Примеси и их влияние на свойства сталей

В сталях промышленного производства, кроме основных элементов (железо, углерод и легирующие элементы в легированных сталях), содержатся различные примеси — постоянные и случайные, они попадают в сталь из вторичного сырья или руд.

Постоянные примеси подразделяются:

• на вредные — сера, фосфор и газы (кислород, азот и водород),

• полезные — марганец и кремний;

• случайные — хром, никель, медь, олово, мышьяк и др., коли чество которых невелико; они мало влияют на свойства и в дальнейшем не рассматриваются.

Классификация сталей по качеству

В основу классификации положено содержание в стали серы и фосфора, т.е. вредных примесей. Качество стали тем выше, чем меньше в ней серы и фосфора. По качеству можно выделить I чедующие основные группы сталей:

• стали обыкновенного качества, содержащие до 0,06 % серы и 0,07 % фосфора;

• качественные стали, содержащие до 0,04 % серы и 0,035 % фосфора;

• высококачественные стали, содержащие до 0,025 % серы и 0,025 % фосфора, выплавляемые в электропечах. Сера в таких количествах растворяется в железе, поэтому сульфиды не образуются, следова- кльно, высококачественные стали не подвержены красноломкости;

• особовысококачественные стали получают путем применения | пециальных металлургических технологий: электрошлакового переплава (ЭШП) — переплав стали под слоем специального шлака позволяет снизить содержание серы до 0,002...0,008 %; вакуумно- нуговой переплав (ВДП) почти полностью выводит из стали газы.

Маркировка сталей

Маркировка углеродистых сталей. Углеродистые стали выпускают обыкновенного качества, качественные и высококачественные. Легированные стали — качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрой, указывающей порядковый номер стали: Ст0, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. С увеличением номера повышаются содержание углерода и прочностные свойства, но снижается пластичность. Так, в зависимости от марки (номера) содержание углерода в стагиЧр увеличивается от 0,06 до 0,43 %, возрастают предел прочности 0( от 300 до 600 МПа и предел текучести о0 2 от 150 до 300 МПа, а относительное удлинение 8 снижается от 32 до 14 %. Стали обык новенного качества используют в основном как строительные. Их не подвергают термической обработке.

Качественные углеродистые стали являются машиностроительными, их применяют для изготовления деталей машин (конструкционные стали) или инструментов (инструментальные стали). Для обеспечения требуемых свойств они подвергактм термической обработке и поэтому поставляются с гарантирован ным химическим составом, который указывается в обозначении марки.

Конструкционные стали обозначаются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. В машиностроении используются следующие марки сталей: 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70. Для каждой марки стали установлены пределы содержания углерода; например, сталь .'() содержит 0,18.„О,22%, сталь 25 - 0,23...0,27 %, сталь 40 - 0,37...0,42% и т.п. Цифры, обозначающие марку стали, получа ются округлением концентрации углерода до ближайшего числи, кратного пяти.

Инструментальные углеродистые стали содержат от 0,7 до 1,3 % С, Они обозначаются буквой У и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в десятых долях процента. Так, содержание углерода в стали У7 — 0,7 %, в стали У12 — 1,2 %. Для инструментов применяются следующие стали: У7, У8, У9, У10, У11, У12 и У13.

Высококачественные стали (инструментальные углеродистые и легированные и конструкционные легированные) обозначают бук вой А в конце марки сталей. Например, У8А, У10А, У12А.

Маркировка легированных сталей. Для обозначения сталей при нята система цифр и букв. Содержание углерода показано ц и ф рами, стоящими в начале обозначения марки. Его содержание указывают так же, как и в углеродистых сталях: в сотых долях процента в конструкционных ив десятых долях вин струментальных сталях. Если цифры в начале марки отсутствуют, что характерно для инструментальных сталей, содержа ние углерода — около 1 %.

Легирующие элементы обозначаются буквами кириллицы (русскими): X — хром, Н — никель, К — кобальт, С — кремнии, М — молибден, Г — марганец, В — вольфрам, Ф — ванадий, Т — титан, Б — ниобий, Д — медь, Р — бор, Ю — алюминий.

Цифра, стоящая за буквой, означает среднее содержание данного элемента в процентах. Если цифра отсутствует, то содержание элемента составляет около 1%. Исключение представляют элементы, присутствующие обычно в конструкционных сталях в малых количествах, — это вольфрам и молибден (0,25 ...0,5 %), титан и алюминий (до 0,1%), ванадий (0,1 ...0,2 %). При таком содержании их наличие в марке обозначается, а цифра не ставится.

Буква А, стоящая в конце обозначения марки, так же как и для углеродистых сталей, указывает на то, что сталь является высокачественной. Если буква А стоит в середине марки, то она указывает на присутствие в стали азота в качестве легирующего элемента.

Примеры обозначения конструкционных и инструментальных сталей:

сталь 40Х — легированная качественная, содержит (в среднем) 0,4 % углерода и 1 % хрома;

сталь 12ХН3А — легированная высококачественная, содержит около 0,12 % углерода, 1 % хрома и 3 % никеля;

сталь ХВГ — инструментальная легированная, содержит (в среднем) 1 % углерода, 1 % хрома, 1 % вольфрама и 1 % марганца.

Особовысококачественные стали, получаемые электрошлаковым переплавом, часто индексируют буквой Ш в конце обозначения марки.

Обозначение некоторых легированных сталей специального назначения несколько отличается от общепринятого. Эти отличия рассмотрены в соответствующих разделах.