Въглеродни стомани, техните видове и степени. Основни свойства на въглеродните и легираните стомани Въглеродната стомана съдържа

), и легирани - от желязо, въглерод и други легиращи добавки. Механичните свойства на стоманите зависят от съдържанието на въглерод (фиг. 1). На практика не се използва чисто желязо, а се използват сплави от желязо и въглерод: стомана (съдържанието на въглерод в сплавта е до 2%) и чугун (съдържанието на въглерод е 2-6%).

С ниско съдържание на въглерод (от 0,05 до 0,3%) стоманата е добре валцована в листове, огъната, щампована и студено изтеглена, лесно се обработва с нож, заварява се добре и се нарязва с кислород, но практически не се закалява, има относително ниска твърдост и устойчивост на износване. Това строителни стомани, от които чрез валцуване се произвеждат тръби, листове, канали, I-образни греди, ъглова стомана и други валцувани продукти, използвани за производството на строителни конструкции.

Малко количество въглерод в стоманата (до 0,0001%) може да бъде поставено в свободните пространства на кристалната решетка, но по-голямата част от въглерода е в състояние, химически свързано с желязото - под формата на цементит Fe 3 C.

Въглеродната стомана е смес от железни зърна и железни карбиди. Първите се наричат в металургията - ферит, а вторите - цементит.

Ориз. 1. Влиянието на съдържанието на въглерод върху механичните характеристики на стоманите: HB твърдост, якост, ударна якост ан, и относително удължение.

Наричат се стомани, съдържащи 0,7-1,3% въглерод инструментална, от тях се изработват режещи инструменти (свредла, метчици, матрици, фрези и др.). Стоманите със съдържание на въглерод 0,3-1,3% са добре закалени, стават по-твърди и по-устойчиви на износване. Колкото повече въглерод има в тези стомани, толкова по-твърди и по-здрави стават, толкова по-малко жилави и пластични и толкова по-зле се обработват и заваряват.

Стоманата се нарича въглеродна (нелегирана), ако не съдържа други легиращи елементи освен въглерод. Естествено, той съдържа примеси от други елементи (сяра, фосфор, манган, силиций и др.), които са влезли в него от изходните материали по време на производството на стомана, т.е. от желязна руда, скрап, чугун.

Високовъглеродните стомани са по-здрави и твърди от нисковъглеродните, но са по-малко пластични и по-крехки. Следователно съдържанието на въглерод, определящо свойствата на стоманите, ги разделя на целеви групи: СТРОИТЕЛНИ - ниска пластичност и ударна якост; ИНСТРУМЕНТАЛ - по-висока твърдост; Стоманите за машиностроене, в сравнение с строителните стомани, имат по-ниски стойности на ударна якост и пластичност, но повишена якост и твърдост.

Фиг.2. Класификация на въглеродните стомани по качество.

Стоманите се класифицират по следните критерии: химичен състав (въглерод и сплав); по предназначение (строителни, инструментални); по производствен метод (открито огнище, Bessemer); по качество (обикновени, висококачествени, висококачествени).

Стоманите с обикновено качество (фиг. 2) са разделени на три групи: A, B и C. Група А е стоманата St0, St1, St2, St3, St4, St5, St6 (Приложение 1). Механичните свойства на тези стомани са стандартизирани (s b, s t, d). Числото в класа на стоманата означава неговото условно число и варира от 0 до 6, колкото по-голямо е това число, толкова по-голяма е стойността на s в и s т. Индексите B и C са посочени в стоманени класове от групи B и C, а индексът А за стомани от група А не е посочено.

Има разновидности на стомани от група А по деоксидация (kp, sp, ps) и по съдържание на манган (G): St0, St1kp, St1ps, St1sp, St2ps, St2sp, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp,

За стомани от група В химическият състав е стандартизиран за въглерод (от 0,23 до 0,49%), силиций (0,05-0,35%) и манган (0,25-1,2%): BSt0, BSt1, BSt6 ( Приложение 2).

Същите видове стомани се повтарят като в група А по отношение на дезоксидация и съдържание на манган: BSt0, BSt1kp, BSt1ps, BSt6.

Група B - химичният състав и механичните свойства са стандартизирани: VSt1, VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 (индекс B - група стомана B; за разлика от стоманите от групи A и B, в група B няма стомани St0, St6).

Според степента на дезоксидация стоманите се делят на:

Кипящите стомани (високо съдържание на кислород в железни оксиди и по-малко от 0,005% Si) имат по-нисък праг на студена крехкост, поради което тези стомани (St1kp, St2kp, St3kp, St4kp) не могат да се използват за строителни конструкции, работещи при ниски температури;

Меки стомани (St1sp, St2sp), които са по-надеждни при ниски температури;

Полуспокойни стомани (St1ps, St2ps,).

Примери за декодиране на обозначения на стомана: стомана St2kp3 - обикновена качествена стомана от група А, клас St2, кипене, категория 3; стомана VSt4kp4 - стомана с обикновено качество, група B, клас St 4, кипене, категория 4.

Висококачествените въглеродни стомани могат да бъдат с нормално съдържание на манган (05kp, 08kp, 25, 85) или с повишено съдържание на манган (15G, 20G, 85G).

Числото в печата показва съдържанието на въглерод в стотни от процента, а индексът G показва наличието на манган (1%). Висококачествените стомани съдържат по-малко вредни примеси (S< 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А - высококачественная высокоуглеродистая, инструментальная, сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Приложение на въглеродните стомани в строителството и машиностроенето:

1. Стомани с обикновено качество се използват в конструкции, които не са подложени на динамични натоварвания и ниски температури.

2. Стомани 08kp, 05kp - за листово щамповане в автомобилостроенето и други индустрии.

3. Стомани Ст0, Ст1, Ст2, Ст08, Ст25 - за производство на валцувани листове, канали и др.

4. Стомани 10, 15, 25 - за заварени и нитовани конструкции (без последваща термична обработка).

5. Стомани St3kp, St5, MSt3kp и др. За производство на стоманобетонни изделия (Приложение 3).

6. Листови конструкции, резервоари, тръбопроводи са изработени от стомани MSt1kp, MSt2kp, MSt3ps.

7. Стомани 30, 35, 40 - за части (валове, оси, зъбни колела), работещи при големи натоварвания (подлежат на нормализиране и закаляване).

8. Стомана 45, 50 - за колянови валове.

9. Стомани 55, 60, 65 и 70 - пружини, пружини, зъбни колела (закаляване и отвръщане).

Въглеродната стомана се характеризира със съдържание на въглерод до 2,14% без наличие на легиращи елементи, малко количество примеси в състава и малко съдържание на магнезий, силиций и манган. Това от своя страна се отразява на свойствата и характеристиките на приложение. Това е основният продукт на металургичната промишленост.

Съединение

В зависимост от количеството въглерод, въглеродната и легираната стомана се разделят. Наличието на въглерод дава на материала здравина и твърдост, а също така намалява вискозитета и пластичността. Съдържанието му в сплавта е до 2,14%, а минималното количество примеси, дължащо се на производствения процес, позволява основната маса да се състои от желязо до 99,5%.

Високата якост и твърдост са това, което характеризира въглеродната стомана.

Примесите, които постоянно се включват в структурата на въглеродната стомана, имат малко съдържание. Манганът и силицийът не надвишават 1%, а сярата и фосфорът са в рамките на 0,1%. Увеличаването на количеството примеси е характерно за друг вид стомана, която се нарича легирана.

Липсата на техническа възможност за пълно отстраняване на примесите от готовата сплав позволява следните елементи да бъдат включени във въглеродната стомана:

водород;
азот;
кислород;
силиций;
манган;
фосфор;
сяра

Наличието на тези вещества се определя от метода на топене на стомана: конвертор, мартенов или друг. И въглеродът е добавен нарочно. Ако количеството на примесите е трудно да се регулира, тогава регулирането на нивото на въглерод в състава на бъдещата сплав влияе върху свойствата на крайния продукт. Когато материалът е напълнен с въглерод до 2,4%, стоманата се класифицира като въглерод.

Характеристика

Характеристиките и структурата на метала се променят чрез термична обработка, чрез която се постига необходимата повърхностна твърдост или други изисквания за използване на стоманената конструкция. Въпреки това, не всички структурни свойства могат да бъдат регулирани с термични методи. Такива структурно нечувствителни характеристики включват твърдост, изразена чрез модула на еластичност или модула на срязване. Това се взема предвид при проектирането на критични компоненти и механизми в различни области на машиностроенето.

В случаите, когато изчисляването на якостта на сглобката изисква използването на малки по размер части, които могат да издържат на необходимото натоварване, се използва термична обработка. Този ефект върху „суровата“ стомана позволява да се увеличи твърдостта на материала 2-3 пъти. Металът, който е подложен на този процес, подлежи на изисквания по отношение на количеството въглерод и други примеси. Тази стомана се нарича висококачествена.

Класификация на въглеродни стомани

Според посоката на приложение на продуктите въглеродната стомана се разделя на инструментална и структурна.

Последният от тях се използва за изграждане на различни сгради и рамкови части. Инструментите се използват за изработване на издръжливи инструменти за извършване на всякаква работа, включително рязане на метал. Използването на метални продукти в домакинството изисква класифицирането на стоманата в различни категории със специфични свойства: топлоустойчива, криогенна и устойчива на корозия.

Според метода на производство въглеродните стомани се разделят на:

електрическа стомана;
открито огнище;
кислороден конвертор.

Разликите в структурата на сплавта се дължат на наличието на различни примеси, характерни за определен метод на топене.

Връзката на стоманата с химически активната среда направи възможно разделянето на продуктите на:

кипене;
полуспокоен;
спокоен.

хиперевтектоид, в който количеството въглерод надвишава 0,8%;
евтектоиден, със съдържание 0,8%;
хипоевтектоид - по-малко от 0,8%.

Именно структурата е характерен признак при определяне на състоянието на метала. В хипоевтектоидните стомани структурата се състои от перлит и ферит. Евтектоидните са с чист перлит, а хиперевтектоидните се характеризират с перлит с примеси на вторичен цементит.

Чрез увеличаване на количеството въглерод стоманата увеличава якостта и намалява пластичността. Вискозитетът и крехкостта на материала също оказват голямо влияние. С увеличаването на процента на въглерод силата на удар намалява и крехкостта на материала се увеличава. Неслучайно при съдържание над 2,4% металните сплави вече се класифицират като чугун.

Според количеството въглерод в сплавта стоманата е:

ниско съдържание на въглерод (до 0,29%);
среден въглерод (от 0,3 до 0,6%);
високо съдържание на въглерод (повече от 0,6%).

Маркиране

При обозначаване на въглеродни стомани с обикновено качество се използват буквите St, които са придружени от числа, характеризиращи съдържанието на въглерод. Една цифра показва количеството, умножено по 10, а две цифри по 100. При гарантиране на механичния състав на сплавта, B се добавя преди обозначението, а съответствието с химическите съставки е B.

В края на маркировката две букви показват степента на дезоксидация: ps - полу-тихо, kp - състояние на кипене на сплавите. За спокойни метали този показател не е посочен. Повишеното количество манган в структурата на продукта се обозначава с буквата G.

При обозначаване на висококачествени въглеродни стомани, използвани в производството на инструменти, се използва буквата U, до която е написано число, потвърждаващо процента на въглерод в 10-кратно количество, независимо дали е двуцифрено или еднократно. цифра. За да се подчертаят по-висококачествените сплави, към обозначението на инструменталните стомани се добавя буквата А.

Примери за обозначение на въглеродни стомани: U8, U12A, St4kp, VSt3, St2G, BSt5ps.

производство

Металургичната промишленост произвежда метални сплави. Специфичността на процеса за производство на въглеродна стомана е обработката на чугунени заготовки с намаляване на суспендирани вещества като сяра и фосфор, както и въглерод, до необходимата концентрация. Разликите в техниката на окисляване, чрез която се отстранява въглеродът, ни позволяват да разграничим различните видове топене.

Метод на кислороден конвертор

Основата на техниката беше методът на Bessemer, който включва продухване на въздух през течен чугун. По време на този процес въглеродът се окислява и отстранява от сплавта, след което железните слитъци постепенно се превръщат в стомана. Производителността на тази техника е висока, но сярата и фосфорът остават в метала. В допълнение, въглеродната стомана е наситена с газове, включително азот. Това подобрява здравината, но намалява пластичността, което прави стоманата по-податлива на стареене и с високо съдържание на неметални елементи.

Предвид ниското качество на стоманата, произведена по метода на Bessemer, тя вече не се използва. Той беше заменен от кислородно-конверторния метод, чиято разлика е използването на чист кислород, вместо въздух, при продухване на течен чугун. Използването на определени технически условия по време на прочистването значително намалява количеството на азот и други вредни примеси. В резултат на това въглеродната стомана, произведена по метода на кислородния преобразувател, е близка по качество до сплавите, разтопени в пещи с отворен огнище.

Техническите и икономически показатели на конверторния метод потвърждават осъществимостта на такова топене и позволяват да се заменят остарелите методи за производство на стомана.

Метод на открито огнище

Характеристика на метода за производство на въглеродна стомана е изгарянето на въглерод от чугунени сплави не само с помощта на въздух, но и чрез добавяне на железни руди и ръждясали метални изделия. Този процес обикновено се извършва вътре в пещи, към които се подава нагрят въздух и горим газ.

Размерът на такива топилни вани е много голям, те могат да задържат до 500 тона разтопен метал. Температурата в такива контейнери се поддържа на 1700 ºC, а изгарянето на въглерод се извършва на няколко етапа. Първо, поради излишния кислород в запалимите газове и когато се образува шлака над разтопения метал, чрез железни оксиди. При взаимодействието им се образуват шлаки от фосфати и силикати, които впоследствие се отстраняват и стоманата придобива необходимите качествени свойства.

Топенето на стомана в мартенови пещи отнема около 7 часа. Това ви позволява да регулирате желания състав на сплавта, когато добавяте различни руди или скрап. Въглеродната стомана отдавна се произвежда по този метод. Такива печки в наше време могат да бъдат намерени в страните от бившия Съветски съюз, както и в Индия.

Електротермичен метод

Възможно е да се произведе висококачествена стомана с минимално съдържание на вредни примеси чрез топене във вакуумни пещи на електродъга или индукционни пещи. Благодарение на подобрените свойства на електрическата стомана е възможно да се произвеждат топлоустойчиви и инструментални сплави. Процесът на превръщане на суровините във въглеродна стомана се извършва във вакуум, поради което качеството на получените детайли ще бъде по-високо от описаните по-рано методи.

Цената на такава металообработка е по-скъпа, така че този метод се използва, когато има технологична необходимост от висококачествен продукт. За намаляване на цената на технологичния процес се използва специален черпак, който се нагрява във вакуумен съд.

Приложение

Въглеродната стомана, поради своите свойства, намери широко приложение в различни сектори на националната икономика, особено в машиностроенето. Използването на способността на метала да издържа на натоварвания и да има високи граници на умора при проектните изчисления прави възможно производството от въглеродна стомана на такива критични машинни части като: маховици, зъбни колела, корпуси на свързващи пръти, колянови валове, бутала на плунжерни помпи и технологично оборудване за дървообработване и леката промишленост.

Високовъглеродни стомани с повишено количество манган се използват за производството на части като пружини, листови пружини, торсионни щанги и подобни компоненти, които изискват еластичността на сплавта. Инструменталните сплави с подобрено качество се използват широко в производството на инструменти за обработка на метали: фрези, свредла, зенкери.

Въглеродната стомана, чиито степени са описани по-долу, се използва широко в различни индустрии. Изборът на конкретен клас въглеродна стомана се прави въз основа на конкретната цел, за която ще се използва. Това се дължи на факта, че всяка марка има различни характеристики.

Класификация на стоманата

Всички въглеродни стомани, в зависимост от областта на приложение, се разделят на нисковъглеродни, средно въглеродни и високовъглеродни стомани и се разделят според няколко параметъра:

Метод на дезоксидация.
Състав на химичните елементи.
Микроструктура.
качество.

Според основните стандарти въглеродните стомани се разделят на:

Конструктивна конвенционална.
Структурно качество.
Инструментално качество.
Висококачествен инструментал.

Технология на производство

Производството на стомана в металургичната промишленост се извършва по различни начини. Всеки производствен метод е различен в зависимост от използваното оборудване. Така цялото оборудване за производство на въглеродни стомани може да бъде разделено на три вида:

Конверторни топилни пещи.
Мартенови пещи.
Електрически фурни.

Конвертор

Конверторните пещи разтопяват целия състав на сплавта. При този метод разтопената маса се обработва с технически кислород. За да се почисти горещата маса от различни примеси, към нея се добавя вар. Това прави възможно превръщането на примесите в шлака. По време на производствения процес процесът на окисление на метала протича активно. Това провокира отделянето на голямо количество отпадъци.

Производството на въглеродни стомани в конверторни пещи има значителен недостатък. Това включва факта, че по време на работа се отделя голямо количество прах. Това води до необходимостта от инсталиране на допълнителни филтриращи агрегати, което води до разходи за пари. Въпреки това конверторният метод има висока производителност и се използва широко в металургията.

Открито огнище

Производството на различни степени на въглеродна стомана с помощта на пещи с отворен огнище позволява получаването на висококачествен краен продукт. Производственият процес протича по следния начин:

Компонентите от сплавта се зареждат в специализирано отделение на пещта: чугун, стоманен скрап и др.;
Целият състав се нагрява до висока температура;
Под въздействието на температурата всички компоненти се превръщат в хомогенна гореща маса;
По време на топенето всички компоненти на желязната и въглеродната сплав взаимодействат;
Материалът, получен в резултат на химическата реакция, напуска пещта.

Електрически

Методът за производство на различни степени на въглеродна стомана в електрически пещи се различава от изброените по-горе. Разликата му е в метода на нагряване на състава. Използването на електричество за нагряване на компонентите намалява окисляването на метала. Това значително намалява количеството водород в метала, което подобрява структурата на сплавта и влияе върху качеството на крайния продукт.

Използване на стомана

Въглеродна стомана от различни степени се използва за направата на конструкции в много индустрии. В зависимост от приложението на продукта се използват определени марки.

Нормално качество

Количеството чужди примеси в готовите продукти се регулира от GOST 380-2005. Въглеродна стомана с нормално качество се използва за производството на:

St0– обшивки, обкови и др.;
St1– канали, Т-образни и I-образни греди. Има ниска твърдост, но добър вискозитет;
St2– части от некритични конструкции. Това е силно пластичен материал;
St3– прокат, използван за изграждане на строителни конструкции, каросерии, автомобилни джанти и др.;
St5– болтове, гайки, лостове, щифтове, оси и др.;
St6– високоякостни детайли за дървообработващи и металообработващи машини.

Високо качество

От висококачествени стомани се произвеждат:

Тръби и части, приложими в котлостроенето.
Изделия с висока пластичност - болтове, гайки и др.
Части, предназначени за създаване на заварени конструкции.
Различни видове тръби, щифтове, оси.
Скорости, съединители на камиони, автобуси и друга техника.
Пружинни шайби, пръстени.

Инструментал

Въглеродните инструментални стомани от различни степени имат повишена якост и висока ударна якост. Използват се за създаване на всякакви инструменти и резервни елементи. По време на производството продуктите се подлагат на многократно излагане на високи температури, което подобрява техните физически свойства. Продуктите са устойчиви на бързи температурни промени и са силно устойчиви на корозия.

Стоманена маркировка

Според маркировката всички въглеродни стомани са разделени на три категории:

Група А.Това включва сплави, които отговарят на строго определени механични свойства;
Група Б.Стоманите от тази група ясно съответстват по химичен състав;
Група Б.Продуктите от тази група трябва да отговарят едновременно на механични, физични и химични свойства.

За стомана с обикновено качество в началото на обозначението се появяват буквите St. След буквите St в маркировката има цифрово обозначение. Числото в маркировката показва номера на марката метал. След това след номера се въвежда вида на сплавта. Обозначението на типа сплав е както следва:

КП- кипене;
PS– полуспокоен;
JV- спокоен.

Непосредствено преди буквеното обозначение на сплавта има буква, обозначаваща групата стомана. Ако продуктът принадлежи към група А, тогава буквата не се поставя.

За бързо идентифициране на марката производителят нанася съответните ивици със специализирана боя:

St0– зелено райе + червено.
St1– един жълт + един черен.
St3Gsp– кафяво + синьо.
St3- червен.
St4– черно.
St5Gps– кафяво + зелено.
St5– зелено.
St6- син.

Степента на наличие на въглерод в материала се определя в самото начало. Количеството въглерод за метал от група А се посочва в стотни от процента. За B и C – в десети. В някои случаи след тези числа производителят поставя буквата G. Това означава, че продуктът съдържа голямо количество манган.

Категории качествена стомана

Висококачествените стомани с различни маркировки могат да бъдат разделени на няколко категории:

08ps, 08kp– имат висока пластичност. Подходящ за студено валцуване;
От 10 до 25– използвани за топъл печат или валцоване;
От 60 до 85– използвани за изработване на критични конструкции като пружини, ресори, съединители;
30, 50, 30G, 50G– повишена якост, издържаща на големи натоварвания.

Изключения от нотацията

Качествените стомани имат някои изключения в обозначенията. Те включват:

15K, 20K, 22K– използвани в конструкцията на котли;
20-PV– съдържа 0,2 процента въглерод и мед с хром. От него се правят тръби за отоплителни системи;
OSV– съдържа добавки от никел, хром и мед. От него се правят осите на железопътните вагони;
A75, ASU10E, AU10E– приложим за части в часовникови механизми.

От горното следва, че преди да използвате продукт от въглеродна стомана, трябва да обърнете внимание на неговите маркировки. По този начин можете да определите неговите физични и химични свойства и област на предназначение. Познавайки значението на маркирането на метални продукти, няма да има трудности при избора на конкретен тип за всяка цел.

Въглеродната стомана е търсена от различни предприятия, използва се за производство на части за машиностроене, носещи конструкции, всякакви инструменти и други артикули.

1

Въглеродните стомани (CS) са металургични нисколегирани състави, съдържащи до 99,5% желязо. В тях също се въвеждат различни добавки в строго дозирани количества. Последните определят специалните експлоатационни, технологични и механични свойства на интересуващите ни сплави. От общото количество стомана, топена в металургичните предприятия, въглеродните състави представляват около 80%. Вече са известни повече от две хиляди марки такива сплави. Според обхвата на приложение всички те се разделят на конструкционни, инструментални и стомани с обикновено качество.

Въглеродна стомана

Тяхната структура зависи от процентното съдържание на въглерод. Променяйки количеството му, можете да придадете на готовия състав определените свойства (течливост, плътност, пластичност, твърдост). Ако въглеродната стомана съдържа по-малко от 0,8% въглерод, нейната структура включва перлит и ферит. В сплави с въглерод над 0,8% задължително присъства цементит (вторичен). Но нисколегираната стомана със съдържание на интересуващия ни елемент на ниво от 0,8% има перлитна структура. Якостта на сплавта, нейната ударна якост и прагът на студена чупливост нарастват с увеличаване на съдържанието на въглерод в нея. Но в същото време се регистрира намаляване на пластичността на валцуваните продукти.

Въглеродните стомани се разделят на три вида в зависимост от техния химичен състав. Те могат да бъдат ниско-, средно- и високовъглеродни. В първия въглеродът присъства в малки количества (до 0,25%). Такива състави са добре деформирани (плътността им е относително ниска) както в горещо, така и в студено състояние, притежаващи висока степен на пластичност. Средно въглеродните валцувани продукти съдържат 0,3–0,6% въглерод. Тези сплави се характеризират с добра течливост и пластичност и в същото време достатъчна якост. Най-често те се използват за изграждане и други конструкции, които се използват при нормални условия.

Всички видове измервателни уреди и инструменти с повишена якост са изработени от сплави с високо съдържание на въглерод (0,6–1,4%). Те имат повишена плътност и редица уникални характеристики (те се определят от специалната структура на топената стомана). По този начин обхватът на приложение на въглеродните състави зависи от техния химичен състав и директно от предназначението на конкретна марка стомана. Ще говорим за това по-подробно по-късно.

2

В допълнение към въглерода въглеродът винаги съдържа включвания на други химични елементи. Те включват кислород, водород, фосфор, манган, азот, сяра и силиций. От количеството на тези примеси зависи плътността на готовия продукт и другите му механични свойства. Манганът позволява извършването на дезоксидация на въглероден диоксид. Поради това се добавя специално към всяка сплав. Дезоксидацията се разбира като важна и полезна операция - отстраняването на вредните продукти от железен оксид. Благодарение на въвеждането на манган, металната структура става по-добра. Осигурява разтварянето на серни вещества в цементит и ферит.

Тръби от въглеводородна стомана

Силиконът изпълнява подобна функция. Перфектно деоксидира металургичните състави. Благодарение на това тяхната структура придобива необходимата подреденост. Тук си струва да се отбележи, че силицият е напълно разтворен във ферит. Само малка част от него понякога остава като силикати във въглеродни сплави. Нисколегираната стомана не губи стандартните си характеристики. Сярата и фосфорът имат отрицателен ефект върху свойствата на въглеродния диоксид. Първият попада в метала от пещни газове и от руда. Сярата намалява плътността на валцованите продукти (средната й стойност е 7,8 g / cm3) и прави сплавта крехка. Поради тази причина съдържанието му в системата за управление трябва да се следи и коригира. Във висококачествените въглеродни валцувани продукти сярата не може да бъде повече от 0,04%, в обикновените валцувани продукти - повече от 0,03.

Фосфорът влиза в стоманата от флюсове и желязна руда. С високо съдържание на този елемент валцованата стомана става крехка. Това води до студена чупливост на сплавта, което е недопустимо. Понастоящем фосфорът се отстранява лесно от металургични въглеродни състави, чието използване изисква минимално съдържание на този примес. Въглеродните и легираните стомани съдържат азот, водород и кислород в малки количества. Количеството им зависи от вида на металургичното производство (конвертор, мартенов процес, топене в електрически агрегати). Азотът и водородът в валцуваните продукти могат да бъдат от 0,0001 до 0,0007%, кислородът - от 0,002 до 0,03%.

Прекомерното съдържание на такива примеси води до повишаване на границата на студена крехкост на сплавите. Те могат да намалят якостта на стоманата. Излишъкът от водород е особено опасен. Може да доведе до появата на люспи - разкъсвания в готовия продукт. Ако ги има, структурата и свойствата на метала се влошават.

3

Конвенционалната въглеродна стомана се произвежда под формата на греди, пръти, листа и канали. Свойствата му правят възможно използването на сплави с обикновено качество в инженерната и строителната индустрия като надеждни поддържащи продукти. Обикновените стомани се обозначават с буквите St и цифри от 0 до 6. Последните показват якостта на сплавта. Колкото по-голямо е числото в маркировката, толкова по-здрава е стоманата. Обозначението US също включва техника за дезоксидиране на металургичния състав. От тази гледна точка сплавите могат да бъдат:

кипене (маркировка - KP);
полуспокоен (PS);
спокоен (SP).

Устойчиви стоманени изделия

В допълнение, въглеродните стомани с обикновено качество са разделени на подтипове A, B и C. Сплавите от група А не могат да се използват за производството на заварени конструкции. Тези стомани не са регламентирани по отношение на химичния състав. Основният им показател се счита за механични свойства. Сплавите от подтип B имат строго определен химичен състав. В същото време техните механични свойства могат да се променят. Продуктите от стомани от група В могат да бъдат подложени на термична обработка, коване и щамповане. Най-скъпите (и, разбира се, висококачествени) са сплавите от подтип B. Техният химичен състав и механични свойства категорично отговарят на изискванията на държавните стандарти. Поради специалните характеристики на такива стомани, те могат да бъдат заварени без ограничения (използвайки различни технологии).

Структурните контролни елементи се доставят под формата на различни полуготови продукти, включително различни опции за изковки и валцувани продукти. Такива висококачествени въглеродни стомани имат малко неметални примеси и елементи (сяра и фосфор), които влияят отрицателно на свойствата на стоманата. Следователно техните характеристики (механични и химични) са строго гарантирани. Конструкционните висококачествени сплави се обозначават с номера, състоящи се от две цифри - 45, 20, 08, 85 и т.н. Този код показва съдържанието на въглерод (в стотни от процента) в крайния продукт. Ако имаме стомана с маркировка 45, лесно е да разберем, че тя съдържа около 0,45% въглерод. Системите за структурно управление са идеални за производството на широка гама инженерни продукти. важно! Първоначалните свойства на такива сплави (производителност и якост) лесно се повишават чрез топлинна обработка.

Те се използват в производството на дървообработващи инструменти, матрици, фрези, пневматични инструменти, матрици, пробивни устройства, резачки за тел, клещи и подобни инструменти. Използват се и за направата на ножовки, пили и измервателни механизми. Сплавите за инструменти са маркирани с буквата U, цифри, показващи количеството въглерод (десети от процента), както и допълнителна буква A (поставена в края на обозначението на стоманата, ако говорим за висококачествени валцувани продукти). Ако видите сплав с надпис U13A, можете веднага да разберете, че имате работа с висококачествена инструментална стомана с 1,3% въглерод.

4

При температурни колебания от +20 до +900 °, плътността на разглежданите стомани практически не се променя. Тази стойност е в диапазона 7,7–7,9 g/cc. Всъщност плътността на въглеродния диоксид е подобна на плътността на желязото. Това е логично, защото е в основата на всяка въглеродна сплав. Плътността, както и свойствата и структурата на въглеродните влакна могат да бъдат променени чрез топлинна обработка. Тази операция означава нагряване на сплавта и след това охлаждане.

Термична обработка на стомана

Термичната обработка на въглеродни стомани е от следните видове:

отгряване;
ваканция;
втвърдяване;
нормализация.

Приложението позволява да се получат сплави със структура, която не се различава много от равновесната. Тази операция се извършва по проста схема: нагряване на метала до определена температура и задържане за определено време и след това охлаждане на валцувания продукт (това обикновено се случва заедно с пещта за относително дълъг период от време). Въглеродната стомана се закалява по подобен начин. Но нагрятият метал в този случай се охлажда при дадена (доста бърза) скорост. Избира се от металурзи, така че готовият валцуван продукт да има напълно мартензитна структура. При закаляването е задължително използването на специални масла, солеви разтвори или вода. Тези течности осигуряват бързо охлаждане на контролния блок.

Ваканцията ви дава възможност да вземете определени имоти под наем. Използва се само за предварително закалени сплави. Закаляването облекчава (вътрешните) напрежения в метала и повишава неговите механични параметри. Освен това въглеродната стомана може да бъде подложена на нормализиране (нагряване, задържане и охлаждане естествено на открито). Този процес не се счита за основните видове топлинна обработка. По-скоро това е подвид на стандартно закаляване или отгряване.

Съдържа малки количества манган (Mn), силиций (Si), сяра (S) и фосфор (P).

Стоманите се делят на:

по предназначение - конструктивни и инструментални;
според метода на производство - мартенови, топени в мартенови пещи; Бесемер, произведен в конвертори, облицовани с киселинни материали; Томасова стомана, произведена в конвертори, облицовани с основни материали, и електрическа стомана, претопена в дъгови или индукционни високочестотни пещи;
според химичния състав - въглеродни и легирани.

Легирани стоманив допълнение към въглерода, те съдържат повишени количества манган (Mn), силиций (Si), хром (Cr), никел (Ni), молибден (Mo), волфрам (W), ванадий (V) и други елементи, които дават тези специални свойства на стоманите, например повишена якост и твърдост, устойчивост на корозия.

За производството на заварени конструкции е широко разпространена въглеродна стомана с обикновено качество, доставяна в съответствие с GOST 380. Въглеродната стомана с обикновено качество, в зависимост от нейното предназначение, се разделя на три групи:

група А - доставя се според механичните свойства;
група В - доставя се по химичен състав;
група B - доставя се според механичните свойства и химичния състав.

В зависимост от стандартизираните показатели:

Стоманите от група А се разделят на три категории - Al, A2, A3;
стомана група В - в две категории - В1 и В2;
стомана група Б - в шест категории - Вл, В2, ВЗ, В4, В5, В6.

За стомана от група А са установени класове St0, St1, St2, St4, St5, St6. За група стомани B - марки BSt0, BSt1, BSt2, BStZ, BSt4, BSt5, BSt6. Стоманата от група Б се произвежда чрез мартенови и конверторни методи. За него са инсталирани степени VSt2, VSt3, VSt4, VSt5. Буквите St означават стомана, числата от 0 до 6 са условното число на марката стомана в зависимост от химичния състав и механичните свойства. Буквите B и C пред обозначението на марката показват групата стомана, група A не е посочена в обозначението. Ако стоманата е класифицирана като кипяща, се поставя индексът "kp", ако е класифицирана като полуспокойна - "ps" и спокойна - "sp".

По вид валцована стомана има листове, широколентови профили (ленти, кръгли и др.) И профилна стомана (канали, ъгли, I-греди). В зависимост от технологията на производство арматурната стомана се разделя на прътова и телена армировка, а в зависимост от профила - на гладка и периодична. Висококачествени въглеродни конструкционни стомани се използват за производството на критични заварени конструкции.

Качествени стоманисъгласно GOST 1050-88 те са маркирани с двуцифрени числа, показващи средното съдържание на въглерод в стотни от процента. Например класове 10, 15, 20 и т.н. означават, че стоманата съдържа средно 0,10, 0,15, 0,20% въглерод.

Стоманата съгласно GOST 1050-88 се произвежда в две групи:

група I - с нормално съдържание на Mn (0,25-0,80%);
група II - с повишено съдържание на Mn (0,70-1,2%). При повишено съдържание на манган (Mn), буквата G се въвежда допълнително в обозначението, което показва, че стоманата има повишено съдържание на Mn.

Легирани стоманив допълнение към обикновените примеси, те съдържат елементи, специално въведени в определени количества, за да осигурят необходимите свойства. Тези елементи се наричат легиращи елементи. Легираните стомани се разделят в зависимост от съдържанието на легиращи елементи на нисколегирани (до 2,5% легиращи елементи), среднолегирани (от 2,5 до 10%) и високолегирани (над 10%). Легираните стомани са маркирани с цифри и букви, показващи приблизителния състав на стоманата. Буквата показва коя стомана е включена в състава, а цифрите зад нея показват средното съдържание на елемента като процент. Ако елементът съдържа по-малко от 1%, тогава цифрите не се поставят след буквата. Първите две цифри показват средното съдържание на въглерод в стотни от процента.

Влияние на основните елементи върху свойствата на въглеродните стомани

нисковъглероден, съдържащ от 0,05 до 0,25% С;
среден въглерод - от 0,25 до 0,6% С и
високо въглерод - над 0,6% С.

С увеличаване на съдържанието на въглерод, якостта на опън, твърдостта и крехкостта на стоманата се увеличават, докато удължението и якостта намаляват. Съдържанието на въглерод в конвенционалните конструкционни стомани до 0,25% не влошава заваряемостта на стоманата. При по-високо съдържание на въглерод стоманата се влошава, тъй като се образуват втвърдяващи се структури в засегнатите от топлината зони, което води до пукнатини. Увеличаването на съдържанието на въглерод в добавъчния метал причинява порьозност на заваръчния шев.

Мангансъдържащи се в стоманата в диапазона от 0,3-0,8%, в тези граници манганът (Mn) не усложнява процеса на заваряване. При заваряване на средноманганови стомани, съдържащи 1,8-2,5% Mn, съществува опасност от възникване поради факта, че манганът (Mn) допринася за закаляването на стоманата.

Силицийсъдържащ се в ниско- и средновъглеродна стомана в диапазона 0,02-0,35%, в тези граници не създава затруднения при заваряване. Когато съдържанието на силиций (Si) в специалните стомани е от 0,8 до 1,5%, това става трудно поради високата течливост на силициевата стомана и образуването на огнеупорни силициеви (Si) оксиди.

Сярае вреден примес в стоманата. Той образува химикал с желязото, наречен железен сулфид. Стоманата с примес на S се поддава при нагряване, т.е. става червено-крехка. Съдържанието на S в стоманата не трябва да надвишава 0,055%. Заваряемостта на стоманата рязко се влошава с увеличаване на съдържанието на S.

Фосфорсъщо е вреден примес в стоманата. Съдържанието на P в стоманата не трябва да надвишава 0,05%, образува химично съединение с желязо - железен фосфор. Фосфорът повишава твърдостта и крехкостта на стоманата и причинява студена чупливост, т.е. появата на пукнатини в студено състояние.

Ванадийв легираните стомани се съдържа в диапазона 0,2-0,8%. Това прави стоманата закаляема, което прави заваряването по-трудно. По време на процеса на заваряване V активно се окислява и изгаря.

Волфрамв легираните стомани се съдържа в диапазона от 0,8 до 18%. W увеличава твърдостта на стоманата и усложнява процеса на заваряване, тъй като силно се окислява.

никелв нисковъглеродните стомани се съдържа в диапазона от 0,2-0,3%, в конструкционните стомани - от 1 до 5% и легираните стомани - от 8 до 35%. В стоманата никелът (Ni) повишава пластичните и якостни свойства, но не влошава заваряемостта.

Молибденограничено съдържание в стомана от 0,15 до 0,8%. При заваряване молибденът (Mo) насърчава образуването на пукнатини, активно се окислява и изгаря.

хромнисковъглеродните стомани съдържат до 0,3% структурни стомани - 0,7-3,5%, легирани хромни стомани - 12-18% и хром-никелови стомани - 9-35%. Cr затруднява заваряването, тъй като образува огнеупорен хром по време на процеса на заваряване.

Титан и ниобийвъв високолегираните хромови и хром-никелови стомани те се комбинират с C по време на заваряване, предотвратявайки образуването на хромни карбиди. По този начин титанът (Ti) и ниобият (Nb) подобряват заваряемостта.

Медв стоманите се съдържа в диапазона 0,3-0,8%; Si подобрява заваряемостта, повишава якостта, пластичните свойства и устойчивостта на корозия на стоманата.

Кислородсе съдържа в стоманите под формата на железен оксид, който се разтваря в чисто разтопено желязо в количество до 0,5, което съответства на съдържание от 0,22% O 2. Разтворимостта на железния оксид в стоманата намалява с увеличаване на съдържанието на S. Той влошава заваряемостта на стоманата и намалява нейните якостни и пластични свойства.

Азотразтваря се в разтопения метал, навлизайки в заваръчната вана от околния въздух. Когато заваръчната вана се охлади, N 2 образува химически съединения с желязото (нитриди), които увеличават якостта и твърдостта и значително намаляват стоманата.

Водород- вреден примес в стоманата се натрупва в определени места на заваръчния шев и по време на заваряване причинява появата на малки пукнатини.