Класифікація та маркування вуглецевих сталей

Вплив постійних домішок на властивості сталі

Постійними домішками в сталі є кремній (£0,37%), марганець (£0,8%), сірка (£0,05%), фосфор (£0,04%).

Марганець і кремній вводять у сталь для розкислення при її виплавлянні.

Кремній сильно підвищує границю текучості s_т і знижує пластичність сталі. Тому в сталях, які призначені для холодного штампування і глибокої витяжки концентрацію кремнію обмежують на рівні 0,17%, а інколи навіть 0,07%.

Марганець помітно підвищує міцність сталі, практично не знижуючи пластичність і прогартовуваність, зменшує червоноламкість, що викликається впливом сірки.

Сірка є шкідливою домішкою в сталі. Вона потрапляє в сталь з руди чи палива. Із залізом сірка утворює хімічну сполуку FeS, яка практично не розчиняється у фериті, а створює легкоплавку евтектику з температурою плавлення 988⁰С. Ця евтектика переважно розташовується по межах зерен. Під час гарячого деформування (прокатування, кування) з температурою процесу 1000…1200⁰С евтектика розплавляється, порушується зв’язок між зернами металу, внаслідок чого в місцях розташування евтектики виникають надриви і тріщини. Це явище має назву “червоноламкість”. При наявності марганцю в сталі замість FeS утворюється сульфід марганцю MnS з температурою плавлення 1620⁰С, завдяки чому усувається явище червоноламкості.

Сірчисті включення знижують ударну в’язкість (КСU) і пластичність (d,y), а також границю витривалості (s_R). Сірка, крім того, погіршує зварюваність і корозійну стійкість. Тому вміст сірки обмежують: у сталях звичайної якості – до 0,05%, якісних – до 0,04%, високоякісних – до 0,025%.

Фосфор є також шкідливою домішкою. Він розчиняється у фериті і при цьому сильно спотворює кристалічну гратку заліза, внаслідок чого підвищуються границі міцності та текучості, але знижуються пластичність і в’язкість сталі. Фосфор підвищує поріг холодноламкості, тобто температуру переходу сталі у крихкий стан. Шкідливий вплив фосфору посилюється внаслідок великої схильності його до ліквації. Тому кількість фосфору в сталях також обмежують: у сталях звичайної якості – до 0,04%, в якісних – до 0,035%, а високоякісних – до 0,025%.

Вуглецеві сталі класифікують за кількома ознаками: за рівноважною структурою, за хімічним складом, за ступенем розкислення, за якістю та за призначенням.

За рівноважною структурою вуглецеві сталі поділяються на три групи:

- доевтектоїдні – сталі, які містять від 0,02 до 0,8%С, структура яких складається з фериту і перліту;

- евтектоїдні – сталі, які містять 0,8%С, структура яких складається з перліту;

- заевтектоїдні – сталі, які містять понад 0,8 до 2,14%С, структура яких складається з перліту і цементиту вторинного.

Сплави заліза з вуглецем, які містять до 0,02%С називають технічним залізом. Структура таких сплавів складається в основному з фериту.

Мікроструктури доевтектоїдної, евтектоїдної, заевтектоїдної сталей і технічного заліза наведені на рис.4.3

Рис.4.3. Мікроструктури доевтектоїдної (а), евтектоїдної (б), заевтектоїдної (в) сталей і технічно чистого заліза (г).

За хімічним складом (вмістом вуглецю) вуглецеві сталі поділяють на низьковуглецеві (<0,3%С), середньовуглецеві (0,3…0,6%С) та високовуглецеві (>0,6%С).

За ступенем розкислення сталі поділяють на киплячі (£0,07%Si), напівспокійні (0,07<Si<0,17%) та спокійні (0,17<Si<0,37%). Киплячу сталь позначають літерами “кп” наприкінці марки сталі, наприклад: Ст3кп, 05кп; напівспокійну сталь – літерами “нс”, наприклад: Ст3нс, 08нс; спокійну сталь у більшості випадків літерами не позначають за виключенням сталей звичайної якості, які позначають літерами “сп”, наприклад Ст3сп.

Якість сталі визначається в першу чергу кількістю шкідливих домішок – сірки та фосфору. Тому в основу класифікації за якістю покладено вміст в сталі P і S. За цією ознакою вуглецеві сталі поділяють на сталі звичайної якості (S£0,05%, Р£0,04%), якісні (S£0,04%, Р£0,035…0,04%) та високоякісні (S£0,02%, Р£0,03%).

За призначенням вуглецеві сталі поділяють на конструкційні (для деталей машин і будівельних конструкцій) та інструментальні.

Конструкційні сталі повинні поєднувати достатню міцність і в’язкість. Таким вимогам відповідають доевтектоїдні сталі.

Конструкційні сталі за технологічною ознакою поділяються на ливарні та на сталі, що деформуються. Сталі, що деформуються, в свою чергу поділяються, в залежності від вмісту шкідливих домішок, на звичайної якості, якісні та автоматні.

Сталі звичайної якості, відповідно до ГОСТ 380-88, маркують літерами “Ст” і цифрами, які вказують номер марки, а наприкінці марки ставлять, в залежності від ступеня розкислення, літери “кп”, “нс” або “сп”. Із сталей цієї групи виготовляють гарячекатаний прокат (балки, прутки, швелери листи, труби), застосовують для будівельних конструкцій та маловідповідальних деталей машин.

Вуглецеві якісні сталі, відповідно до ГОСТ 1050-88, маркують двозначним числом, що вказує середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Ступінь розкислення позначається літерами “кп”, “нс”, які ставляться після числа. В спокійних сталях літери “сп” не ставлять. Наприклад, 05кп, 08кп, 10, 15, …35, 40, …85.

Сталі марок 05, 08, 10 після відпалювання добре штампуються в холодному стані. Низьковуглецеві сталі марок 15, 20, 25 належать до тих, що цементуються. Середньовуглецеві сталі 30, 35, 40, 45 і 50 належать до сталей, що поліпшуються. З таких сталей виготовляють вали, шатуни, шестерні та інші деталі. Високовуглецеві сталі марок 60, 65, 70, 75, 80 і 85 використовують для пружин, ресор, тросів. Із сталі 60 виготовляють суцільнокатані колеса, валки прокатних станів.

Автоматні сталі (ГОСТ 1414-75) мають підвищену оброблюваність різанням, що забезпечується підвищеним вмістом сірки (до 0,25%) і фосфору (до 0,15%). Маркують літерою ”А” і числом, яке вказує середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка: А12, А20, А30 і А35. Оброблюваність різанням поліпшується також введенням у вуглецеву сталь свинцю у кількості 0,15…0,30%. При маркуванні таких сталей після літери “А” ставлять літеру “С”: АС14, АС40.

Автоматні сталі мають понижені механічні властивості, тому їх використовують тільки для малонавантажених деталей.

Ливарні сталі (ГОСТ 977-88)маркують числом, що вказує вміст вуглецю в сотих частках відсотка, та літерою “Л” в кінці марки, наприклад 15Л, 20Л, 25Л тощо. Ливарні сталі використовують для деталей арматури, великих шестерень, валків та інших деталей.

Інструментальні вуглецеві сталі за якістю поділяються на якісні та високоякісні. Відповідно до ГОСТ 1435-74 якісні інструментальні сталі маркують літерою “У” і числом, що вказує середній вміст вуглецю в десятих частках відсотка: У7, У8, У9,…, У13. У марках високоякісних інструментальних сталей в кінці марки ставлять літеру “А”, наприклад, У7А, У8А… У13А.

Інструментальні сталі з відносно низьким вмістом вуглецю (У7, У8) мають високу в’язкість і використовуються для виготовлення зубил, молотків, кернерів, викруток, штампів тощо. Заевтектоїдні сталі (У9…У13) застосовують для інструментів, що потребують високої твердості та не дуже високої в’язкості: мітчиків, свердл, напилків, ножівок, вимірювальних інструментів. Недоліками вуглецевих інструментальних сталей є їх незначна прогартовуваність і низька теплостійкість (до 200⁰С).

Дата добавления: 2014-01-07