Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свойства сталей

Свойства сталей

Влияние углерода на структуру и свойства сталей

Механические свойства углеродистой стали зависят главным образом от содержания углерода. С ростом содержания углерода в стали увеличивается количество цементита и соответственно уменьшается количество феррита, т.е. повышаются прочность и твердость и уменьшается пластичность. Прочность повышается только до 1% С, а при более высоком содержании углерода она начинает уменьшаться. Происходит это потому, что образующаяся по границам зерен в заэвтектоидных сталях сетка вторичного цементита снижает прочность стали.

С увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита – очень твердой и хрупкой фазы. Твердость цементита превышает твердость феррита примерно в 10 раз (800HB и 80HB соответственно). Поэтому прочность и твердость стали растут с повышением содержания углерода, а пластичность и вязкость, наоборот, снижаются .

При повышении содержания углерода до 0,8% увеличивается доля перлита в структуре (от 0 до 100%), поэтому растут и твердость, и прочность. Но при дальнейшем росте содержания углерода появляется вторичный цементит по границам перлитных зерен. Твердость при этом почти не увеличивается, а прочность снижается из-за повышенной хрупкости цементитной сетки.

C увеличением содержания углерода в стали изменяются и физические свойства: снижается плотность, повышаются удельное электросопротивление и коэрцитивная сила, понижаются теплопроводность и магнитная проницаемость.

Кроме того, увеличение содержания углерода приводит к повышению порога хладноломкости: каждая десятая доля процента повышает t50 примерно на 20є. Это значит, что уже сталь с 0,4%С переходит в хрупкое состояние примерно при 0ºС, т. е. менее надежна в эксплуатации.

Углерод в железоуглеродистом сплаве находится главным образом в связанном состоянии в виде цементита. В свободном состоянии в виде графита он содержится в чугунах. С увеличением содержания углерода возрастает твердость, прочность и уменьшается пластичность.

Влияет содержание углерода и на все технологические свойства стали: чем больше в стали углерода, тем она труднее обрабатывается резанием, хуже деформируется (особенно в холодном состоянии) и хуже сваривается.

Характеристика

Характеристики и структуру металла меняют, используя термическую обработку, посредством которой, достигают нужной твердости поверхности или других требований для применения стальной конструкции. Однако, не все структурные свойства поддаются корректировке с помощью термических методов. К таким структурно-нечуствительным характеристикам относят жесткость, выраженную модулем упругости или модулем сдвига. Это учитывают при проектировании ответственных узлов и механизмов в различных сферах машиностроения.

Читайте так же:
Как приварить навесы на калитку

В случаях, когда расчет прочности узла требует применения деталей малых размеров, способных выдержать требуемую нагрузку, применяют термическую обработку. Такое воздействие на «сырую» сталь позволяет увеличить жесткость материала в 2-3 раза. К металлу, который подвергают такому процессу, предъявляют требования по количеству углерода и других примесей. Называют эту сталь – повышенного качества.

Классификация углеродистой стали по степени раскисления

На разделение углеродистых сталей на различные типы оказывает влияние в том числе такой параметр, как степень раскисления. В зависимости от данного параметра углеродистые стальные сплавы делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Более однородной внутренней структурой отличаются спокойные стали, раскисление которых осуществляют, добавляя в расплавленный металл ферросилиций, ферромарганец и алюминий. За счет того, что сплавы данной категории были полностью раскислены в печи, в их составе не содержится закиси железа. Остаточный алюминий, который препятствует росту зерна, наделяет такие стали мелкозернистой структурой. Сочетание мелкозернистой структуры и практически полное отсутствие растворенных газов позволяет формировать качественный металл, из которого можно изготавливать наиболее ответственные детали и конструкции. Наряду со всеми своими достоинствами углеродистые стальные сплавы спокойной категории имеют и один существенный недостаток – их выплавка обходится достаточно дорого.

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Строение стального слитка зависит от степени раскисленности стали

Экономичными, но и менее качественными являются кипящие углеродистые сплавы, при выплавке которых используется минимальное количество специальных добавок. Во внутренней структуре такой стали из-за того, что процесс ее раскисления в печи не был доведен до конца, присутствуют растворенные газы, которые негативно отражаются на характеристиках металла. Так, азот, содержащийся в составе таких сталей, плохо влияет на их свариваемость, провоцируя образование трещин в области сварного шва. Развитая ликвация в структуре этих стальных сплавов приводит к тому, что металлический прокат, который из них изготовлен, имеет неоднородность как по своей структуре, так и по механическим характеристикам.

Читайте так же:
Как сделать ударный механизм в домашних условиях

Промежуточное положение и по своим свойствам, и по степени раскисления занимают полуспокойные стали. Перед заливкой в изложницы в их состав вводят небольшое количество раскислителей, благодаря чему металл затвердевает практически без кипения, но процесс выделения газов в нем продолжается. В итоге формируется отливка, в структуре которой содержится меньше газовых пузырей, чем в кипящих сталях. Такие внутренние поры в процессе последующей прокатки металла практически полностью завариваются. Большая часть полуспокойных углеродистых сталей используется в качестве конструкционных материалов.

Общие сведения о сталях

На данный момент различают две основные группы сталей:

  • углеродистые стали
  • легированные стали

В чем их отличие?

Следует сначала отметить, что все стали — это сплавы железа и углерода. Но специфика углерода породила необходимость получения сталей с более прочными характеристиками: при увеличении содержания углерода до 1,2 % прочность стали увеличивается, а пластичность и упругость стали понижается. Поэтому пришлось разрабатывать другие сплавы с углеродом, которые имеют улучшенные те или иных характеристики. Так и были созданы легированные стали путем добавления таких химических элементов, например, как хром Cr, никель Ni, вольфрам W, ванадий V, молибден Mo, титан Ti и др. За счет них легированной стали придается прочность, твердость, упругость, а также повышаются антикоррозионные свойства.

Классификация углеродистых сталей

Так как сфер применения сталей огромное множество, и они непосредственно соприкасаются с различными средами и могут эксплуатироваться при низких или высоких температурах, выделяются следующие подгруппы углеродистых сталей:

  • конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества
  • конструкционные качественные углеродистые стали
  • инструментальные углеродистые стали

В зависимости от процентного содержания углерода выделяются также:

  • низкоуглеродистые стали — менее 0,3%
  • среднеуглеродистые стали — 0,3-0,7%
  • высокоуглеродистые стали — 0,7-2%
Читайте так же:
Как сварить оцинкованную трубу электросваркой

Основная классификация легированных сталей

Существует два основных критерия, по которым классифицируются легированные стали, — это их назначение и процентное содержание добавок.

Так, в зависимости от назначения выделяют:

  • конструкционные легированные стали
  • инструментальные легированные стали
  • стали специального назначения: коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаростойкие, жаропрочные, электротехнические

А в зависимости от количественного содержания дополнительных химических элементов существуют:

  • низколегированные стали — содержание добавок менее 5%
  • среднелегированные -5-10%
  • высоколегированные — более 10%

В металлургической промышленности стали классифицируются еще по нескольким параметрам, например:

  • классификация сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо качественные
  • классификация сталей по степени раскисления (по степени пластичности): спокойные, полуспокойные и кипящие

Применение углеродистых и легированных сталей при производстве резервуаров и емкостей

В государственных стандартах, регламентирующих проектирование и изготовление вертикальных и горизонтальных емкостей, указывается возможность применения тех или иных марок сталей для основных и вспомогательных конструкций.

Для подбора конкретной марки стали для изготовления резервуаров, инженеры-проектировщики проводят необходимые расчеты и анализ условий эксплуатации. Так, основными параметрами для выбора определенной марки стали являются:

  • расчетное давление
  • минимальная расчетная температура
  • максимальная расчетная температура
  • коррозионная активность рабочей среды

Со стороны сталей наиболее релевантными характеристиками являются:

  • минимальный предел текучести
  • расчетная температура металла
  • ударная вязкость
  • коррозионная стойкость материала
  • пластичность и др.

Проанализировав существующую нормативную базу по производству резервуаров и емкостей, можно привести следующие итоги:

  • горизонтальные резервуары (по ГОСТ 17032-2010) должны изготавливаться из углеродистой полностью раскисленной стали (основные металлоконструкции) и углеродистой полуспокойной или кипящей стали (вспомогательные конструкции)
  • вертикальные резервуары (по ГОСТ 31385-2008 и СТО 0048-2005) должны изготавливаться из спокойных низкоуглеродистых и низколегированных сталей, для вспомогательных конструкций возможно применение полуспокойных и кипящих сталей
  • сосуды и аппараты (по ГОСТ 52630-2012) могут изготавливаться из углеродистых сталей, коррозионно-стойких и низколегированные, жаростойких и жаропрочных толстолистовой стали
Читайте так же:
Изобретение эдисоном фонографа год

Для Вашего удобства ниже приведем таблицу маркировок и расшифровок наиболее часто используемых марок стали при производстве резервуаров и емкостей.

Маркировки и расшифровка марок сталей

МаркировкаРасшифровка
Ст3спконструкционная углеродистая обыкновенного качества сталь
09Г2Сконструкционная низколегированная сталь
08Х13сталь коррозионностойкая и жаростойкая ферритного класса.
10Х17Н13М2Тсталь коррозионностойкая аустенитного класса
12Х18Н9сталь коррозионностойкая и жаростойкая аустенитного класса
08Х18Н10сталь коррозионностойкая, жаропрочная, аустенитного класса
12Х18Н9Тсталь коррозионностойкая аустенитная класса
08Х18Н10Тсталь коррозионностойкая и жаростойкая аустенитного класса
12Х18Н12Тсталь коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная аустенитного класса
08Х18Г8Н2Тсталь коррозионностойкая аустенитно-ферритного класса
08Х22Н6Тсталь коррозионностойкая аустенитно-ферритного класса
ВСт3спсталь конструкционная
10Х14Г14Н4Тсталь конструкционная криогенная аустенитного класса

Для справки: Нормативная база по углеродистым и легированным маркам стали

Для производства качественных резервуаров и емкостей Заводы-изготовители используют металлопрокат, отвечающий требованиям государственных стандартов в зависимости от марки стали:

  • ГОСТ 380-2005 "Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки"
  • ГОСТ 1050-2013 "Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия"
  • ГОСТ 4543-71 "Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия"
  • ГОСТ 27772-88 "Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия"
  • ГОСТ 5520-79 "Прокат листовой из углеродистой, низколегированной и легированной стали для котлов и сосудов, работающих под давлением. Технические условия"
  • ГОСТ 19281-2014 "Прокат повышенной прочности. Общие технические условия"
  • ГОСТ 14637-89 "Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия"
  • ГОСТ 7350-77 "Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия"
  • ГОСТ 535-2005 "Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия"
  • ГОСТ 10885-85 "Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая. Технические условия"

Из всего вышеперечисленно можно сделать вывод, что резервуары и емкости могут изготавливаться из различных марок стали. Главное условие для выбора стали — это способность выдерживать нагрузки от эксплуатации (внешние и внутренние).

Если у Вас есть вопросы по используемому металлопрокату, Вы можете позвонить нам по телефону 8-800-555-9480, и наши специалисты ответят на них.

Состав и применение легированных сталей

Применение сплавов обусловлено их химическим составом. Так, строительные низколегированные стали используются для металлических конструкций с равномерно распределенной нагрузкой между всеми элементами. Единственное требование – хорошая свариваемость.

Виды конструкционных сталей:

  • Улучшаемые, с высоким содержанием хрома, обогащенные бором, никелем, молибденом, марганцем. Предназначены для термообработки.
  • Пружинно-рессорные. Эти сплавы легируются кремнием, кобальтом, марганцем, бором, титаном. Используются в производстве транспорта.
  • Подшипниковые. Обладают повышенной твердостью и износостойкостью. Обязательно содержат хром и минимум неметаллических добавок.
  • Теплоустойчивые. Используются для производства паровых нагревателей.

Инструментальные стали для фрез, резцов, метчиков легируются хромом, ванадием, титаном и др. добавками. Это очень дорогие быстрорежущие сплавы, поэтому используются только в режущих плоскостях. Для измерительных инструментов сталь легируют хромом, вольфрамом и марганцем. Это обеспечивает твердость и сохранение первоначальных размеров.

Стали с особыми свойствами:

  • Высокопрочные. Это высоколегированные стали со специально подобранным составом. Применяются для изготовления ответственных узлов механизмов.
  • Нержавеющие, с добавками марганца и хрома. Применяются для работы в химически агрессивных средах. Используются для изготовления труб.
  • Износостойкие, с высоким содержанием марганца. Используются для изготовления стрелок на железных дорогах, гусениц, горного оборудования, ковшей экскаваторов.

К этой группе относятся также жаропрочные, жароустойчивые, магнитные, немагнитные, реостатные, с высоким электросопротивлением сплавы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector