63

в) индукционные печи отличаются небольшими размерами, что позволяет помещать их в специальные камеры и создавать в них любую атмосферу или вакуум.

Плавка в вакууме позволяет получать сплавы с минимальным содержанием газов и неметаллических включений, легировать сплавы любыми элементами.

Недостатками плавки являются ее малая производительность и большая энергоемкость. Продолжительность плавки в индукционной печи емкостью 1 т составляет около 45 мин., расход электроэнергии на 1 т стали – 600–700 кВт·ч.

3.2.4. Классификация сталей. Их свойства и примене-

ние.

Стали подразделяются:

по способу производства – на конвертерную, марте-

новскую, электросталь (дуговая и индукционная) и сталь, получаемую прямым восстановлением из руды;

по способу раскисления – на кипящую, спокойную и полуспокойную;

по способу изготовления изделий – на литую, кован-

ную, катанную, штампованную и так далее;

по химическому составу – на углеродистую и легиро-

ванную с разной степенью легированности: низколегированную, высоколегированную, сложнолегированную;

по назначению – на строительную, конструкционную, инструментальную и специального назначения: жаропрочную, нержавеющую и т.д.

Основой товарной классификации стали является ее химический состав, что отражается и в маркировке стали – в большинстве случаев наименование марки составляется таким образом, чтобы по ней можно было бы судить об основном химическом составе стали. Кроме того, учитывается ряд других признаков.

По химическому составу, как указывалось, стали де-

лят на две группы: углеродистую и легированную.

Углеродистая сталь. Углеродистой сталью называется сталь, не содержащая никаких специально введенных добавок, кроме углерода. При этом следует иметь в виду, что сталь всегда содержит примеси, наиболее вредными из которых являются сера и фосфор. Сера вызывает красноломкость стали – хрупкость при горячей обработке, фосфор – хладноломкость – хрупкость при нормальной и пониженной температуре. Кислород, азот, водород снижают пластичность стали. Углерод в различных марках стали содержится от 0,1 до 1,35%. Содержание углерода определяет ее свойства и применение. Поэтому стали подразделяются на конструкционную – с содержанием углеро-

64

да до 0,85% и инструментальную – с содержанием углерода от 0,65 до 1,35%. Чем больше углерода, тем тверже и прочнее сталь. Низкоуглеродистые стали отличаются большей пластичностью.

Конструкционная углеродистая сталь. Конструкционной называют сталь, пригодную для изготовления различных деталей машин и конструкций. Она должна обладать комплексом высоких механических свойств, т. е. быть достаточно прочной и пластичной в условиях самых разнообразных внешних нагрузок – статических, динамических, циклических, растягивающих, скручивающих и т. д. Кроме того, конструкционная сталь должна иметь высокие технологические свойства, т. е. хорошо отливаться, обрабатываться давлением, резанием, хорошо свариваться и т.д., так как из нее изготавливают изделия сложной формы.

Конструкционная сталь употребляется в очень больших количествах, поэтому желательно, чтобы она была дешевой как по составу (не содержала дорогих и дефицитных элементов), так и по затратам на производство.

По степени раскисления, как указывалось выше, эта сталь изготавливается как кипящая, полуспокойная и спокойная,

что отражается в конце наименования марки стали дополнительными индексами: кп (кипящая – раскисленная марганцем), пс (полуспокойная – раскисленная марганцем и алюминием) и сп (спокойная – раскисленная марганцем, кремнием и алюминием).

В зависимости от качества углеродистую конструкцион-

ную сталь делят на два вида: сталь обыкновенного качества и качественную.

Углеродистая сталь обыкновенного качества. В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик металла при его поставке углеродистую сталь обыкновенного качества делят на три группы: А, Б и В.

Сталь группы А поставляют по механическим свойствам. Она используется для изготовления изделий, не подвергающихся горячей обработке (ковке, сварке и термической обработке). Хотя химический состав стали и указывается в сертификате, но отклонение в нем от норм браковочным признаком не является.

Гарантируемыми характеристиками механических свойств стали группы А являются: временное сопротивление – максимальная нагрузка, которую выдерживает сталь на 1 мм2 сечения и относительное удлинение – отношение удлинения образца при его растяжении до разрыва к первоначальной длине, определяемые при испытании на растяжение (в %).

65

Сталь группы Б предназначена для горячей обработки, поэтому для нее гарантируемой характеристикой является химический состав. В ГОСТе нормируется минимальное и максимальное содержание углерода (используется при установлении режимов термической обработки – закалки, отпуска и т.д.), марганца и кремния, а также максимально допустимое содержание вредных примесей серы и фосфора. Номер стали отражает содержание в ней углерода: чем больше углерода, тем выше номер.

Встали группы В гарантируются как механические свойства, так и химический состав (содержание углерода, серы и фосфора).

Вобозначение марки сталей обыкновенного качества по ГОСТу 380–94 входит: вид группы (Б или В, А опускается), затем

слово "Ст.", номер группы и степень раскисления – кп, пс и сп. Например, сталь БСт.3кп, БСт.3пс, Ст.3сп.

Сталь обыкновенного качества предназначается для изготовления строительных конструкций, арматуры, крепежа, деталей машин, не несущих повышенных нагрузок.

Углеродистая качественная сталь. Качественная сталь превосходит сталь обыкновенного качества по однородности, является более чистой по сере и фосфору, неметаллическим включениям и имеет более узкие пределы содержания углерода. Из этой стали делают ответственные детали машин и механизмов, поковки, штамповки, калиброванные прутки, серебрянку – светлые круглые прутки точных размеров со специальной отделкой поверхности.

Кипящие стали имеют небольшую прочность и высокую пластичность. Их, в основном, прокатывают в тонкий лист, из которого методом холодной штамповки получают детали глубокой вытяжки, например, сталь 08кп применяют для штамповки кузовов автомобилей.

В обозначение марки качественных сталей входит слово сталь, затем – содержание углерода в сотых долях процента и степень раскисления, например: сталь 45сп содержит 0,45% углерода, спокойная. Углеродистая качественная сталь выпуска-

ется горячекатаной и кованой (ГОСТ 1050–88).

Инструментальная углеродистая сталь. Инструментальная углеродистая сталь предназначена для изготовления всякого рода инструментов: режущих – резцов, фрез, сверл, метчиков и т. д.; измерительных – микрометров, шаблонов, штангенциркулей и т.д.

Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью (значительно более высокой, чем обрабатываемая сталь), высокой износоустойчивостью для сохранения при реза-

66

нии размеров и формы режущей кромки, а также достаточной прочностью и пластичностью, чтобы избежать поломки инструмента в процессе работы.

Инструментальная углеродистая сталь маркируется буквой У (углеродистая) и цифрой, указывающей содержание углерода в десятых долях процента, например, сталь У8 содержит углерода 0,8%. Если после цифры никаких букв нет, то это сталь качественная, если стоит буква А, то высококачественная, и если Г – то с повышенным содержанием марганца. Высококачественная сталь отличается меньшим содержанием вредных примесей.

Промышленность выпускает семь марок качественной инструментальной стали — от У7 до У13, столько же и с таким же содержанием углерода высококачественных (от У7А до У13А) и две марки с повышенным содержанием марганца (У8Г и У8ГА).

Легированная сталь. Легированной сталью называют сталь, в состав которой кроме углерода введены одна или несколько специальных добавок (легирующих элементов) в количестве, заметно изменяющем структуру стали, ее свойства и условия термической обработки.

Кроме железа, углерода и легирующих элементов всякая легированная сталь содержит обыкновенные примеси (кремний, марганец, серу и фосфор), скрытые примеси (кислород, азот, водород) и различные случайные примеси.

Наиболее часто применяемыми легирующими элементами являются марганец – повышает твердость, износостойкость, обозначается в марке буквой Г, хром – повышает коррозионные свойства, при свыше 10% хрома сталь становится нержавеющей, обозначается буквой Х, никель – придает коррозионную стойкость, жаростойкость жаропрочность обозначается буквой Н, а также кремний (С), вольфрам (В), молибден (М), кобальт (К), ванадий (Ф), титан (Т), алюминий (Ю) и ряд других металлов. В наименовании обычно указываются только основные входящие в состав стали легирующие элементы без указания их количества. Например, марганцовистая, хромоникелевая, хромомолибденовая и т. д.

Конструкционная легированная сталь. Эту сталь при-

меняют в строительстве и машиностроении. В качестве легирующих добавок она может содержать кремний, марганец, небольшие количества хрома и никеля. Она подразделяется на низколегированную с суммарным содержанием легирующих элементов в пределах 3–4% (наиболее часто применяют в строительстве) и высоколегированную сталь с содержанием добавок 6–8%.

67

В марке конструкционной легированной стали первая однозначная или двузначная цифра указывает содержание углерода в стали в десятых (однозначная цифра) или сотых (двузначная цифра) долях процента. Буквы, следующие за первой цифрой, указывают наименование легирующих элементов, входящих в состав стали данной марки. Цифры, стоящие после каждой из букв, указывают содержание соответствующего легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры говорит о том, что содержание соответствующего элемента в стали менее 1,5%. Пример: легированная сталь 15Н2М содержит 0,15% углерода, менее 2% никеля, менее 1,5% молибдена.

Инструментальная легированная сталь. В процессе резания металлов, особенно – скоростного, инструмент сильно нагревается, твердость резко снижается и он теряют режущие свойства. Поэтому для изготовления режущих инструментов применяются стали, легированные вольфрамом, хромом, молибденом и ванадием, которые придают стали красностойкость, т. е. способность сохранять твердость и прочность при температуре красного каления.

Для инструментальной легированной стали порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционных сталей, но содержание углерода указывается первой цифрой в десятых долях процента. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около 1% углерода. Например, хромомолибденовая сталь 1Х12М содержит 1% углерода, 12% хрома, 0,4-0,6% молибдена.

Легированная сталь с особыми свойствами. Эта группа легированной стали весьма обширна. Она объединяет стали различного специального назначения, которые отличаются по составу и по свойствам. Как правило, это высоколегированные стали, содержащие более 8–10% специальных добавок. К ним, в частности, относятся:

Жаропрочные стали – стали, которые сохраняют прочность при работе в условиях высоких температур в течение длительного времени. К ним относятся стали для изготовления лопаток турбин, корпусов котлов и др. деталей энергетических установок.

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали – стали этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью не только на воздухе, но и в различных более агрессивных средах, например в пресной и морской воде, в различных кислотах и щелочах. Наиболее часто встречаются нержавеющие стали марок 3Х13 и 4Х13, из которых изготавливают измерительный и хирургический инструменты, предметы домашнего обихода.