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
