4.1.1 Склад та маркування чорних металів

Чорні метали бувають 2 видів (схему їх виробництва див. на рис. 4.2):

1. Чавуни - сплави, в яких вміст вуглецю більше 1.7 % (середня щільність _с = 7200 кг/м³). Їх одержують плавленням залізних руд у доменних печах при температурі порядку 1500 ^оС. Чавуни виробляють ливарні сірі, з яких роблять відливки труб, решіток, радіаторів, та переробні білі, що йдуть на виготовлення сталей.

2. Сталі - сплави, в яких вміст вуглецю менше 1.7 % (середня щільність _с = 7850 кг/м³). Для будівництва їх виробляють конверторним способом з чавуну та мартенівським способом з чавуну або сталевого лому.

У чорних металів механічні властивості в основному визначаються вмістом вуглецю. Чим його більше, тим більше твердість, зносостійкість та міцність, але при цьому зростає крихкість, зменшується в`язкість, гнучкість, пластичність. Тому чавунні деталі, тверді та зносостійкі, використовують у будівництві для виготовлення елементів конструкцій, які працюють на стиск без ударних навантажень (колони, опорні подушки, башмаки, труби, деякі елементи арок, що стискаються).

Сталі за властивостями значно більше різноманітні, ніж чавуни, що підтверджується виглядом діаграми залізо–вуглець. Крім того, вони можуть піддаватися термічній, термо-механічній та термо-хімічній обробці, що дуже сильно впливає на їх властивості.

Сталі класифікують за такими ознаками:

1 За хімічним складом:

а) вуглецеві, в склад яких, окрім заліза і вуглецю, входять тільки нормальні домішки (Si, Mn, P, S та ін.). Їх розрізняють за якістю вироблення (звичайної якості та якісні);

б) леговані, в склад яких, крім вказаних вище домішок, також вводяться в значних кількостях Cr, Ni, Ti, W, V, Al, Cu та інші компоненти. Легування, навіть у невеличких кількостях, сильно впливає на властивості сталей. Наприклад:

– хром (Cr) підвищує твердість, міцність, корозійну стійкість (при вмісті хрому більше 13 % сталі звуть нержавіючими), але незначною мірою знижує в`язкість;

– нікель (Ni) підвищує міцність та в`язкість, загартованість, ударотривкість при низьких температурах;

– вольфрам (W) значно підвищує твердість, але й крихкість;

– манган (Mn) підвищує прокалюваність, міцність та в`язкість;

– кремній (Si) підвищує прокалюваність, міцність при збереженні достатньої в`язкості, але погіршує зварюваність;

– мідь (Cu) підвищує межу текучості та міцності, зменшує атмосферну корозію.

Одночасне використання декількох легуючих елементів дозволяє гнучко дотримуватися необхідних властивостей сталей.

За кількістю домішок розрізняють:

– низьколеговані сталі (до 5 % додатків);

– високолеговані сталі (більше 5 % додатків).

2 За твердістю (і вмістом вуглецю):

– м'які (низьковуглецеві) - які вміщують до 0.3 % C;

– середньої твердості (середньовуглецеві) - які містять 0.3...0.6 % C;

– тверді (високовуглецеві) - які містять 0.6...1.7 % C.

3 За застосуванням:

– конструкційні (м'які та середньої твердості) - для виготовлення конструктивних елементів в будівництві та машинобудуванні, де окрім міцності, вимагається висока пластичність і неприпустима крихкість;

– інструментальні (тверді) - для виготовлення ріжучого інструменту.

Маркування сталей літерно-цифрове і залежить від класифікації.

1 Вуглецеві сталі звичайної якості, до яких відносяться і будівельні сталі, маркуються літерами "Ст." і цифрами від 0 до 7, які позначають номер марки (наприклад: Ст. 3, Ст. 5). Для цих сталей найбільш важливо додержання механічних властивостей, і тому відповідно до них проводиться маркування. Зі зростанням номера зростає твердість, міцність, але зменшується пластичність.

Сталь звичайної якості, у залежності від постачання, поділяється на три групи: «А», «Б» і «В». Сталі групи «А» постачаються (та приймаються) за механічними властивостями: границями текучості, міцності та відносним подовженням. Сталі групи «Б» постачаються за хімічним складом: із зростанням номеру в них підвищується зміст вуглецю (С) з 0.07 до 0.63 % та мангану (Mn) з 0.35 до 0.85 %. Дотримання хімічного складу забезпечує відповідність механічних властивостей. Сталі групи «В» постачають за хімічним складом і механічними властивостями. До особливостей маркування сталей групи «Б» і «В» належить вказівка щодо способу отримання сталі. Мартенівська сталь позначається літерою «М», а конверторна бесемерівська – літерою «Б»; марка спокійної сталі має у кінці позначку «сп», полукиплячої – «пк», киплячої – «к» (наприклад: МСт.3, БСт.5сп, МСт.4к).

2 Вуглецеві якісні і леговані сталі здобувають механічні та інші властивості завдяки точному дотриманню хімічного складу і технології виготовлення. Вони маркуються словом "сталь" і цифро-літерним кодом. Цифри на початку маркування позначають вміст вуглецю у відсотках:

- одна цифра - середній вміст в десятих частках;

- дві цифри - вміст в сотих частках;

- без цифри - середній вміст вуглецю приблизно 1 %.

Великі літери позначають легуючі додатки, а наступні за ними цифри – їхній вміст у відсотках. Наприклад, деякі найбільш уживані додатки позначаються таким чином: С - Si; Г - Mn; Х - Cr; Н - Ni; М - Mo; В - W; Ю - Al; Д - Cu; К - Co; A - N₂; П - P. Літера "А" в кінці марки позначає високоякісну сталь, наприклад: сталь 40; сталь 40ХН; сталь 18Х2Н4ВА.