Классификация и маркировка углеродистых сталей
7.4. 1. По каким критериям классифицируют углеродистые стали?
Углеродистые стали классифицируют по структуре, способу производства и раскисления, по качеству.
7.4. 2. Как классифицируют стали по структуре?
По структуре различают: 1) доэвтектоидную сталь, содержащую до 0,8 % С, структура которой состоит из феррита и перлитьа; 2) эвтектоидную, содержащую около 0,8%С, структура которой состоит из перлита; 3) заэвтектоидную, содержащую 0,8-2,14%С; ее структура состоит из зерен перлита, окаймленных сеткой цементита.
Структуры сталей с разным содержанием углерода приведены на рис.2.
Рис. 2. Микроструктура сталей с различным содержанием углерода :
а – 0,1%; б – 0,4% - доэвтектоидные (Ф+П );
в – 0,8% - эвтектоидные (П) ;
г – 1,2% - заэвтектоидные (П+Ц).
7.4. 3.Как классифицируют углеродистые стали по способу производства?
По способу производства различают стали, выплавленные в электропечах, мартеновских печах и кислородноконвертерным способом.
Как классифицируют углеродистые стали по способу раскисления?
По способу раскисления различают кипящие стали, полуспокойные и спокойные стали.
7.4. 5. Как классифицируют углеродистые стали по качеству?
По качеству различают стали обыкновенного качества и качественные стали. Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05% S и не более 0,04% Р.
|
|
|
Качественные стали содержат не более 0,04% S ( в случае инструментальных сталей до 0,03%) и не более 0,035% Р, они загрязнены неметаллическими включениями и газами. Поэтому при одинаковом содержании углерода качественные стали имеют более высокие пластичность и вязкость, особенно при низких температурах. Качественные стали предпочтительнее для изготовления изделий, эксплуатируемых при низких температурах, в частности в условиях Севера и Сибири. В особо ответственных случаях применяют высококачественные стали, содержащие менее 0,02% S и 0,03% Р.
7.4. 6. Охарактеризуйте углеродистые стали обыкновенного качества?
Стали обыкновенного качества изготавливают по ГОСТ 380-94. Выплавка их обычно производится в крупных мартеновских печах и кислородных конвертерах. Обозначают их буквами “Ст” и цифрами от 0 до 6, например: Ст0, Ст1…..Ст6. Буквы “Ст” обозначают “сталь”, цифры – условный номер марки стали в зависимости от ее химического состава. В конце обозначения марки стоят буквы “кп”, “пс”, “сп”, которые указывают на способ раскисления: “кп” – кипящая, “пс”- полуспокойная, “сп”- спокойная.
|
|
|
Химический состав стали должен соответствовать нормам, указанным в табл.1.
0,070%.
Таблица 1
Состав углеродистых сталей обыкновенного качества, % (ГОСТ 380-94)
| Марка стали | С | Mn | Si |
| Ст0 | ≤0,23 | - | - |
| Ст1кп | 0,06-0,12 | 0,25-0,5 | ≤0,05 |
| Ст1сп | 0,06-0,12 | 0,25-0,5 | 0.12-0,3 |
| Ст2кп | 0,09-0,15 | 0,25-0,5 | 0,07 |
| Ст2сп | 0,09-0,15 | 0,25-0,5 | 0,12-0,3 |
| Ст3кп | 0,14-0,22 | 0,3-0,6 | ≤0,07 |
| Ст3пс | 0,14-0,22 | 0,4-0,65 | 0,05-0,17 |
| Ст3сп | 0,14-0,22 | 0,4-0,65 | 0,12-0,3 |
| Ст4кп | 0,18-0,27 | 0,4-0,7 | ≤0,07 |
| Ст4сп | 0,18-0,27 | 0,4-0,7 | 0,12-0,3 |
| Ст5пс | 0,28-0,37 | 0,5-0,8 | 0,05-0,17 |
| Ст5сп | 0,28-0,37 | 0,5-0,8 | 0,15-0,35 |
| Ст6пс | 0,38-0,49 | 0,5-0,8 | 0,05-0,17 |
| Ст6сп | 0,38-0,49 | 0,5-0,8 | 0,15-0,35 |
Чем больше цифра условного номера стали, тем выше в ней содержание углерода. Содержание серы в стали всех марок, кроме Ст0, должно быть не более 0,050 %, фосфора – не более 0,040 %; в стали марки Ст0 серы - не более
0,060 %, фосфора – не более 0,070%.
7.4.7. Охарактеризуйте качественные углеродистые стали?
|
|
|
Качественные углеродистые стали выплавляют в электропечах, кислородных конвертерах и мартеновских печах по ГОСТ 1050-88. Качественные стали поставляют по химическому составу и по механическихм свойствам (табл.2). К ним предъявляют более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04%, фосфора не более 0,035%).
Таблица 2
Состав и свойства некоторых марок качественных углеродистых сталей (ГОСТ 1050-88)
| Содержание, % | Механические свойства, не менее | ||||||||
| Марка стали | С | Mn | Si | Cr, не более |  , МПа
|  , МПа
| δ, % | Ψ, % | KCU*, 
|
| 08 | 0,05-0,12 | 0,35-0,65 | 0,17-0,37 | 0,10 | 196 | 320 | 33 | 60 | - |
| 10 | 0,07-0,14 | 0,35-0,65 | 0,17-0,37 | 0,15 | 205 | 330 | 31 | 55 | - |
| 15 | 0,12-0,19 | 0,35-0,65 | 0,17-0,37 | 0,25 | 225 | 370 | 27 | 55 | - |
| 20 | 0,17-0,24 | 0,35-0,65 | 0,17-0,37 | 0,25 | 245 | 410 | 25 | 55 | - |
| 25 | 0,22-0,30 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 275 | 450 | 23 | 50 | 88 |
| 30 | 0,27-0,35 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,05 | 295 | 490 | 21 | 50 | 78 |
| 35 | 0,32-0,40 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 315 | 530 | 20 | 45 | 69 |
| 40 | 0,37-0,45 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 335 | 570 | 19 | 45 | 59 |
| 45 | 0,42-0,50 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 355 | 600 | 16 | 40 | 49 |
| 50 | 0,47-0,55 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 375 | 630 | 14 | 40 | 38 |
| 55 | 0,52-0,60 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 380 | 650 | 13 | 35 | - |
| 60 | 0,57-0,65 | 0,50-0,80 | 0,17-0,37 | 0,25 | 400 | 680 | 12 | 35 | - |
|
|
|
Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 05,10,15,…,60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.
При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисления: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисления не указывается.
По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые ( до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,3-0,5% С) и высокоуглеродистые конструкционные (до 0,65% С).
7.4.8. Охарактеризуйте углеродистые инструментальные стали?
Углеродистые инструментальные стали, содержат 0,7-1,3% С, используются для изготовления ударного и режущего инструмента. Их маркируют У7, У13, где “У” означает углеродистую сталь, а цифра – содержание углерода в десятых долях процента.
7.4.9. Охарактеризуйте высококачественные стали.
Для изделий ответственного назначения применяют высококачественные стали с еще более низким содержанием серы и фосфора. Необходимость обеспечения низкого содержания вредных примесей в высококачественных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производство. При обозначении высококачественных сталей в конце марки добавляется буква А, например сталь У10А.
7.5. Стали с высокой технологической пластичностью и свариваемостью
Технологическая пластичность - способность металла подвергаться горячей и холодной пластической деформации. В горячем (аустенитном) состоянии большинство сталей обладают высокой пластичностью, что позволяет получать фасонный прокат и поковки без дефектов (трещин, разрывов и т. п.). Более того, горячей обработкой давлением (в сочетании с последующим отжигом) изучают микроструктуру, устраняют литейные дефекты и, формируя волокна вдоль контура поковок, создают благоприятно ориентированную макроструктуру. В результате этого горячедеформированный металл в отличие от литого имеет примерно в 1,5 раза более высокую конструкционную прочность.
Высокий запас технологической пластичности необходим листовым сталям, предназначенным для холодной штамповки. Технологическая пластичность зависит от химического состава стали, ее микроструктуры и контролируется параметрами механических свойств. Способность стали к вытяжке при холодной штамповке определяется концентрацией углерода. Чем она меньше, тем легче идет технологический процесс вытяжки. Для глубокой вытяжки содержание углерода в стали ограничивают 0,1%; при 0,2-0,3% С возможны только гибка и незначительная вытяжка, а при 0,35-0,45% С-изгиб большого радиуса.
Микроструктура стали должна состоять из феррита с небольшим количеством перлита. Выделение по границам зерен структурно свободного (третичного) цементита строго ограничивается во избежание разрывов при штамповке. Лучше всего деформируется сталь с мелким зерном, соответствующим 7-8 номеру по ГОСТ 5639-82. При большем размере зерна получается шероховатая поверхность в виде так называемой апельсиновой корки, при меньшем - сталь становится слишком жесткой и упругой. Также нежелательна разнозернистая структура, поскольку она способствует неравномерности деформации и образованию трещин. Контролируемыми параметрами механических свойств стали являются относительное удлинение δ и отношение σт/σв. Чем больше δ, ниже σт и, следовательно, меньше отношение σт/σв (рекомендуется равным 0,55-0,66), тем выше способность низкоуглеродистых сталей к вытяжке.
Для глубокой, сложной и особосложной вытяжки используют малопрочные (σв = 280-330 МПа), высокопластичные (δ = 33 ÷ 45 %) стали 05, 08, 10 всех видов раскисления. Их поставляют в виде тонкого холоднокатаного листа, подвергнутого рекристаллизационному отжигу при температуре 650-690 °С.
Широко применяют кипящие стали 05кп, 08кп и 10кп. Способность этих сталей хорошо штамповаться обусловлена низким содержанием углерода и почти полным отсутствием кремния, который сильно упрочняет феррит и затрудняет его деформируемость. Для глубокой вытяжки чаще всего используют сталь 08кп. Из нее штампуют детали кузова автомобиля, корпуса приборов и другие детали сложного профиля.
Кипящая сталь из-за повышенной газонасыщенности склонна к деформационному старению. В связи с этим для холодной штамповки используют сталь, микролегированную ванадием 08Фкп (0,02-0,04% V) или алюминием 08Юкп. Ванадий и алюминий связывают примеси внедрения (азот, кислород) в прочные химические соединения и препятствуют развитию деформационного старения. Применяются также полуспокойные и спокойные стали 08пс и 08, которые, несмотря на меньшую пластичность, обладают более высокой стабильностью свойств.
Свариваемость - способность получения сварного соединения, равнопрочного с основным металлом. Для образования качественного соединения важно предупредить возникновение в сварном шве различных дефектов: пор, непроваров и, главным образом, трещин. Характеристикой свариваемости данного металла служат количество допускаемых способов сварки и простота ее технологии.
Свариваемость стали тем выше, чем меньше в ней углерода и легирующих элементов. Влияние углерода является определяющим. Углерод расширяет интервал кристаллизации и увеличивает склонность к образованию горячих трещин, которая тем больше, чем дольше металл шва находится в жидком состоянии. Причина холодных трещин - внутренние напряжения, возникающие при структурных превращениях, особенно мартенситном, в результате местной закалки (подкалки). Увеличивая объемный эффект мартенситного превращения, углерод способствует также образованию холодных трещин. В связи с этим высокой свариваемостью обладают стали, содержащие до 0,25% С. К ним относятся углеродистые стали (БСтО, БСт1-БСт4, ВСт1-ВСт4; 0,5, 08, 10, 15, 20, 25), а также низколегированные, применяемые для изготовления различных металлоконструкций: стали для трубопроводов, мостостроения, вагоностроения, судостроения 09Г2(Д), 09Г2С, 14Г2, 15ГФ(Д), 16ГС, 17ГС и др.; стали с карбонитридным упрочнением, применяемые для мостов, металлоконструкций цехов, кранов, резервуаров 14Г2АФ(Д), 15Г2СФ(Д), 16Г2АФ и др. (ГОСТ 19282-73). Эти стали содержат небольшие добавки ванадия в сочетании с повышенным содержанием азота (до 0,025 %). Введение этих элементов способствует образованию дисперсных карбонитридных фаз, измельчающих зерно. В результате повышается прочность стали и понижается температура перехода в хрупкое состояние. Это дает возможность применять такие стали в районах с холодным климатом. При добавлении меди (буква Д в марке) стали приобретают повышенную стойкость к атмосферной коррозии.
Сварка всех этих сталей при толщинах до 15 мм не вызывает затруднений. Сварка таких же сталей больших толщин и в термически упрочненном состоянии требует подогрева и термической обработки. При сварке углеродистых и низколегированных сталей, содержащих более 0,3% С, возникают затруднения из-за возможности закалки и охрупчивания околошовной зоны. Сварка высокохромистых и хромоникелевых сталей в связи с неизбежными фазовыми превращениями в металле требует специальных технологических приемов - снижения скорости охлаждения, применения защитных атмосфер и последующей термической обработки.
Вопросы к теме 7. Структура и свойства сталей. Влияние содержания углерода на механические свойства сталей. Понятие о хладноломкости.
1 Какие стали называют углеродистыми?
2. Каким способом выплавляют углеродистые стали? Какие из них обладают наилучшими свойствами?
3.Для чего раскисляют сталь? Как различают стали по способу раскисления?
4. Охарактеризуйте кипящую сталь.
5. Охарактеризуйте полуспокойную сталь.
6. Охарактеризуйте спокойную сталь.
7. От каких факторов зависят свойства углеродистых сталей?
8. Как зависят свойства углеродистых сталей от содержания углерода?
9. Чем обусловлен рост прочности до 0,8 –1,0%С?
10. Почему при увеличении содержания углерода более 1,0% С уменьшается не только пластичность, но и прочность стали?
11. Какое влияние оказывает углерод на технологические свойства?
12. Назовите постоянные и скрытые примеси в углеродистых сталях?
13. Охарактеризуйте влияние марганца
14. Охарактеризуйте влияние кремния?
15. Охарактеризуйте влияние серы?
16. Какой элемент вводят для устранения вредного влияния серы?
17. Охарактеризуйте влияние фосфора?
18. Охарактеризуйте влияние скрытых примесей.
19. По каким критериям классифицируют углеродистые стали?
20. Как классифицируют стали по структуре?
21.Как классифицируют углеродистые стали по способу производства?
22. Как классифицируют углеродистые стали по способу раскисления?
23. Как классифицируют углеродистые стали по качеству?
24. Охарактеризуйте углеродистые стали обыкновенного качества?
25. Охарактеризуйте качественные углеродистые стали?
26. Охарактеризуйте высококачественные стали.
27. Охарактеризуйте углеродистые инструментальные стали?
Контрольная работа № 2. Стали.
1. Нарисовать диаграмму Fe-Fe3C. Указать структурный состав стальной части диаграммы.
2. Рассчитайте, сколько % перлита в стали 40.
3. Нарисовать структуру доэвтектоидной стали (Сталь 60) при температуре: а)выше АС3, в) ниже АС1.
4. Нарисовать структуру заэвтектоидной стали (У10) при температуре: а)выше АС СМ, в) ниже АС1.
5. Дайте определение следующим фазам:
Феррит –
Аустенит –
Цементит
7.Дайте определение структуры «Перлит».
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 934; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!