Лекция 2
ВИДЫ СТАЛЕЙ И ИХ СВОЙСТВА. ТЕРМИЧЕСКАЯ
И ХИМИКОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ
Вопросы:
1. Свойства обычных и конструкционных углеродистых сталей.
2. Легированные стали и их свойства.
3. Термическая обработка стали.
4. Химико-термическая обработка стали.
1. Свойства обычных и конструкционных углеродистых сталей.
Стали разделяют на углеродистые и легированные (80-85/15-20%).
Углеродистые стали кроме, кроме основных элементов – железа (97-99,5%) и углерода, содержат небольшие примеси никеля, хрома, кремния, марганца, серы, фосфора, кислорода, азота и других элементов. Приведенные примеси находятся в углеродистой стали в весьма небольших количествах. Основное влияние на свойства стали оказывает содержание углерода. С увеличением его содержания повышаются твердость (НВ), предел прочности при растяжении (σв) и предел текучести (σог), уменьшаются пластичность (δ – относительное удлинение), ударная вязкость, плотность, теплопроводность, но возрастает электросопротивление.
Рассмотрим влияние различных элементов в примесях на свойства стали.
Марганец (Mn) находится в обычной углеродистой стали в количестве до 0,8% по массе. Марганец способствует устранению вредных примесей сернистых соединений железа в результате раскисления повышается прочность горячекатаных стальных изделий.
Кремний (до 0,5%). Раскисление стали кремнием улучшает ее свойства, повышает плотность слитка, так как кремний дегазирует сталь.
Сера (S) попадает в сталь из руд и из печных газов. Является вредной примесью и ее содержание ограничивают 0,06%. Сера придает стали хрупкость. Сталь, содержащая повышенное количество серы не поддается горячей обработке давлением вследствие красноломкости. При обработке в стальных изделиях возникают трещины и надрывы. Марганец снижает негативное воздействие серы.
Фосфор (Р) является вредной примесью в стали. Его содержание ограничивается 0,045%. Присутствие фосфора вызывает хладноломкость стали. Он уменьшает пластичность и вязкость стали.
Углеродистые стали, применяемые в машиностроении и строительстве, называются конструкционными. Они содержат не более 0,6% углерода и обладают высокими механическими свойствами. В зависимости от способа раскисления с уменьшением содержания кислорода сталь делят на кипящую, спокойную и полуспокойную.
Кипящая сталь в расплавленном состоянии выделяет пузырьки СО2, образовавшиеся от взаимодействия кислорода и углерода. Сталь обладает высокой пластичностью, но она хладноломка, способна к старению, хуже сваривается, но стоит дешевле.
Спокойная сталь раскисляется в расплавленном состоянии марганцем, кремнием и другими. Поэтому в расплавленном состоянии почти не выделяет газов, то есть ведет себя «спокойно».
Полуспокойная сталь. При ее раскислении часть растворенного кислорода остается в ней, что вызывает непродолжительное «кипение» стали. Раскисляют марганцем и алюминием. По свойствам занимает промежуточное положение.
Углеродистые стали общего назначения меньше очищают от примесей, поэтому они содержат больше серы и фосфора. Их применяют для производства, горячекатаного проката (балок, швеллеров, уголков и т.п.) при изготовлении строительных конструкций и в машиностроении. Маркировка таких талей Ст0 – Ст6 и букв «СП», «КП» и «ПС».
Их разделяют на три группы в зависимости от назначения и свойств: А, Б и В.
Стали группы А поставляют по механическим свойствам без гарантии химического состава. Обозначают буквами Ст и цифрами 1…6 в порядке увеличения содержания углерода, а значит рост прочности и снижение пластичности.
Стали группы Б поставляют с гарантируемым химическим составом и вначале маркировки ставят букву Б: БСт0, БСт1КП, БСт1ПС, БСт1СМ и т.д. Эти стали подвергаются горячей обработке (ковке, штамповке) и поэтому для них необходимо знать содержание С, Mn, S и другие.
В группу В входят стали повышенного качества, которые поставляют с гарантированными механическими свойствами и гарантированным составом. Маркировка – В.
Углеродистые качественные стали имеют более высокие механические свойства и лучший химический состав. Эти стали имеют марки 05КП, 08КП … 20 ПС, 25-70. Число означает содержание углерода в сталях в сотых долях процента. Их применяют для сварных конструкций, в машиностроении.