что называют полуспокойной сталью
Спокойная сталь: особенности и применение
Спокойной называется сталь, которая затвердевает после разливки практически без выделения газов. Достичь такого эффекта позволяет полное раскисление – удаление свободного кислорода с помощью введения в расплав специальных добавок.
Раскислители: виды и функции
В качестве раскислителей используют ферросилиций в количестве 0,12-0,3% по массе, ферромарганец, алюминий – до 0,1%, титан.
Негативное последствие раскисления – образование усадочной раковины больших размеров. Для ее удаления приходится отрезать от слитка спокойной стали до 16% по массе. Из-за такой потери металла, а также затрат на раскисляющие добавки стоимость спокойной стали существенно превышает цену кипящего металла.
Раскисляющие добавки, соединяясь со свободным кислородом, находящимся в сплаве, решают следующие задачи:
Марки спокойной стали
Сплавы полного раскисления разделяют на следующие группы:
Внимание! Стали, полученные непрерывной разливкой, во время процесса полностью раскисляются.
Преимущества спокойной стали
Благодаря однородности и мелкозернистости структуры, для раскисленных сталей характерны следующие преимущества:
Области применения спокойной стали
Высокая стоимость такой продукции обуславливает ее применение для производства сортового и фасонного проката, предназначенного для использования в ответственных конструкциях, узлах машин и механизмов. Это:
Низколегированные стали востребованы при строительстве объектов гражданского и промышленного назначения, эксплуатируемых в условиях высоких нагрузок и/или в регионах с суровыми климатическими условиями.
Отличие спокойной стали от полуспокойной
Полуспокойные стали являются промежуточными по степени раскисления, качеству и стоимости между спокойными и кипящими сплавами. При выборе, какая сталь лучше – спокойная или полуспокойная – для каждого конкретного случая оценивают необходимость дополнительных финансовых затрат на приобретение полностью раскисленного сплава.
Виды стали по степени раскисления
Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.
В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.
Общая информация
Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные. Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.
Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.
Химический состав сталей обыкновенного качества
Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.
Углеродистая сталь
Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.
Стали обычного качества принято делить на следующие группы:
Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:
Подразделяется на шесть категорий.
Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.
Маркировка стали
Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).
Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)
Степени раскисления стали
Существует 3 степени раскисления стали.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.
Кипящая сталь
Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.
Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.
Спокойная сталь
Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. Содержание кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.
Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.
Полуспокойная сталь
Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.
Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.
Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.
Стали кипящие, полуспокойные и спокойные: отличия и сходства
Существует несколько параметров, по которым можно разделить все стальные сплавы на классы или категории. Наряду с химическим составом и сферой применения не менее важна степень раскисления металла. По этому показателю выделяют стали нераскисленные (кипящие), раскисленные (спокойные), а также «средний» вариант – полураскисленные (полуспокойные).
Что такое раскисление
Под раскислением понимают процесс удаления из стального расплава растворенного в нем кислорода, ухудшающего механические свойства будущего металла и потому являющегося вредной примесью. В химическом плане он означает отъем атомов кислорода из оксида железа, что по сути является восстановлением железа (из оксидов). Потому назвать раскисление «восстановлением» также будет верно. Термин применим преимущественно к сталям, также процесс важен для некоторых других сплавов с большим содержанием железа.
Зачем нужно удалять кислород?
В несвязанном состоянии кислород существенно ухудшает технические характеристики стальных черных сплавов, в первую очередь – их вязкость. Но даже в связанном виде кислород приносит металлу вред: его окислы чаще всего непрочные и выступают концентраторами напряжений. Их наличие в структуре сплава заметно уменьшает его выносливость. Кислород также уменьшает сопротивляемость стали хрупкому разрушению.
Методы раскисления
Процесс запускается добавлением в расплав веществ, которые характеризуются лучшим взаимодействием с кислородом, чем железо. Такими веществами может выступать алюминий, образующий устойчивое соединение Al2O3, этот оксид выделяется в расплавленном металле в виде отдельных твердых зерен. Раскисляющими элементами также являются:
Современная металлургия использует несколько технологий раскисления. Описанный выше метод с добавлением алюминия, углерода, кальция, кремния или марганца – это осаждающий метод. Если эти же вещества применяются в других пропорциях и воздействуют не столько на основной массив расплава, сколько на образующиеся шлаки – это раскисление диффузионное (экстракционное).
Шлаки также могут выступать раскисляющими веществами. Особенно часто для этого используются шлаки с большим содержанием оксидов кальция и алюминия CaO и Al2O3. Процесс протекает в дуговой печи, куда добавляются нужные объемы шлака. Эта технология дополнительно снижает содержание серы в готовом продукте. Этого же (десульфуризации) можно добиться методом ЭШП – электрошлаковым переплавом: расплав переливается в специальную шлаковую ванну и подвергается воздействию высокой температуры. Кроме обессеривания, такая технология позволяет очистить продукт и от некоторых других нежелательных неметаллических добавок.
Еще одна распространенная технология – вакуумно-углеродное восстановление. В этом случае весь процесс происходит в условиях вакуума, а раскислителем выступает углерод, восстановительные свойства которого выражены значительно сильнее в разреженном пространстве.
Кипящая сталь
Ее нельзя назвать полностью раскисленой. В момент разливки расплава в формы вещество буквально кипит, что вызвано обильным выделением газов. Кипение продолжается и в изложницах: химическое взаимодействие содержащихся в сплаве углерода и кипения вызывает обильное образование и выход на поверхность пузырей оксида углерода СО.
Этот вариант стали наиболее насыщен газообразными элементами и потому максимально неоднороден. Последнее свойство вызывает неравномерность застывания металла в изложницах: химические элементы распределены по объему слитка в разных пропорциях, потому и физические свойства разных частей отливки могут серьезно различаться.
В головной (самой верхней, с усадочной раковиной) части отливки скапливается максимум углерода, а также нежелательных включений (серы, фосфора). Чтобы получить продукцию должного качества, часть слитка (до 5% от общего веса) приходится удалять. Иначе скопление серы в этой части изделия:
Такая сталь достаточно хрупкая, плохо сваривается, восприимчива к коррозии. Раскисление ее любым из способов позволяет связать растворенный в расплаве кислород, одновременно поддерживая продолжительный высокотемпературный режим. Длительное воздействие на металл высокой температуры стимулирует газоудаление и связывание шлаков. Кроме того, это гарантирует образование множественных участков кристаллизации и как результат – микрозернистой структуры. Это способствует повышению качества готовой продукции.
Несмотря на то, что эксплуатационные характеристики кипящей стали ниже аналогичных параметров спокойных и полуспокойных сплавов и потому она не применяется для производства ответственных деталей, такая сталь имеет и некоторые достоинства. Например, она довольно пластична, содержит минимум неметаллических включений (после удаления некондиционной части слитка). Кроме того, стоимость ее выплавки ниже, чем стоимость производства аналогов. Узнать такой металл можно по литерам «кп» в его маркировке.
Закупоренная сталь
Это вариант кипящего стального сплава, кристаллизация которого после разливки в формах происходит при так называемом закупоривании, которое может быть:
Закупоривание призвано прервать кипение вещества, что повысит однородность материала в слитке. Несмотря на это, закупоренная марка стали технически все равно относится к кипящим.
Спокойная сталь
Корректно проведенный процесс раскисления делает сплав спокойным. В изложницах он застывает с равномерной кристаллизацией. Кипения, а также выделения газовых продуктов или искр не наблюдается. Для обозначения спокойных сплавов в маркировку добавляют литеры «сп». Если марка относится к нелегированным, эти литеры можно не указывать.
Такой сплав обладает плотной однородной структурой, что гарантирует получение высоких механических показателей. Он отлично сваривается, имеет хорошую сопротивляемость к ударным, вибрационным и прочим подобным нагрузкам. Сталь спокойного типа устойчива к хрупкому разрушению и потому балки и другие изделия из нее подходят для обустройства несущих конструкций, подвергающихся серьезным нагрузкам.
Полуспокойная (полураскисленная) сталь
Это промежуточная вариация между кипящей и спокойной, по техническим характеристикам чаще всего приближающаяся к последней и даже способная заменить ее. Она кристаллизуется с выделением достаточного количества газа, но количество и размеры пузырьков незначительны, активного кипения не наблюдается. Такая сталь обозначается буквами «пс» в маркировке после указания химического состава.
Что называют полуспокойной сталью
Применение и характеристики полуспокойной стали
Ключевое отличие стали – это способ ее производства и степень раскисления. Так, различают спокойные и полуспокойные виды материалов. Рассмотрим подробнее основные особенности и сферу применения полуспокойной стали.
Как получают полуспокойную сталь? Чем она отличается?
Сталь выбирают с учетом условий ее использования. Например, если надо изготовить силовые пружины или амортизаторы для автомобиля, применяют материал с отличными характеристиками упругости.
Основные свойства, по которым различается сталь:
Полуспокойную сталь удается получить путем специальной выплавки, предполагающей не полное раскисление материала (тогда как кипящая сталь требует полного раскисления). Данный вид стали приобретает твердость без кипения, поэтому в ее составе гораздо меньше пузырьков. По качеству полуспокойный вид является промежуточным между сталью спокойного и кипящего вида.
Есть несколько марок полуспокойной стали, включая углеродистый материал, изготавливаемый в соответствии с установленными стандартами. Реже встречаются низколегированные полуспокойные марки.
Качественная полуспокойная сталь пользуется высоким спросом, ее используют для производства различных строительных элементов и изготовления металлопрокатных изделий. Подробную информацию о материале и его характеристиках можно уточнить на сайте поставщика.
От производства сортового проката до изготовления гаек
Сталь, полностью раскисленная в процессе производства, имеет менее высокие показатели неоднородности состава. Материал полуспокойного типа стоит дешевле. Из стали получают качественный сортовой прокат: шестигранники, уголки, полосы, круги, листы и пр. Это востребованные виды изделий, применяемые в строительстве, машиностроении, станкостроении, изготовлении мебели и т.д.
Полуспокойная сталь применяется в производстве заготовок для трубного проката. Благодаря высокой прочности материал используют для получения несущих сварных конструкций, способных выдерживать значительные интенсивные нагрузки. Еще одна сфера применения – это производство крепежных изделий.
При выборе стали нужно ориентироваться на условия ее эксплуатации, включая температурный режим и уровень оказываемой нагрузки. Покупайте материал у крупного поставщика, который предложит широкий выбор марок стали и поможет определиться с выбором.
Полуспокойная сталь
Полуспокойной называют сталь, полученную при частичном раскислении в ковше, изложнице, печи. Такая сталь твердеет с меньшим выделением газов, чем кипящий металл, и с образованием усадочной раковины, меньшей по размерам, по сравнению со спокойной сталью. По техническим характеристикам полуспокойная сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей.
Характеристики
Для получения полуспокойных сталей обычно используются сплавы с содержанием углерода 0,15-0,3% обыкновенного качества и качественные. При производстве полураскисленного металла до начала выделения газов слиток покрывается коркой значительной толщины. Если сталь раскислена правильно, то усадочная раковина отсутствует, а в центральной верхней части слитка концентрируются широко рассеянные пузыри воздуха, которые закатываются при прокатке на станах. Если раковина присутствует, то отходы составляют примерно 8%.
Основные области применения:
Марки полуспокойной стали
Отличия полуспокойной стали от спокойной
По отношению к полностью раскисленной полураскисленная сталь характеризуется:
Наличие некоторого количества свободного кислорода снижает качества прочности и пластичности полуспокойной стали.
ПОЛУСПОКОЙНАЯ СТАЛЬ
сталь, получ. при раскислении (в печи, ковше или изложнице)жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при производстве кипящей стали. П. с. затвердевает без кипения, но с выделением газов. В слитке П. с. содержится меньше пузырей, чем в слитке кипящей стали, а усадочная раковина меньше, чем в слитке спокойной стали. П. с. по качеству занимает среднее место между кипящей и спокойной сталью, частично заменяя последнюю (гл. обр. в виде конструкц. стали). П. с. дешевле спокойной стали, а выход годного проката из слитков при производстве П. с. на 8 — 10% выше.
Смотреть что такое «ПОЛУСПОКОЙНАЯ СТАЛЬ» в других словарях:
ПОЛУСПОКОЙНАЯ СТАЛЬ — сталь, полученная при раскислении (в печи, ковше или изложнице) жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но больше, чем при производстве кипящей стали. Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением газов … Металлургический словарь
полуспокойная сталь — Сталь, которая не полностью раскислена и содержит достаточно растворенного кислорода, чтобы реагировать с углеродом, образуя монооксид углерода, таким образом избегая усадки при затвердевании. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики… … Справочник технического переводчика
полуспокойная сталь — [semi killed steel] сталь, полученная при раскислении жидкого металла (обычно Mn и Al) менее полно, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при выплавке кипящей стали; в изложнице такая сталь не «кипит», но происходит рост головной… … Энциклопедический словарь по металлургии
Полуспокойная сталь — Semikilled steel Полуспокойная сталь. Сталь, которая не полностью раскислена и содержит достаточно растворенного кислорода, чтобы реагировать с углеродом, образуя монооксид углерода, таким образом избегая усадки при затвердевании. (Источник:… … Словарь металлургических терминов
Полуспокойная сталь — Capped steel Полуспокойная сталь. Состояние поверхности слитка полуспокойной стали близко к поверхности кипящей стали. Остальные характеристики имеют промежуточное значение между кипящей и спокойной сталями. (Источник: «Металлы и сплавы.… … Словарь металлургических терминов
Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии
Сталь (сплав железа с углеродом) — Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С. ‒ важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы… … Большая советская энциклопедия
полуспокойная сталь
Смотреть что такое «полуспокойная сталь» в других словарях:
ПОЛУСПОКОЙНАЯ СТАЛЬ — сталь, полученная при раскислении (в печи, ковше или изложнице) жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но больше, чем при производстве кипящей стали. Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением газов … Металлургический словарь
полуспокойная сталь — Сталь, которая не полностью раскислена и содержит достаточно растворенного кислорода, чтобы реагировать с углеродом, образуя монооксид углерода, таким образом избегая усадки при затвердевании. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики… … Справочник технического переводчика
Полуспокойная сталь — Semikilled steel Полуспокойная сталь. Сталь, которая не полностью раскислена и содержит достаточно растворенного кислорода, чтобы реагировать с углеродом, образуя монооксид углерода, таким образом избегая усадки при затвердевании. (Источник:… … Словарь металлургических терминов
Полуспокойная сталь — Capped steel Полуспокойная сталь. Состояние поверхности слитка полуспокойной стали близко к поверхности кипящей стали. Остальные характеристики имеют промежуточное значение между кипящей и спокойной сталями. (Источник: «Металлы и сплавы.… … Словарь металлургических терминов
ПОЛУСПОКОЙНАЯ СТАЛЬ — сталь, получ. при раскислении (в печи, ковше или изложнице)жидкого металла, менее полном, чем при выплавке спокойной стали, но большем, чем при производстве кипящей стали. П. с. затвердевает без кипения, но с выделением газов. В слитке П. с.… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии
Сталь (сплав железа с углеродом) — Сталь (польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С. ‒ важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей промышленности. Масштабы… … Большая советская энциклопедия
Раскисление стали. Кипящая, спокойная, полуспокойная сталь
На рисунке ниже показаны восемь типичных состояний промышленных стальных слитков, которые были отлиты в идентичные, сужающиеся к верху изложницы. Они распложены и пронумерованы по степени подавления выделения газов при затвердевании. Штриховыми линиями показан уровень, до которого сталь первоначально разливалась в каждой изложнице. В зависимости от содержания углерода, а еще более – от содержания кислорода, структура слитков различается. Под номером 1 идет полностью успокоенная сталь, спокойная сталь
, а под номером 8 — сталь, к которой не применяли операции раскисления, сильно
кипящая сталь
.
Рисунок — Восемь типичных состояний промышленных стальных слитков с различной степенью раскисления
Стали при разливке в слитки классифицируют по трем основным типам в зависимости от степени раскисления или, что тоже самое, по количеству газов, выделяющихся в ходе затвердевания слитка.
К этим четырем типам относятся: — спокойная сталь; — полуспокойная сталь
Спокойная сталь
По-английски спокойную сталь называют слегка «устрашающе» — killedsteel
. Cпокойная сталь – это сталь, у которой практически не происходит выделения газов при затвердевании слитка после его разливки. Это обеспечивается полным раскислением стали — полным удалением из нее кислорода и образованием усадочной раковины в верхней части слитка. Эта часть слитка затем отрезается и отправляется в лом.
Все легированные стали, большинство низколегированных сталей и многие углеродистые стали обычно применяют в виде спокойных сталей. При непрерывной разливке сталь также «успокаивают» полностью. Спокойная сталь характеризуется гомогенной структурой и равномерным распределением химического состава и свойств.
Для получения спокойной стали ее раскисляют алюминием, а также марганцевыми или кремнистыми ферросплавами. Кроме того, иногда применяют силицид кальция и другие специальные раскислители.
Полуспокойная сталь
В полуспокойной стали выделение газов при ее раскислении подавляется не полностью, так как сталь раскисляется только частично. По-английски это называют semikilledsteel
. Степень выделения газов в этих сталях больше, чем в спокойных сталях, но меньше чем в кипящих. До начала выделения газов в слитке образуется корка слитка значительной толщины. У правильно «полураскисленного» стального слитка отсутствует усадочная раковина, но есть широко рассеянные по толщине пузыри в центральной зоне верхней части слитка. Эти пузыри, однако, завариваются при прокатке слитка. Полуспокойные стали обычно имеют содержание углерода от 0,15 до 0,30 %. Они находят широкое применение при производстве сортового проката, штрипса и труб.
Главными отличиями полуспокойных сталей являются: 1) различная степень неоднородности химического состава – средняя между степенями спокойной и кипящей сталей; 2) меньшая сегрегация химических элементов, чем в спокойной стали; 3) выраженная тенденция положительной химической сегрегации в центре верхней части слитка (рисунок).
Сталь: кипящая, полуспокойная, спокойная. Основные отличия
Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.
В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.
Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.
состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные.
Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.
Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.
Химический состав сталей обыкновенного качества
Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.
Маркировка стали
Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).
Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)
Степени раскисления стали
Существует 3 степени раскисления стали.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.
Кипящая сталь
Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.
е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно.
Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.
Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.
Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом).
Кипящая сталь – довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.
Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.
Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.
Спокойная сталь
Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.
Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.
Полуспокойная сталь
Промежуточной по качественным показателям – является полуспокойная сталь.
Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.
Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 – 10% лучше.
Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.
Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.
Кипящая сталь
Кипящая сталь характеризуется: — большой степенью выделения газов при затвердевании стали в изложнице; — заметным различием химического состава по поперечному сечению слитка и между верхней и нижней частями слитка (см. рисунок).
Это приводит к образованию в наружной оболочке слитка относительно чистого железа и внутренней сердцевины слитка с высокой концентрацией легирующих и примесных элементов, особенно, углерода, азота, серы и фосфора, которые имеют низкую температуру плавления. Более чистую наружную часть слитка применяют при прокатке. Слитки из кипящей стали хорошо подходят для производства многих изделий, таких как плиты, листы, проволока, трубы, а также сортовой прокат с требованиями по чистоте поверхности и вязким свойствам.
Технология производства кипящих сталей ограничена максимальным содержанием углерода и марганца. Эта сталь не содержит сколько-нибудь заметных количеств сильных раскислителей, таких как алюминий, кремний или титан. Кипящая сталь является более дешевой, чем спокойная и полуспокойная, так для нее применяют только небольшое количество раскислителя, а верхняя часть слитка не отправляется в лом.
В чем отличие кипящей стали от спокойной? Когда и какую из них рекомендуется применять?
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Я. КУПАЛЫ»
по дисциплине«Материаловедение»
| Выполнил: ____________ подпись | Свертока А.А. |
| Специальность: ТЭА; Курс: 2; Форма обучения: дневная; Группа:3; | |
| Проверил: ____________ подпись | Струк В. А. |
1. В чем отличие кипящей стали от спокойной? Когда и какую из них рекомендуется применять?………………….……………………………….4
2. Напишите о сущности превращения аустенита в перлит при непрерывном охлаждении стали. Когда это превращение важно практически?………………………………………………………………………….6
3. Что собой представляют порошковые материалы? Как их получают и где применяют?………………………………………………………………………….8
4. Приведите схемы различных структур звеньев макромолекул. Каково их влияние на свойства полимера?…………………………………………….11
Список используемых источников……………………………………………… 14
Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико. Во многих случаях количество звеньев может считаться достаточным, чтобы отнести молекулу к полимерам, если при добавлении очередного мономерного звена молекулярные свойства не изменяются. Как правило, полимеры — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов.
Сталь— смесь или твердый раствор железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Сталь — важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта, строительства и прочих отраслей промышленности. Стали с высокими упругими свойствами находят широкое применение в машино- и приборостроении. В машиностроении их используют для изготовления рессор, амортизаторов, силовых пружин различного назначения, в приборостроении — для многочисленных упругих элементов: мембран, пружин, пластин реле, сильфонов, растяжек, подвесок.
Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: (1) производство порошков, (2) смешивание порошков, (3) уплотнение (прессование, брикетирование), (4) спекание. Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом.
В чем отличие кипящей стали от спокойной? Когда и какую из них рекомендуется применять?
По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали.
Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали.
Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400 %, серы – 900 % от их среднего содержания.
В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60 %, а по сере на 110 % превышает их среднее содержание в стали.
Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора. Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали. Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т50 у нее на 10–20 °С выше по сравнению с Т50 для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14–20 мм и более) из кипящей стали.
Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали.
Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12–16 % по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь дороже кипящей.
Существует сталь с промежуточной степенью раскисления – полуспокойная. В отличие от кипящей она обрабатывается перед разливкой небольшим количеством раскислителей.
По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.
Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного составляет около 90 %.
Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.
2. Напишите о сущности превращения аустенита в перлит при непрерывном охлаждении стали. Когда это превращение важно практически?
Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита. Для описания кинетики распада переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами изотермического превращения аустенита (время – температура – степень распада). Образцы нагревают до температур стабильного аустенита, затем быстро охлаждают до температур ниже точки Аr1 и выдерживают при данной температуре до полного распада аустенита. Результаты – кривая количества распавшегося аустенита в зависимости от времени с начала распада (рис.1).
Рисунок 1 – Диаграмма изотермического распада аустенита
Перлитное превращение переохлажденного аустенита протекает при температуре Аr 1 – 5000С. В процессе превращения происходит полиморфное g®a превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры: А®Ф+Fe3C
Перед распадом аустенита углерод диффундирует внутри аустенита и скапливается в определенных местах на границе зерна аустенита и образованием зародышей цементита (рис.2)
Рисунок 2 – Схема возникновения и роста перлитного зерна
Рост зародышей цементита происходит за счет диффузии углерода из прилегающих областей аустенита, что приводит к обеднению углеродом и способствует превращению в феррит. Поэтому рядом с цементитными пластинами всегда образуются пластиня феррита. Процесс роста пластин продолжается до столкновения перлитных зерен.
Чем ниже температура распада аустенита, тем дисперснее феррито-цементитная смесь. Степень дисперсности характеризуют межпластинчатым расстоянием, оно равно усредненной суммой двух соседних толщин ферритной и карбидной пластин.
Перлит образуется при распаде аустенита при малых степенях переохлаждения (до температур около 7000С). Твердость перлита НВ 180-250, l0 =0,6-1,0 мкм.
При переохлаждениях до 6500С образуется мелкая феррито-карбидная смесь, которая называется сорбит. Твердость сорбита НВ 250-330, l0+0,25-0,3 мкм. При охлаждении аустенита до 5500С образуется еще более мелкая феррито-карбидная смесь – троостит. Твердость троостита НВ 330-400, l0=0,1-0,15 мкм. Сорбит и троостит называют квазиэвтектоидами, а перлит – эвтектоидом.
Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Следовательно, нагрев до высокой температуры образования гомогенного аустенита позволяет получать пластинчатый перлит. Если температуры нагрева недостаточно высоки, аустенит при них неоднороден, то в процессе его распада образуется зернистый перлит. Вероятно, оставшиеся не растворенными в аустените частицы являются дополнительными центрами кристаллизации и способствуют образованию зернистого цементита.
Твердость и прочность стали с феррито-перлитной смесью прямопропорциональны суммарной поверхности раздела между ферритом и цементитом. Поэтому, чем дисперснее структура стали, тем выше твердость, пределы прочности, текучести и выносливости возрастают. Относительное сужение и удлинение максимальны у сорбита, у троостита они падают.
«Закупоренная» сталь
По-английски кипящая сталь – это обычно rimmedsteel
. От английского слова rim – обод, оправа, бандаж. Это термин отражает основную особенность слитка кипящей стали – наружную оболочку (оправа, обод, бандаж) из чистой стали. В англоязычной технической литературе описывают еще один тип кипящей стали –
cappedsteel.
Сappedsteel–
это тип стали с характеристиками аналогичными для кипящей стали, но по степени подавления выделения газов при затвердевании она располагается между полуспокойной и кипящей сталями (см. рисунок). Название этого типа сталей происходит от английского слова
cap
в русском значении «крышка», так эти слитки после разливки механически или химически закрывают, «закупоривают» сверху. Поэтому их русским термином могло бы быть «закупоренные стали».
Для производства «закупоренных» стальных слитков применяют меньше раскислителей, чем для полуспокойных слитков. Это дает возможность в определенной степени управлять формированием наружного слоя слитка при его затвердевании.
Технология закупоривания слитков является вариацией технологии производства кипящей стали. Операция закупоривания слитка ограничивает время для выделения газов и предотвращает образование чрезмерного количества газовых пузырей внутри слитка. Закупоренные слитки обычно применяют к сталям с содержанием углерода более 0,15 %, из которых производят листы, ленты, тонкие плиты, штрипсы, проволоку и прутки.
При механическом закупоривании стальных слитков применяют тяжелые чугунные крышки, чтобы загерметизировать изложницу сверху и остановить образование наружной оболочки, как это происходит у кипящих слитков. Химическое закупоривание слитков производят в открытых изложницах. Закупоривание выполняется путем добавки алюминия или ферросилиция сверху изложницы, что приводит к быстрому затвердеванию верхней поверхности слитка. Верхняя часть слитка потом отрезается и отправляется в лом.