Классификация углеродистых сталей

Железоуглеродистые сплавы — стали и чугуны — основа важнейших машиностроительных материалов.

Сталь — основной металлический материал, широко применяемый для изготовления деталей машин, летательных аппаратов, приборов, различных инструментов и строительных конструкций. Широкое использование сталей обусловлено комплексом механических, физико-химических и технологических свойств. Методы широкого производства стали были открыты в середине XIX в. В это же время были уже проведены и первые металлографические исследования железа и его сплавов.

Стали сочетают высокую жесткость с достаточной статической и циклической прочностью. Эти параметры можно менять в широком диапазоне за счет изменения концентрации углерода, легирующих элементов и технологий термической и химико-термической обработки. Изменяя химический состав, можно получать стали с различными свойствами и использовать их во многих отраслях техники и народного хозяйства.

Углеродистые стали классифицируют по содержанию углерода, назначению, качеству, степени раскисления и структуре в равновесном состоянии.

По содержанию углерода стали подразделяются на низкоуглсродистые (0,6% С).

По назначению стали классифицируют на конструкционные и инструментальные.

Конструкционные стали представляют наиболее обширную группу. В эту группу сталей входят строительные стали (содержание углерода до 0,25%), которые применяют для изготовления металлоконструкций зданий, сооружений, мостов, кранов, вагонов. Одним из главных технологических требований, предъявляемых к строительным сталям, является свариваемость. Увеличение содержания углерода усиливает склонность стали к образованию холодных и горячих трещин при сварке. Эти стали должны иметь определенное сочетание прочностных и пластических свойств, высокую вязкость, коррозионную стойкость, а также обладать хорошими технологическими свойствами: обрабатываемостью резанием, способностью к гибке, правке. Машиностроительные стали (до 0,8% С) используют для изготовления деталей машин и приборов. К этим сталям относят цементуемые, (содержание углерода до 0,25%), улучшаемые (0,3—0,5% С) и пружинно-рессорные (0,5—.

O, 8% С).

Инструментальные стали подразделяют на стали для режущего, измерительного инструмента, штампов холодного и горячего (до 200°С) деформирования (содержание углерода — от 0,7 до 1,3%).

По качеству стали классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные. Под качеством стали понимается 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. 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 0,06% S и 0,07% Р, качественные — не более 0,04% S и 0,035% Р, высококачественные — не более 0,025% S и 0,025%.

P. Стали обыкновенного качества бывают только углеродистыми (до 0,5% С), качественные и высококачественные — углеродистыми и легированными.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие (в их составе разное массовое содержание кремния и кислорода). Раскисление — процесс удаления из жидкого металла кремния и кислорода, проводимый с целью предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют ферромарганцем, ферросилициумом и алюминием в печи, а затем в ковше. Они содержат 0,15— 0,3%Si, около 0,002% кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделен ия.

Кипящие стали раскисляют только ферромарганцем, и до затвердсвасния в них содержится повышенное количество FcO (содержание Si около 0,05% и прмерно около 0,02% кислорода). При застывании в изложнице FcO взаимодействует с углеродом стали и в результате образуется СО, который выделяется виде пузырьков и создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали достаточно дешевые, их производят наименее очищенными от вредных примесей.

Полу спокойные стали (0,05—0.15% Si и около 0,01% О2) по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

Легированные стали производят спокойными, углеродистые — спокойными, п о л у с п о к о й н ы м и и кипящими.

По структуре в равновесном состоянии стали делятся, как уже упомянуто в предыдущем параграфе, на доэвтектоидные, имеющие в структуре феррит и перлит; эвтектоидные, состоящие из перлита; заэвтсктоидные, имеющие в структуре перлит и вторичный цементит.