По химическому составу стали бывают

Комекс

По химическому составу стали бывают

Сталь – это металлический сплав железа с углеродом, необходимый для производства полуфабрикатов, изделий путем пластической деформации в холодном и горячем состоянии. Для изменения свойств материала в его состав могут добавляться различные элементы. Так, при повышении количества углерода прочность стали повышается. Если его в сплаве более 2,14%, получаем уже чугун.

Главными качествами стали являются прочность, пластичность, вязкость, твердость, упругость, жаропрочность. Однако, от железа она унаследовала подверженность коррозии.

Классификация сталей по химическому составу:

  • углеродистая сталь, без содержания улучшающих (легирующих) компонентов;
  • легированная сталь, в которую с целью повышения технологических свойств добавляют легирующие элементы (марганец, хром, никель, вольфрам, кремний, молибден, ванадий).

Путем исследований были также получены нержавеющая и оцинкованная стали.

Углеродистая сталь

Углеродистые стали (УС) – это низколегированные композиции, состоящие из 99,5% железа. Строго дозированные различные добавки обуславливают эксплуатационные, механические и технологические свойства сплавов.

Углеродистые композиции составляют до 80% от всего количества выплавляемых сталей. Существует свыше двух тысяч марок данных сплавов.

По сфере использования они подразделяются на конструкционные, инструментальные, а также стали обыкновенного качества (например, катанка).

По качеству, классификация углеродистой стали предусматривает:

  • обыкновенную сталь, которая бывает холоднокатаной и горячекатаной;
  • качественную конструкционную сталь в виде кованых и горячекатаных заготовок, серебрянки (круглые прутки), калиброванной стали.

Качественную конструкционную сталь используют для производства ответственных узлов машин и механизмов, штамповки. К основным достоинствам УС можно отнести:

  • оптимальное соотношение потребительских свойств и цены;
  • высокий модуль упругости, что позволяет применять ее в силовых конструкциях, где работоспособность конструкции зависит от жесткости материала;
  • термическая обработка стали повышает ее прочность, но практически не меняет модуль упругости (важный процесс в термообработке металла – закалка углеродистой стали, от которой зависит качество продукции, скорость закалки находится в пределах 200-600 С в секунду);
  • поддается отделке давлением и резанием, отлично проводится сварка.

Благодаря этим преимуществам УС нашла широкое применение в производстве массовой продукции.

Маркировка углеродистых сталей

Углеродистые и легированные стали классифицируются по:

  • структурному составу;
  • химическому составу;
  • качеству;
  • назначению;
  • степени раскисления.

Основной признак, который определяет название и марку стали, это химический состав. Такая маркировка сталей учитывает также условия производства, качество, область применения.

Если известна марка стали, то в ее свойствах разобраться достаточно легко. Например, УС обыкновенного качества маркируют двумя буквами и цифрой, которая показывает присутствие углерода в десятых долях процента (Ст.1 – Ст.7).

Легированные стали, помимо маркировки и цифр, имеют буквы, обозначающие присадки в стали. Для лучшей ориентации существуют таблицы маркировки.

Химический состав стали

В зависимости от химического состава углеродистые стали делят на три типа:

  • низкоуглеродистые – углерод имеется в небольших количествах (до 0,25%). Эти композиции и в холодном и в горячем состоянии хорошо деформируются.
  • Среднеуглеродистые – углерод присутствует 0,3-0,6%. Такие сплавы характеризуются хорошей пластичностью, текучестью и одновременно прочностью.
  • Высокоуглеродистые (0,6 – 1,4 %) – имеют повышенную плотность и уникальные характеристики, которые обуславливаются особенностями структуры.

Для уменьшения числа неметаллических включений, измельчения зерен производят раскисление стали. Чем меньше количество неметаллических включений и чем более равномерно они распределены, тем ниже порог хрупкости материала и выше ударная вязкость и прочность.

Классификация по степени раскисления подразумевает: спокойные, полуспокойные, кипящие стали.

Кипящая сталь

Технология производства кипящей стали обеспечивает минимальные отходы и выход наибольшего количества годного металла. Благодаря отсутствию кремния сталь получается очень пластичной, используется для изготовления продукции путем глубокой вытяжки.

Кипящие стали раскисляют при помощи марганца до присутствия кислорода 0,02-0,04% после чего разливают в слитки. Выделяющиеся пузырьки СО создают картину кипения стали, что объясняет ее название. При маркировке дополнительно обозначается КП.

В результате того, что для кипящей стали необходимо небольшое количество раскислителя, а верхняя часть слитка не передается в лом, она дешевле, чем полуспокойная и спокойная.

Слитки из такой стали используются для производства листов, плит, трубы, проволоки, сортового проката.

Спокойная сталь

Данный вид металла относится к конструкционным углеродистым сталям. Получается при раскислении алюминием, марганцем и кремнием. В ней настолько снижен уровень кислорода, что в процессе обработки металла между углеродом и кислородом никакой реакции не возникает.

Спокойную сталь отличает плотная структура, у нее хорошие механические свойства. Она менее склонна к отрицательным реакциям  на нагревание при сварке и к старению. Особенности однородной (гомогенной) микроструктуры придают сплаву максимальную устойчивость к коррозии и пластичность.

По стоимости это самая дорогая сталь. Она используется для сооружения жестких металлоконструкций, не несущих и несущих элементов. Из нее изготавливают:

  • заготовки деталей для трубопроводов;
  • основные элементы для железнодорожных путей;
  • листовой, фасонный прокат и т.д.

 Полуспокойная сталь

Полуспокойные стали имеют среднюю позицию между кипящими и спокойными видами сырья. Они содержат кислород, что придает сырью менее выраженные свойства пластичности и твердости. Затвердевают без кипения, однако, с выделением газов. Химический состав неоднородный.

Читайте также  Маркировка стали с расшифровкой таблица

Полуспокойная сталь плавится по технологии кипящей стали, но с последующим раскислением металла в изложнице или ковше. Как правило, для раскисления используют алюминий или кремний.

Из марки такой стали производят:

  • полосы, круги, квадраты, шестигранники, уголки, закладные детали;
  • трубный и листовой прокат.

Сталь – один из важнейших металлических материалов

Сталь относится к основным металлическим материалам, который используется в производстве инструментов, приборов, машин. Ее широкое применение обосновывается наличием целого комплекса высоких механических, технологических, физико-химических свойств.

Кроме того, сталь имеет сравнительно невысокую стоимость, может производиться значительными партиями. Сам процесс производства данного материала постоянно совершенствуется, в результате чего качество и свойства стали могут обеспечивать безаварийную эксплуатацию современных приборов и машин при высоких рабочих нагрузках.

Источник: https://komeks.com.ua/article/klassifikaciya-staley-po-stepeni-raskisleniya

Классификация сталей

Стали классифицируют:

  • по химическому составу;
  • по структуре;
  • по назначению;
  • по качеству;
  • по степени раскисления.

 Классификация сталей по химическому составу

По химическому составу стали подразделяют на:

– углеродистые (классификация по содержанию углерода)– низкоуглеродистые (до 0,2 %)– среднеуглеродистые (0,2–0,45 %)– высокоуглеродистые (содержащие более 0,5 %)
– легированные (классификация по сумме легирующих элементов)– низколегированные (до 2,5 %)– среднелегированные (2,5–10,0 %)– высоколегированных (более 10,0 %)

При определении степени легирования содержание углерода во внимание не принимают, марганец и кремний считаются легирующими элементами при их содержании более 1 и 0,8 % соответственно.

 Классификация сталей по структуре

Структура стали – менее устойчивый классификационный признак, так как зависит от скорости охлаждения (толщины стенки отливок), степени легирования, режима термообработки и других изменяющихся факторов, но структура готового изделия позволяет объективно оценивать его качество.

Стали по структуре классифицируют в состояниях после отжига и нормализации.

В отожженном состоянии стали подразделяют на:

  • доэвтектоидные – имеющие в структуре избыточный феррит
  • эвтектоидные – структура которых состоит из перлита
  • заэвтектоидные – в структуре которых имеются вторичные карбиды, выделяющиеся из аустенита
  • ледебуритные – в структуре которых содержатся первичные (эвтектические) карбиды
  • аустенитные
  • ферритные

После нормализации стали подразделяют на следующие структурные классы:

  • перлитный
  • аустенитный
  • ферритный

 Классификация сталей по назначению

Конструкционные – стали, предназначенные для изготовления деталей машин и элементов строительных конструкций.

Конструкционные стали подразделяются на:

  • обыкновенного качества;
  • улучшаемые;
  • цементируемые;
  • автоматные;
  • высокопрочные;
  • рессорно-пружинные.

Инструментальные – стали, применяемые при изготовлении режущих и измерительных инструментов.

Инструментальные стали подразделяются на подгруппы по изготовлению:

  • для режущего инструмента;
  • для измерительного инструмента;
  • для штампово-прессовой оснастки.

Специального назначения – стали с особыми физическими и механическими свойствами.

Стали специального назначения подразделяются на:

  • нержавеющие (коррозионно-стойкие);
  • жаростойкие;
  • жаропрочные;
  • износостойкие;
  • магнитные;
  • немагнитные и т.д.

 Классификация сталей по качеству

По качеству стали классифицируются на:

  • обыкновенного качества – содержащие до 0,06 % серы и 0,07 % фосфора;
  • качественные – содержащие до 0,035 % серы и 0,035 % фосфора;
  • высококачественные – содержащие не более 0,025 % серы и 0,025 % фосфора;
  • особо высококачественные – содержащие не более 0,015 % серы и 0,025 % фосфора.

Под качеством понимается совокупность свойств стали, определяемых металлургическим процессом ее производства (способ выплавки). Однородность химического состава, строение и свойства стали зависят от содержания вредных примесей и газов.

 Классификация сталей по степени раскисления

По степени раскисления стали классифицируют на:

  • спокойные (сп);
  • полуспокойные (пс);
  • кипящие (кп).

Раскислением называют процесс удаления кислорода из жидкой стали.

Спокойные стали раскисляют марганцем, алюминием и кремнием в плавильной печи и ковше. Они затвердевают в изложнице спокойно, без газовыделения, с образованием в верхней части слитков усадочной раковины.

Дендритная ликвация вызывает анизотропию механических свойств. Пластические свойства стали в поперечном (по отношению к направлению прокатки или ковки сечении значительно ниже, чем в продольном.

Зональная ликвация приводит к тому, что в верхней части слитка содержание серы, фосфора и углерода увеличивается, а в нижней – уменьшается. Это приводит к значительному ухудшению свойств изделия из такого слитка, вплоть до отбраковки.

Кипящие стали раскисляют только марганцем, что недостаточно. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании слитка частично реагирует с углеродом и выделяется в виде газовых пузырей окиси углерода, создавая впечатление «кипения» стали.

Кипящая сталь практически не содержит неметаллических включений продуктов раскисления. Эти стали выплавляют низкоуглеродистыми и с очень малым содержанием кремния (менее 0,07 %), но с повышенным количеством газообразных примесей.

При прокатке слитков газовые пузыри, заполненные окисью углерода, завариваются. Листовой прокат из такой стали предназначен для изготовления деталей кузовов автомобилей вытяжкой, имеет хорошую штампуемость в холодном состоянии.

Полуспокойные стали по степени их раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими сталями. Частично их раскисляют в плавильной печи и в ковше, а окончательно – в изложнице за счет содержащегося в металле углерода. Ликвация в слитках полуспокойной стали меньше, чем в кипящей, и приближается к ликвации в слитках спокойной стали.

 Литература

  1. Материаловедение / Ю.Т. Чумаченко, Г.В. Чумаченко. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 320 с.
  2. Материаловедение / О.В. Травин, Н.Т. Травина. М.: Металлургия. 1989. 384 с.
  3. Металловедение / А.П. Гуляев. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
  4. Материаловедение / А.М. Адаскин, В.М. Зуев. – М.: ПрофОбрИздат, 2001. – 240 с.

  5. Справочник молодого токаря-револьверщика / Е.О. Пешков. М., Высшая школа, 1966. 179 с.
  6. Справочная книга сварщика / А.М. Китаев, Я.А. Китаев. М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.
  7. Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник / Под ред. Ю.М. Пятина. – М.: Машиностроение, 1982. – 528 с.
  8. Общетехнический справочник / Под общ. ред. Е.А. Скороходова. – М.

    : Машиностроение, 1989. – 512 с.

Источник: http://weldworld.ru/theory/materialovedenie/stali/klassifikaciya-staley.html

Основные структуры сталей

  • Дата: 16-08-2015
  • 228
  • : 32

Сталь — это многокомпонентный сплав, который состоит из железа и углерода. Под разным давлением и температурой свойства и тип кристаллической ячейки этих двух компонентов может меняться.

Структура сталей — это характеристики ее свойств. Под структурой подразумеваются: строение, форма и характер расположение фаз, которые образуют зерна.

Для того чтобы просмотреть эти зерна, необходимо изучить излом.

Сплавы из стали подлежат обязательной термической обработке, во время которой значительно повышаются показатели прочности.

Исследование фаз проводится под микроскопом. Все зерна могут иметь разную форму и размер. Это все зависит от метода получения металла и от механической обработки. К примеру, в кованом металле зерна имеют небольшой размер, в свою очередь литой металл характеризуется большими размерами зерна.

Структуру сталей очень важно изучать, поскольку это дает возможность улучшить свойства материала, тем самым сделать готовые изделия максимально надежными и повысить их эксплуатационные свойства.

В большей степени структура сталей зависит от того, какие химические реакции происходят между ее компонентами. Различаю такие фазы, как:

  • жидкий раствор;
  • твердый раствор;
  • химическое соединение.

Схема классификации сталей по химическому составу.

Основные марки сталей:

  1. Техническое железо применяется при создании сердечников трансформаторов. Такой сплав содержит от 0,006 до 0,02 % углерода.
  2. Доэвтектоидная сталь содержит от 0,02 до 0,8 % углерода. Из такого материала изготавливают различные детали машин и других конструкций.
  3. 0,8% углерода в составе характеризует эвтектоидную сталь, которая сегодня используется для изготовления мерительных и режущих инструментов.
  4. Заэвтектоидная содержит в своем составе углерод в пределах от 0,8 до 2,14 %. Этот материал также используется для производства режущих и измерительных инструментов.
  5. Доэвтектический белый чугун характеризуется достаточно большим процентом углерода от 2,14 до 4,3. С такого материала изготавливаются детали с высокой износоустойчивостью.

Самое большое содержание углерода от 4,3 до 6,67 % находится в заэвтектическом белом чугуне.

Влияние углерода на свойства и структуру стали

Таблица содержания углерода в различных марках стали.

Железо в чистом виде — это очень пластичный и непрочный материал, который не используется для изготовления технических конструкций и деталей. Для этой цели самым подходящим вариантом является сталь. Ее основные свойства будут зависеть от того, какое количество углерода входит в ее состав. Стоит понимать, что углерод — это не металл, в природе его можно встретить в трех видах:

  • каменный уголь;
  • графит;
  • алмаз.

В стали углерод вноситься в связанном состоянии в виде цементита. Чем больше цементита входит в состав стали, тем она становиться прочнее и тверже, при этом пластичность материала снижается. Механические свойства также будут обусловлены формой и размером структурных частиц. Чем меньше размеры и тоньше пластины феррита и цементита, тем более высокими будут прочность и твердость стали.

Чем больше в составе содержится углерода, тем хуже становится пластичность и способность к деформации, особенно в холодном состоянии.

Основным достоинством высокоуглеродистых сталей является их износостойкость и твердость, именно поэтому они относятся к группе инструментальных.

Термическая обработка: особенности

Для того чтобы изменить прочность и твердость стали, необходимо провести термообработку.

Таблица деформации стали до, во время и после термической обработки.

Такая обработка заключается в поочередной смене разных температур — нагревании и охлаждении. В зависимости от того, какая температура используется для нагрева и как быстро охлаждается сталь, различают несколько видов термообработки.

Отжиг — термическая обработка, во время которой материал нагревается до температуры, которая превышает фазовые изменения. После такого нагрева следует постепенное охлаждение, чаще всего вместе с печью. Благодаря такой обработке можно изменить неправильные структуры стали, улучшить механические показатели после таких процессов, как сварка, ковка, литье.

Закалка — процесс, при котором температура нагревания достигает аутентичного состояния, но в отличие от предыдущего процесса остывание происходит быстро. За счет этого сталь приобретает максимальные показатели прочности.

Отпуск — это термическая обработка, при которой сталь нагревается не доходя до аустенитного состояния и очень медленно охлаждается.

Старение — процесс распада твердых растворов, которых в составе стали большое количество.

Для того чтобы получить качественный результат, стоит правильно подобрать температуру нагрева, необходимое время выдержки, скорость охлаждения.

Схемы микроструктур углеродистой стали в зависимости от содержания углерода.

Температура закалки может быть двух видов: полная закалка и неполная. Полная закалка — это температура, при которой достигается аустенитное состояние, неполная — температура подымается до достижения аустеннито-цементитного состояния.

Выдерживать изделия в печи крайне необходимо. Именно на этом этапе происходит прогревание всего изделия по всему объему. Это способствует завершению фазовых превращений, выравниванию температуры и растворению карбидов. Время для выдержки зависит от размера изделия, температуры нагрева и химического состава.

Скорость охлаждения будет зависеть от марки стали и среды охлаждения. Самый быстрый способ остудить изделие — окунуть его в воду, менее быстрый — использовать вместо воды масла; и самый медленный метод — охладить изделия и оставить на открытом воздухе.

Увеличение износостойкости промышленных деталей

Машинные детали должны обладать высокими показателями износостойкости, поскольку детали длительное время трутся друг о друга. Для того чтобы повысить износостойкость таких поверхностей, используют химико-термическую обработку — поверхностное легирование. Вследствие такого процесса меняется микроструктура от поверхности к сердцевине.

Во время этого процесса поверхность насыщается такими материалами, как углерод, азот, бром, кремень, алюминий или хром. После такой обработки поверхность будет отличаться от состава всего изделия.

Источник: https://moyasvarka.ru/izdeliya/struktury-stalei.html

Классификация и маркировка сталей

Сталь является сплавом железа с углеродом, которого может быть до 2%.

По химическому составу сталь разделяется на углеродистую и легированную.

По качеству сталь бывает: обыкновенного качества, качественная, повышенного качества, высококачественная.

Классификация углеродистых сталей

По назначению стали разделяются на конструкционные с содержанием углерода в сотых долях процента и инструментальные с содержанием углерода в десятых долях процента.

Углеродистые стали производятся обыкновенного качества и качественные.

Углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на группы:

  • группа А поставляется по механическим свойствам и применяется в случаях, когда изделия из нее подвергаются горячей обработке (сварка, ковка и др.), при этом могут измениться регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);
  • группа Б поставляется по химическому составу и предназначается для изготовления деталей, при обработке которых меняются механические свойства, которые определяются также составом стали (БСт0, БСт1 и др.).
  • группа В поставляется по механическим свойствам и химическому составу для производства деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Примеры марок стали углеродистой обыкновенного качества: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2 и Ст3 с теми же индексами и Ст3Гпс, СтГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, где

Ст — сталь;

цифра — условный номер марки стали в зависимости от химического состава;

кп, пс, сп — степень раскисления: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная.

Кипящая сталь содержит кремния не более 0,07% и получается при неполном раскислении ее марганцем.

Она характеризуется неравномерностью распределения вредных примесей — серы и фосфора, по толщине проката из этой стали.

Повышенная концентрация серы в отдельных местах может привести к образованию кристаллизационных трещин в шве и околошовной зоне. В тех же местах сталь склонна к старению и переходу в хрупкое состояние при отрицательных температурах.

Спокойная сталь получается при раскислении марганцем, алюминием и кремнием, содержит кремния не менее 0,12%. Сталь менее склонна к старению и к отрицательным реакциям На нагрев при сварке, так как в ней сера и фосфор распределены более равномерно.

Полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между кипящей и спокойной сталью. Стали с номерами марок от 1 до 5 выплавляют с нормальным и повышенным содержанием марганца в пределах до 1%, при этом после номера марки стали ставят букву Г.

Стали группы Б делятся на две категории.

В стали первой категории регламентировано содержание углерода, кремния и марганца; ограничено содержание серы, фосфора, азота и мышьяка.

В стали второй категории ограничено дополнительно содержание хрома, никеля и меди.

Стали группы В делятся на шесть категорий. Обозначение стали включает марку, степень раскисления и номер категории, например, ВСт3Гпс5, где В — сталь группы В, Ст3Г — марка, пс — полуспокойная, 5 — пятая категория.

Стали группы В имеют такой же состав, как стали группы Б второй категории.

Углеродистая качественная сталь имеет пониженное содержание серы, отклонение по углероду — 0,03…0,04%. Стали при содержании углерода до 0,20% могут быть кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп).

Остальные стали — спокойные, при этом буквы «сп» не ставят.

Углеродистые стали подразделяются на подклассы:

  • низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,25%;
  • среднеуглеродистые с содержанием углерода 0,25…0,60%;
  • высокоуглеродистые с содержанием углерода более 0,60%.

Для сварных конструкций применяют в основном низкоуглеродистые стали.

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки делится на виды: горячекатаная и кованая, калиброванная, круглая со специальной отделкой поверхности.

Классификация легированных сталей

По степени легирования сталь может быть:

  • низколегированная — до 2,5% легирующих элементов;
  • среднелегированная — 2,5… 10% легирующих элементов;
  • высоколегированная — 10…50% легирующих элементов.

Высоколегированные стали включают:

  • коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, стойкие против электрохимической и химической коррозии, межкристаллической коррозии, коррозии под напряжением и т. п.;
  • жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии;
  • жаропрочные стали и сплавы, с достаточной жаростойкостью при работе в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени.

Таблица 1. Обозначения химических элементов в марках сталей

Обозначения элементов

Наименование элемента
в марке стали в таблице Менделеева

А

Cu

Медь

Б

Nb

Ниобий

В

W

Вольфрам

Г

Mn

Марганец

Е

SE

Селен

К

Co

Кобальт

М

Mo

Молибден

Н

Ni

Никель

Р

B

Бор

С

Si

Кремний

Т

Ti

Титан

Ф

V

Ванадий

Х

Cr

Хром

Ц

Zr

Цирконий

Ю

Al

Алюминий

Сталь легированная конструкционная в зависимости от химического состава может быть: качественная, высококачественная А, особовысококачественная Ш (электрошлакового переплава).

По видам обработки сталь может быть: горячекатаная, кованая, калиброванная, серебрянка (с особой отделкой поверхности).

В табл. 1 приведены обозначения химических элементов в марках легированных сталей.

Источник: http://otdelka-profi.narod.ru/svarka/3/class_stali.htm

Понравилась статья? Поделить с друзьями: