Производство и обозначение сталей
По способу получения сталь бывает:
- конверторная бессемеровская (кислый процесс);
- конверторная томасовская (основной процесс);
- мартеновская (кислый или основной процесс);
- электросталь, выплавленная в дуговой или индукционной печи.
Сталь, в основном, получают переработкой чугуна, в котором содержание углерода намного больше (3,8 – 4,2%), чем в стали (например, в низкоуглеродистой стали углерода содержится до 0,25%). Для этого чугун заливают в конвертор с кислой футеровкой (бессемеровский процесс) или с основной футеровкой (томасовский процесс) и через жидкий чугун продувают воздух. При этом сгорает углерод с выделением тепла и его содержание уменьшается. Для снижения содержания кислорода в стали (посредством его удаления в шлак) перед разливкой в сталь вводят марганец, кремний, алюминий, то есть сталь раскисляют. Томасовский основной процесс, в отличие от бессемеровского кислого, позволяет существенно снизить содержание серы и фосфора в стали.
В последнее время при конверторном производстве стали вместо воздуха через жидкий чугун продувают кислород, что позволяет получить сталь высокого качества (с более низким содержанием азота в стали).
В дуговых электропечах выплавляют сталь только из металлолома под основными или кислыми шлаками.
В мартеновских пламенных печах сталь выплавляют из чугуна с добавлением скрапа (металлолома) под кислым или основным шлаками.
В индукционных печах сталь выплавляют из чистых шихтовых материалов. В электропечах получают легированные стали.
Производство проката
Сталь является пластичным материалом. Поэтому первоначально полученные отливки в дальнейшем подвергают многим видам обработки давлением: прокатке, прессованию, волочению, ковке и др.
Прокатка | Прессование | Волочение | Ковка |
В результате получают заготовки и полуфабрикаты для дальнейшей обработки резанием, термической резки, гибки, сварки, нанесения покрытий и др. Для сварных конструкций применяют преимущественно прокат. Но не исключается применение также поковок и литых заготовок.
Сортамент листового и фасонного проката
Прокат классифицируют по сортаменту (профилю и размерам).
Весь сортамент можно разделить на 4 группы:
- листовой прокат (тонкий до 3,9 мм и толстый более 4 мм);
- сортовой прокат (квадратный и круглый, полоса, лента, уголок, швеллер, тавр, двутавровые балки, рельс, арматура);
- трубы (бесшовные, сварные);
- специальный и периодичный прокат.(оконный профиль и др.).
Классификация и маркировка сталей по национальным и международным стандартам
В зависимости от количества углерода стали углеродистые обычного качества разделяют на стали низкоуглеродистые (С ≤ 0,25%); среднеуглеродистые (0,25% С ≤ 0,37%) и высокоуглеродистые (С > 0,37%). Для сварных конструкций в основном используют низкоуглеродистые стали, как стали, что имеют хорошую способность к свариванию. Следовательно, дальше будем рассматривать только низкоуглеродистые стали. Следует подчеркнуть, что цифра марки стали не соответствует количеству углерода. Она только отображает порядковый номер стали. Качество стали зависит от технологии изготовления стали и связана с раскислением. В зависимости от этого различают стали кипящие, полуспокойные и спокойные. Для этого используют индексы "кп", "пс" и "сп". Стали групп "А" и "Б" могут быть "кп", "пс", "сп", но стали группы "Б" -только "пс" и "сп". Степень раскисления главным образом влияет на количество кремния (Si). Спокойная сталь имеет 0,1...0,3% Si, кипящая - до 0,07% Si, полуспокойная - между ними. Сталь с малым количеством Si очень чувствительна к температурному состоянию, т.е. к условиям формирования трещин. Следовательно, качество сталей тем выше, чем больше степень раскисления (от "кп" до "сп").
Стали поступают либо с гарантией механических свойств, либо с гарантией химического состава, т.е. с гарантией определенного количества показателей механических свойств и химического состава. Чтобы показать это количество, используют понятие разрядов - т.е. количества показателей, с гарантией которых поступает сталь.
Группа "А" имеет три разряда, группа "Б" - два, а группа "В" - шесть разрядов. Маркировка сталей предусматривает обозначение всех особенностей, т.е.: к какой группе принадлежит сталь, порядковый номер марки стали, степень раскисления, разряд.
Примеры: СтЗкп - сталь группы "А" (если отсутствует буква "А" - это значит, что сталь принадлежит к группе "А"); 3 - порядковый номер марки стали; "кп" - кипящая, отсутствие цифры разряда соответствует первому разряду. ВСтЗсп5 - сталь группы "В", марка "З", спокойная, пятого разряда. Стали группы "Б" маркируются как БСт, т.е. используется буква "Б" (БСтЗ).
Механические свойства и химический состав некоторых низкоуглеродистых сталей указаны в таблице ниже.
Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||||
C | Mn | Si | P | S | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
Ст0 | 0,23 | - | - | 0,07 | 0,06 | 310 | - | - |
Ст2пс | 0,09…0,15 | 0,25…0,50 | 0,05…0,07 | 0,04 | 0,05 | 340…440 | 210…230 | 29…32 |
Ст3сп | 0,14…0,22 | 0,40…0,65 | 0,12…0,30 | 0,04 | 0,05 | 380…490 | 230…250 | 23…26 |
Ст4сп | 0,18…0,27 | 0,40…0,70 | 0,12…0,30 | 0,04 | 0,05 | 420…540 | 250…270 | 21…24 |
Ст5пс | 0,28…0,37 | 0,50…0,80 | 0,05…0,17 | 0,04 | 0,05 | 500…640 | 270…290 | 17…20 |
Ст5сп | 0,28…0,37 | 0,50…0,80 | 0,15…0,35 | 0,04 | 0,05 | 500…640 | 270…290 | 17…20 |
Таким образом, стали группы "В" используют для ответственных сварных конструкций, которые эксплуатируются в условиях низких температур и динамических нагружениях. Для других сварных конструкций используют сталь группы "Б". Сталь группы "А" для сварных конструкций не используется никогда.
Стали углеродистые конструкционные повышенного качества. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, стали повышенного качества могут подвергаться термической обработке и поэтому поступают с гарантией химического состава. Они делятся на две группы. К первой группе относятся стали с нормальным количеством Мn, а ко второй - с повышенной.
В пределах I группы изготавливается сталь таких марок: 05кп, 08кп, 08, 10кп, 10, 15кп,15,20кп,20,25,30,35,40,45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, а группы II - 15Г, 20Г, 25Г, ЗОГ, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 65Г, 70Г. В отличие от сталей углеродистых обычного качества, в данном случае цифры означают количество углерода в сотых частях процента.
В таблице ниже приведены механические свойства и химический состав некоторых сталей I и II групп.
Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||
C | Mn | Si | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
25 | 0,22…0,30 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 460 | 280 | 23 |
30 | 0,27…0,35 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 500 | 300 | 21 |
35 | 0,32…0,40 | 0,50…0,80 | 0,17…0,37 | 540 | 320 | 20 |
25Г | 0,22…0,30 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 500 | 300 | 22 |
30Г | 0,27…0,35 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 550 | 320 | 20 |
35Г | 0,32…0,40 | 0,70…1,00 | 0,17…0,37 | 570 | 340 | 18 |
Легированные конструкционные стали. Главной целью изготовления легированных сталей является придание конструкционным сталям повышенных механических свойств или обеспечение специальных особенностей (например, теплостойкости). В зависимости от количества легирующих элементов, легированные стали делят на низколегированные (количество легирующих элементов до 5%); среднелегированные (до 10%) и высоколегированные (больше 10%).
Легированные стали классифицируются в зависимости от основных легирующих элементов (например, стали ферритного класса). При маркировке сталей используется система букв и цифр. Например, маркировка имеет такой вид 1Х18Н9Т. Первая цифра обозначает количество углерода в сотых частях процента, дальше идет буква "X", т.е. хром, и цифра, которая обозначает его количество в процентах - 18%, дальше "Н" - никеля 9%, титана до 1% (если после буквы отсутствует цифра - это означает, что количество легирующего элемента до 1%).
В таблице ниже приведены некоторые свойства легированных сталей.
Марка стали | Химический состав, % | Механические свойства | ||||
C | Si | Mn | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | |
09Г2с | 0,12...0,14 | 0,17...0,37 | 1,4...1,8 | 450 | 300 | 21 |
10Г2С | 0,12...0,14 | 0,90…1,20 | 1,3…1,65 | 500 | 360 | 21 |
15ХСНД | 0,12...0,18 | 0,40…0,70 | 0,40…0,70 | 500 | 350 | 21 |
Европейская система классификации и обозначения сталей регламентирована следующими европейскими стандартами:
EN 10020. Определение понятий по классификации сталей.
ЕN 10027.Система обозначения для сталей. Ч.1. Краткие обозначения, основные символы. (Идентичен ISO/RT 4949).
EN 10027.Система обозначения для сталей. Ч.2. Система нумераций.
EN 10079.Определение понятия для изделий из стали.
DIN V 17006, ч. 100. Система обозначения для сталей: дополнительные символы для кратких наименований (Идентичен сообщению ECISS 1С 10:1991).
В соответствии со стандартом EN 10020 стали классифицированы по следующим основным признакам:
- химическому составу;
- качеству;
- физическим, химическим и технологическим признакам.
По химическому составу различают стали:
- нелегированные или углеродистые;
- легированные;
- низколегированные стали, это те содержание в которых любого легирующего элемента 5%;
- высоколегированные стали, которые содержат хотя бы один легирующий элемент в количестве ≥ 5%.
По содержанию углерода нелегированные стали разделяют на:
- малоуглеродистые ( 0,12% C);
- низкоуглеродистые (0,12%≤ C 0,25%);
- среднеуглеродистые 0,25 ≤ C 0,55%;
- высокоуглеродистые ≥ 0,55%C.
По качеству стали разделяются на следующие классы:
- обыкновенные или рядовые, основные;
- качественные;
- высококачественные или специальные.
Легированные стали по качеству разделяются на два класса:
- качественные;
- высококачественные (специальные).
Легированные качественные стали, применяемые, например, для изготовления сварных металлоконструкций, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением, характеризуются мелкозернистой структурой, высокой прочностью и ударной вязкостью не менее 27 Дж/м2 при низкой температуре -50°С.
Легированные высококачественные (специальные) стали, отличаются специальным назначением и особыми свойствами: коррозионной стойкостью и жаростойкостью, хладостойкостью при криогенных температурах и жаропрочностью при высоких температурах, высокой твердостью и износостойкостью, особыми физическими свойствами и др. Легированные стали, содержащие >10,5% Сr, обладают стойкостью против атмосферной коррозии и называются нержавеющими.
Классификация сталей по физическим, химическим и технологическим признакам
По физическим свойствам в классификации (стандарт EN 10027) выделяют группы сталей:
- с особыми физическими свойствами (электропроводностью, коэффициентом линейного расширения и др.);
- с особыми магнитными свойствами (магнитной проницаемостью).
Классификация сталей по механическим свойствам:
- прочности (например, Rm 500 H/мм2, 500 ≤ Rm 700 H/мм2, Rm ≥ 700 H/мм2);
- пределу текучести (например, Rе = 235, 275...или Rе 360, Rе 380 H/мм2);
- относительному удлинению (например, δ≥15, 25 или 35 %);
- ударной вязкости (например, работа удара 27, 40 или 60 Дж при +20, 0, -20, -40, -60°С);
- другим характеристикам.
По химическим признакам стали классифицируют на:
- стойкие против химической коррозии (при нормальной температуре – нержавеющие стали; при высокой температуре – жаростойкие стали);
- стойкие против электрохимической коррозии (стали для работы при нормальной, повышенной или высокой температуре, стойкие против МКК).
Технологические классификационные признаки:
- способ получения стали (кипящие, полуспокойные, спокойные стали);
- термическая и термомеханическая обработка (прокаливаемость, отжиг, нормализация, закалка с отпуском, наклеп, холодная прокатка, горячая обработка давлением и др.);
- способность сталей к обработке давлением (например, штампуемость), резанием, литью и др.;
- свариваемость (по критерию Сэкв , содержанию ферритной фазы в аустенитных сталях и др.).
Классификация сталей по назначению:
При классификации сталей по назначению в одной группе могут оказаться стали различной системы легирования и различных классов качества.
Нелегированные стали классифицируют по назначению на следующие группы:
- конструкционные общего назначения;
- строительные общего назначения;
- для сосудов, работающих под давлением;
- трубные;
- машиностроительные;
- судостроительные;
- автоматные (с повышенным содержанием P и S);
- арматурные;
- рельсовые;
- холодно- и горячекатаные для холодной обработки;
- инструментальные;
- электротехнические.
Легированные стали по назначению классифицируют на:
- строительные;
- машиностроительные;
- судостроительные;
- для сосудов, работающих под давлением;
- для трубопроводов;
- для атомных реакторов;
- для криогенной техники;
- для подшипников;
- нержавеющие стали;
- жаростойкие стали;
- жаропрочные;
- теплостойкие;
- инструментальные;
- быстрорежущие;
- с особыми физическими свойствами.
МАРКИРОВКА СТАЛЕЙ ПО ЕВРОПЕЙСКИМ НОРМАМ И СТАНДАРТАМ
Система обозначения сталей производится по следующим евростандартам:
EN 10027. Системы обозначения для сталей:
часть 1. Краткие обозначения, основные символы;
часть 2. Система нумераций;
DIN V 17006. ч100. Системы обозначения для сталей; дополнительные символы для кратких наименований (идентичен сообщению ECI SS IC 10:1991);
EN 10079 Определение понятий для изделий из сталей.
В соответствии с этими стандартами приняты две системы условного обозначения сталей:
- буквенно-цифровая;
- цифровая.
В соответствии с EN 10027, ч.1, основные символы и цифры, используемые для условного обозначения сталей, показывают:
- физические характеристики;
- химический состав.
Дополнительные символы и цифры отражают качество, технологические свойства и назначение сталей.
В начале марки приводится символ Fe, далее – цифры, отражающие минимально гарантированный предел прочности σв (Rm) или далее буква E и цифры, отражающие минимально гарантированный предел текучести σт (Re), а затем, при необходимости, химический символ легирующего элемента и дополнительная информация.
Для наглядности в таблице ниже приведены условные обозначения некоторых марок сталей 1-ой группы и их расшифровка.
Условное обозначение | >σв,
МПа |
>σт,
МПа |
Склонность к свариваемости | Показатель качества | Легиро-вание | Другие показатели |
Fe420N | 420 | - | - | - | Р<0,04%
S | - |
Fe420DEU | 420 | - | D | - | - | По евронормам |
Fe500B-2 | 500 | - | В | 2 | - | - |
FeE320-2 | - | 320 | - | 2 | - | - |
Fe420Pb | 420 | - | - | - | РЬ | - |
FeE320Mn | - | 320 | - | - | Мn | - |
FeE320CrEU | - | 320 | - | - | Сг | По евронормам |
FеМ36 | - | - | - | - | Тонкий лист М с максимальны-ми ваттными потерями 0,36 вт/кг (50 Гц, магнитная индукция 1тл) | |
FeP-3BC | - | - | - | 3 | Лист для глубокой вытяжки Р с показателем качества поверхности В в состоянии после обработки С. |
Дополнительная информация может отражать следующие особенности:
1) склонность к свариваемости (А; В; С; D);
2) дополнительные показатели качества (1; 2; 3...);
3) буква, характеризующая ограничение по S и Р;
4) обозначение EU (евронормы).
Обозначение высоколегированных сталей
Маркировка начинается с буквы Х, обозначающей высоколегированную сталь, которая должна содержать хотя бы один легирующий элемент в количестве более 5% (≥ 5%).- Затем указывается стократное содержание углерода, химические символы легирующих элементов и их фактическое содержание в процентах (без коэффициентов).
Примеры расшифровки высоколегированных сталей:
Х30Cr13 – X-высоколегированная сталь, 30/100=0,3%С, 12-14%Cr.
X8CrTi17 – X-высоколегированная сталь, 8/100=0,08%С, 16-18%Cr./tdКлассификация сталей по физическим, химическим и технологическим признакам/p