Лекция 1 по теме стали

Лекция 1. – Общие сведения.

Сталь – сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14% углерода.

Сталь – основной металлический материал, широко применяемый для изготовления машин, инструментов. Ее широкое использование обусловлено сочетанием ценного комплекса механических, физико-технических и технологических свойств. Кроме того, сталь сравнительно недорога и производится в нашей стране в больших количествах.

Главной составляющей, определяющей свойства стали, является углерод. С увеличением процентного содержания углерода прочность стали повышается, а способность к пластической деформации понижается.

Исходными материалами для получения стали служат:

- передельный чугун;

-         стальной лом;

-         ферросплавы.

Основные способы производства стали:

-         кислородно-конвекторный;

-         мартеновский;

-         электродуговой.

Общая классификация сталей.

Стали классифицируют по:

-         Химическому составу

-         Структуре

-         Назначению

-         Качеству

-         Степени раскисления

По химическому составу стали подразделяют на:

-         Углеродистые (низкоуглеродистые до 0,2% С; среднеуглеродистые 0,2-0,45% С; высокоуглеродистые – более 0,5% С)

-         Легированные (сумма легирующий элементов у низколегированных сталей до 2,5%; у среднелегированных сталей – 2,5-10%; у высоколегированных сталей – более 10%)

При обозначении марок стали используют следующие обозначения химический элементов: Г – марганец, М – молибден, Д – медь, Р – бор, С – кремний, В – вольфрам, Ю – алюминий, П – фосфор, Н – никель, Ф – ванадий, Б – ниобий, А – азот, Х – хром, Т – титан, К – кобальт, Ц – цирконий.

Для маркировки стали пользуются циферно-буквенным кодом, показывающим примерный хим. состав стали.

Первые цифры в марке стали указывают содержание С в сотых долях процента. Если в начале маркировки перед буквами стоит одна цифра, то она выражает содержание С в десятых долях процента; при содержании С свыше 1% цифру перед буквами не ставят.

Далее в маркировке следуют буквы, показывающее наличие соответствующих легирующих элементов в составе стали. Цифры за буквами показывают среднее (округленное до 1) процентное содержание легирующего элемента. При этом, если содержание элемента до 1,5%, цифра не ставится. В отдельных случаях может быть указано более точно содержание легирующего элемента.

Например, сталь 30ГЛ – содержит в среднем 0,3% С и менее 1,5% марганца. Последняя буква Л означает, что сталь литейная.

Для обозначения высококачественной легированной стали в конце маркировки добавляют букву А.

Некоторые стали специального назначения выделены в отдельные группы и имеют особую маркировку. Каждой группе присваивается своя буква и ставится впереди:

Ж – хромистая нержавеющая сталь

Я – хромоникелевая нержавеющая сталь

Р – быстрорежущая сталь

Ш – шарикоподшипниковая сталь

Е – электротехническая сталь

Структура стали – менее устойчивый классификационный признак, т.к. зависит от скорости охлаждения, степени легирования, режима термообработки и других изменяющихся факторов, но структура готового изделия позволяет объективно оценивать его качество.

По структуре стали классифицируют в отожженном и нормализованном состояниях. В зависимости от структуры в отожженном (равновесном) состоянии углеродистые конструкционные стали разделяют на 3 класса:

-доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит;

-эвтектоидные – структура – 100% перлит;

-заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичный цементит, выделившийся из аустенита.

По структуре после нормализации стали подразделяются на следующие основные классы: перлитные и ферритные, по способу выплавки они подразделяются на конверторную, мартеновскую, электрическую.

По назначению стали делятся на три группы:

1)    Конструкционные стали (для изготовления деталей машин и элементов строительных конструкций). Подразделяются на: обыкновенного качества; улучшаемые; цементуемые; автоматные; высокопрочные; рессорно-пружинные.

2)    Инструментальные стали, подразделяют на подгруппы по изготовлению: режущего инструмента; измерительного инструмента; штампово-прессовой оснастки.

3)    Стали специального назначения с особыми физическими и механическими свойствами: нержавеющие; жаростойкие; жаропрочные; износостойкие.

По качеству стали классифицируют на:

1)    Обыкновенного качества (содержат до 0,06% серы и 0,07% фосфора)

2)    Качественные (содержат до 0,035% серы и 0,035% фосфора)

3)    Высококачественные (содержат не более 0,025% серы и 0,025% фосфора)

4)    Особо высококачественные (содержат не более 0,015% серы и 0,025% фосфора)

Под качеством понимают совокупность свойств, определяемых технологией ее производства (от содержания газов – кислорода, водорода, азота и вредных примесей – серы и фосфора).

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируются на: спокойные, полуспокойные и кипящие.

Спокойная сталь при разливке не кипит, она полностью раскислена. Кипящая сталь при разливке кипит, выделяя большое количество газов. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

Раскисление – процесс удаления кислорода из жидкой стали.

Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей.

Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали. После отжига структура стали представляет смесь феррита и цементита, в которой количество последнего увеличивается пропорционально содержанию углерода. Феррит малопрочен и пластичен. Цементит тверд и хрупок. В связи с этим по мере повышения углерода повышается прочность, снижается пластичность и вязкость стали.

Постоянными примесями сталей считают марганец, кремний, фосфор, серу, а также газы – водород, кислород, азот. Обычно содержание этих элементов ограничивается в углеродистых сталях следующими верхними пределами, %: 0,8 марганца, 0,5 кремния, 0,05 фосфора и 0,05 серы. При большем содержании этих элементов сталь будет называться легированной, куда эти элементы введены специально.

Марганец уменьшает вредное влияние серы и кислорода, способствует повышению мех. свойств стали, не снижая пластичности, и резко уменьшает хрупкость при высоких температурах (т.н. красноломкость).

Кремний слабо влияет на структуру и мех. свойства углеродистой стали, но как раскислитель он способствует улучшению литейных свойств.

Сера – попадает в металл из руд, а также из печных газов – продуктов горения топлива. В стали она находится в виде сульфидов. Это вредная примесь, содержание серы не должно превышать 0,06%.

Фосфор – придает стали хладноломкость (хрупкость при обычной температуре). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию. Хрупкость стали, вызванная фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода. Это вредная примесь, содержание фосфора не должно превышать 0,08%.

Газы (азот, водород, кислород) – частично растворены в стали и присутствуют в виде хрупких неметаллических включений – оксидов и нитридов. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и повышении склонности стали к хрупкому разрушению.

Случайные примеси – элементы, попадающие в сталь из руд отдельных месторождений или из металлолома (вторичного сырья): медь, мышьяк, олово, никель и др., содержание их на свойства стали не оказывает существенное влияние.