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)

       

     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. 

     4. Качественные конструкционные углеродистые стали 

     Эти стали выплавляют кислородно-конверторным способом, в мартеновских печах или электропечах. В зависимости от раскисления они могут быть спокойными или кипящими.

     К стали этой группы предъявляются более высокие требования относительно химического состава:

     меньше содержание серы - 0,04%,

     фосфора - 0,035%;

     меньше количество неметаллических включений;

     повышенные требования к макро- и микроструктуре сплава.

     Поставляются стали по гарантированному химическому составу и механическим свойствам.

     Маркировка производится цифрами по ГОСТ1050-88: 05, 08, 10, 15, 20, …70, 75, 85,…08ю (Al), 10кп. Цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

     Стали 65, 70, 75, 80 можно отнести к группе рессорно-пружинных сталей (характеризуются высоким пределом упругости).