Углеродистая сталь марки Ст3кп — обыкновенного качества

На рисунке ниже показаны восемь типичных состояний промышленных стальных слитков, которые были отлиты в идентичные, сужающиеся к верху изложницы. Они распложены и пронумерованы по степени подавления выделения газов при затвердевании. Штриховыми линиями показан уровень, до которого сталь первоначально разливалась в каждой изложнице. В зависимости от содержания углерода, а еще более – от содержания кислорода, структура слитков различается. Под номером 1 идет полностью успокоенная сталь, спокойная сталь

, а под номером 8 — сталь, к которой не применяли операции раскисления, сильно
кипящая сталь
.

Рисунок — Восемь типичных состояний промышленных стальных слитков с различной степенью раскисления

Стали при разливке в слитки классифицируют по трем основным типам в зависимости от степени раскисления или, что тоже самое, по количеству газов, выделяющихся в ходе затвердевания слитка.

К этим четырем типам относятся: — спокойная сталь; — полуспокойная сталь

; — кипящая сталь.

Углеродистая сталь — классификация, маркировка и применение

Сталь – это сплав, состоящий из двух обязательных компонентов, – железа и углерода. Дополнительные элементы – кремний менее 1%, марганец менее 1%, сера – менее 0,05%, фосфор менее 0,06%. Содержание углерода не более 2,14%. Сплавы с процентным соотношением C, превышающим 2,14%, относятся к чугунам. По химическому составу марки стали разделяют на углеродистые и легированные, которые содержат дополнительные добавки, придающие материалу желаемые характеристики. Углеродистые стальные сплавы классифицируют по степени раскисления, содержанию углерода, качеству.

Описание механических обозначений

Классификация углеродистых сталей по степени раскисления

Спокойные

Такие сплавы обладают наиболее однородной структурой. Для раскисления используют алюминий, ферросилиций и ферромарганец, которые практически полностью удаляют находящие в расплаве газы. Сочетание практически полного отсутствия газов с мелкозернистой структурой, обусловленной наличием остаточного алюминия, обеспечивает хорошее качество металла. Эти марки подходят для изготовления деталей, изделий и конструкций ответственного назначения. Основной недостаток – высокая стоимость.

Кипящие

Это наиболее дешевая и наименее качественная группа. Из-за использования минимального количества добавок для раскисления в материале присутствуют растворенные газы, которые являются причиной неоднородности структуры, химического состава, а следовательно механических свойств. Такие металлы обладают плохой свариваемостью, поскольку из-за присутствия газов высока вероятность образования трещин на швах.

Полуспокойные

Группа занимает промежуточное положение по стоимости и характеристикам. В отливке образуется гораздо меньше газовых пузырьков, по сравнению с кипящими сталями. При прокатке внутренние дефекты в основной массе устраняются. Такие материалы часто применяются в качестве конструкционных сплавов.

Достоинства спокойных сплавов

• однородная структура;
• низкая хрупкость;
• пригодность к сварке;
• устойчивость к динамическим нагрузкам;
• меньшее содержание примесей по сравнению со сталями, которые могут кипеть.

Минус спокойных сплавов — высокая цена, обоснованная добавлением раскислителей и удалением усадочной раковины.

Благодаря приобретенным качествам спокойная сталь относится к конструкционным углеродистым сплавам, используемым на ответственных участках.

Виды нелегированных углеродистых сталей по содержанию углерода

Низкоуглеродистые с содержанием C не более 0,25%

Большая часть этой продукции выпускается в виде холоднокатаных или отожженных листов и полос. Свойства, а следовательно области ее применения, зависят от процентного соотношения компонентов:

• До 0,1% C, Mn менее 0,4%. Высокая способность к горячей деформации и холодному волочению. Материалы востребованы при производстве проволоки, очень тонкого листа, используемого при изготовлении тары, а также для изготовления корпусов автомобилей.

C 0,1-0,25%. Способность к деформированию ниже, чем у вышеописанной группы, но твердость и прочность выше. Часто эти марки востребованы для производства деталей с цементуемым поверхностным слоем. Процесс цементации позволяет получить износостойкий поверхностный слой в сочетании с вязкой сердцевиной. Это актуально для валов и шестерен.

• C на уровне 0,25%, Mn и Al – до 1,5%. Обладают высокой вязкостью. В металлы, предназначенные для штамповки, ковки, производства бесшовного трубного проката и листа для котлов, алюминий не добавляют.
• C на уровне 0,15%, Mn – до 1,2%, Pb до 0,3% или без него, минимальное количество Si. Эту группу применяют в массовом производстве на автоматических линиях деталей, не предназначенных для восприятия серьезных механических и температурных нагрузок. Для изделий с высокими требованиями по пластичности, вязкости, коррозионной стойкости сплавы не применяются.

Среднеуглеродистые с C0,2-0,6%

Содержание марганца обычно находится в пределах 0,6-1,65%. Применяются при производстве продукции, запланированной для эксплуатации при высоких нагрузках. Обычно их производят спокойными. Упрочняются нагартовкой или термообработкой. Все стали этой группы могут подвергаться ковке. Данная металлопродукция широко применяется в машиностроении. Марки с высоким содержанием углерода (0,4-0,6%) востребованы при производстве железнодорожных рельсов, колес и осей вагонов.

Высокоуглеродистые – 0,6-2,0%

Повышение количества углерода до 1% приводит к росту прочности и твердости при постепенном снижении предела текучести и пластичности. При росте процентного соотношения C выше 1% начинается формирование грубой сетки из вторичного мартенсита, приводящей к понижению прочности материала. Поэтому стали с содержанием C более 1,3% практически не изготавливают.

Высокоуглеродистые марки имеют высокую себестоимость изготовления, обладают низкой пластичностью, плохо свариваются. Область применения этой группы достаточно ограничена – производство режущего инструмента, в том числе предназначенного для землеройной и сельскохозяйственной техники, изготовление высокопрочной проволоки.

Преимущества спокойной стали

Благодаря однородности и мелкозернистости структуры, для раскисленных сталей характерны следующие преимущества:

• хорошее сопротивление динамическим воздействиям и хрупкому разрушению, благодаря чему их применяют при изготовлении конструкций ответственного назначения, для которых планируются статические и динамические воздействия;
• сталь, для раскисления которой применялись присадки алюминия, не подвержена старению, которое подразумевает изменение свойств материала без заметного изменения микроструктуры. Снижаются пластичность, сопротивление хрупкому разрушению, порог хладоломкости, немного повышается прочность;
• равномерное распределение серы и фосфора;
• хорошая свариваемость.

Классификация конструкционных углеродистых сталей по качеству, их маркировка и применение

Конструкционные стали обыкновенного качества

Их производят в соответствии с ГОСТом 380-2005, в продажу поставляют в виде листового, сортового и фасонного проката. ГОСТ подразумевает выпуск следующих марок:

• Ст0;
• Ст1пс, Ст1сп, Ст1кп;
• Ст2пс, Ст2сп, Ст2кп;
• Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст3Гсп, Ст3Гпс;
• Ст4пс, Ст4сп, Ст4кп;
• Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс;
• Ст6пс, Ст6сп.

Буквенно-цифровая маркировка этой группы сплавов:

• Ст – сталь;
• цифры 0-6 обозначают номер марки;
• наличие в обозначении буквы «Г» указывает на присутствие марганца в количестве 0,8% и более;
• последние две буквы характеризуют степень раскисления, сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.

Сталь качественная конструкционная

Изготавливается в соответствии с ГОСТом 1050-2-13 следующих марок – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, а также марки 55ПП, 60ПП, 60ПП «селект» – пониженной прокаливаемости. В маркировке таких сплавов указывают степени раскисления, если они относятся к кипящим или полуспокойным, например 10 кп или 10 пс. Индекс сп в обозначении качественных конструкционных марок не указывается.

Марки спокойной стали

Сплавы полного раскисления разделяют на следующие группы:

• углеродистые спокойные стали обыкновенного качества – регламентируются ГОСТом 380-2005 года, обозначаются «сп»;
• качественные и высококачественные – выпускаются по ГОСТу 1050-88, буквенного индекса по этому стандарту не имеют;
• все легированные и низколегированные стали обычно изготавливают спокойными, буквенного индекса не имеют.

Внимание! Стали, полученные непрерывной разливкой, во время процесса полностью раскисляются.

Раскислители: виды и функции

В качестве раскислителей используют ферросилиций в количестве 0,12-0,3% по массе, ферромарганец, алюминий – до 0,1%, титан.

Негативное последствие раскисления – образование усадочной раковины больших размеров. Для ее удаления приходится отрезать от слитка спокойной стали до 16% по массе. Из-за такой потери металла, а также затрат на раскисляющие добавки стоимость спокойной стали существенно превышает цену кипящего металла.

Раскисляющие добавки, соединяясь со свободным кислородом, находящимся в сплаве, решают следующие задачи:

• снижают негативное влияние свободного кислорода на формирующуюся структуру слитка;
• поддерживают в течение длительного периода высокую температуру стали, что обеспечивает максимальное шлако- и газоудаление;
• способствуют получению металла мелкозернистой, однородной структуры, поскольку образующиеся силикаты и алюминаты повышают число центров кристаллизации. Это обуславливает измельчение зерен и улучшает качество и механические характеристики металла.

Структура слитка малораскисленного металла

Основной признак слитка кипящей стали – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Структура слитка зависит от интенсивности и периода кипения расплава. В затвердевшем состоянии он имеет 5 зон:

• наружная плотная корка;
• скопление сотовых пузырей, имеющих вытянутую форму;
• промежуточная зона между сотовыми и вторичными пузырями;
• скопление глубинных (вторичных) воздушных пузырей;
• сердцевина слитка – зона глубинных пузырей.

В качественных слитках наружная корка настолько плотная и толстая, что при нагреве и прокатке скопление сотовых пузырей не вскрывается.

«Закупоренная» – разновидность кипящей стали

По степени подавления выделения газов при затвердевании расплава материал находится между кипящей и полуспокойной сталями. Отличие этой технологии – закрывание слитка сверху после разливки механическим или химическим способом.

• При механическом закупоривании слиток закрывается тяжелой чугунной крышкой.
• Химическое закупоривание реализуется с помощью добавления сверху изложницы присадок алюминия или ферросилиция. Это приводит к ускоренному твердению верхней части слитка, которая отрезается и отправляется в отходы.

Такая методика позволяет уменьшить время выделения газов и снизить количество воздушных пузырей внутри слитка.

Раскисление стали — Знаешь как

Сталь, выплавленная любым способом, содержит растворенный кислород, значительно ухудшающий ее прочностные и пластические свойства. Для снижения его содержания сталь раскисляют. В практике сталеварения применяют несколько способов раскисления.

Осаждающее раскисление

Наиболее распространенный способ снижения растворенного кислорода, достигаемого связыванием его элементами-раскислителями: Мn, Si, Ті, Al, Са, РЗЭ, что возможно за счет их большего, чем у железа сродства к кислороду. При присадке раскислителя R

в металле имеет место взаимодействие

[O] + yR = Ry

Ox(газ,ж,тв)

с образованием нерастворимых продуктов раскисления, которые должны отделиться (осадится) в газообразную или шлаковую фазу. Оставшиеся в стали продукты раскисления порой оказывают меньший вред, чем растворенный кислород, но они засоряют металл неметаллическими включениями, при накоплении которых сталь становится непригодной к дальнейшему использованию. Поэтому необходимо обеспечить условия для удаления продуктов раскисления, что зависит от их величины, способности укрупняться, вязкости металла, плотности частиц.

Укрупнение продуктов раскисления и способность всплывать создаются и усиливаются при образовании жидких легкоплавких образований. С этой точки зрения и особенно в связи с тем, что сильные раскислители так же, как и их продукты раскисления, трудноплавки, целесообразно применять комплексные раскислители. Комплексные раскислители—это сплавы, в которые входят несколько раскислителей, пропорционированных так, что продукты раскисления получают заданные свойства, благоприятствующие их отделению из стали. К комплексным раскислителям относятся силикомарганец, силикокальций, АМС (сплав алюминия, марганца и кремния) и т. д.

Раскисляющая сила раскислителей определяется изобарным потенциалом образования окисла или остаточными концентрациями раскислителя и растворенного кислорода в стали.

Раскисление марганцем (в виде ферромарганца) производят перед выпуском металла из печи. Марганец — слабый раскислитель, поэтому раскисление им является предварительным. Продукты раскисления — МnО — образуют в металле комплексы xMnO. •y

FeO• z

SiO2 с более низкой температурой плавления и высокой жидкоподвижностью.

Кремний — более сильный раскислитель. Продукты раскисления— SiО2 — плавятся при температуре 1710° С, поэтому вначале образуются включения твердого кремнезема. Последующее сплавление SiО2 с FeO и МnО дает легкоплавкие силикаты mSKVFeO’&MnO, хорошо укрупняющиеся и легко всплывающие. Доменным бедным ферросилицием раскисляют металл в печи. Окончательное раскисление кремнием производится на выпуске, когда в струю дают богатый ферросилиций.

Алюминий имеет высокое сродство к кислороду. Продукты раскисления представляют собой твердые мелкодисперсные частицы Аl2O3. Алюминий вводят вковш, и частично им раскисляют металл при разливке в изложницы.

Технологические свойства