Сталь и ее свойства

Сталью называются железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2 % углерода. По методу получения сталь подразделяют на конверторную:

- продуванием сжатого воздуха через расплавленный чугун, залитый в стальной сосуд; невысокого качества с вредными примесями для неответственных деталей, мартеновскую:

- выплавляемую в пламенных печах, более высокого качества и возможностью получения как углеродистой, так и специальной стали из чугуна или из металлического лома, электросталь (плавка в печах электрической дугой между электродом и металлом при Т=3500 град.С).

По химическому составу сталь подразделяется на углеродистую, низколегированную и высоколегированную и их же подразделяют на конструкционную (высококачественная сталь, например 12ХН3А обозначается в конце буквой А, содержит серы и фосфора не более 0,025 % и эти стали относятся к сталям перлитного класса) с содержанием до 0,5 % углерода (обыкновенного качества - например, группа А с поставкой по механическим свойствам Ст. 1, 2, 3,.. 5, где 1-5- номер стали, чем больше номер, тем выше прочность кГ/мм²; в группе Б чем больше номер, тем больше содержание углерода - например, бессемеровская сталь Бст.3 (до 0,12 %) и Бст.6 (до 0,4 %); качественные - выплавляют с соблюдением более строгих условий в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки стали - Ст. 25 с содержанием углерода в сотых долях процента, равным 0,25 %; могут быть с повышенным содержанием марганца - 15Г,...40Г, что повышает прокаливаемость стали, пределы прочности и текучести) и инструментальную с содержанием углерода - 0,6-1,7 % (качественную - У9, где 9 - содержание углерода в десятых долях %). Автоматные стали хорошо обрабатываются на быстроходных автоматах, что достигается повышенным содержанием в стали серы до 0,3 % в виде МnS (марганец дает образование короткой и ломкой стружки) и фосфора до 0,15 % и обозначаются А 20 или А40Г - изготавливают крепежные изделия и мелкие детали сложной конфигурации.

Спокойные стали получаемые полным раскислением металла кремнием, марганцем и алюминием содержат мало закиси железа, что обеспечивает “спокойное” застывание металла в изложнице, происходящее с уменьшением объема.

Кипящие стали раскисленные только марганцем, содержат повышенное количество закиси железа (при малом содержании кремния). При застывании в изложнице закись железа реагирует с углеродом металла, образуя СО. Выделение этих пузырьков в металле создает впечатление, что он кипит. Кипящие стали обладают большей склонностью к старению и хладноломкости и хуже свариваются, имеют в разных сечениях слитка неоднородный химический состав.

Полуспокойные стали представляют сталь промежуточного типа; эти стали раскислены только марганцем и алюминием.

Влияние углерода на сталь. Структура стали после медленного охлаждения состоит из феррита и цементита. Количество цементита возрастает в стали прямо пропорционально содержанию углерода. например, при содержании в стали 0,38 % С цементит составляет 5 %, при 0,7 % С - 10 % и при 2 % С достигает 30 %. Твердость цементита (НV1000) во много больше твердости феррита (НV80-90). Твердые и хруппкие частицы цементита, искажающие кристаллическую решетку феррита, затрудняют движение дислокации (сдвиг), а следовательно, повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность и вязкость.

В стали и чугуне допускается содержание серы 0,025-0,04 %, которую обезвреживает марганец (содержится в стали 0,3-0,8 %, соединяется с серой и всплывает наверх с последующим удалением со шлаками). При повышении содержания серы сталь при Т=1000 град.С и выше становится непрочной, легко дает трещины и ломается, так как химическое соединение FeS с температурой плавления 980 град. С при затвердевании преимущественно располагается по границам зерен и при нагревании для прокатки и ковки до температуры 800-1200 град. С (краное каление) FeS расплавляется, вследствие чего при деформации стали возникают надрывы и трещины. Такое явление называется красноломкостью.

Содержание фосфора в стали допустимо в пределах 0,025-0,08 %, растворяясь в феррите фосфор искажает кристаллическую решетку и снижает пластические свойства, особенно при низких температурах, что называется хладноломкостью.

Кремний повышает твердость и упругость стали, способствует получению плотного и беспузыристого слитка. Содержится в количестве 0,35-0,4 % и попадает в нее в процессе раскисления стали. Раскисляя сталь удаляет из нее закись железа FeO, отрицательно влияющую на свойства стали.

Влияние азота, кислорода, водорода. Присутствуют в стали в виде хрупких неметаллических включений, располагаясь в дефектных участках металла (раковины, трещины) и являясь концентраторами напряжений понижают предел выносливости и ударную вязкость. Уменьшение содержания - разливка и выплавка стали в вакууме.

Маркировка краской листов и прутков из углеродистой стали:

- с содержанием углерода 0,1 % - черной;

- с содержанием углерода 0,15 % - синей;

- с содержанием углерода 0,2-0,25 % - зеленой;

- с содержанием 0,3-0,35 % - 0,4-0,45 % - розовой;

- с содержанием углерода 0,45-0,55 % - красной;

- с содержанием углерода 0.6-0,65 % - фиолетовой;

- с содержанием углерода 0,65-1,3 % - коричневой.

Легированная сталь - это сталь в которую введены специальные элементы для придания ей необходимых свойств (хром - увеличивает глубину закаливаемости, сопротивление коррозии и окисляемости за счет создания тонкой и прочной непроницаемой пленки на поверхности стали, придает стали прочность, твердость и жаростойкость; никель - имеет свойства хрома и придает стали вязкость, повышает стабильность аустенита; ванадий (0,1-0,2 %) - мелкозернистость, повышает жаропрочность стали; молибден (0,2-0,3 %) - повышает прочность при высоких температурах и устраняет хрупкость; вольфрам - придает красностойкость, увеличивает глубину прокаливаемости и устраняет хрупкость стали, повышает жаропрочность; алюминий - повышает жаропрочность; кобальт - увеличивает жаропрочность и технологическую пластичность сплавов; бор - упрочняет границы зерен аустенита; кремний - задерживает распад мартенсита при отпуске и значительно упрочняет феррит; марганец - для получения структуры аустенита, стойкость в окислительных средах; медь; ниобий - повышает жаропрочность; титан - связывает углерод и исключает возможность образования карбидов хрома).

Хромистые нержавеющие стали ржавеют только в серной и соляной кислотах и коррозионная стойкость зависит от степени полирования ее поверхности 2Х13..4Х13 содержат 0,2 % и 0, 4 % хрома.

В маркировке не указываются сотые доли % углерода, меньше 0,12-0,15 % (Х17, Х18Н9), а в стали 00Х18Н10 содержится меньше 0,04 % углерода, в стали 0Х18Н10 содержится меньше 0,08 % углерода, буква А в конце означает, что сталь относится к группе высококачественных, содержащих минимальное количество примесей (серы < 0,02 %, фосфора < 0,03 %); Э в начале- электросталь, И в начале - исследовательская. Некоторые высоколегированные стали выделяют в отдельные группы и каждой группе присваивают свою букву, которая в маркировке ставится первой, например, быстрорежущую буквой Р (Р12, где 12 % -содержание вольфрама ), шарико и роликоподшипниковую буквой Ш, магнитную буквой Е, хромистую нержавеющую буквой Ж, хромоникелевую нержавеющую буквой Я и т.п. сплавы типа ВК -вольфрамокобальтовые, получаемые прессованием из порошков при Р=500-2000 кГ/мм ² с последующим спеканием при температуре 1450 град.С.

Легирующие элементы вступают во взаимодействие с железом и углеродом, в результате чего меняются физические и химические свойства стали. Основная цель легирования - повышение прочности стали за счет препятствия росту зерна стали как при остывании, так и при нагреве. Легирующие элементы увеличивают глубину прокаливаемости стали, а также уменьшают скорость охлаждения при закалке.

Дата добавления: 2014-01-15