Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Институт повышения квалификации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по Металловедению

на тему

«Классификация, маркировка, области применения углеродистых сталей»

Выполнил:

ст. гр. ПМГ-А-08з

Люлина Д.Т.

Алчевск 2009

1. Сталь различных способов производства

В зависимости от способа производства стали отличаются по содержанию примесей, чем и обусловлено различие в их свойствах.

Сталь подразделяют на бессемеровскую, мартеновскую, кислородно-конвертерную и электросталь.

Самый прогрессивный способ получения стали – конвертерный (продолжительность плавки – 30-60 мин.).

Длительность мартеновской плавки до 11 часов.

Сталь получают из чугуна, содержащего большое количество Mn, P, S, C, Si.

При производстве стали примеси удаляют, окисляя их и переводя в шлак, снижают содержание углерода.

Большое количество окислов FеО в стали ухудшают ее качество. Для снижения количества окислов (т.е. содержания кислорода) сталь раскисляют, путем добавления ферромарганца – FeMn, ферросилиция – FeSi, а также Al, Ti.

Эти раскислители имеют сродство к кислороду больше, чем железо.

В зависимости от раскисления стали делят на:

спокойную сталь – раскисляют FeMn, FeSi, Al или Ti. Обозначают сп.

кипящую сталь – раскислена только FеMn. Обозначают кп.

полуспокойную сталь – раскислена FеMn и Al, т.е. характеризуется промежуточным раскислением. Обозначают пс.

Стали отличаются по химическому составу в зависимости от раскисления:

сп – 0,14 – 0,3% Si, ~ 0,002% О₂;

пс – 0,05 – 0,10% Si, ~ 0,01% О₂;

кп – <0,05% Si, ~ 0,02% О₂.

По данному химическому составу можно сказать какая это сталь по способу раскисления.

Спокойная сталь (сп) – слиток затвердевает спокойно, без выделения газов, усадочная раковина сосредоточена в верхней части отливки.

Кипящая сталь (кп) – застывает с выделением газов; ускоренно охлаждаясь из металла выделяются газы СО и СО₂ (наблюдается эффект кипения стали). Усадочная раковина закрытого типа, качество стали более низкое).

Стали различных способов раскисления характеризуются следующими показателями выхода годного: спокойная сталь – 58-90%; полуспокойная сталь – 90-95%; кипящая сталь – 95-100%.

Стальные слитки неоднородны по химическому составу. Химическая неоднородность, или ликвация, возникает вследствие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого состояния в твердое. В верхней части слитка из-за конвекции жидкого металла содержание серы, фосфора и углерода увеличивается в несколько раз, а в нижней части – уменьшается. При прокатке – прибыльную, подприбыльную, и донную части слитка отрезают.

Строение стальных слитков различных способов раскисления

Рисунок 1.

2. Классификация углеродистых сталей

В зависимости от назначения стали делят на:

конструкционные (детали машин, механизмов и различных конструкций, болты, гайки, мосты, краны);

инструментальные стали (режущий инструмент, мерительный инструмент, штампы).

По структуре:

– доэвтектоидные;

– эвтектоидные;

– заэвтектоидные.

По содержанию углерода:

– малоуглеродистые (0,025ч0,25%С);

– среднеуглеродистые (0,25ч0,6%С);

– высокоуглеродистые (> 0,6%С).

По качеству:

– обыкновенного качества ( <0,05%S; <0,04%Р);

– качественные ( <0,04%S; <0,035%Р);

– высококачественные ( <0,03%S; <0,03%Р).

Качество сталей определяется содержанием в них вредных примесей: серы и фосфора.

Конструкционные стали изготавливают обыкновенного качества и качественными; инструментальные стали – качественными и высококачественными.

3. Стали обыкновенного качества

Данные стали в процессе выплавки меньше очищаются от вредных примесей и содержат больше S и Р, большое количество неметаллических включений, значительно развита ликвация. Содержание S до 0,05%; Р до 0,04%.

Маркируются: Cт0, Cт 1, Cт2, Cт3, Cт4, Cт5, Cт6.

Все эти стали по структуре доэвтектоидные – 0,06-0,49%С.

Указание способа раскисления:

Cт 1кп Cт 3 кп

Cт 1 пс Cт 3 пс

Cт 1 сп Cт 3 сп

Начиная со стали 4 выпускают только стали сп и пс: Cт6сп, Cт6пс.

Каждая марка стали выполняется в 14 вариантах, которые гарантируют определенные механические, химические свойства (у_в, у_т, KCV, д, содержание Р, S, Mn, C…).

Рассмотрим в качестве примера сталь – Cт3сп4.

Первая цифра «3» – указывает только порядковый номер марки стали по ГОСТ 380-88, а не содержание углерода. Но с увеличением номера содержание углерода увеличивается. Чем больше содержится в стали углерода, тем выше прочность (у_т, у_в) и ниже пластичность (д, ш, KCU).

Вторая цифра «4» (может изменяться от 1 до 5) – гарантирует определенные механические свойства и химический состав стали (категория поставки).

Стали 1-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам (предел текучести (у_т, МПа), временное сопротивление (у_в, МПа), относительное удлинение (д, %)).

Стали 2-ой категории имеют гарантию по механическим свойствам и химическому составу.

Стали 3-й категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при +20⁰С.

Стали 4-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу и ударной вязкости при -20⁰С.

Стали 5-ой категории – по механическим свойствам, химическому составу, ударной вязкости при -20⁰С и после старения.

Таблица № 1 Состав сталей и механические свойства сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-88)

Массовая доля				Механические свойства
Марка стали	%С	%Si	%Mn	ув, н/мм2	ут, н/мм2	д, %	KCU Дж/см2 (кгс·м/см2)
Ст 0	0,23	0,05	0,25-0,5	300		22
Ст 1 сп	0,06 – 0,12	0,15-0,30	0,25-0,5	305-380		34
Ст 3 кп	0,14 – 0,22	0,07	0,3-0,6	380-460	235	27
Ст3пс	0,14 – 0,22	0,05-0,15	0,4-0,65	370-480	345	26	108 при -200С
Ст3сп	0,14 – 0,22	0,12-0,30	0,4-0,65	380-490	355	26	98 при -200С
Ст6сп	0,38 – 0,49	0,15-0,35	0,5-0,8	590	315	15

Для сталей марки Ст0 (беззаказка):

S < 0 < 0,06%, Р < < 0,07%.

Области применения сталей обыкновенного качества:

Ст0 – ограждения, перила, кожухи, обшивка (т.е. детали неответственные).

Ст1 – детали с высокой вязкостью и низкой твердостью (анкерные (фундаментные) болты, связывающие обшивки).

Ст2 – неответственные детали требующие высокой пластичности или глубокой вытяжки.

Ст3 – несущие элементы сварных и не сварных конструкций или деталей; фасонные швеллеры для рамы тракторов, обода колес автомобилей, фасонные профили для с/х машиностроения; арматура гладкого профиля для армирования ж/б конструкций.

Ст5 – болты, гайки, тяги, трубные решетки, клинья, рычаги, упоры, штыри, стержни, пальцы.

Ст6 – бабы молотов (ударная часть), шпиндели (вращающая часть на станке), ломы строительные.

От Ст0 до Ст6 – балки двутавровые, швеллеры, угловая сталь.

Стали обыкновенного качества поставляются по гарантированному химическому составу и механическим свойствам.

Спокойная сталь по температуре перехода в хрупкое состояние значительно лучше, чем кипящая.