4.0. Способы маркировки металлических материалов
Обозначение марок сталей и других сплавов в нашей стране производят по буквенно-цифровой системе. Но для различных металлов и сплавов способы маркировки различаются информацией, заложенной в марке. Известны три принципиально различных способа маркировки.
Самым распространенным способ является «марка-состав», когда в марке заложена информация о составе по основным компонентам, входящим в сплав. Так обозначаются качественные углеродистые и легированные стали, медные сплавы, твердые сплавы, часть алюминиевых сплавов.
Более узкое применение имеет способ «марка-свойство». Таким способом обозначаются графитосодержащие чугуны. В марке заложена информация о прочности и пластических свойствах чугунов.
Следует отметить, что это два наиболее простых и одновременно информативных способа. Специалисту для начала уже достаточно этой информации, чтобы получить представление о возможностях данного сплава. К тому же по сравнению с принципами обозначения сплавов в других странах наша система считается наиболее наглядной и простой, чего нельзя сказать о третьем способе маркировки «марка-каталог». Согласно этому способу сплавам присваиваются номера, перед которыми для углеродистых сталей общего назначения стоят буквы «Ст» (сталь), для высоколегированных сталей сложного состава – индексы «ИЭ» или «ЭП» (марки исследовательские или пробные). В этом случае для расшифровки состава или свойств нужны соответствующие ГОСТы, технические условия или каталоги марок.
5.0. Углеродистые стали
Основной продукцией черной металлургии является сталь – сплав железа с углеродом. Содержание углерода в стали колеблется в широких пределах от 0,1 до 2%. Сталь промышленного производства является сплавом, сложным по химическому составу. Кроме основы-железа в ней содержится много элементов, наличие которых обусловлено различными причинами:
невозможностью их полного удаления: S,Р, О2, N2, Н2;
технологическими особенностями производства: марганец и кремний, например, вводятся как раскислители;
случайные примеси из руды или шихты: Сr, Мn, Ni, Сu, Аs и др.
Содержание всех этих примесей будет зависеть от состава шихты и способа выплавки стали: конверторный, мартеновский, электроплавка, специальные способы выплавки.
Один элемент – углерод вводится в простую сталь намеренно, умышленно. Объясняется это тем, что углерод очень сильно влияет на свойства сталей даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому углерод и является основным элементом, изменяющим свойства сталей. С увеличением содержания углерода растут твердость – НВ, прочность – в, уменьшается пластичность и вязкость (рис.5.1.)
Рис. 5.1. Влияние углерода на механические свойства сталей
Количество постоянных примесей в углеродистой стали ограничивается следующими пределами:
Мn ≤ 0,7%
Si ≤ 0,5%
Р ≤ 0,05%
S ≤ 0,05%
П
Рис
5.1. Влияние углерода на механические
свойства сталей.
Марганец и кремний в углеродистой стали являются технологическими добавками, без них невозможно выплавить сталь. Их вводят при выплавке как раскислители, элементы, удаляющие кислород из стали. Марганец к тому же устраняет вредное действие серы, называемое красноломкостью, переводя серу в тугоплавкое соединение МnS.
Сера и фосфор являются вредными примесями железа и попадают в сталь из руды. Сера придает стали красноломкость, образуя соединение, плавящееся в районе температур горячей обработки давлением. Фосфор сообщает стали хладноломкость, что делает его опасным для изделий, работающих в районах с холодным климатом.
Вредными примесями в стали являются газы, особенно такие, как кислород и водород. Кислород образует окислы, снижающие усталостную прочность сталей, а водород может образовать трещинки-надрывы, называемые флокенами.
Углеродистые стали по назначению могут быть конструкционными и инструментальными. По качеству конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества и качественные, а инструментальные на качественные и высококачественные.