Влияние постоянных примесей на структуру с свойства стали

Принципы классификации и маркировки сталей

Стали классифицируют по химическому coставу, способу выплавки или степени раскисления, по структуре в отожженном или нормализованном состоянии, по качеству и по назначению.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистые сплавы не содержат специально введенных легирующих элементов. Их количество должно определяться пределами, регламентируемыми для примесей соответствующими нормативами и ГОСТами.

Углеродистые стали можно подразделить на низкоуглеродистые (до 0,3 % С), среднеуглеродистые (от 0,3 до 0,6 % С) и высокоуглеродистые (свыше 0,6 % С).

По структуре стали классифицируют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные, о чем уже говорилось при рассмотрении диаграммы железо – углерод.

По назначению можно выделить много различных групп. Основные группы – это строительные стали, конструкционные стали, инструментальные стали. В свою очередь, конструкционные стали делятся на цементуемые стали, улучшаемые стали, рессорно-пружинные стали и т. д.

Углеродистые сплавы производят главным образом мартеновским и кислородно-конверторным способами. Наиболее качественную сталь выплавляют в электрических дуговых печах. По степени раскисления стали подразделяются на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскислением называют последний этап выплавки стали, когда в расплав добавляют более активные, чем железо, металлы с целью отнять у железа кислород, восстановить его из оксида FeO. Марганец и кремний вводятся в жидкую сталь в виде ферросплавов – ферромарганца и ферросилиция, алюминий – в виде металла технической чистоты. Недостаточно раскисленная сталь в изложнице «кипит»: из нее выделяются пузырьки CO, так как идет процесс восстановления железа углеродом, поэтому ее называют кипящей.

Спокойная сталь – это хорошо раскисленная сталь. При выплавке в конце процесса осуществляется последовательно раскисление ее марганцем, кремнием и алюминием.

Полуспокойная сталь раскисляется только марганцем и алюминием. Поэтому из нее в меньшей степени удален кислород.

Кипящая сталь – это плохо раскисленная сталь. Раскисление в этом случае осуществляется только марганцем. В стали к моменту разливки остается кислород, образующий с углеродом газообразный оксид CO. Пузырьки CO поднимаются в жидкой стали к поверхности, создавая видимость «кипения» расплава в изложнице. Они сохраняются в слитке стали при кристаллизации, ухудшая механические свойства. Легированные стали бывают только спокойными, а углеродистые всех трех типов. Все эти виды сплавов при равном содержании углерода имеют практически одинаковую прочность. Главное их отличие заключается в пластичности, которая обусловлена содержанием кремния. Количество его в спокойной стали составляет 0,15 - 0,35 %, в полуспокойной - 0,05 -0,15 % и в кипящей - менее 0,05 %.

В результате снижения концентрации кремния в феррите кипящих сплавов они становятся мягкими. Из-за большого содержания газов, особенно азота, они склонны к деформационному старению. Кроме того, большое содержание кислорода повышает их порог хладноломкости. Кипящие стали становятся хрупкими уже при -10°С, тогда как спокойные могут работать до –40°С.

Классификация сталейпо качеству лежит в основе маркировки углеродистых сталей. Качество стали – это металлургическое понятие. Оно определяется содержанием вредных примесей: серы, фосфора и газов. Чем этих примесей меньше, тем качество стали выше. Дальнейшая обработка, механическая или термическая, не способна изменить качество стали, сложившееся в процессе выплавки. Выделяют четыре группы сталей:

Стали обыкновен- - Качественные Высококачест- Особо высокока-

ного качества стали венные стали чественные стали

ГОСТ 380-94 ГОСТ 1050-88

≤ 0,05 % S ≤ 0,04 % S ≤ 0,025 % S и P ≤ 0,015 % S и P

≤ 0,04 % P ≤ 0,035 % P

Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода до 2,14% называют сталями. Помимо углерода в углеродистые стали при выплавке попадают посторонние примеси: обусловленные технологическими процессами (Mn, Si), невозможностью их удаления при плавке (P, S), случайными обстоятельствами (Ni, Cu). Если перечисленные элементы входят в больших количествах, чем предусмотренные ГОСТ на углеродистые стали, эти стали считают легирующими.

К постоянным примесям относятся Mn, Si, S, P и газы O, N, H. Верхний предел присутствия S, P ограничивается 0,05%, Mn, Si – 0,08%.

Марганец вводят в сталь для раскисления, т.е. для устранения вредного влияния закиси железа FeO+Mn®MnO+Fe. При введении марганца происходит восстановление железа из закиси, тем самым несколько увеличиваются характеристики пластичности стали.

Кремний вводится для раскисления 2FeO+Si®2Fe+SiO₂.

Фосфор – вредная примесь, попадает в сталь вместе с рудой. Присутствие фосфора повышает порог хладноломкости стали, т.е. повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние. Его удаляют в процессе выплавки стали путем изменения состава шлаков и флюсов.

Сера – как и фосфор, попадает с рудой. Взаимодействуя с железом образует сульфид (FeS), входящий в состав эвтектики плавящейся при Т=988 ^оС. наличие легкоплавкой эвтектики приводит к охрупчиванию стали при температурах красного каления (»800 ^оС). Это явление называют красноломкость. Введение в сталь марганца устраняет красноломкость в виду того, что марганец обладает большим сродством к сере, чем железо: FeS+Mn®MnS+Fe. В результате образуется сульфид марганца, который входит состав эвтектики, плавящейся при Т=1620 ^оС.

Газы. Основные газы, которые попадают в сталь – O, N, H. O и N образуют оксиды и нитриты, которые охрупчивают сталь. Особенно вредно присутствие в стали водорода, который приводит к внутренним надрывам в металле с образованием, т.н. флокенов. Устранение газов возможно при выплавке стали в электропечах или вакууме.

Дата добавления: 2014-11-29