,30 | 0,25-0,5 | 305-380 | |||
| Ст 3 кп | 0,14 – 0,22 |  0,07
| 0,3-0,6 | 380-460 | |||
| Ст3пс | 0,14 – 0,22 | 0,05-0,15 | 0,4-0,65 | 370-480 | 108 при -200С | ||
| Ст3сп | 0,14 – 0,22 | 0,12-0,30 | 0,4-0,65 | 380-490 | 98 при -200С | ||
| Ст6сп | 0,38 – 0,49 | 0,15-0,35 | 0,5-0,8 |
Для сталей марки Ст0 (беззаказка):
S < 0 < 0,06%, Р < < 0,07%.
Области применения сталей обыкновенного качества:
Ст0 – ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).
Ст1 – детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).
Ст2 – неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.
Ст3 – несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.
Ст5 – болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.
Ст6 – бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.
От Ст0 до Ст6 – балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.
Стали обыкновенного качества поставляются по гарантированному химическому составу и механическим свойствам.
Спокойная сталь по температуре перехода в хрупкое состояние значительно лучше, чем кипящая.