Углеродистые и легированные стали

В практике чистое железо не используется, а применяются сплавы железа с углеродом и легирующими элементами: хромом, марганцем, кремнием, никелем, вольфрамом и др.

Подбором химических элементов и их концентрацией, проведением различных видов термической обработки материалов получают необходимые механические характеристики материалов, обеспечивающие не только работоспособность, но и высокую долговечность изделий. Кроме того, можно получить сплавы со специфическими свойствами жаропрочности, коррозийной стойкости, повышенной износостойкости и д.р.

 

Углеродистые стали

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные. Углеродистая сталь состоит в основном из двух химических элементов (железа и углерода), а легированные – из железа, углерода и специально введенных в сплав легирующих добавок. Механические свойства сталей зависят от содержания углерода (рис.15).

При малом содержании углерода (от 0,05 до 0,3 %) сталь хорошо прокатывается в листы, гнется, штампуется и вытягивается в холодном состоянии, хорошо сваривается и режется кислородом, но практически не закаливается, имеет относительно низкую твердость и износостойкость. Это строительные стали, из них прокаткой изготовляют трубы, листы, сталь угловую, швеллеры, двутавры и другой сортовой прокат, используемый для изготовления строительных конструкций.

Небольшое количество углерода (до 0,0001 %) может помещаться в свободных местах кристаллической решетки, большая же часть углерода находится в химически связанном с железом состоянии – в виде цементита Fe3C.

Углеродистая сталь представляет собой смесь зерен железа и карбидов железа. Первые называются в металловедении – ферритом, а вторые – цементитом.

Стали с содержанием углерода 0,3…0,8 % называют машиностроительными. Из среднеуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,3…0,45 % делают валы и оси, а из высокоуглеродистых сталей (0,5…0,8 % углерода) – шестерни, рельсы и др.

Стали, содержащие углерода 0,7…1,3 %, называют инструментальными, из них изготовляют режущий инструмент (сверла, метчики, плашки, резцы и др.). Стали с содержанием углерода 0,3…1,3 % закаливаются и становятся более твердыми и износостойкими; чем больше в этих сталях углерода, тем они становятся тверже и прочнее, но хуже обрабатываются и свариваются. С увеличением прочности и твердости стали снижаются ее вязкость и пластичность. Сталь называется углеродистой (нелегированной) если в ней кроме углерода нет других легирующих элементов. Естественно, в сталях есть примеси химических элементов (сера, фосфор, марганец, кремний и т.д.), которые попали в нее из исходных веществ при производстве стали, т.е. из железной руды, угля, металлолома и чугуна.

При содержании углерода 0,8% (точка S – эвтектоидная точка) сплав железа и цементита носит название перлита. Он имеет слоистое строение зерна; в мягкой основной массе феррита параллельно друг другу располагаются мельчайшие твердые пластинки цементита. Стали с содержанием углерода меньше 0,8 % называются доэвтектоидными, с 0,8 % – эвтектоидными и свыше 0,8 % - заэвтектоидными. У сталей с содержанием углерода 0,8…2,1 % сплав представляет собой механическую смесь перлита и цементита, количество последнего увеличивается с ростом содержания углерода.

Высокоуглеродистые стали по сравнению с низкоуглеродистыми более прочные и твердые, но менее пластичны и более хрупки. Поэтому содержание углерода, определяя свойства сталей, делит их на группы назначения: строительные – невысокая пластичность и ударная вязкость; инструментальные – более высокая твердость; машиностроительные по сравнению со строительными сталями имеют более низкие значения ударной вязкости и пластичности, но повышенные - прочности и твердости.

Стали классифицируются (рис.16, 17) по следующим признакам: по химическому составу (углеродистые и легированные); по назначению (строительные, машиностроительные и инструментальные); по способу производства (мартеновские, бессемеровские, электростали и др.); по качеству (обыкновенные, качественные и высококачественные).

Стали обыкновенного качества делятся на три группы: А, Б и В.

Группа А это стали Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 (приложение 1). У этих сталей нормируются механические свойства (sв, sт, d). Цифра в марке стали означает ее условный номер и изменяется от 0 до 6; чем больше эта цифра, тем больше значение sв и sт. С увеличением цифры в марке стали от 0 до 6 несколько возрастает содержание углерода в стали. Индексы Б и В указываются только в марках сталей группы Б и В, а индекс А у сталей группы А опускается.

Имеются разновидности сталей группы А по раскислению (кп, сп, пс) и по содержанию марганца: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп,

У сталей группы Б нормируется химический состав по углероду (от 0,23 до 0,49%), кремнию (0,05…0,35 %) и марганцу (0,25…1,2 %): БСт0, БСт1,…БСт6 (приложение 2). Повторяются те же разновидности сталей как и у группы А по раскислению и по содержанию марганца: БСт0, БСт1кп, БСт1пс,…БСт6.

У сталей группы В нормируется химический состав и механические свойства: ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5 (в отличие от сталей групп А и Б в группе В нет сталей Ст0, Ст6).

По степени раскисления стали делятся на:

– кипящие стали (большое содержание кислорода в окислах железа и менее 0,005 % Si), имеющие более низкий порог хладноломкости, поэтому эти стали (Ст1кп, БСт1кп, Ст2кп, Ст3кп, Ст4кп) не следует применять для строительных конструкций, работающих при низких температурах;

– спокойные стали (Ст1сп, Ст2сп,…), которые более надежны при низких температурах;

– полуспокойные стали (Ст1пс, Ст2пс,…).

В конце марки указываются ее категория (от 1 до 6, причем цифра 1 для стали категории 1 не указывается).

 

Примеры расшифровки марок сталей обыкновенного качества: сталь Ст2кп3 – сталь обыкновенного качества группы А (нормируются механические свойства), марки Ст2, кипящая, 3-ей категории; сталь ВСт4кп4 – сталь обыкновенного качества, группы В (нормируются механические свойства и химический состав), марки Ст4, кипящая, 4-ой категории.

Качественные углеродистые стали (приложение 3) могут быть с обычным содержанием марганца (05кп, 08кп, …25, …85) и с повышенным (15Г, 20Г, …85Г). Цифра в марке качественных сталей означает содержание углеродав сотых долях %,а индекс Г указывает на наличие марганца (1%). По содержанию углерода стали делятся на: низкоуглеродистые (С<0,3%), среднеуглеродистые (С=0,3…0,5%) и высокоуглеродистые (С>0,5%).

Примеры расшифровки марок качественных сталей: сталь 45- среднеуглеродистая сталь, содержащая 0,45% углерода; сталь 08кп - низкоуглеродистая сталь, содержащая 0,08% углерода, кипящая; сталь 70Г2- высокоуглеродистая сталь, содержащая 0,7% углерода и 2% марганца.

Высококачественные стали содержат меньшее количество вредных примесей (S < 0,02 %, Р < 0,03 %) и обозначаются индексом А в конце марки стали. Например: У8А – высококачественная, высокоуглеродистая, инструментальная сталь, содержащая 0,8 % углерода.

Ориентировочное применение марок углеродистых сталей в строительстве и машиностроении:

1. Стали обыкновенного качества используют в конструкциях, не подвергающих динамическим нагрузкам и влиянию низких температур.

2. Стали 08кп, 05кп для листовой штамповки в автомобилестроении и других отраслях.

3. Стали Ст0, Ст1, …Ст2, Ст08, …Ст25 для изготовления листа, швеллера и др.

4. Стали 10, 15, …,25 для сварных и клепаных конструкций (без последующей термообработки).

5. Стали Ст3кп, Ст5, МСт3кп, ВСт5 и др. для изготовления каркасов железобетонных изделий (Приложение 3).

6. Стали МСт1кп, МСт2кп, …МСт3пс для изготовления листовых конструкций, резервуаров и трубопроводов.

7. Стали 30, 35, 40 для деталей (валы, оси, шестерни), работающих при больших нагрузках (подвергаются нормализации и закалке).

8. Стали 45, 50 для изготовления валов.

9. Стали 55, 60, 65 и 70 для изготовления пружин, рессор, шестерен (закалка и отпуск).

Легированные стали

Легированными называют стали, в которые специально введены легирующие вещества, изменяющие их свойства (приложение 4).

Легированные стали делятся по химическому составу, по степени легирования (низколегированные – суммарное количество легирующих элементов до 2,5 %; среднелегированные – 2,5…10 %, высоколегированные – свыше 10 % легирующих элементов), по структуре (аустенитные, ферритные, карбидные) и по назначению (строительные, машиностроительные, износостойкие, высокопрочные, жаростойкие, химически стойкие и др.).

Буквы в обозначении марки легированной стали означают присутствие тех или иных химических элементов в стали, а цифры после них – содержание легирующих элементов в % (не сотые или десятые, а целые %). Если содержание химического элемента не превышает 1,5 %, то цифра не ставится, а если стоит буква А в конце марки, то эта сталь высококачественная. Цифры, стоящие перед первой буквой – символом легирующих элементов, означают содержание углерода в конструкционных сталях в сотых долях процента, а в инструментальных – в десятых долях процента.

Обозначения легирующих элементов:
Г – марганец; М – молибден; D – медь; Н – никель; К – кобальт; С – кремний; В – вольфрам; Ф – ванадий; Х – хром; А – азот; Ю – алюминий; Т – титан; Ц – цирконий. Р – бор; П – фосфор; Е – селен; Б – ниобий;

Например: 40ХН4А – высококачественная, хромоникелевая, среднелегированная, сталь, содержащая 0,4 % углерода, 1 % хрома и 4 % никеля; сталь 15ГС –


марганца и 1% кремния; сталь 08Х18Н10Т - высоколегированная, хромистоникелевотитановая сталь, содержащая 0,08% углерода, 18 % хрома, 10% никеля и 1% титана.

Легирующие элементы влияют на те или иные свойства сплава и область его применения (приложения 4, 5). Так, вольфрам придает стали твердость, марганец – износостойкость, кремний – упругость, никель – вязкость, молибден – жаропрочность, хром и никель – кислотоустойчивость.

Химические элементы образуют с железом химические соединения (FeSi, Fe3W, FeCr) или твердые растворы замещения. Легирующие элементы (Mn, Ni, Cu, …) 1-й группы (аустенитообразующие) расширяют область g - железа (повышают точку А4 и снижают А3), этим самым улучшается закаливаемость сталей, а это приводит к увеличению твердости, прочности и снижению упругости. Легирующие элементы (Al, Si, W, Ti, Mo, Cr) 2-й группы (ферритообразующие) растворяются хорошо в феррите и изменяют его свойства, улучшая механические свойства сплава в целом.

По назначению (рис.17) легированные стали подразделяются аналогично углеродистым сталям на конструкционные, инструментальные и со специальными свойствами (жаропрочные, нержавеющие и др.).

Арматурные стали изготовляют из углеродистых сталей обыкновенного качества и легированных сталей (приложение 6).

При расшифровке марки стали (табл. 4) по аналогии с вышеприведенными примерами указать легированная или углеродистая сталь, марку и вид стали, содержание химических элементов, степень раскисления, и другие показатели.

Таблица 4.

Варианты марок сталей.

Марки сталей
Ст0 40ХФА 15ГФD БСт1кп 40Г2 09Г2С 38ХГ БСт3Гпс 20пс 12ГС 30ХН3М ВСт3пс 40ХН2МА 25Г2С 10пс ВСт4пс 25ХГСА 10ГТ 08Х17Т БСт5сп 15Г2СМФ 15ГН4М 30Х2ГМТ 15ГСТЮ Ст2кп3 35ХГФ 10ГТ 10ХСНТ У13А 15Г2СФD Ст1кп 15ГФ БСт1сп 35ХГФ 17Г2С БСт3Гсп 20кп 14Г2 30ХН2МА ВСт3сп 32Г2Рпс 10кп ВСт4сп 30ХГСА 22Х2Г2АЮ 18кп 08Х13 12ХМ 10Х2М1 15ГФ 14ХГС МСт4пс 70С3А 18ХНВА 25Г2ТФ 40Х Ст1сп 30Г2 10Г2С1D БСт3кп 17ГС 30Х3МФ БСт4кп 18кп 09Г2 15кп ВСт3Гпс 38ХН3ФМА 80С Ст5Гпс 08кп 20Х2Г2СР 40Х 80С 12Г2Б ВСт4пс 40ХН4А Ст6сп БСт1пс2 55С2 ВСт4пс 05кп 15Г2СФ 30ХМА Ст2пс 40ХГТР 09Г2СD БСт3сп 30ХГСА 16ГС 40ХН БСт6пс 15пс 35ГС 18Х2Н4МА ВСт3Гсп 30ХГСА 20ХГ2Ц 08пс Ст6сп 08Х18Н10Т 20кп 15пс 08пс 20ХГ2Ц 20ХГ2Ц 30ХГАСА 15Г2АФД 05кп ВСт5сп3 12Х2Н4А 65Г 40Х9С2 12ХН3А 45Г2 60С2 18ХГТ 20ХНМ У8А 30ХГСА 45Х14Н14В2М У7 18ХГТ 08Х18Н10Т 50Г2 У7А 18Х2Н4ВА 25Г 12Х18Н10Т 15ХФ 17ГС 10Г2СD 10Г2Б 15Г2АФDпс 06ХН28МDТ Ст2сп4 50Г12Н2МФАЮ 50Х2Г4Ц 17Гс 14ГН







Дата добавления: 2016-05-11; просмотров: 4989; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.