|
| |
|
Главная Промышленность По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и осо-бовысококачественные. Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей-серы и фосфора (подробнее см. ниже). Газы являются скрытыми, количественно трудно определяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,055% S и 0,045% Р, качественные-не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные-не более 0,025% S и 0,025 % Р, особовысококачественные- не более 0,015% S и 0,025% Р. По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие. Раскисление-процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрущения стали при горячей деформации. Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится по-выщенное количество кислорода, ко- торый при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дещевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si 5$ 0,07 %), но с повышенным количеством газообразных примесей. Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими. При классификации стали по структуре учитывают особенности ее строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: 1) доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; 2) эв-тектоидные, структура которых состоит из перлита; 3) аустенитные; 4) ферритные. Углеродистые стали могут быгь первых двух классов, легированные-всех классов. Стали аустенитного класса образуются при введении большого количества (более точки Ь, см. рис. 3.20) элементов Ni, Мп, расширяющих у-область; стали ферритного класса-при введении элементов Сг, Si, V, W и др., расширяющих а-область (см. рис. 3.21). При определенном легировании возможны частичная перекристаллизация (а« у) и образование сталей промежуточных классов-полуферритных и по-луаустенитных. По структуре после нормализации  Рис. 8.1. Диаграммы изотермического распада аустенита сталей перлитного (с), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов (схемы) стали подразделяют на следующие основные классы: перлитный, мартен-ситный, аустенитный, ферритный. Стали перлитного класса имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита (рис. 8.1, а). При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или троостита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит или карбиды. К сталям перлитного класса относятся углеродистые и низколегированные стали. Это большая группа дешевых, широко применяемых сталей. Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита (рис. 8.1,6); при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали. Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже 0°С и сохраняют аустенит при температуре 20-25 °С (рис. 8.1, в). Распад аустенита в перлитной и промежуточной областях отсутствует. Структурный класс аустенитных и ферритных сталей совпадает по классификации как в отожженном, так и нормализованном состояниях. По прочности, оцениваемой временным сопротивлением, конструкционные стали с некоторой условностью можно разделить на стали нормальной (фсдней) прочности (ав~до 1000 МПа), повышенной прочности (Ов ~ до 1500 МПа) и высокопрочные (ав~ более 1500 МПа). 8.2. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали Сталь - сложный по составу железоуглеродистый сплав. Кроме железа и углфода-основных компонентов, а также возможных легирующих элементов, сталь содержит некоторое коли- - 1.Z W  о,в - го о 0,4 0,8 7ZC,Vo Рис. 8.2. Влияние углерода на механические свойства горячекатаных сталей чество постоянных и случайных примесей, влияющих на ее свойства. Углерод, концентрация которого в конструкционных сталях достигает 0,8%, оказывает определяющее влияние на их свойства. Степень его влияния зависит от структурного состояния стали, ее термической обработки. После отжига углеродистые конструкционные стали имеют ферритно-перлит-ную структуру, состоящую из двух фаз-феррита и цементита*. Количество цементита, который отличается высокой твердостью и хрупкостью, увеличивается пропорционально концентрации углерода. В связи с этим, по мере повышения содфжания углерода, увеличива[ют-ся прочность и твердость, но снижаются пластичность и вязкость стали (рис. 8.2). Кроме снижения ударной вязкости углерод заметно повышает верхний порог хладноломкости, расширяя тем самым темпфатурный интервал перехода стали в хрупкое состояние (рис. 8.3). Каждая 0,1 % С повышает верхнюю фаницу этого пфсхода примерно на 20 °С. При содержании 0,4% С порог хладноломкости равен 0°С. При большей концен-трапии углерода температура хрупкости достигает 20 °С; сталь становится менее надежной в работе. Такая же структура характерна и для сталей в горячекатаном состоянии без термической обработки.  -150 -50 О 50 150tfC Рис. 8.3. Влияние углерода на хладноломкость стали Влияние углерода еще более значительно при неравновесной структуре стали. После закалки на мартенсит временное сопротивление легированных сталей интенсивно растет по мере увеличения содержания углерода и достигает максимума при 0,4% С (рис. 8.4). При большей концентрации углерода Ов становится нестабильным из-за хрупкого разрущения стали, о чем сввде-тельствуют низкие значения ударной вязкости. При низком отпуске механические свойства полностью определяются концентрацией углерода в твердом растворе. Углерод изменяет и технологические свойства стали. При увеличении его содержания снижается способность сталей деформироваться в горячем и особенно б в,МПа  О о.г о,и 0,6 €,% Рис. 8.4. Влияние углерода на механические свойства закаленных низколегированных сталей в холодном состояниях, затрудняется свариваемость. Постоянные примеси в стали: марганец, кремний, сера, фосфор, а также газы: кислород, азот, водород. Марганец-полезная примесь; вводится в сталь для раскисления и остается в ней в количестве 0,3-0,8%. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы. Кремний-полезная примесь; вводится в сталь в качестве активного раскислителя и остается в ней в количестве до 0,4%, оказывая упрочняющее действие. Сера-вредная примесь, вызывающая красноломкость стали-хрупкость при горячей обработке давлением. В стали она находится в виде сульфидов. Красноломкость связана с наличием сульфидов FeS, которые образуют с железом эвтектику, отличающуюся низкой температурой плавления (988 °С) и располагающуюся по границам зерен. При горячей деформации границы зерен оплавляются, и сталь хрупко разрушается. От красноломкости сталь предохраняет марганец, который связывает серу в сульфиды MnS, исключающие образование легкоплавкой эвтектики. Устраняя красноломкость, сульфиды MnS, так же как и другие неметаллические включения (оксиды, нитриды и т. п.), служат концентраторами напряжений, снижают пластичность и вязкость стали. Содержание серы в стали строго ограничивают. Положительное влияние серы проявляется лишь в улучшении обрабатываемости резанием (см. п. 9.1). Фосфор - вредная примесь. Он растворяется в феррите, упрочняет его, но вызывает хладноломкость-снижение вязкости по мере понижения температуры. Сильное охрупчи-вающее действие фосфора выражается в повышении порога хладноломкости (рис. 8.5). 1Саждая 0,01 % Р повышает порог хладноломкости на 25 °С. Хрупкость стали, вызываемая фосфором, тем выше, чем больше в ней углерода. Фосфор-крайне нежелательная примесь в конструкционных сталях. Однако современные методы выплавки и переплавки не обеспечивают его полного удаления. Основной путь его снижения-повышение качества шихты. Кислород, азот и водород-вредные скрытые примеси. Их влияние наиболее сильно проявляется в снижении пластичности и по- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
