Сталь - продукт чорної металургії, головний конструкційний матеріал. З нього виробляють будівельну арматуру, металопрокат різного профілю, труби, деталі, механізми і інструменти.
виробництво сталі
Чорна металургія займається виробництвомчавуну і сталі. Чавун - твердий, але не міцний матеріал. Сталь - міцний, надійний, пластичний, схильний до легування метал, який використовується в ливарному виробництві, прокатці, куванні і штампуванні.
Існує кілька способів виплавки стали:
- Конверторний. Устаткування: кисневий конвертор. Шихта (вихідні матеріали): білий чавун, сталевий брухт, вапняк. Виробляються тільки вуглецеві стали.
- Мартенівський. Устаткування: мартенівська піч. Шихта: рідкий чавун, сталевий брухт, залізна руда. Універсальний як для вуглецевих, так і для легованих сталей.
- Електродугової. Устаткування: електродугове піч. Шихта: сталевий брухт, чавун, кокс, вапняк. Універсальний метод.
- Індукційний. Устаткування: індукційна піч. Шихта: сталевий і чавунний металобрухт, феросплави.
Суть процесу виробництва сталі - зменшеннякількості негативних хімічних включень з метою отримання металу, що в народі називають "залізом", а точніше - залізовуглецевого сплаву з вмістом вуглецю в ньому не більше 2,14%.
процеси розкислення
Для стали на завершальному етапі виплавкихарактерний процес кипіння, на який впливають властиві в ній азот, водень, окису вуглецю. Такий сплав в затверділому стані має пористу структуру, яка забирається прокаткою. Він м'який і пластичний, проте недостатньо міцний.
Процес розкислення полягає в деактиваціїкиплячих домішок шляхом введення в сплав феромарганцю, феросиліцію, алюмінію. Залежно від кількості залишкових газів і раскислительной елементів, сталь може бути полуспокойная або спокійна.
Готову сталь необхідного ступеня розкислення розливають у виливниці для кристалізації і використання на наступних технологічних етапах виготовлення готової сталевої продукції.
Класифікація вуглецевої сталі
Всю сталь, існуючу на світовому ринку, можна розділити на вуглецеву і леговану. Всі марки вуглецевої сталі поділяються за різними групами класифікатора і особливостям позначення.
Виходячи з основних класифікаційних ознак, виділяють:
- Вуглецеві конструкційні сталі. У них карбону менше 0,8%. Вони використовуються для виготовлення арматури, прокатної продукції і лиття.
- Вуглецеві інструментальні сталі, які содрежат карбон в кількості від 0,7% до 1,3%. Їх використовують для інструментів, обладнання приладів.
За способами розкислення:
- киплячі - раскислительной елементів (РЕ) в складі менше 0,05%;
- напівспокійну - 0,05% ≤РЕ≤0,15%;
- спокійні - 0,15% ≤РЕ≤0,3%.
За хімічним складом:
- маловуглецеві (0,3% ≤С);
- середньовуглецеві (0,3≤С≤0,65%);
- високовуглецеві (0,65≤С≤1,3%).
Стали, що містять вуглець в кількості вище 1,3%, не використовуються в промисловості.
Залежно від мікроструктури:
- доевтектоїдних - в такий стали вуглецю в складі менше 0,8%;
- евтектоїдні - це сталі з вмістом вуглецю 0,8%;
- заевтектоідние - стали з вмістом вуглецю понад 0,8%.
За якістю:
- Звичайної якості. Сірки тут міститься менше 0,06%, фосфору - не більш 0,07%.
- Якісні стали. Вони не містять сірки і фосфору більше 0,04%.
- Високоякісні. Кількість сірки тут не перевищує 0,025%, а фосфору - не більш 0,018%.
За основним стандарту марки вуглецевої сталі розподіляють на:
- конструкційні звичайної якості;
- конструкційні якісні;
- інструментальні якісні;
- інструментальні високоякісні.
Особливості маркування конструкційної сталі звичайної якості
Стали звичайного якості містять: С - до 0,6%, S - до 0,06%, P - до 0,07%. Давайте розглянемо, як маркується ця вуглецева сталь. ГОСТ 380 визначає наступні нюанси позначення:
- А, Б, В - група; А - трохи позначається в марках;
- 0-6 після букв «Ст» - порядковий номер, в якому зашифрований хімічний склад і (або) механічний властивості;
- Г - наявність Мангана Mn (марганцю);
- кп, пс, сп - ступінь розкислення (кипляча, полуспокойная, спокійна).
Цифри від 1 до 6 після позначення ступеня розкислення через тире - це категорії. При цьому перша категорія не позначається ніяк.
Букви ж М, К на початку марки можуть означатиметалургійний спосіб виробництва: мартенівський або киснево-конверторний. Між іншим, вуглецеві сталі звичайної якості представлені кількісним складом марок, приблизно в 47 штук.
Класифікація конструкційних сталей звичайної якості
Вуглецеві сталі звичайної якості поділяються на групи.
- Група А:стали, які повинні точно відповідати заданим механічними властивостями. Споживачеві вони поставляються найчастіше у вигляді листового і багатопрофільного прокату (листи, таври, двотаври, арматура, заклепки і корпусу). Марки: Ст0, Ст1 - Ст6 (кп, пс, сп), категорії 1-3, в тому числі Ст3Гпс, Ст5Гпс.
- Група Б:стали, які повинні бути регламентовані необхідним хімічним складом і властивостями. Виготовляється лиття та прокат, який буде піддаватися додатковій механічній обробці тиском в гарячому стані (кування, штампування). Марки: БСт0, БСт1 (кп-сп), БСт2 (кп, пс), БСт3 (кп-сп, в тому числі БСт3Гпс), БСт4 (кп, пс), БСТ 6 (пс, сп), категорії 1 і 2.
- Група В:стали, які повинні відповідати за потрібне хімічним, фізичним, механічним і технологічними властивостями. Цій групі притаманне різноманітність марок, з яких виготовляється пластичний листовий прокат, міцна арматура для роботи в зонах значних температурних перепадів, відповідальні деталі (болти, гайки, осі, пальці поршнів). Всю продукцію різного складу, властивостей і марок цієї групи об'єднує хороша технологічна зварюваність. Марки: ВСт1-ВСт6 (кп, пс, сп), ВСт5 (пс, сп), в тому числі ВСт3Гпс, категорії 1-6.
Конструкційні сталі звичайної якості - сплави, що мають широке різнопланове використання в промисловості.
Маркування вуглецевої якісної сталі
Зміст вуглецю в стали названого якостівід 0,05% до 0,6%. Виплавка металу цієї класифікаційної групи відбувається мартенівським або електродуговим способами. Широкий діапазон вуглецевого присутності урізноманітнює механічні властивості: низьковуглецеві - пластичні, середньовуглецеві - міцні.
Вуглецеві якісні стали мають в складі S і P не більше 0,04%, відповідно.
Маркування (ГОСТ 1050-88):
- цифри 05-60 - зашифроване наявність вуглецю (мінімальне - 0,05%, максимальне - 0,6%);
- кп, пс, сп - ступінь розкислення ( «сп" не позначається);
- Г, Ю, Ф - містять марганець, алюміній, ванадій.
Винятки в маркуванні
Вуглецеві якісні стали в своїй маркування мають виключення:
- 15К, 20К, 22К - якісні стали, застосовні в котлобудуванні;
- 20-ПВ - вуглецю - 0,2%, сталь застосовна в виготовленні труб методом гарячої прокатки, в котлобудуванні і монтажі опалювальних систем, містить мідь і хром;
- ОСВ - сталь для виготовлення вагонних осей, містить нікель, хром, мідь.
Для всіх марок якісних сталей характерна можлива необхідність використання термічної (наприклад, нормалізація) і хіміко-термічної обробки (наприклад, цементація).
Класифікація вуглецевих якісних сталей
Цей вид вуглецевих сталей можна умовно розділити на 4 групи:
- Високопластичний матеріал, який можна застосовувати для холодної механічної обробки (прокатки), листової і трубний прокат. Марки - сталь 08пс, сталь 08, сталь 08кп.
- Метал, який використовується в гарячій прокатці і штампуванні, який буде працювати в термічно агресивних умовах. Марки - від сталь 10 до сталь 25.
- Сталь, що знайшла застосування у виготовленні відповідальних деталей, в тому числі пружин, ресор, муфт, болтів, валів. Марки - від сталь 60 до сталь 85.
- Стали, що вимагають надійної експлуатації в агресивних умовах (наприклад, ланцюг гусеничного трактора). Марки сталь 30, сталь 50, сталь 30Г, сталь 50Г.
Також можливо розділити на 2 групи всі відомі марки вуглецевої сталі з класу якісних: конструкційні звичайні і конструкційні Марганцевмісні.
Застосування вуглецевої конструкційної сталі
Клас стали за якістю | Марка | застосування |
звичайної якості | Ст0 | арматура, обшивка |
| Ст1 | таври, двотаври, швелери |
| Ст3Гсп | будівельний прокат |
| Ст5сп | втулки, гайки, болти |
| Ст6пс | будівельні ломи |
| ВСт4кп | фасонний, листовий, сортовий прокат для міцних конструкцій |
якісна | Сталь10 | труби для котлів, штампування |
| Сталь15 | деталі високої пластичності, кулачки, болти, гайки |
| Сталь18кп | зварні конструкції |
| сталь 20пс | осі, вилки, пальці, штуцери, патрубки |
| Сталь50 | зубчасті колеса, муфти зчеплення |
| Сталь60 | шпинделі, шайби, пружинні кільця |
Вуглецеві інструментальні сталі відрізняються високою міцністю і ударною в'язкістю. Вони обов'язково підлягають багатоступінчастої термообробці.
Зміст вуглецю в стали: 0,7 - 1,3%. Для якісної - до 0,03%, фосфору - до 0,035%. А для інструментальної високоякісної: сірки - до 0,02%, фосфору - до 0,03%.
Марочне позначення (ГОСТ 1435-74):
- У - вуглецева інструментальна;
- 7 -13 - вміст вуглецю в ній 0,7-1,3%, відповідно;
- Г - наявність у складі марганцю;
- А - високоякісна.
Винятками з основних принципів маркування вуглецевих інструментальних сталей - матеріал для деталей годинникових механізмів А75, АСУ10Е, АУ10Е.
Вимоги до вуглецевої інструментальним сталям
Відповідно до ГОСТу, інструментальні стали повинні відповідати ряду характеристик.
Необхідні фізико-хімічні та механічнівластивості: якісні показники твердості, ударної в'язкості, міцності, стійкості до температурних змін під час експлуатації (під час різання, свердління, ударних навантажень), стійкість до корозії.
Задані технологічні властивості:
- стійкість до негативних процесів технології різання (налипання стружки, наклеп);
- добре обробляється гострінням і шліфуванням;
- податливість до термообробки;
- стійкість до перегріву.
Для підвищення якісних механічних і технологічних показників інструментальні стали піддають багатоступеневою термообробці:
- отжиг вихідного матеріалу перед виготовленням інструментів;
- гарт (охолодження в розчинах солей) і подальший відпуск готових виробів (в основному, низький відпустку).
Отримані властивості визначаються хімічним складом і отриманої микроструктурой: мартенсит з цементітних і аустенітними включеннями.
Використання вуглецевих інструментальних сталей
Застосовуються описувані стали для виготовлення всіляких інструментів: ріжучих, ударних, допоміжних.
- Сталь У7, У7А - молотки, зубила, сокири, стамески, кувалди, долота, рибальські гачки.
- Сталь У8, У8А, У8Г - пили, викрутки, кернери, зенковки, фрези, плоскогубці.
- Сталь У9, У9А - слюсарний інструмент, інструмент для різання по дереву.
- Сталь У10, сталь У10А, У11, У11А - рашпілі, мітчики, спіральні свердла, допоміжний інструмент для штампування і калібрування.
- У 12, У12А - розгортки, мітчики, вимірювальні інструменти.
- У13, У13А - напилки, для гоління та хірургічні інструменти, штампувальні пуансони.
Раціональний вибір марки вуглецевої сталі,технології її термообробки, розуміння її властивостей і особливостей - запорука тривалої служби вироблених, оброблюваних або використовуваних конструкцій або інструментів.