Kohlenstoffstähle, ihre Typen und Güten. Grundlegende Eigenschaften von Kohlenstoff- und legierten Stählen Kohlenstoffstahl enthält

) und legiert – aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungszusätzen. Die mechanischen Eigenschaften von Stählen hängen vom Kohlenstoffgehalt ab (Abb. 1). In der Praxis wird kein reines Eisen verwendet, sondern Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff: Stahl (Kohlenstoffgehalt in der Legierung beträgt bis zu 2 %) und Gusseisen (Kohlenstoffgehalt beträgt 2–6 %).

Mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt (von 0,05 bis 0,3 %) lässt sich Stahl gut zu Blechen walzen, biegen, stanzen und kaltziehen, lässt sich leicht mit einem Fräser bearbeiten, gut schweißen und mit Sauerstoff schneiden, ist aber praktisch nicht gehärtet und hat eine relativ geringe Festigkeit Härte und Verschleißfestigkeit. Das Baustähle, aus dem durch Walzen Rohre, Bleche, Kanäle, I-Träger, Winkelstahl und andere Walzprodukte für die Herstellung von Baukonstruktionen hergestellt werden.

Eine kleine Menge Kohlenstoff im Stahl (bis zu 0,0001 %) kann in den freien Räumen des Kristallgitters platziert werden, der größte Teil des Kohlenstoffs liegt jedoch in einem chemisch mit Eisen verbundenen Zustand vor – in Form von Zementit Fe 3 C.

Kohlenstoffstahl ist eine Mischung aus Eisenkörnern und Eisenkarbiden. Erstere werden in der Metallurgie Ferrit und letztere Zementit genannt.

Reis. 1. Der Einfluss des Kohlenstoffgehalts auf die mechanischen Eigenschaften von Stählen: HB-Härte, Festigkeit, Schlagzähigkeit ein und relative Dehnung.

Als Stähle werden Stähle bezeichnet, die 0,7–1,3 % Kohlenstoff enthalten instrumental Aus ihnen werden Schneidwerkzeuge hergestellt (Bohrer, Gewindebohrer, Matrizen, Fräser usw.). Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3-1,3 % sind gut gehärtet, werden härter und verschleißfester. Je mehr Kohlenstoff in diesen Stählen enthalten ist, desto härter und fester werden sie, desto weniger zäh und duktil und desto schlechter lassen sie sich verarbeiten und schweißen.

Stahl wird Kohlenstoff (unlegiert) genannt, wenn er außer Kohlenstoff keine weiteren Legierungselemente enthält. Natürlich enthält es Verunreinigungen anderer Elemente (Schwefel, Phosphor, Mangan, Silizium usw.), die aus den Ausgangsmaterialien bei der Stahlproduktion, d. h. aus Eisenerz, Schrott, Gusseisen.

Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind fester und härter als Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, aber weniger duktil und spröder. Daher teilt der Kohlenstoffgehalt, der die Eigenschaften von Stählen bestimmt, diese in Verwendungszweckgruppen ein: GEBÄUDE – geringe Duktilität und Schlagzähigkeit; INSTRUMENTAL – höhere Härte; Maschinenbaustähle weisen im Vergleich zu Baustählen geringere Schlagzähigkeits- und Duktilitätswerte, aber eine höhere Festigkeit und Härte auf.

Abb.2. Klassifizierung von Kohlenstoffstählen nach Qualität.

Stähle werden nach folgenden Kriterien klassifiziert: chemische Zusammensetzung (Kohlenstoff und Legierung); nach Zweck (Konstruktion, Instrumental); nach Produktionsmethode (offener Herd, Bessemer); nach Qualität (gewöhnlich, hochwertig, hochwertig).

Normalqualitätsstähle (Abb. 2) werden in drei Gruppen eingeteilt: A, B und C. Gruppe A ist der Stahl St0, St1, St2, St3, St4, St5, St6 (Anhang 1). Die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle sind genormt (s b, s t, d). Die Zahl in der Stahlsorte bedeutet ihre bedingte Zahl und variiert von 0 bis 6. Je größer diese Zahl ist, desto größer ist der Wert von s in und s t. Die Indizes B und C werden in den Stahlsorten der Gruppen B und C sowie des Index angegeben A für Stähle der Gruppe A ist nicht angegeben.

Es gibt verschiedene Stähle der Gruppe A nach Desoxidation (kp, sp, ps) und Mangangehalt (G): St0, St1kp, St1ps, St1sp, St2ps, St2sp, St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp,

Für Stähle der Gruppe B ist die chemische Zusammensetzung für Kohlenstoff (von 0,23 bis 0,49 %), Silizium (0,05–0,35 %) und Mangan (0,25–1,2 %) genormt: BSt0, BSt1, BSt6 ( Anhang 2).

In Bezug auf Desoxidation und Mangangehalt wiederholen sich die gleichen Stähle wie in Gruppe A: BSt0, BSt1kp, BSt1ps, BSt6.

Gruppe B – die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften sind standardisiert: VSt1, VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 (Index B – Stahlgruppe B; im Gegensatz zu Stählen der Gruppen A und B gibt es in Gruppe B keine Stähle St0, St6).

Je nach Desoxidationsgrad werden Stähle unterteilt in:

Siedende Stähle (hoher Sauerstoffgehalt in Eisenoxiden und weniger als 0,005 % Si) haben eine niedrigere Kaltsprödigkeitsschwelle, daher können diese Stähle (St1kp, St2kp, St3kp, St4kp) nicht für Baukonstruktionen verwendet werden, die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden;

Weichstähle (St1sp, St2sp), die bei niedrigen Temperaturen zuverlässiger sind;

Halbruhige Stähle (St1ps, St2ps,).

Beispiele für die Interpretation von Stahlbezeichnungen: Stahl St2kp3 – gewöhnlicher Qualitätsstahl der Gruppe A, Güteklasse St2, Siedepunkt, Kategorie 3; Stahl VSt4kp4 - Stahl normaler Qualität, Gruppe B, Güteklasse St 4, Siedepunkt, Kategorie 4.

Hochwertige Kohlenstoffstähle können mit normalem Mangangehalt (05kp, 08kp, 25, 85) oder mit erhöhtem Mangangehalt (15G, 20G, 85G) vorliegen.

Die Zahl auf der Briefmarke gibt den Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent an und der G-Index gibt das Vorhandensein von Mangan (1 %) an. Hochwertige Stähle enthalten weniger schädliche Verunreinigungen (S< 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А - высококачественная высокоуглеродистая, инструментальная, сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Anwendung von Kohlenstoffstählen im Bau- und Maschinenbau:

1. Stähle normaler Qualität werden in Konstruktionen verwendet, die keinen dynamischen Belastungen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind.

2. Stähle 08kp, 05kp – zum Blechstanzen in der Automobilindustrie und anderen Industrien.

3. Stähle St0, St1, St2, St08, St25 – zur Herstellung von Walzblechen, Kanälen usw.

4. Stähle 10, 15, 25 – für Schweiß- und Nietkonstruktionen (ohne anschließende Wärmebehandlung).

5. Stähle St3kp, St5, MSt3kp usw. zur Herstellung von Stahlbetonprodukten (Anhang 3).

6. Blechkonstruktionen, Tanks und Rohrleitungen werden aus den Stählen MSt1kp, MSt2kp, MSt3ps hergestellt.

7. Stähle 30, 35, 40 – für Teile (Wellen, Achsen, Zahnräder), die unter hoher Belastung betrieben werden (vorbehaltlich Normalisierung und Härtung).

8. Stahl 45, 50 – für Kurbelwellen.

9. Stähle 55, 60, 65 und 70 – Federn, Federn, Zahnräder (Härten und Anlassen).

Kohlenstoffstahl zeichnet sich durch einen Kohlenstoffgehalt von bis zu 2,14 % ohne Anwesenheit von Legierungselementen, eine geringe Menge an Verunreinigungen in der Zusammensetzung und einen geringen Gehalt an Magnesium, Silizium und Mangan aus. Dies wiederum wirkt sich auf die Eigenschaften und Merkmale der Anwendung aus. Es ist das Hauptprodukt der metallurgischen Industrie.

Verbindung

Je nach Kohlenstoffgehalt werden Kohlenstoff- und legierter Stahl unterteilt. Das Vorhandensein von Kohlenstoff verleiht dem Material Festigkeit und Härte und verringert außerdem die Viskosität und Duktilität. Sein Anteil in der Legierung beträgt bis zu 2,14 %, und die minimale Menge an herstellungsbedingten Verunreinigungen ermöglicht, dass der Großteil bis zu 99,5 % aus Eisen besteht.

Hohe Festigkeit und Härte zeichnen Kohlenstoffstahl aus.

Verunreinigungen, die ständig in der Struktur von Kohlenstoffstahl enthalten sind, weisen einen geringen Gehalt auf. Mangan und Silizium überschreiten nicht 1 %, Schwefel und Phosphor liegen innerhalb von 0,1 %. Eine Erhöhung der Menge an Verunreinigungen ist charakteristisch für eine andere Stahlsorte, die als legiert bezeichnet wird.

Das Fehlen technischer Möglichkeiten, Verunreinigungen vollständig aus der fertigen Legierung zu entfernen, ermöglicht die Aufnahme folgender Elemente in Kohlenstoffstahl:

• Wasserstoff;
• Stickstoff;
• Sauerstoff;
• Silizium;
• Mangan;
• Phosphor;
• Schwefel

Das Vorhandensein dieser Stoffe wird durch die Stahlschmelzmethode bestimmt: Konverter, offener Herd oder andere. Und Kohlenstoff wird absichtlich hinzugefügt. Wenn die Menge an Verunreinigungen schwer zu regulieren ist, beeinflusst die Anpassung des Kohlenstoffgehalts in der Zusammensetzung der zukünftigen Legierung die Eigenschaften des Endprodukts. Wenn das Material bis zu 2,4 % Kohlenstoff enthält, wird Stahl als Kohlenstoff klassifiziert.

Charakteristisch

Durch die Wärmebehandlung werden die Eigenschaften und die Struktur des Metalls verändert, wodurch die erforderliche Oberflächenhärte oder andere Anforderungen für die Verwendung der Stahlkonstruktion erreicht werden. Allerdings können nicht alle Struktureigenschaften mit thermischen Methoden angepasst werden. Zu diesen strukturunempfindlichen Eigenschaften gehört die Steifigkeit, ausgedrückt durch den Elastizitätsmodul oder Schermodul. Dies wird bei der Konstruktion kritischer Komponenten und Mechanismen in verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus berücksichtigt.

In Fällen, in denen die Berechnung der Festigkeit einer Baugruppe die Verwendung kleiner Teile erfordert, die der erforderlichen Belastung standhalten, kommt eine Wärmebehandlung zum Einsatz. Dieser Effekt auf „rohen“ Stahl ermöglicht es, die Steifigkeit des Materials um das 2-3-fache zu erhöhen. Das Metall, das diesem Prozess unterzogen wird, unterliegt Anforderungen hinsichtlich der Menge an Kohlenstoff und anderen Verunreinigungen. Dieser Stahl wird als hochwertig bezeichnet.

Klassifizierung von Kohlenstoffstählen

Je nach Anwendungsrichtung der Produkte wird Kohlenstoffstahl in Werkzeug- und Strukturstahl unterteilt.

Letzteres wird für den Bau verschiedener Gebäude und Rahmenteile verwendet. Werkzeuge werden verwendet, um langlebige Werkzeuge für die Ausführung jeglicher Arbeiten, einschließlich Metallschneiden, herzustellen. Die Verwendung von Metallprodukten im Haushalt erforderte die Einteilung von Stahl in verschiedene Kategorien mit spezifischen Eigenschaften: hitzebeständig, kryogen und korrosionsbeständig.

Je nach Herstellungsverfahren werden Kohlenstoffstähle unterteilt in:

• Elektrostahl;
• offenes Herz;
• Sauerstoffkonverter.

Unterschiede in der Struktur der Legierung sind auf das Vorhandensein unterschiedlicher Verunreinigungen zurückzuführen, die für ein bestimmtes Schmelzverfahren charakteristisch sind.

Die Beziehung von Stahl zu chemisch aktiven Umgebungen hat es ermöglicht, Produkte zu unterteilen in:

• Sieden;
• halb ruhig;
• ruhig.

1. hypereutektoid, bei dem der Kohlenstoffgehalt 0,8 % übersteigt;
2. Eutektoid, mit einem Gehalt von 0,8 %;
3. hypoeutektoid – weniger als 0,8 %.

Es ist die Struktur, die ein charakteristisches Merkmal für den Zustand des Metalls ist. Bei untereutektoiden Stählen besteht das Gefüge aus Perlit und Ferrit. Eutektoide bestehen aus reinem Perlit, während übereutektoide durch Perlit mit Beimischungen von sekundärem Zementit gekennzeichnet sind.

Durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts erhöht Stahl die Festigkeit und verringert die Duktilität. Einen großen Einfluss haben auch die Viskosität und die Sprödigkeit des Materials. Mit zunehmendem Kohlenstoffanteil nimmt die Schlagfestigkeit ab und die Brüchigkeit des Materials nimmt zu. Es ist kein Zufall, dass Metalllegierungen bei einem Gehalt von mehr als 2,4 % bereits als Gusseisen eingestuft werden.

Je nach Kohlenstoffgehalt in der Legierung ist Stahl:

1. kohlenstoffarm (bis zu 0,29 %);
2. mittlerer Kohlenstoffgehalt (von 0,3 bis 0,6 %);
3. hoher Kohlenstoffgehalt (mehr als 0,6 %).

Markierung

Bei der Bezeichnung von Kohlenstoffstählen normaler Qualität werden die Buchstaben St verwendet, denen Zahlen beigefügt sind, die den Kohlenstoffgehalt kennzeichnen. Eine Ziffer gibt die mit 10 multiplizierte Menge an, zwei Ziffern mit 100. Bei der Gewährleistung der mechanischen Zusammensetzung der Legierung wird B vor der Bezeichnung hinzugefügt, bei Einhaltung der chemischen Bestandteile B.

Am Ende der Markierung geben zwei Buchstaben den Desoxidationsgrad an: ps – halbruhig, kp – Siedezustand der Legierungen. Für ruhige Metalle wird dieser Indikator nicht angezeigt. Ein erhöhter Mangangehalt in der Struktur des Produkts wird mit dem Buchstaben G gekennzeichnet.

Bei der Bezeichnung hochwertiger Kohlenstoffstähle, die bei der Herstellung von Werkzeugen verwendet werden, wird der Buchstabe U verwendet, neben dem eine Zahl steht, die den Kohlenstoffanteil in 10-facher Menge angibt, unabhängig davon, ob er zweistellig oder einstellig ist. Ziffer. Um höherwertige Legierungen hervorzuheben, wird der Bezeichnung von Werkzeugstählen der Buchstabe A hinzugefügt.

Beispiele für die Bezeichnung von Kohlenstoffstählen: U8, U12A, St4kp, VSt3, St2G, BSt5ps.

Produktion

Die metallurgische Industrie produziert Metalllegierungen. Die Besonderheit des Prozesses zur Herstellung von Kohlenstoffstahl besteht in der Verarbeitung von Gusseisenbarren unter Reduzierung von Schwebstoffen wie Schwefel und Phosphor sowie Kohlenstoff auf die erforderliche Konzentration. Die Unterschiede in der Oxidationstechnik, mit der Kohlenstoff entfernt wird, ermöglichen es uns, verschiedene Arten des Schmelzens zu unterscheiden.

Sauerstoffkonvertermethode

Grundlage der Technik war die Bessemer-Methode, bei der Luft durch flüssiges Gusseisen geblasen wird. Bei diesem Prozess wird Kohlenstoff oxidiert und aus der Legierung entfernt, woraufhin sich die Eisenbarren nach und nach in Stahl verwandeln. Die Produktivität dieser Technik ist hoch, aber Schwefel und Phosphor blieben im Metall. Darüber hinaus ist Kohlenstoffstahl mit Gasen, einschließlich Stickstoff, gesättigt. Dies verbessert die Festigkeit, verringert jedoch die Duktilität, wodurch der Stahl anfälliger für Alterung und reich an nichtmetallischen Elementen wird.

Aufgrund der geringen Qualität des nach der Bessemer-Methode hergestellten Stahls wurde dieser nicht mehr verwendet. Es wurde durch die Sauerstoffkonvertermethode ersetzt, deren Unterschied darin besteht, dass beim Spülen von flüssigem Gusseisen reiner Sauerstoff anstelle von Luft verwendet wird. Durch den Einsatz bestimmter technischer Bedingungen beim Spülen konnte die Menge an Stickstoff und anderen schädlichen Verunreinigungen deutlich reduziert werden. Infolgedessen ist Kohlenstoffstahl, der nach der Sauerstoffkonvertermethode hergestellt wird, qualitativ den Legierungen ähnlich, die in offenen Herdöfen geschmolzen werden.

Die technischen und wirtschaftlichen Indikatoren des Konverterverfahrens bestätigen die Machbarkeit einer solchen Verhüttung und ermöglichen den Ersatz veralteter Methoden der Stahlproduktion.

Methode mit offenem Herd

Ein Merkmal des Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoffstahl ist das Verbrennen von Kohlenstoff aus Gusseisenlegierungen nicht nur mit Hilfe von Luft, sondern auch durch Zugabe von Eisenerzen und rostigen Metallprodukten. Dieser Prozess findet üblicherweise in Öfen statt, denen erhitzte Luft und brennbares Gas zugeführt werden.

Die Größe solcher Schmelzbäder ist sehr groß; sie können bis zu 500 Tonnen geschmolzenes Metall aufnehmen. Die Temperatur in solchen Behältern wird auf 1700 °C gehalten und die Kohlenstoffverbrennung erfolgt in mehreren Stufen. Erstens aufgrund von überschüssigem Sauerstoff in brennbaren Gasen und wenn sich über der Metallschmelze Schlacke bildet, durch Eisenoxide. Bei ihrer Wechselwirkung entstehen Schlacken aus Phosphaten und Silikaten, die anschließend entfernt werden und der Stahl die erforderlichen Qualitätseigenschaften erhält.

Das Schmelzen von Stahl in offenen Herdöfen dauert etwa 7 Stunden. Dadurch können Sie die gewünschte Zusammensetzung der Legierung anpassen, indem Sie verschiedene Erze oder Schrott hinzufügen. Kohlenstoffstahl wird seit langem mit dieser Methode hergestellt. Heutzutage findet man solche Öfen in den Ländern der ehemaligen Sowjetunion sowie in Indien.

Elektrothermische Methode

Durch das Schmelzen in Vakuumöfen, Lichtbogenöfen oder Induktionsöfen ist es möglich, hochwertigen Stahl mit einem minimalen Gehalt an schädlichen Verunreinigungen herzustellen. Dank der verbesserten Eigenschaften von Elektrostahl ist es möglich, hitzebeständige Legierungen und Werkzeuglegierungen herzustellen. Der Prozess der Umwandlung von Rohstoffen in Kohlenstoffstahl erfolgt im Vakuum, wodurch die Qualität der resultierenden Werkstücke höher ist als bei den zuvor diskutierten Methoden.

Die Kosten einer solchen Metallverarbeitung sind höher, daher wird diese Methode verwendet, wenn ein technologischer Bedarf an einem qualitativ hochwertigen Produkt besteht. Um die Kosten des technologischen Prozesses zu senken, wird eine spezielle Pfanne verwendet, die in einem Vakuumbehälter erhitzt wird.

Anwendung

Kohlenstoffstahl hat aufgrund seiner Eigenschaften in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft, insbesondere im Maschinenbau, breite Anwendung gefunden. Die Verwendung der Fähigkeit von Metallen, Belastungen standzuhalten und hohe Ermüdungsgrenzen in Konstruktionsberechnungen zu haben, ermöglicht die Herstellung kritischer Maschinenteile aus Kohlenstoffstahl wie: Schwungräder, Zahnradantriebe, Pleuelgehäuse, Kurbelwellen, Kolbenpumpenkolben und technologische Ausrüstung für die Holzbearbeitung und Leichtindustrie.

Für die Herstellung von Teilen wie Federn, Blattfedern, Torsionsstäben und ähnlichen Bauteilen, die die Elastizität der Legierung erfordern, werden Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt und einem erhöhten Mangananteil verwendet. Werkzeuglegierungen mit verbesserter Qualität werden häufig bei der Herstellung von Werkzeugen zur Metallbearbeitung verwendet: Fräser, Bohrer, Senker.

Kohlenstoffstahl, dessen Qualitäten im Folgenden beschrieben werden, wird in verschiedenen Branchen häufig verwendet. Die Wahl einer bestimmten Kohlenstoffstahlsorte erfolgt auf der Grundlage des spezifischen Verwendungszwecks. Dies liegt daran, dass jede Marke ihre eigenen Eigenschaften hat.

Stahlklassifizierung

Alle Kohlenstoffstähle werden je nach Anwendungsbereich in Stähle mit niedrigem, mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt unterteilt und nach mehreren Parametern unterteilt:

• Desoxidationsmethode.
• Zusammensetzung chemischer Elemente.
• Mikrostruktur.
• Qualität.

Gemäß den Grundnormen werden Kohlenstoffstähle unterteilt in:

• Strukturell konventionell.
• Strukturelle Qualität.
• Instrumentelle Qualität.
• Hochwertiges Instrumentalstück.

Herstellungstechnologie

Die Stahlproduktion in der metallurgischen Industrie erfolgt auf unterschiedliche Weise. Jede Produktionsmethode ist je nach verwendeter Ausrüstung unterschiedlich. Somit lassen sich alle Anlagen zur Herstellung von Kohlenstoffstählen in drei Typen einteilen:

• Konverterschmelzöfen.
• Offene Herdöfen.
• Elektroöfen.

Konverter

Konverteröfen schmelzen die gesamte Legierungszusammensetzung. Bei diesem Verfahren wird die Schmelze mit technischem Sauerstoff behandelt. Um die heiße Masse von diversen Verunreinigungen zu reinigen, wird ihr Kalk zugesetzt. Dadurch ist es möglich, Verunreinigungen in Schlacke umzuwandeln. Während des Produktionsprozesses findet der Metalloxidationsprozess aktiv statt. Dies führt zur Freisetzung einer großen Menge Abfall.

Die Herstellung von Kohlenstoffstählen in Konverteröfen weist einen erheblichen Nachteil auf. Dazu gehört, dass beim Betrieb eine große Menge Staub freigesetzt wird. Dies führt dazu, dass zusätzliche Filtereinheiten installiert werden müssen, was mit hohen Kosten verbunden ist. Trotzdem weist das Konverterverfahren eine hohe Produktivität auf und wird häufig in der Metallurgie eingesetzt.

Offenes Herz

Die Herstellung verschiedener Kohlenstoffstahlsorten in offenen Herdöfen ermöglicht die Erzielung eines qualitativ hochwertigen Endprodukts. Der Produktionsprozess läuft wie folgt ab:

• Die Legierungsbestandteile werden in einen speziellen Ofenraum geladen: Gusseisen, Stahlschrott usw.;
• Die gesamte Zusammensetzung wird auf eine hohe Temperatur erhitzt;
• Unter Temperatureinfluss verwandeln sich alle Komponenten in eine homogene heiße Masse;
• Beim Schmelzen interagieren alle Bestandteile der Eisen- und Kohlenstofflegierung;
• Das bei der chemischen Reaktion entstehende Material verlässt den Ofen.

Elektrisch

Das Verfahren zur Herstellung verschiedener Kohlenstoffstahlsorten in Elektroöfen unterscheidet sich von den oben aufgeführten. Der Unterschied liegt in der Methode zum Erhitzen der Zusammensetzung. Durch den Einsatz von Strom zum Erhitzen von Bauteilen wird die Oxidation des Metalls verringert. Dadurch wird der Wasserstoffgehalt im Metall deutlich reduziert, was die Struktur der Legierung verbessert und sich auf die Qualität des Endprodukts auswirkt.

Verwendung von Stahl

Kohlenstoffstahl verschiedener Qualitäten wird in vielen Branchen zur Herstellung von Konstruktionen verwendet. Abhängig von der Anwendung des Produkts werden bestimmte Marken verwendet.

Normale Qualität

Die Menge an Fremdverunreinigungen in Fertigprodukten wird durch GOST 380-2005 geregelt. Zur Herstellung wird Kohlenstoffstahl normaler Qualität verwendet:

• St0– Ummantelung, Beschläge usw.;
• St1– Kanäle, T-Träger und I-Träger. Es hat eine geringe Härte, aber eine gute Viskosität;
• St2– Teile unkritischer Strukturen. Es ist ein hochplastisches Material;
• St3– gewalztes Metall, das für den Bau von Gebäudestrukturen, Karosserien, Autofelgen usw. verwendet wird;
• St5– Bolzen, Muttern, Hebel, Stifte, Achsen usw.;
• St6– hochfeste Teile für Holzbearbeitungs- und Metallbearbeitungsmaschinen.

Gute Qualität

Aus hochwertigen Stahlsorten werden hergestellt:

• Rohre und Teile, die im Kesselbau Anwendung finden.
• Produkte mit hoher Duktilität – Schrauben, Muttern usw.
• Teile zur Herstellung von Schweißkonstruktionen.
• Verschiedene Arten von Rohren, Stiften, Achsen.
• Getriebe, Kupplungen von LKWs, Bussen und anderen Geräten.
• Federscheiben, Ringe.

Instrumental

Kohlenstoff-Werkzeugstähle verschiedener Qualitäten weisen eine erhöhte Festigkeit und hohe Schlagzähigkeit auf. Sie werden zur Herstellung aller Arten von Werkzeugen und Ersatzelementen verwendet. Bei der Herstellung werden die Produkte wiederholt hohen Temperaturen ausgesetzt, wodurch sich ihre physikalischen Eigenschaften verbessern. Die Produkte sind beständig gegen schnelle Temperaturwechsel und weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.

Stahlmarkierung

Gemäß der Kennzeichnung werden alle Kohlenstoffstähle in drei Kategorien eingeteilt:

• Gruppe A. Dazu gehören Legierungen, die streng spezifizierte mechanische Eigenschaften erfüllen;
• Gruppe B. Die Stähle dieser Gruppe stimmen in der chemischen Zusammensetzung deutlich überein;
• Gruppe B. Produkte dieser Gruppe müssen gleichzeitig mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften erfüllen.

Bei normalem Qualitätsstahl stehen die Buchstaben St. am Anfang der Bezeichnung. Nach den Buchstaben St in der Markierung folgt eine digitale Bezeichnung. Die Zahl in der Markierung gibt die Nummer der Metallsorte an. Als nächstes wird nach der Nummer die Art der Legierung eingegeben. Die Bezeichnung des Legierungstyps lautet wie folgt:

• KP- Sieden;
• PS– halb ruhig;
• JV- ruhig.

Direkt vor der Buchstabenbezeichnung der Legierung steht ein Buchstabe, der die Stahlgruppe angibt. Wenn das Produkt zur Gruppe A gehört, wird der Buchstabe nicht angebracht.

Um die Marke schnell zu erkennen, bringt der Hersteller die entsprechenden Streifen mit Spezialfarbe an:

• St0– grüner Streifen + rot.
• St1– ein Gelb + ein Schwarz.
• St3Gsp– braun + blau.
• St3- Rot.
• St4- Schwarz.
• St5Gps– braun + grün.
• St5- Grün.
• St6- Blau.

Der Kohlenstoffanteil im Material wird gleich zu Beginn bestimmt. Der Kohlenstoffgehalt eines Metalls der Gruppe A wird in Hundertstel Prozent angegeben. Für B und C – in Zehnteln. In einigen Fällen fügt der Hersteller hinter diese Zahlen den Buchstaben G ein. Dies bedeutet, dass das Produkt eine große Menge Mangan enthält.

Qualitätsstahlkategorien

Hochwertige Stähle unterschiedlicher Kennzeichnung lassen sich in mehrere Kategorien einteilen:

• 08ps, 08kp– haben eine hohe Plastizität. Gut geeignet zum Kaltwalzen;
• Von 10 bis 25– zum Heißprägen oder Walzen verwendet;
• Von 60 bis 85– wird zur Herstellung kritischer Strukturen wie Federn, Federn, Kupplungen verwendet;
• 30, 50, 30G, 50G– erhöhte Festigkeit, hält schweren Belastungen stand.

Ausnahmen von der Notation

Bei Qualitätsstählen gibt es einige Ausnahmen in den Bezeichnungen. Diese beinhalten:

• 15K, 20K, 22K– wird beim Bau von Kesseln verwendet;
• 20-PV– enthält 0,2 Prozent Kohlenstoff und Kupfer mit Chrom. Daraus werden Rohre für Heizungsanlagen hergestellt;
• OSV– enthält Zusätze von Nickel, Chrom und Kupfer. Daraus werden die Achsen von Eisenbahnwaggons hergestellt;
• A75, ASU10E, AU10E– gilt für Teile in Uhrwerken.

Aus dem oben Gesagten folgt, dass Sie vor der Verwendung eines Kohlenstoffstahlprodukts auf dessen Markierung achten müssen. Auf diese Weise können Sie seine physikalischen und chemischen Eigenschaften und seinen Verwendungszweck bestimmen. Wenn man die Bedeutung der Kennzeichnung von Metallprodukten kennt, wird es keine Schwierigkeiten geben, einen bestimmten Typ für jeden Zweck auszuwählen.

Kohlenstoffstahl ist bei einer Vielzahl von Unternehmen gefragt; er wird zur Herstellung von Teilen für den Maschinenbau, tragenden Strukturen, Werkzeugen aller Art und anderen Gegenständen verwendet.

1

Kohlenstoffstähle (CS) sind metallurgische niedriglegierte Zusammensetzungen mit bis zu 99,5 % Eisen. Außerdem werden ihnen verschiedene Zusatzstoffe in streng dosierter Menge zugesetzt. Letztere bestimmen die besonderen betrieblichen, technologischen und mechanischen Eigenschaften der für uns interessanten Legierungen. Von der Gesamtmenge des in metallurgischen Betrieben geschmolzenen Stahls machen Kohlenstoffzusammensetzungen etwa 80 % aus. Mittlerweile sind mehr als zweitausend Marken solcher Legierungen bekannt. Sie werden je nach Anwendungsbereich in Baustähle, Werkzeugstähle und Normalstähle unterteilt.

Kohlenstoffstahl

Ihre Struktur hängt vom Kohlenstoffanteil ab. Durch Ändern der Menge können Sie der fertigen Zusammensetzung die angegebenen Eigenschaften (Fließfähigkeit, Dichte, Duktilität, Härte) verleihen. Wenn Kohlenstoffstahl weniger als 0,8 % Kohlenstoff enthält, enthält seine Struktur Perlit und Ferrit. In Legierungen mit mehr als 0,8 % Kohlenstoff ist zwangsläufig Zementit (sekundär) vorhanden. Aber niedriglegierter Stahl mit einem Gehalt des für uns interessanten Elements in Höhe von 0,8 % hat eine perlitische Struktur. Die Festigkeit der Legierung, ihre Schlagzähigkeit und die Kaltsprödigkeitsschwelle nehmen mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt zu. Gleichzeitig ist jedoch eine Abnahme der Duktilität von Walzprodukten zu verzeichnen.

Kohlenstoffstähle werden je nach ihrer chemischen Zusammensetzung in drei Typen eingeteilt. Sie können einen niedrigen, mittleren und hohen Kohlenstoffgehalt haben. Im ersteren ist Kohlenstoff in geringen Mengen vorhanden (bis zu 0,25 %). Solche Zusammensetzungen verformen sich sowohl im heißen als auch im kalten Zustand gut (ihre Dichte ist relativ gering) und besitzen einen hohen Grad an Plastizität. Walzprodukte mit mittlerem Kohlenstoffgehalt enthalten 0,3–0,6 % Kohlenstoff. Diese Legierungen zeichnen sich durch gute Fließfähigkeit und Duktilität bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit aus. Am häufigsten werden sie für Gebäude und andere Bauwerke verwendet, die unter normalen Bedingungen genutzt werden.

Alle Arten von Messgeräten und Werkzeugen mit erhöhter Festigkeit werden aus Legierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt (0,6–1,4 %) hergestellt. Sie haben eine erhöhte Dichte und eine Reihe einzigartiger Eigenschaften (sie werden durch die besondere Struktur des geschmolzenen Stahls bestimmt). Somit hängt der Anwendungsbereich von Kohlenstoffzusammensetzungen von ihrer chemischen Zusammensetzung und direkt vom Verwendungszweck einer bestimmten Stahlsorte ab. Wir werden später ausführlicher darüber sprechen.

2

Neben Kohlenstoff enthält der Kohlenstoff immer auch Einschlüsse anderer chemischer Elemente. Dazu gehören Sauerstoff, Wasserstoff, Phosphor, Mangan, Stickstoff, Schwefel und Silizium. Die Dichte des Endprodukts und seine anderen mechanischen Eigenschaften hängen von der Menge dieser Verunreinigungen ab. Mangan ermöglicht die Desoxidation von Kohlendioxid. Daher wird es jeder Legierung speziell zugesetzt. Unter Desoxidation versteht man einen wichtigen und nützlichen Vorgang – die Entfernung schädlicher Eisenoxidprodukte. Durch die Zugabe von Mangan wird die Metallstruktur verbessert. Es sorgt für die Auflösung schwefelhaltiger Stoffe in Zementit und Ferrit.

Rohre aus Kohlenwasserstoffstahl

Silizium erfüllt eine ähnliche Funktion. Es desoxidiert perfekt metallurgische Zusammensetzungen. Dadurch erhält ihre Struktur die erforderliche Ordnung. Hierbei ist zu beachten, dass Silizium im Ferrit vollständig gelöst ist. Nur ein kleiner Teil davon verbleibt manchmal als Silikat in Kohlenstofflegierungen. Niedriglegierter Stahl verliert seine Standardeigenschaften nicht. Schwefel und Phosphor wirken sich negativ auf die Eigenschaften von Kohlendioxid aus. Der erste gelangt aus Ofengasen und aus Erz in das Metall. Schwefel verringert die Dichte von Walzprodukten (der Durchschnittswert liegt bei 7,8 g/Kubikzentimeter) und macht die Legierung spröde. Aus diesem Grund müssen dessen Inhalte im Managementsystem überwacht und angepasst werden. In hochwertigen Kohlenstoffwalzprodukten darf der Schwefelgehalt nicht mehr als 0,04 % betragen, in gewöhnlichen Walzprodukten nicht mehr als 0,03.

Phosphor gelangt über Flussmittel und Eisenerz in den Stahl. Bei einem hohen Gehalt dieses Elements werden Walzprodukte spröde. Dies führt zu einer Kaltsprödigkeit der Legierung, die nicht akzeptabel ist. Derzeit lässt sich Phosphor leicht aus metallurgischen Kohlenstoffzusammensetzungen entfernen, deren Verwendung einen Mindestgehalt dieser Verunreinigung erfordert. Kohlenstoff- und legierte Stähle enthalten geringe Mengen Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Ihre Menge hängt von der Art der metallurgischen Produktion ab (Konverter, Herdverfahren, Verhüttung in elektrischen Anlagen). Stickstoff und Wasserstoff in Walzprodukten können zwischen 0,0001 und 0,0007 %, Sauerstoff zwischen 0,002 und 0,03 % liegen.

Ein zu hoher Gehalt an solchen Verunreinigungen führt zu einer Erhöhung der Kaltsprödigkeitsgrenze von Legierungen. Sie können die Zähigkeit von Stahl verringern. Besonders gefährlich ist ein Überschuss an Wasserstoff. Es kann zur Bildung von Flocken – Rissen – im fertigen Produkt kommen. Wenn sie vorhanden sind, verschlechtern sich die Struktur und die Eigenschaften des Metalls.

3

Herkömmlicher Kohlenstoffstahl wird in Form von Balken, Stäben, Blättern und Kanälen hergestellt. Seine Eigenschaften ermöglichen den Einsatz von Legierungen normaler Qualität in der Maschinenbau- und Bauindustrie als zuverlässige Stützprodukte. Gewöhnliche Stähle sind mit den Buchstaben St und Zahlen von 0 bis 6 gekennzeichnet. Letztere geben die Festigkeit der Legierung an. Je größer die Zahl in der Markierung, desto stärker ist der Stahl. Die Bezeichnung US umfasst auch eine Technik zur Desoxidation der metallurgischen Zusammensetzung. Unter diesem Gesichtspunkt können Legierungen sein:

• kochend (Markierung - KP);
• halb ruhig (PS);
• ruhig (SP).

Langlebige Stahlprodukte

Darüber hinaus werden Kohlenstoffstähle normaler Qualität in die Untertypen A, B und C unterteilt. Legierungen der Gruppe A können nicht für die Herstellung von Schweißkonstruktionen verwendet werden. Die chemische Zusammensetzung dieser Stähle ist nicht reguliert. Als Hauptindikator gelten die mechanischen Eigenschaften. Legierungen vom B-Subtyp haben eine streng definierte chemische Zusammensetzung. Gleichzeitig können sich ihre mechanischen Eigenschaften ändern. Produkte aus Stählen der Gruppe B können einer Wärmebehandlung, Schmieden und Stanzen unterzogen werden. Am teuersten (und natürlich qualitativ hochwertigsten) sind die Legierungen des B-Subtyps. Ihre chemische Zusammensetzung und ihre mechanischen Eigenschaften entsprechen eindeutig den Anforderungen der staatlichen Normen. Aufgrund der besonderen Eigenschaften dieser Stähle sind diese uneingeschränkt (mit unterschiedlichen Technologien) schweißbar.

Strukturkontrollelemente werden in Form verschiedener Halbzeuge geliefert, darunter verschiedene Optionen für Schmiedeteile und Walzprodukte. Solche hochwertigen Kohlenstoffstähle weisen wenige nichtmetallische Verunreinigungen und Elemente (Schwefel und Phosphor) auf, die die Eigenschaften des Stahls negativ beeinflussen. Daher sind ihre Eigenschaften (mechanisch und chemisch) streng garantiert. Strukturell hochwertige Legierungen werden durch zweistellige Zahlen gekennzeichnet – 45, 20, 08, 85 usw. Dieser Code gibt den Kohlenstoffgehalt (in Hundertstel Prozent) im fertigen Produkt an. Wenn wir Stahl mit der Markierung 45 haben, ist es leicht zu verstehen, dass er etwa 0,45 % Kohlenstoff enthält. Strukturkontrollsysteme eignen sich ideal für die Herstellung einer breiten Palette technischer Produkte. Wichtig! Die anfänglichen Eigenschaften solcher Legierungen (Leistung und Festigkeit) lassen sich durch Wärmebehandlung leicht verbessern.

Sie werden bei der Herstellung von Holzbearbeitungswerkzeugen, Matrizen, Fräsern, pneumatischen Werkzeugen, Matrizen, Bohrgeräten, Drahtschneidern, Zangen und ähnlichen Werkzeugen verwendet. Sie werden auch zur Herstellung von Bügelsägeblättern, Feilen und Messmechanismen verwendet. Werkzeuglegierungen sind mit dem Buchstaben U, Zahlen, die den Kohlenstoffgehalt (Zehntelprozent) angeben, sowie einem zusätzlichen Buchstaben A (am Ende der Stahlbezeichnung platziert, wenn es sich um hochwertige Walzprodukte handelt) gekennzeichnet. Wenn Sie eine Legierung mit der Kennzeichnung U13A sehen, können Sie sofort erkennen, dass es sich um hochwertigen Werkzeugstahl mit 1,3 % Kohlenstoff handelt.

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Bei Temperaturschwankungen von +20 bis +900° verändert sich die Dichte der betrachteten Stähle praktisch nicht. Dieser Wert liegt im Bereich von 7,7–7,9 g/cm³. Tatsächlich ähnelt die Dichte von Kohlendioxid der Dichte von Eisen. Das ist logisch, denn es ist die Basis jeder Kohlenstofflegierung. Die Dichte sowie die Eigenschaften und die Struktur von Kohlenstofffasern können durch Wärmebehandlung verändert werden. Bei diesem Vorgang wird die Legierung erhitzt und anschließend abgekühlt.

Wärmebehandlung von Stahl

Es gibt folgende Arten der Wärmebehandlung von Kohlenstoffstählen:

• Glühen;
• Urlaub;
• Härten;
• Normalisierung.

Durch die Anwendung ist es möglich, Legierungen zu erhalten, deren Struktur sich kaum von der Gleichgewichtsstruktur unterscheidet. Dieser Vorgang erfolgt nach einem einfachen Schema: Erhitzen des Metalls auf eine bestimmte Temperatur und Halten dieser Temperatur für eine bestimmte Zeit und anschließendes Abkühlen des Walzprodukts (dies geschieht normalerweise zusammen mit dem Ofen über einen relativ langen Zeitraum). Kohlenstoffstahl wird auf ähnliche Weise gehärtet. Aber das erhitzte Metall kühlt in diesem Fall mit einer bestimmten (ziemlich hohen) Geschwindigkeit ab. Es wird von Metallurgen so ausgewählt, dass das fertige Walzprodukt ein vollständig martensitisches Gefüge aufweist. Beim Aushärten ist zwingend die Verwendung von Spezialölen, Salzlösungen oder Wasser erforderlich. Diese Flüssigkeiten sorgen für eine schnelle Abkühlung des Steuergerätes.

Ein Urlaub bietet Ihnen die Möglichkeit, bestimmte Objekte zu vermieten. Es wird nur für zuvor gehärtete Legierungen verwendet. Durch das Anlassen werden (innere) Spannungen im Metall abgebaut und seine mechanischen Parameter erhöht. Darüber hinaus kann Kohlenstoffstahl einer Normalisierung unterzogen werden (natürliches Erhitzen, Halten und Abkühlen im Freien). Dieser Prozess gilt nicht als die Hauptart der Wärmebehandlung. Es handelt sich vielmehr um eine Unterart des Standardhärtens oder Glühens.

Enthält geringe Mengen Mangan (Mn), Silizium (Si), Schwefel (S) und Phosphor (P).

Stähle werden unterteilt in:

• nach Zweck - strukturell und instrumentell;
• nach Produktionsmethode - offener Herd, geschmolzen in offenen Öfen; Bessemer, hergestellt in mit sauren Materialien ausgekleideten Konvertern; Thomas-Stahl, hergestellt in mit Grundstoffen ausgekleideten Konvertern, und Elektrostahl, erschmolzen in Lichtbogen- oder Induktions-Hochfrequenzöfen;
• je nach chemischer Zusammensetzung - Kohlenstoff und legiert.

Legierte stähle Neben Kohlenstoff enthalten sie erhöhte Mengen an Mangan (Mn), Silizium (Si), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Vanadium (V) und anderen Elementen, die diese ergeben Stähle besondere Eigenschaften, zum Beispiel erhöhte Festigkeit und Härte, Korrosionsbeständigkeit.

Für die Herstellung von Schweißkonstruktionen hat sich Kohlenstoffstahl normaler Qualität, der gemäß GOST 380 geliefert wird, durchgesetzt. Kohlenstoffstahl normaler Qualität wird je nach Verwendungszweck in drei Gruppen eingeteilt:

• Gruppe A – geliefert nach mechanischen Eigenschaften;
• Gruppe B – Lieferung nach chemischer Zusammensetzung;
• Gruppe B – geliefert nach mechanischen Eigenschaften und chemischer Zusammensetzung.

Abhängig von den standardisierten Indikatoren:

• Stähle der Gruppe A werden in drei Kategorien unterteilt: Al, A2, A3;
• Stahlgruppe B – in zwei Kategorien – B1 und B2;
• Stahlgruppe B – in sechs Kategorien – Bl, B2, VZ, B4, B5, B6.

Für Stahl der Gruppe A sind die Güten St0, St1, St2, St4, St5, St6 festgelegt. Für Stahl der Gruppe B – Sorten BSt0, BSt1, BSt2, BStZ, BSt4, BSt5, BSt6. Stahl der Gruppe B wird im offenen Herd- und Konverterverfahren hergestellt. Dafür sind die Sorten VSt2, VSt3, VSt4, VSt5 verbaut. Die Buchstaben St bezeichnen Stahl, die Zahlen von 0 bis 6 sind die gebräuchliche Nummer der Stahlsorte in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften. Die Buchstaben B und C vor der Markenbezeichnung kennzeichnen die Stahlgruppe; Gruppe A ist in der Bezeichnung nicht angegeben. Wenn der Stahl als siedend eingestuft wird, wird der Index „kp“ angegeben, wenn er als halbruhig eingestuft wird – „ps“ und ruhig – „sp“.

Nach der Art des Walzstahls gibt es Bleche, Breitbänder, Profile (Streifen, Rundstahl usw.) und Formstahl (Kanäle, Winkel, I-Träger). Je nach Herstellungstechnologie wird Bewehrungsstahl in Stab- und Drahtbewehrung und je nach Profil in glattes und periodisches Profil unterteilt. Für die Herstellung kritischer Schweißkonstruktionen werden hochwertige Kohlenstoffbaustähle verwendet.

Qualitätsstähle Gemäß GOST 1050-88 sind sie mit zweistelligen Zahlen gekennzeichnet, die den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent angeben. Beispielsweise bedeuten die Sorten 10, 15, 20 usw., dass der Stahl durchschnittlich 0,10, 0,15, 0,20 % Kohlenstoff enthält.

Stahl nach GOST 1050-88 wird in zwei Gruppen hergestellt:

• Gruppe I – mit normalem Mn-Gehalt (0,25–0,80 %);
• Gruppe II – mit erhöhtem Mn-Gehalt (0,70–1,2 %). Bei einem erhöhten Gehalt an Mangan (Mn) wird zusätzlich der Buchstabe G in die Bezeichnung eingeführt, was darauf hinweist, dass der Stahl einen erhöhten Gehalt an Mn aufweist.

Legierte stähle Neben gewöhnlichen Verunreinigungen enthalten sie Elemente, die in bestimmten Mengen speziell eingebracht werden, um die erforderlichen Eigenschaften sicherzustellen. Diese Elemente werden Legierungselemente genannt. Legierte Stähle werden je nach Gehalt an Legierungselementen in niedriglegierte (bis zu 2,5 % Legierungselemente), mittellegierte (von 2,5 bis 10 %) und hochlegierte (über 10 %) eingeteilt. Legierte Stähle sind mit Zahlen und Buchstaben gekennzeichnet, die die ungefähre Zusammensetzung des Stahls angeben. Der Buchstabe gibt an, welcher Stahl in der Zusammensetzung enthalten ist, und die Zahlen dahinter geben den durchschnittlichen Gehalt des Elements in Prozent an. Wenn das Element weniger als 1 % enthält, werden keine Zahlen nach dem Buchstaben platziert. Die ersten beiden Ziffern geben den durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt in Hundertstel Prozent an.

Einfluss grundlegender Elemente auf die Eigenschaften von Kohlenstoffstählen

• kohlenstoffarm, mit 0,05 bis 0,25 % C;
• mittlerer Kohlenstoffgehalt - von 0,25 bis 0,6 % C und
• hoher Kohlenstoffgehalt – über 0,6 % C.

Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nehmen Zugfestigkeit, Härte und Sprödigkeit des Stahls zu, während Dehnung und Zähigkeit abnehmen. Kohlenstoffgehalte in herkömmlichen Baustählen von bis zu 0,25 % beeinträchtigen die Schweißbarkeit des Stahls nicht. Bei höheren Kohlenstoffgehalten verschlechtert sich der Stahl, da sich in den Wärmeeinflusszonen Verhärtungsstrukturen bilden, die zu Rissen führen. Eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts des Schweißzusatzwerkstoffs führt zu Porosität der Schweißnaht.

Mangan Mangan (Mn) ist im Stahl im Bereich von 0,3 bis 0,8 % enthalten und erschwert innerhalb dieser Grenzen den Schweißprozess nicht. Beim Schweißen von mittelmanganhaltigen Stählen mit einem Mn-Gehalt von 1,8–2,5 % besteht die Gefahr des Auftretens von Schweißnähten, da Mangan (Mn) zur Härtbarkeit des Stahls beiträgt.

Silizium Es ist in Stählen mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,02 bis 0,35 % enthalten und verursacht innerhalb dieser Grenzen keine Schwierigkeiten beim Schweißen. Wenn der Siliziumgehalt (Si) in Spezialstählen 0,8 bis 1,5 % beträgt, wird es aufgrund der hohen Fließfähigkeit des Siliziumstahls und der Bildung von feuerfesten Siliziumoxiden (Si) schwierig.

Schwefel ist eine schädliche Verunreinigung im Stahl. Es bildet mit Eisen eine Chemikalie namens Eisensulfid. Stahl mit einer Beimischung von S gibt beim Erhitzen nach, wird also rotspröde. Der S-Gehalt im Stahl sollte 0,055 % nicht überschreiten. Mit steigendem S-Gehalt nimmt die Schweißbarkeit von Stahl stark ab.

Phosphor ist auch eine schädliche Verunreinigung im Stahl. Der P-Gehalt im Stahl sollte 0,05 % nicht überschreiten; er bildet mit Eisen eine chemische Verbindung – Eisen-Phosphor. Phosphor erhöht die Härte und Sprödigkeit von Stahl und verursacht Kaltsprödigkeit, also das Auftreten von Rissen im kalten Zustand.

Vanadium in legierten Stählen liegt es im Bereich von 0,2–0,8 %. Es macht den Stahl härtbar, was das Schweißen erschwert. Während des Schweißvorgangs oxidiert V aktiv und verbrennt.

Wolfram in legierten Stählen liegt es im Bereich von 0,8 bis 18 %. W erhöht die Härte von Stahl und erschwert den Schweißvorgang, da es stark oxidiert.

Nickel In kohlenstoffarmen Stählen liegt es im Bereich von 0,2 bis 0,3 %, in Baustählen von 1 bis 5 % und in legierten Stählen von 8 bis 35 %. Bei Stahl erhöht Nickel (Ni) die plastischen und Festigkeitseigenschaften, beeinträchtigt jedoch nicht die Schweißbarkeit.

Molybdän begrenzter Gehalt im Stahl von 0,15 bis 0,8 %. Beim Schweißen fördert Molybdän (Mo) die Rissbildung, oxidiert aktiv und brennt aus.

Chrom Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt enthalten bis zu 0,3 %, Baustähle 0,7–3,5 %, legierte Chromstähle 12–18 % und Chrom-Nickel-Stähle 9–35 %. Cr erschwert das Schweißen, da es beim Schweißvorgang feuerfestes Chrom bildet.

Titan und Niob In hochlegierten Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen verbinden sie sich beim Schweißen mit C und verhindern so die Bildung von Chromkarbiden. Auf diese Weise verbessern Titan (Ti) und Niob (Nb) die Schweißbarkeit.

Kupfer in Stählen ist es im Bereich von 0,3-0,8 % enthalten; Si verbessert die Schweißbarkeit, erhöht die Festigkeit, die plastischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Stahl.

Sauerstoff ist in Stählen in Form von Eisenoxid enthalten, das sich in reiner Eisenschmelze in einer Menge von bis zu 0,5 löst, was einem Gehalt von 0,22 % O 2 entspricht. Die Löslichkeit von Eisenoxid im Stahl nimmt mit zunehmendem S-Gehalt ab. Es beeinträchtigt die Schweißbarkeit des Stahls und verringert seine Festigkeit und plastischen Eigenschaften.

Stickstoff löst sich in der Metallschmelze auf und gelangt über die Umgebungsluft in das Schweißbad. Beim Abkühlen des Schweißbades bildet N 2 mit Eisen chemische Verbindungen (Nitride), die die Festigkeit und Härte erhöhen und den Stahl deutlich reduzieren.

Wasserstoff- An bestimmten Stellen der Schweißnaht sammelt sich eine schädliche Verunreinigung im Stahl an, die beim Schweißen zur Entstehung kleiner Risse führt.