Тема: Поняття про сталь її маркування та застосування.
План
1. Поняття про сталь.
2. Способи отримання сталей.
3. Класифікація сталей.
4. Маркування сталей.
5. Застосування сталей.
До складу сталей входять вуглець (до 2,14 %) і домішки: кремній (до 0,4 %), маргарець (до 1,1 %), фосфор (до 0,06 %), сірка (до 0,07 %).
Існує кілька способів одержання сталей. Конверторний і бесемерівський — полягають у тому, що сталь одержують продуванням рідкого чавуну повітрям (без витрати палива). Для того, щоб одержати сталь з певним заданим вмістом вуглецю (понад мінімальний), процес доводять до кінця, а потім до одержаної сталі додають розрахункову кількість чавуну, що не містить шкідливих домішок. При бесемерівському способі процес не доводять до кінця, а вміст у сталі вуглецю та інших домішок визначають пробами або спектральним аналізом газів, що виходять.
За рахунок удосконалення можна підвищити економічність процесів одержання сталей. Відомий і застосовується томасівський процес одержання сталей, при якому за рахунок заміни матеріалу футеровки конвертора починають продувку чавуну протягом 20 хв при більш низьких температурах. Значно ширші можливості конверторних способів завдяки застосуванню дуття, збагаченого киснем.
Впровадження автоматичного керування і контролю плавки із застосуванням ЕОМ також значно підвищує як продуктивність кисневих конверторів, так і інтенсивність фізико-механічних процесів.
Традиційними методами виробництва сталі є мартенівський та електричний. Початковими матеріалам мартенівського сталеплавильного процесу служать переробні, тверді або рідкі чавуни, металічний брухт, залізна руда і флюси.
Основні частини мартенівської печі (рис. 5): робочий плавильний простір і регенератори, які підігрівають повітря і газ до 1100—1200 °С. Регенератори з’єднані головкою 2. Рух повітря і горючого газу у плавильний простір печі регулюють клапанами, якими обладнані канали. У процесі плавлення повітря і газ надходять у регегератори 3 і 4, нагріваються у них і по каналах головки потрапляють у плавильний простір, нагріваючи його і метал, що знаходиться у ванні, до 1800—1900 °С. Далі продукти горіння проходять під склепінням печі з температурою 1680—1750 °С по каналах головки і каналах регенераторів 5 і 6, нагріваючи насадки регенераторів.
Відпрацьовані гази після віддачі теплоти котлам виходять у димову трубу.
Електрична плавка відрізняється від мартенівської застосованим джерелом теплової енергії. Після розплавлений шихти при температурі близько 3500 °С відбуваються реакції окислення, видалення шлаків, розкислення і доводка сталі до потрібного хімічного складу, введення різних компонентів.
Поширений також комбінований спосіб одержання сталі, дуплекс-процес, суть якого полягає у тому, що відбувається послідовне плавлення сталі спочатку в основній [1], а потім у кислій мартенівських печах.
Може застосовуватися також триплекс-процес. У цьому випадку беруть участь три плавильних агрегати: вагранка — конвертормартенівська піч.
Для виплавки легованих конструкційних і інструментальних сталей, феросплавів, спеціальних сталей використовують дугові та індукційні електропечі, які є найбільш досконалими з існуючих металургійних печей.
Нові методи, що одержали назву спецметалургії (електрошлаковий,, вакуумно-дуговий, плазмено-дуговий, електронно-променевий та ін.), застосовують для одержання високоякісних сталей. Є також двованні мартенівські печі, вакуумовані електропечі, позапічне рафінування та ін.
Класифікують сталі за основними ознаками:
способом виробництва — конверторні, мартенівські, електросталі і сталі, одержані спецметалургією;
якістю — звичайні, якісні, неякісні. Належність стаді до тієї чи іншої характеристики якості залежить від домішок, які поділяються на технологічні (марганець, кремній), шкідливі (сірка, фосфор, кисень, азот), неметалеві включення та ін.;
призначенням — конструкційні (будівельні і машинобудівельні), інструментальні і спецпризначення. Кожна із груп поділяється на підгрупи, що характеризують специфічне призначення сталей або характер їх наступної -обробки та ін.;
хімічним складом — вуглецеві (вони, у свою чергу, поділяються на низьковуглецеві із вмістом вуглецю до 0,3 %, середньовуглецеві — 0,3—0,7 % і високовуглецеві із вмістом вуглецю 0,7—1,4 %), леговані (низьколеговані до 2 % легуючих- елементів, середньолеговані 2—5 % , високолеговані — понад 5 % легуючих елементів). Оскільки склад легованих сталей може бути складним, то їх поділяють на потрійні (з одним легуючим елементом), четвертні (з двома легуючими елементами), складні (коли вміст легуючих елементів дорівнює або перевищує три назви).
Маркування сталей. Вуглецеву сталь звичайної якості позначають літерами Ст і цифрами, що вказують на умовний номер марки, від 0 до 6. Збільшення цифри свідчить про підвищення у сталі вмісту вуглецю її міцності і зниження пластичності. Ця сталь йде на виготовлення шайб, прокладок, болтів, гайок, шпильок, а також важелів, осей, валів, кронштейнів та інших мало- і середньонавантажених деталей. Маркування якісної вуглецевої конструкційної сталі включає дві цифри, що вказують на вміст вуглецю. Наприклад, марка сталі 25 свідчить, що сталь містить 0,25 % вуглецю. Залежно від вмісту сталь має різне призначення. Так, якщо у сталі до 0,2 % вуглецю, то з неї виготовляють шестерні, зірочки, осі та інші малонавантажені деталі, які підлягають цементації. Якщо вміст вуглецю у межах 0,5— 0,55 %, то з неї виготовляють високонавантажені деталі. При вмісті у сталі вуглецю від 0,6 до 0,85 % її використовують для виготовлення деталей, що працюють в умовах тертя, (пружини, ресори та ін.). Кожна добавка легованої сталі позначається відповідною літерою: В—;вольфрам, Н — нікель, X — хром, Г — марганець, С — кремній, М —- молібден, Т — титан, Ю — алюміній, Ф — ванадій, Д — мідь, Р — бор, К — кобальт, Б — ніобій, Ц — цирконій. Літера у марці легованої сталі означає легуючий елемент, а цифра - його вміст (%). Якщо цифра відсутня — це свідчить, що вміст легуючого елемента, не перевищує 1,5 %. Перші дві цифри у марці конструкційних легованих-сталей вказують на наявність вуглецю у сотих частки відсотка.
Якщо сталь високоякісна, то на це вказує літера А, а якщо особливо високоякісна, то літера Ш. Так, марка 30ХГСН2А означає, що сталь високоякісна легована, містить 0,3 % вуглецю, до 1 % хрому, марганцю, кремнію і 2 % нікелю.
Цифри у марці вуглецевої інструментальної сталі означають, що вона містить десяті частки відсотка вуглецю. Літера А у кінці також вказує, що сталь високоякісна.
Випускають 7 марок вуглецевої інструментальної сталі У7 — У 13.
Якщо у вуглецеві інструментальні сталі введено до 2,5 % легуючих добавок, то вони вважаються низьколегованими.
Для виготовлення високопродуктивного інструмента використовують високолеговані інструментальні сталі (швидкорізальні). У маркуванні літери вказують на карбідоутврюючі і легуючі елементи: Р — вольфрам, М — молібден, Ф—ванадій, А—азот, К—кобальт. Цифри за літерами означають середній вміст елементів у відсотках. На основі високотвердих і тугоплавких карбідів — вольфрама, титана, тонтана — методом порошкової металургії (пресуванням і спіканням) створюють тверді сплави, з яких виготовляють різальний інструмент (різці, свердла, фрези).
5. Застосування сталей.
Сталі
Марка
Застосування
Вуглецева звичайної якості
Ст3, Ст6 та інші
Шайби, прокладки, болти, гайки, шпильки, важелі, осі, вали та інші мало- і середньонавантажені.
Легована
9ХС, 9ХВГ та інші
Високонавантажені деталі і ті, що працюють в умовах тертя (пружини, ресори та інше)
Вуглецева сталь інструментальна
У7А, У8А, У12А, У13А
Зубила, молотки, напилки, свердла, розвертки, мітчики та ін.
Низьколегована
ХВ4, ХВГ, ХВСТ,
Інструмент складної форми у тому числі вимірювальний
