Лекция 1. Классификация стали

Сталью называют деформируемый (пластический), многокомпонентный сплав на основе железа с углеродом до 2,14%. Кроме углерода в состав сталей входит ряд полезных и вредных элементов. К полезным элементам относят компоненты присутствие которых способствует повышению механических свойств и эксплуатационных характеристик металла ( такие как марганец, кремний, хром, ванадий, алюминий и другие). Для большинства сталей сера и фосфор являются вредными примесями, придающими красноломкость и хладноломкость соответственно. Следует отметить, что в автоматных сталях они являются легирующими (придающими специфические свойства) элементами.

Полученные тем или иным способом стали чрезвычайно разно­образны по своим свойствам и составу. Их классифицируют по способу производства, назначению, качеству, химичес­кому составу, характеру застывания в изложницах и строе­нию получающегося слитка.

Единой мировой системы классификации стали нет. Многие компании и фирмы пользуются своими системами классифика­ции стали.

По способу производства сталь может быть мартеновской, конвертерной, электросталью, электрошлакового переплава и полученной другими способами. Очень часто от способа производства зависят некото­рые особенности качества металла. Например, несмотря на одинаковый химический состав и одинаковую последующую термообработку, свойства основной и кислой мартеновской стали различны, и это учитывали и потребители этой стали, и сталеплавильщики. По мере развития внепечных способов обработки стали сталеплавильные агрегаты выплавляют полупродукт, а сталь получают после раскисления и легирования полупродукта в ковше и последующей обработки его. Отмеченное нивелировало влияние сталеплавильного агрегата на качество металла, поэтому отпала необходимость в фиксации способа производства в маркировке. Эти обозначения сохранили на рельсовом сортаменте стали как металле ответственного назначения. Например сталь М72 – рельсовая сталь выплавленная в мартеновском агрегате, 0,72% среднее содержание углерода, К72 – сталь выплавленная в кислородном конвертере.

По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:

1. Конструкционная сталь, которую применяют при изго­товлении различных металлоконструкций (для строительства зданий, мостов, различных машин и т.п.). Конструкционные стали могут быть как простыми углеродистыми, так и легированными (например, марганцовистая сталь, хромистая сталь). Легированная сталь несколько дороже углеродистой, но так как она обладает значительно лучшими механическими свойствами, то расход ее на изготовление тех или иных конструкций значительно ниже, чем углеродистой.

2. Топочная и котельная сталь — низкоуглеродистая сталь, применяемая для изготовления паровых котлов и то­пок. Эта сталь должна иметь хорошие пластические свойства в холодном состоянии, хорошо свариваться, не должна иметь склонности к старению.

3. Сталь для железнодорожного транспорта — рельсовая сталь, осевая сталь, сталь для бандажей железнодорожных колес. Это среднеуглеродистая сталь, к ней предъявляются высокие требования при механических испытаниях, например, на прочность, твердость, усталость, при проверке сплошности структуры металла.

4. Подшипниковая сталь служит материалом для изготов­ления шариковых и роликовых подшипников. К этой стали, содержащей около 1 % С и 1,5 % Сr, предъявляют очень вы­сокие требования по содержанию неметаллических включений.

5. Инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она со­держит обычно значительное количество углерода (иногда до2%), а также в ряде марок— значительное количество ле­гирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и других.

Кроме указанных, имеется еще ряд групп сталей, назна­чение которых видно из самого их названия: рессорно-пружинные, электротехнические, трансформаторные, динамные, нержавеющие, орудийные, снарядные, броневые, трубные стали и другие.

По качеству стали обычно делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную, высокока­чественную и особовысококачественные. Различия между этими группами заключаются в допускаемом содержании вредных примесей (в первую очередь серы и фосфора), а также в особых требованиях по содержа­нию неметаллических включений. Например, в сталях обыкно­венного качества содержание серы и фосфора не должно пре­вышать 0,040—0,060, в качественных сталях — не более 0,030—0,040, в высококачественных — не более 0,020— 0,030 % (в некоторых случаях содержание серы и фосфора допускается в очень низких пределах: 0,015 и даже 0,005 % - эти стали относят к особо высококачественным).

По химическому составу различают стали: углеродистые (в том числе низко-, средне-, высокоуглеродистые), низко­легированные, легированные (в том числе хромистые, мар­ганцовистые, хромоникелевые и т.п.) и высоколегированные.

В обозначении марок стали, по стандарту, цифры с левой стороны букв обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента (для инструментальных сталей — в де­сятых долях процента). Буквы справа от цифр, выражающих среднее процентное содержание углерода, обозначают нали­чие соответствующего элемента в стали. Цифры, стоящие после букв, указывают примерное содержание соответствую­щих элементов, если оно выше 1 %.

Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной. Например, марка 12Х2Н4А означает, что это высококачественная сталь, со­держащая около 0,12% С, 2% Сг и 4% Ni. Обозначение марки стали ЗОХГС свидетельствует о том, что в этой стали около 0,30 % С и около 1 % хрома, марганца и кремния.

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обоз­начают следующим образом: СтО, Ст1, Ст2 и т.д. Обозначе­ниями качественных углеродистых сталей служат: 10, 20, 45 и т.д. Цифры соответствуют среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Углеродистые инструментальные стали маркируют буквой У(У7,, У10, У12 и т.п.). Цифры после буквы У указывают на содержание углерода в десятых долях процента.

По характеру застывания стали в изложницах различают спокойные, кипящие и полуспокойные стали. Поведение ме­талла при кристаллизации в изложнице зависит от степени раскисленности: чем полнее раскислена сталь, тем спокой­нее кристаллизуется слиток.

Так, например, в результате обильного газовыделения кипящая сталь при кристаллизации связанного с протеканием реакции взаимодействия растворенного, свободного кислорода с углеродом образуется монооксид углерода, что и создаёт эффект кипения в изложнице (отсю­да название стали). Наоборот, спокойная сталь кристалли­зуется без видимых эффектов - спокойно, так как в ней растворенного кислорода практически нет.

Каждый из перечисленных видов классификации стали ха­рактеризует свойства металла, его надежность в работе, стоимость, возможность получения в определенных количест­вах и другие параметры. Все это учитывают потребители ме­талла.