yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share

Металургія

2.3.2. Сталі

Сталлю називається сплав заліза з вуглецем, в якому вуглецю міститься не більше 2,14%. Це теоретичне визначення. На практиці в сталі, як правило, не міститься вуглецю більше 1,5%.

Вплив вуглецю і домішок на властивості сталі. Вуглець істотно впливає на властивості сталі навіть при незначній зміні його змісту. В сталі є дві фази — ферит і цементит (частково у вигляді перліту). Кількість цементиту зростає прямо пропорційно вмісту вуглецю. Як вже мовилося, ферит характеризується високою пластичністю і низькою твердістю, а цементит, навпаки, дуже низькою пластичністю і високою твердістю. Тому з підвищенням вмісту вуглецю до 1,2% знижується пластичність і в'язкість сталі і підвищуються твердість і міцність.

Підвищення вмісту вуглецю впливає і на технологічні властивості сталі. Ковка, зварювання і оброблювана різанням погіршуються, але ливарні властивості поліпшуються.

Окрім заліза і вуглецю в сталі завжди присутні постійні домішки. Наявність домішок пояснюється технологічними особливостями виробництва сталі (марганець, кремній) і неможливістю повного видалення домішок, що потрапили в сталь із залізняку (сіра, фосфор, кисень, водень, азот). Можливі також випадкові домішки (хром, нікель, мідь і ін.).

Марганець і кремній вводять в будь-яку сталь для розкислювання тобто для видалення шкідливих домішок оксиду заліза FeO. Марганець також усуває шкідливі сірчисті з'єднання заліза. При цьому вміст марганцю звичайно не перевищує 0,8%, а кремнію — 0,4%. Марганець підвищує міцність, а кремній пружність сталі.

Фосфор розчиняється у фериті, сильно спотворює кристалічні гратки, знижуючи при цьому пластичність і в'язкість, але підвищуючи міцність. Шкідливий вплив фосфору полягає в тому, що він сильно підвищує температуру переходу сталі в крихкий стан, тобто викликає її холодноламкість. Шкідливість фосфору усугубляється тим, що він може розподілятися в сталі нерівномірно. Тому вміст фосфору в сталі обмежується величиною 0,045%.

Сірка також є шкідливою домішкою. Вона нерозчинна в залозі і утворює з ним сульфід заліза FeS, який утворює із залізом легкоплавку евтектику. Евтектика розташовується по межах зерен і робить сталь крихкою при високих температурах. Це явище називається красноламкістю. Кількість сірки в сталі обмежується 0,05%.

Водень, азот і кисень містяться в сталі в невеликих кількостях. Вони є шкідливими домішками, які погіршують властивості сталі.

Класифікація сталей. По хімічному складу сталі можуть бути вуглецевими, містять залізо, вуглець і домішки, а також легованими, містять додатково легуючі елементи, введені в сталь з метою зміни її властивостей.

За вмістом вуглецю сталі діляться на низьковуглецеві (до 0,25% С), средньовуглецеві (0,25 — 0,7% С) і високовуглецеві (більше 0,7%; С).

За призначенням розрізняють сталі конструкційні, йдуть на виготовлення деталей машин, конструкцій і споруд, інструментальні, йдуть на виготовлення різного інструменту, а також сталі спеціального призначення з особливими властивостями: нержавіючі, жаростійкі, жароміцні, зносостійкі, з особливими електричними і магнітними властивостями і ін.

По показниках якості сталі класифікуються на звичайної якості, якісні, високоякісні і особливо високоякісні. Якість сталі характеризується сукупністю властивостей, визначуваних процесом виробництва, хімічним складом, вмістом газів і шкідливих домішок (сірки і фосфору). Відповідно до ГОСТу сталі звичайної якості повинні містити не більше 0,045% Р і 0,05% S, якісні — не більше 0,035% Р і 0,04% S, високоякісні — не більше 0,025% Р і 0,025% S і особливо високоякісні —  не більше 0,025% Р і 0,015% S. Вуглецеві конструкційні сталі можуть бути тільки звичайної якості і якісними.

Вуглецеві сталі звичайної якості залежно від призначення і властивостей, що гарантуються, діляться на три групи: А, Б і В.

Сталі групи А мають механічні властивості, що гарантуються. Вони використовуються в стані поставки без гарячої обробки або зварювання. Ці сталі маркуються буквами Ст і цифрами, що позначають порядковий номер марки. Випускається сім марок сталей групи А: Ст0, Ст1, Ст2 .... Ст6. Чим вище номер марки, тим більше вміст вуглецю і, відповідно, вище міцність і нижче пластичність.

Сталі групи Б мають хімічний склад, що гарантується. Ці сталі піддаються гарячій обробці. При цьому їх механічні властивості не зберігаються, а хімічний склад важливий для визначення режиму обробки. Маркуються вони так само, як сталі групи А, але перед буквами Ст ставиться буква Б. Чим вище номер марки, тим більше вміст в сталі вуглецю, марганцю і кремнію.

Сталі групи В мають механічні властивості і хімічний склад, що гарантуються. Ці сталі використовуються для зварювання, оскільки для вибору режиму зварювання  треба знати хімічний склад, а механічні властивості частин виробів, що не піддалися тепловій дії, залишаються без змін. В марках сталей цієї групи на перше місце ставиться буква В. При цьому механічні властивості відповідають властивостям аналогічної марки з групи А, а хімічний склад — складу аналогічної марки з групи Б.

Якісні конструкційні вуглецеві сталі маркуються цифрами 08, 10, 15. 20, 25 .... 85, які позначають середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Ці сталі відрізняються від сталей звичайної якості більшою міцністю, пластичністю і ударною в'язкістю. Якщо для сталей звичайної якості максимальна міцність складає 700 МПа, то для якісної вона досягає 1100 МПа. Більш детально буде розглянуто з конструкційними легованими сталями.

2.3.3. Чавуни

Чавуном називають сплав заліза з вуглецем, що містить від 2,14 до 6,67% вуглецю. Але це теоретичне визначення. На практиці вміст вуглецю в чавунах знаходиться в межах 2,5—4,5%. Як домішки чавун містить Si, Mn, S і Р.

Класифікація чавунів. Залежно від того, в якій формі міститься вуглець в чавунах, розрізняють наступні їх види. В білому чавуні весь вуглець знаходиться в зв'язаному стані у вигляді цементиту. Структура білого чавуну відповідає діаграмі Fe – Fe3C. В сірому чавуні велика частина вуглецю знаходиться у вигляді графіту, включення якого мають пластинчасту форму. У високоміцному чавуні графітні включення мають кулясту форму, а в ковкому — хлоп’євидную. Вміст вуглецю у вигляді цементиту в сірому, високоміцному і ковкому чавуні може складати не більше 0,8%.

2.4. Леговані сталі

Легованою називають сталь, що містить спеціально введені в неї з метою зміни будови і властивостей, легуючі елементи.

Класифікація сталей по різних ознаках була розглянута раніше (див. розділ 2.2) . Відзначимо тільки, що сталі звичайної якості можуть бути тільки вуглецевими, тобто леговані стали, як мінімум, є якісними.

Маркуються леговані сталі за допомогою цифр і букв, що вказують приблизний хімічний склад сталі. Перші цифри в марці показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Далі показується вміст легуючих елементів. Кожний елемент позначається своєю буквою: Н — нікель, Г — марганець, Ц — цирконій, Т — титан,     X — хром, Д — мідь, С — кремній, А — азот, К — кобальт, Р — бір, П — фосфор,      Ф — ванадій, М — молібден, Б — ніобій, В — вольфрам, Ю — алюміній. Цифри, що йдуть після букви, указують приблизний вміст даного легуючого елементу у відсотках. При вмісті елементу менше 1% цифра відсутня. Наприклад, сталь 12X18H10T містить приблизно 0,12% вуглецю, 18% хрому, 10% нікелю, менше 1% титану. Для деяких груп сталей застосовують іншу марку, яка буде вказана при розгляді цих сталей.

 

13