4. Классификация стали

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.

По назначению можно выделить следующие основные группы сталей:

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.

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.

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 усталость, при проверке сплошности структуры металла.

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

Инструментальная сталь применяется для изготовления различных инструментов, резцов, валков прокатных станов, деталей кузнечного и штамповочного оборудования. Она содержит обычно значительное количество углерода (иногда до 2 %), а также в ряде марок — значительное количество легирующих элементов: хрома, вольфрама, молибдена и др.

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

По качеству стали обычно делят на следующие группы: сталь обыкновенного качества, качественную и высококачественную. 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: 0,010 и даже 0,005 %).

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

Установлены единые условные обозначения химического состава стали:

Элемент ... С Mn Si Сг Ni Mo W V Al Ti

Обозначение У Г С Х Н М В Ф Ю Т

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 в изложнице кипит (отсюда название стали). Наоборот, спокойная сталь кристаллизуется без видимых эффектов, спокойно.

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.

1 Крица, твёрдая губчатая масса железа (с низким содержанием углерода, серы, фосфора и кремния) со шлаковыми включениями, заполняющими поры и полости. Крица может быть получена либо непосредственно из руды путём её восстановления при 1250—1350°С, либо путём кричного передела чугуна.

2 Пудлингование (англ. puddling, от puddle — перемешивать), металлургический процесс передела чугуна в мягкое малоуглеродистое железо, получающееся в тестообразном состоянии на поду пламенной отражательной (пудлинговой) печи.

3 Тигельный процесс - древнейший способ получения металлов (меди, стали и др.) в расплавленном виде в тиглях. Возникла в бронзовом веке преимущественно в странах Др. Востока. Тигельная плавка стали возрождена в Европе в сер. 18 в., применялась до нач. 20 в. (вытеснена электроплавкой).

4 Генри Бессемер (англ. Sir Henry Bessemer) (р. 19 января 1813, Чарлтон, графство Хартфордшир, — 15 марта 1898, Лондон) — английский изобретатель, член Лондонского королевского общества (с 1879). Бессемер имел свыше 100 патентов на изобретения в различных областях техники: игольчатый штамп для марок, словолитная машина (1838), машина для прессования сахарного тростника (1849), центробежный насос (1850) и др. Работа по улучшению тяжёлого артиллерийского снаряда (1854) натолкнула его на поиски более совершенного способа получения литой стали для орудийных стволов. В 1856 Бессемер запатентовал конвертер для передела жидкого чугуна в сталь продувкой воздухом без расхода горючего, который стал основой т. н. бессемеровского процесса. В 1860 Бессемер запатентовал вращающийся конвертер с подачей воздуха через днище и цапфы, конструкция которого в основном сохранилась до настоящего времени. Бессемер выдвинул идею бесслитковой прокатки стали.

5 Томас (Thomas) Сидни Джилкрист (16.4.1850, Канонбери, близ Лондона, - 1.2.1885, Париж), английский металлург. Получил гуманитарное образование в колледже. Служил писарем в лондонском суде и по вечерам посещал лекции в Королевской горной школе. Решая проблему переработки высокофосфористых чугунов в конвертере, создал (при участии двоюродного брата П. Джилкриста) томасовский процесс (1878). На изготовление стали этим способом взял ряд патентов в 1877-82. Предвидел, что высокофосфористые шлаки разработанного им процесса можно использовать как удобрения.

6 Мартен (Martin) Пьер [18.8.1824, Бурж, департамент Шер, — 25(?).5.1915, Фуршамбо, департамент Ньевр], французский металлург. По окончании горной школы работал на металлургическом заводе своего отца в городе Фуршамбо, в 1854—1883 был директором металлургического завода в Сирёй (близ города Ангулем). В 1864 предложил новый способ получения литой стали в регенеративных пламенных печах. Использовав разработанный незадолго до этого немецким инженером Ф.Сименсом принцип регенерации тепла продуктов горения, М. применил его для подогрева не только воздуха, но и газа. Благодаря этому удалось получить температуру, достаточную для выплавки стали. Мартеновский способ стал широко применяться в металлургии в последней четверти 19 века.

7 Сименс Фридрих (Siemens, род. в 1826) - нем. инженер, брат Вернера С., в 1848 г. отправился в Англию и сделался сотрудником Карла-Вильгельма С., изобретения которого по части двигателей и машинной техники он наряду с собственными изобретениями старался ввести в употребление в Штеттине и Англии. В 1856 г. С. устроил первую регенеративную печь и в 1859 г. ввел ее в употребление в Англии. В 1867 г. принял в свое ведение основанный братом его Гансом стеклянный завод в Дрездене и обогатил стеклянное производство многими изобретениями - между прочим, предложил новый способ изготовления закаленного стекла, который осуществил на особом заводе в Дрездене. Он основал затем заводы в Дрездене, Вене и Берлине для производства аппаратов для газового освещения и отопления собственной конструкции, а также технические бюро в Дрездене и Лондоне с отделениями в Вене, Париже и Филадельфии для эксплуатации своих многочисленных изобретений (регенеративные горелки, регенеративные печи, стеклоплавильные ванны, нефтяно-газовые печи и мн. др.). Кроме того, С. принадлежит ряд научных исследований по теории сжигания, передаче теплоты и диссоциации. С. напеч.: "Bericht ü ber die Smoke Abatement exhibition" (Берл., 1882), "Ueber die Vorteile der Anwendung hocherhitzter Luft" (1887), "Heizverfahren mit freier Flammenentfaltung" (1885), "Ueber den Verbrennungsprozess" (1887) и др.

8 Иван Павлович Бардин (1(12) ноября 1883, село Широкий Уступ, Антарский уезд, Саратовская губерния - 7 января 1960) российский учёный, академик АН СССР (1932), Герой Социалистического Труда (1945). Руководил проектированием крупных металлургических предприятий, созданием металлургических агрегатов, разработкой и внедрением в СССР непрерывной разливки стали и кислородно-конвертерного процесса. Ленинская премия (1958), Государственная премия СССР (1942, 1949).

38