Основы теории окислительной плавки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ



Оглавление

десульфурация марганец сталеплавильный шлакообразование

1. Питание сталеплавильной ванны кислородом

2. Реакция окисления углерода

3. Реакция окисления кремния

4. Реакция окисления марганца

5. Окисление фосфора

6. Десульфурация металла

7. Шлакообразование

8. Раскисление стали

9. Классификация марок стали

10. Маркировка сталей за рубежом

Литература



1. Питание сталеплавильной ванны кислородом

Выплавка стали в мартеновских печах осуществляется за счет сжигания топлива в потоке воздуха. В атмосфере рабочего пространства при этом присутствуют СО2, Н2О, О2. Эти же газы находятся в атмосфере электродуговых печей. В конвертерных процессах чугун продувают воздухом или технически чистым кислородом. Т.е. во всех случаях атмосфера в сталеплавильных агрегатах окислительная; парциальное давление кислорода в зависимости от типа процесса колеблется от 20 до 100 КПа, а равновесное с металлом (с растворенным в металле кислородом) составляет 10 -3…10 - 5 Па. Т.е. имеется значительный окислительный потенциал, благодаря чему процесс поступления кислорода в металл и его расходование на окисление примесей идет непрерывно.

Из атмосферы мартеновской печи поступает до 30 кг кислорода на тонну стали, из атмосферы кислородного конвертера - до 80 кг.

Переход кислорода из газовой фазы в металл может осуществляться по нескольким схемам:

1. Путем непосредственного контакта металла с атмосферой при продувке ванны воздухом или кислородом.

2. С помощью корольков (капель) металла, образующихся всегда в больших количествах, как при кипении, так и при продувки ванны. При этом корольки взаимодействуют и с атмосферой, и со шлаками.

Кислород из атмосферы может поступать в металл через шлак в несколько этапов:

- взаимодействие окислительного газа с оксидом железа на поверхности шлака по реакции:

(1) 

- транспортировка образовавшегося оксида на границу шлак - металл и взаимодействие его с железом по реакции:

(Fe2O3) + [ Fe ] > 3(FeO) (2)

растворение части (FeO) в металле по реакции:

(FeO) > [ Fe] + [ O ] (3)

Растворившийся в металле кислород участвует в окислении примесей в объеме металла, а оставшаяся в шлаке часть (FeO) может расходоваться на ркисление примесей на границе шлак - металл или участвовать в переносе кислорода по описанной схеме.

4. Важная роль в питании ванны кислородом принадлежит твердым окислителям, которые вносятся в агрегат во время загрузки шихты и по ходу плавки.

2. Реакция окисления углерода

Основная составляющая шихты при выплавке стали - чугун - содержит в среднем 4%. В готовой стали содержание углерода в большинстве случаев исчисляется десятыми долями процента, поэтому скорость окисления углерода определяет продолжительность плавки, и эту реакцию считают главной реакцией сталеплавильных процессов.

Углерод является основным потребителем кислорода. Установлено, что окисление углерода происходит в объеме металла по реакциям:

[ C ] + [ O ] = { CO } (4)

[ C ] + 2 [ O ] = { CO2 } (5)



Вторая реакция протекает при концентрациях углерода менее 0,05%, поэтому не будем ее рассматривать.

Объем выделяющихся газов многократно превышает объем металла, т.к. окисление 1кг углерода сопровождается образованием более 10м3 СО при температуре 1500?С. Это обеспечивает интенсивное перемешивание металла и шлака и ускоряет массообменные процессы. В мартеновском же и электросталеплавильном процессах это обеспечивает нагрев металла и усреднение его температуры по всему объему ванны. При отсутствии перемешивания вряд ли была возможна выплавка стали на подине мартеновской или какой-либо иной печи.

Кроме того, углерод является важным источником тепла. Например, в кислородно-конвертерном процессе при окислении углерода выделяется до 25% тепла в приходной части теплового баланса.

Константу равновесия реакции (4) с достаточной для практических целей точностью можно записать в таком виде:

Кс = (6)

Установлено, что при температуре сталеплавильных процессов произведение величин в знаменателе этого выражения является постоянной величиной

[ C ] [ O ] = 0,0025. (7)

Учитывая, что при выходе на поверхность металла давление СО в пузыре равно атмосферному Рсо = 1ат, выражение (6) записывают в виде

Кс = (8)

Тогда, с учетом (7) Кс = 400.

Уравнение (7) используют для определения соотношений концентраций углерода и кислорода в железе в состоянии равновесия при температуре сталеплавильных процессов.

В реальных условиях для протекания реакции обезуглероживания необходим некоторый избыток кислорода, что и наблюдается в действительности (рис. 1).

Из рассмотрения этой зависимости следует, что концентрация кислорода в металле контролируется углеродом и понижается с повышением концентрации углерода.

Окисление углерода может идти и на границах металла со шлаком и с газовой фазой соответственно по реакциям

[C] + (FeО) = {CO} + [Fe]

[C] + Ѕ{O2} = {CO}

Рис 1 Зависимость между содержанием [С] и [О] в металле для равновесных и действительных условий мартеновской ванны.



Важным в практическом отношении является вопрос о скорости окисления углерода, т.к. от этого зависит производительность агрегата.

Термодинамический анализ реакций окисления углерода показывает, что с увеличением температуры создаются более благоприятные условия для их протекания.

Минимальная температура перегрева металла над температурой ликвидус сплава составляет 30…- 40?С, и задача сталевара состоит в том, чтобы плавку вести горячо, обеспечивая тем самым сокращение длительности плавки.

Скорость окисления зависит от содержания углерода двояко: в области высоких концентраций ([C] > 0,1…0,2%) при постоянной скорости поступления кислорода она остается неизменной, а при меньших концентрациях падает. Указанный диапазон концентраций называют критическим, т.к. происходит изменение лимитирующего звена реакции: в области высоких концентраций скорость реакции контролируется доставкой кислорода в зону реакции, в области меньших концентраций лимитирующим звеном становится массоперенос углерода. Естественно, что с увеличением скорости подвода кислорода в зону реакции скорость окисления растет, одновременно увеличивается и критическая концентрация углерода (рис. 2)

Рис. 2 Зависимость скорости выгорания углерода от его концентрации в металле при различной интенсивности продувки ванны 900 т мартеновской печи кислородом, м3/ч:

1,2,3,4,5 - интенсивность доставки кислорода.

3. Реакция окисления кремния

Кремний сплавляется с железом в любых соотношениях, образуя соединения FeSi. Вследствие высокой активности по отношению к кислороду используется как раскислитель, по той же причине при выплавке стали находящийся в шихте кремний окисляется практически полностью, выделяя при этом значительное количества тепла. Окисление может протекать в объеме металла, на границе со шлаком, на границе металл - газ.

[Si] + 2[O] = (SiO2) (9)

[Si] + 2(FeО) = (SiO2) + 2[Fe] (10)

[Si] + {O2} = (SiO2) (11)

В основных сталеплавильных агрегатах окисление кремния идет до остаточных содержаний 0,01… 0,02%, т. к. ( SiO2) связывается основными оксидами в устойчивые комплексы. Поэтому рассмотрим реакцию (10).

Константа равновесия этой реакции имеет вид

(12)

откуда (13)

Рассматриваемая реакция экзотермическая, поэтому с понижением температуры растет значение К Si ,т.е. в начале плавки значение К Si большое.

В основных шлаках активность (SiO2) низкая, т.к. весь оксид связан в комплекс 2СаО SiO2. Активность FeO высокая.

Вследствие перечисленных причин кремний полностью окисляется уже в начале плавки и переходит в шлак.

В агрегатах с кислой футеровкой поведение кремния иное. Из-за высокой концентрации (SiO2) в шлаке (50 - 60%) высока и его активность. Активность же (FeO) в течение плавки меняется: вначале высокая, затем падает.

В начале плавки при низкой активности (SiO2), высоких значениях KSi и б (FeO) кремний интенсивно окисляется. Затем в связи с ростом температуры (KSi падает) концентрации и активности (SiO2) и снижением активности (FeO) начинается процесс восстановления кремния из шлака.

Поведение кремния по ходу плавки в агрегатах с кислой и основной футеровкой схематически представлено на рис. 3

Рис 3 Схема изменения содержания кремния в ходе мартеновской плавки: 1- кислый процесс (а - кремневосстановительный; б - промежуточный; в - активный); 2 - основной процесс.



4. Реакция окисления марганца

Марганец в сталях присутствует как раскислитель и легирующий компонент. Раскислительная способность его мала и в этом качестве он используется при производстве кипящих марок стали. В других типах сталей он обычно содержится в количестве до 0,5%, что обусловлено необходимостью устранения неблагоприятного влияния серы на свойства стали. В присутствии марганца растворенная в металле сера выделяется при кристаллизации в виде тугоплавких включений, что предотвращает красноломкость.

В больших количествах марганец является легирующим веществом и используется при производстве конструкционных, рессорно-пружинных, износостойких и др. марок стали.

Как кремний, марганец может окисляться в металле на границе со шлаком, на границе с атмосферой агрегата. Но основное количество марганца окисляется на границе металл - шлак по реакции:

[Mn] + (FeO) = (MnO) + [Fe] (14)

Для практических подсчетов константу равновесия этой реакции записывают в виде

KMn = (15)

[Mn] = (16)

Реакция окисления марганца относится к числу сильно экзотермических реакций. Т.е. окислению марганца будет способствовать низкая температура начального периода плавки (высокое значение KMn), высокое содержание (FeO) и низкая концентрация (МnO) в шлаке. По этим причинам в начальный период плавки окисляется 90 - 95% марганца. В конце плавки в связи с повышением температуры металла и снижением содержания FeO в шлаке идет обратный процесс - восстановление марганца из оксида шлака в металл. Поэтому потери марганца со шлаком составляют 70… 80% за плавку.

В кислых процессах окисление марганца идет более полно, т. к. MnO взаимодействует с SiO2 с образованием соединения 2MnO SiO2, что понижает активность MnO в шлаке и приводит к смещению реакции окисления марганца вправо. Т.е. марганец ведет себя в этом случае так же, как кремний в основных процессах.

5. Окисление фосфора

Как уже отмечалось, фосфор вредная примесь. Наличие его в стали понижает ее пластические свойства, свариваемость, повышает анизотропию механических свойств в прокате, вызывает синеломкость - повышенную хрупкость при температурах 500… 600?С.

В процессе плавки его удаляют из металла путем окисления на границе металл - шлак и металл - газ

2[P] + 5(FeO) = (P2O5) + 5[Fe] (17)

2[P] + 2,5{O2} = (P2O5) (18)

В объеме металла фосфор не окисляется, т.к. концентрация растворенного в металле кислорода контролируется углеродом и ниже равновесной с фосфором.

Оксид Р2О5 неустойчив при температуре сталеплавильных процессов, разлагается на исходные компоненты, и фосфор вновь переходит в металл.

Для удаления фосфора из металла в шлак оксид Р2О5 необходимо связать в устойчивые комплексы 3СаО ?Р2О5 или 4СаО ?Р2О5.

Поэтому окисление фосфора происходит только на границе металл - шлак по реакции:

2[P] + 5(FeO) + 4(CaO) = (4CaO ?P2O5) + 5[Fe] (19)

Реакция эта экзотермическая, поэтому при повышенных температурах в конце плавки могут создаться благоприятные условия для восстановления фосфора (рефосфорация). Приведенные ниже расчеты значений Кр подтверждают такую возможность.

(20)

t	1400	1500	1600
K	7.8 * 108	5 * 107	2.1 * 106

(21)

Из уравнения (21) следует, что удалению фосфора из металла способствует низкая температура (высокое значение Кр), высокое содержание FeO и CaO в шлаке, малое содержание фосфатов кальция в шлаке (скачивание шлака).



Рис 4 Зависимость отношения (% Р2О5) / [%P] от содержания закиси железа в шлаке (а) и отношения (%СаО) / (%FeO) (б) [цифры у кривых - основность шлака В = (%СаО) / (%SiO2)]

На практике часто используют коэффициент распределения фосфора между шлаком и металлом.

Зависимости Lp от содержания FeO в шлаке и от отношения (СаО)(FeO) при различной основности приведены на рис.4. Как видно из рисунков, существуют оптимальные значения этих аргументов, при которых значение Lp наибольшее.

Для предупреждения рефосфорации надо в конце плавки обновлять шлак: скачивается шлак предыдущего периода и наводится новыми присадками твердых окислителей и извести. Благодаря этому удается не только предотвратить рефосфорацию, но и достигнуть существенного снижения концентрации фосфора в металле (так называется горячая дефосфорация).

6. Десульфурация металла

Как и фосфор сера - вредная примесь, понижающая механические свойства, особенно пластичность, свариваемость, электротехнические и антикоррозионные свойства.

В жидком железе она имеет неограниченную растворимость, а при переходе в твердое состояние и охлаждении до нормальной температуры растворимость падает до 0,001 - 0,002%. Т.е. практически вся сера выпадает из раствора в виде сульфидов и оксифульфидов железа.

Чистый сульфид FeS имеет температуру плавления 1190?С. С железом FeS образует эвтектику, плавящуюся при температуре 988?С. Располагаясь по границам зерен, прослойки этих веществ являются причиной красноломкости - потери прочности металла под нагрузкой при температурах ковки и прокатки. Поэтому содержание серы в сталях обыкновенного качества ограничивают 0,05; в качественных - 0,04, в высококачественных 0,02…0,01% и ниже.

Десульфураторами являются Mn, Ca, Mq, Ce и другие металлы, и их оксиды. Но наиболее дешевым и распространенным является оксид кальция СаО.

[FeS] + (CaO) = (CaS) + (FeO) (22)

Ks = (23)

[S] = (24)

Т.к. CaS соединение весьма прочное, то температуру (и К1s) при термодинамическом анализе можно не принимать во внимание. Тогда, согласно (24), понижению содержания серы в металле способствует высокая концентрация СаО в шлаке и низкая окисляемость шлака.

Для характеристики серопоглатительной способности шлака используют коэффициент распределения серы между шлаком и металлом



(25)

Наиболее сильное влияние на его значение оказывает температура, основность шлака и окисленность металла. Наиболее высокие значения коэффициента распределения серы достигаются в доменной печи - 80…70; в кислородном конвертере и мартеновской печи он значительно ниже: до 10 и до 5 соответственно.

7. Шлакообразование

Побочным продуктом при выплавке стали является шлак. Он образуется в результате разрушения футеровки агрегата, окисления примесей чугуна и лома, присадок вспомогательных материалов.

Для осуществления различных технологических процессов в агрегат загружают железную руду, окалину, агломерат, окатыши, известняк, известь и т.д. При этом образуется расплав оксидов, называемый шлаком.

Его плотность и температура плавления ниже чем у металла, поэтому шлак находится на поверхности стали, покрывая ее.

Таким образом, источниками шлака являются:

- продукты окисления компонентов чугуна и лома (железа, кремния, марганца, фосфора, хрома и др.);

- продукты разрушения огнеупорной футеровки агрегатов;

- твердые окислители, шлакообразующие материалы и флюсы;

- пустая порода и загрязнение используемых материалов.

В течение всей плавки жидкий металл находится в контакте со шлаком. Состав и свойства шлака оказывают основное влияние на ход плавки и качество металла. Поэтому к шлаку предъявляются такие требования:

- в окислительные периоды плавки шлак должен обеспечивать интенсивный перенос кислорода из атмосферы в металл, в другие периоды и после выпуска в ковше - препятствовать этому процессу;

- обладать высокой сорбционной (поглотительной) способностью по отношению к вредным примесям (сере и фосфору) и неметаллическим включениям;

- препятствовать переходу в металл азота и водорода из атмосферы.

Главными компонентами шлака являются оксиды: FeO, CaO, SiO2, Al2O3, MqO. Если в составе шлака преобладают основные оксиды CaO, MqO, MnO, FeO Fe2O3, шлак называют основным. Если преобладают оксиды с кислотными свойствами SiO2 и P2O5 , шлак называют кислым. Основные и кислотные свойства характеризуют основностью, используя в качестве ее показателя отношение:

(26)

Кислые шлаки содержат до 55…60% SiO2, 10…15% MnO, 7…8%CaO. Они образуют в агрегатах с кислой футеровкой. Подавляющее количество выплавляют в агрегатах с основной футеровкой. В конечных шлаках этих агрегатов содержится 35…60% СаО +MqO, 10…25% FeO, 5…10% MnO, 15…30% SiO2. Состав и основность шлаков по ходу плавки меняются: первичные шлаки низкоосновные (В < 1,2…1,5), к концу плавки основность повышается до 2,5…3,5.

Другой важной характеристикой шлака является его окисленность. Ее оценивают по суммарному содержанию FeO или железа, пересчитывая содержание оксидов (% по массе) по формулам:

? (FeO) = (FeO) + 1,35 (FeO3) (27)

? (Fe) = 0,788 (FeO) + 0,70 (Fe2O3) (28)

В начале плавки окисленность шлака высокая, ? (FeO) достигается 20...25%. По мере усвоения известняка и извести и повышения температуры она понижается и перед раскислением составляет не более 10…15%.

Процесс шлакообразования протекает во времени, его скорость зависит от температуры, интенсивности перемешивания ванны, размеров кусков материалов, последовательности их загрузки и т.д. Т.к. многие процессы зависят от состава и свойств шлака, шлакообразованию придают большое внимание, особенно при выплавке стали скоротечным кислородно-конвертерным процессом.

Расход шлакообразующих материалов определяют расчетом материального баланса плавки, а время и порядок присадок - технологической инструкцией.

8. Раскисление стали

В чистом железе в равновесии с его оксидами растворяется при температуре 1600?С 0,20…0,23% кислорода. В конце плавке в низкоуглеродистой стали растворено 0,005…0,008% кислорода, что выше равновесного содержания. Например, при [C] = 0,2 [O]p = 0,0125.

При охлаждении металла растворимость кислорода подает: в Feд она составляет 0,034 в Feг - 0,003…0,004, в Feб - 0,002…0,00

При затвердевании избыточный кислород выделяется из металла и взаимодействует с железом, марганцем и углеродом. Образующиеся при этом оксиды железа будут располагаться по границам зерен в виде прослоек, снижающих прочность слитка. Оксиды марганца будут загрязнять металл неметаллическими включениями, а пузыри СО образуют газовые раковины. Такой слиток при прокатке не выдержит деформационных нагрузок и развалится. Поэтому на заключительном этапе плавки производится понижение концентрации кислорода в металле до технологически необходимой величины. Эта операция называется раскислением и производится при выплавке стали в любом агрегате.

В качестве раскислителя используют химические элементы, обладающие большим сродством к кислороду чем железо: марганец, кремний, алюминий, титан и др.

Они могут использоваться как в чистом виде (алюминий, титан), так и в виде сплавов (ферросилиций, ферромарганец, ферроалюминий), в том числе комплексных (силикокальций, амолюминий - марганец - кремний и др.).

По степени раскисленности стали подразделяют на три группы:

- спокойные, содержащие 0,002…0,003% растворенного кислорода;

- кипящие, содержащие 0,025…0,035% кислорода;

- полуспокойные, содержащие 0,012…0,015% кислорода.

Спокойная сталь затвердевает в изложнице с образованием открытой усадочной раковины в головной части слитка. Для ее ракисления используют марганец, кремний и сильные раскислители (алюминий, титан).

После наполнения изложницы кипящей сталью наблюдается энергетическое бурление металла под влиянием выделяющихся пузырей монооксида углерода, образование которого происходит на фронте затвердевания в результате взаимодействия углерода и кислорода. Этот процесс создает иллюзию кипения, что и дало название стали этой группы. Слитки кипящей стали имеют закрытую усадочную раковину, подкорковые сотовые пузыри и значительное количество различного рода пузырей в теле слитка. При прокатке все они завариваются, т.к. они изолированный от атмосферы и их стенки не окислены.

Для раскисления такой стали достаточно одного марганца.

Полуспокойная сталь в изложнице не кипит, наблюдается лишь искрение в течение нескольких секунд. Т.к. процесс газообразования полостью не подавлен, образующиеся при затвердевании металла усадочная раковина и пузыри изолированы от атмосферы и поэтому их стенки свариваются при прокатке.

Для раскисления полуспокойной стали используют марганец и кремний.

Используют такие способы раскисления:

- глубинное, или осаждающие;

- диффузионное;

- вакуумное.

Наиболее широко используют глубинное, или осаждающее раскисление, когда в качестве раскислителей используют названные ранее материалы. В объеме металла они взаимодействуют с кислором по реакции

m[O] + n[R] = (RnOm) (29)

образующийся оксид «выпадает в осадок». По аналогии с соответствующими химическими реакциями и назван способ раскисления, хотя продукты раскисления, оксиды, всплывают из металла и переходят в шлак.

(30)

Из соотношения (30) следует, что для снижения концентрации растворенного в металле кислорода необходимо большое значение константы равновесия, что имеет место при использовании сильных раскислителей при низких температурах, большая концентрация раскислителя и небольшая концентрация продуктов раскисления.

Раскислительную способность химических элементов сравнивают, располагая их в ряд по величине сродства к кислороду.

При концентрации элемента - раскислителя 0,1% и температуре 1600?С этот ряд выглядит следующим образом: Cr, Mn, V, C, Si, Al, Ti ;

При содержании раскислителя 10% он выглядит так: Cr, Mn, V, Si, C, Al, Ti; Т.е раскислительная способность является функцией концентрации и температуры.

Диффузионное раскисление используют при выплавке стали в электропечах. Способ основан на таком явлении. При контакте двух несмешивающихся фаз между ними происходит обмен ионами или молекулами вещества, в результате чего устанавливается какое-то распределение этого вещества, постоянное для данной температуры. Это распределение характеризуется величиной коэффициента распределения:

(31)

Т.к. величина постоянная, то, изменяя содержание оксида железа в шлаке, мы будем изменять содержание кислорода в металле. Раскисляя шлак присадками углерода, кремния или алюминия, производят раскисление металла, т.к. поток кислорода направляется из металла в шлак. Этот способ неприемлем для мартеновских печей и кислородных конвертеров, т.к. в них невозможно создать восстановительную атмосферу, при которой не происходит питание шлака кислородом, и раскислители будут просто сгорать.

Раскисление вакуумом основано на том, что углерод дает газообразные продукты взаимодействия с кислородом. Константа равновесия реакции окисления углерода дает возможность управлять этим процессом.

Зная, что произведение концентраций углерода и кислорода - величина постоянная, можно управлять концентрацией кислорода, изменяя давление (парциальное) СО в атмосфере:

(32)

Создавая разряжение, (снижая парциальное давление монооксида углерода в газовой фазе), можно добиться снижения концентрации кислорода в металле, т.к. произведение [C] [O] величина постоянная при температуре сталеплавильных процессов.

В подавляющем большинстве используют осаждающее раскисление. При производстве кипящей стали достаточная степень раскисленности достигается присадками только марганца до остаточного его содержания 0,3…0,4%. Содержание кремния не должно превышать 0,02…003%.

При производстве полуспокойной стали, наряду с марганцем, используют кремний, его остаточное содержание составляет обычно 0,10…0,12 %.

Раскисление спокойной стали производят марганцем (остаточное содержание 0,3…0,5%), кремнием (остаточное содержание 0,2…0,3%) и небольшим количеством какого-либо сильного раскислителя, обычно алюминия или титана.

С операцией раскисления совмещают легирование, т.е. насыщение стали в требуемых количествах элементами, придающими ей необходимые технологические свойства. Это могут быть те же марганец и кремний в количествах выше указанных, хром, ванадий, титан, никель, вольфрам и др. Раскисление и легирование можно проводить в печи, в ковше; предварительное в печи и окончательное - в ковше.

9. Классификация марок стали

Единой всемирной классификации марок стали нет. В нашей стране их классифицируют по ряду признаков. В том числе:

- по назначению (конструкционные, инструментальные, стали с особыми физическими свойствами);

- по качеству (обыкновенного качества с содержанием фосфора не более 0,04% и серы не более 0,05%), качественные с содержанием серы и фосфора ниже указанных значений и высококачественные с содержанием названных элементов не более 0,02…0,03%: по степени раскисленности и по химсоставу.

По химсоставу стали подразделяют на углеродистые и легированные. В свою очередь в углеродистых выделяют три группы:

- низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,30%;

- среднеуглеродистые с содержанием углерода 0,30…0,65%;

- высокоуглеродистые с содержанием углерода 0,65…1,5%.

Углеродистые стали бывают обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества наиболее дешевые и получили широкое применение. Они содержат больше серы (до 0,05%) и фосфора (до 0,04%).

Эти стали обозначают буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3, …..6. Чем больше это число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Стали обыкновенного, качества называют еще рядовыми. Они бывают спокойными, полуспокойными и кипящими.

Стали спокойные маркируют так : Ст 1сп, Ст 2сп…Ст 6сп.

Полуспокойные Ст 1пс, Ст 2пс……Ст 5пс.

Кипящие Ст 1кп, Ст2кп, …..Ст 4кп.

В этой группе есть марка стали Ст 0, содержащая не более 0,23% углерода, содержание остальных компонентов, кроме серы и фосфора, в ней не регламентируется.

Качественные углеродистые стали выплавляют с соблюдением более строгих условий ведения плавки. Они содержат менее 0,04% S и 0,03%Р. Качественные углеродистые стали маркируют только цифрами:

08, 10, 15, 20……. 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процесса.

Стали марок 08 и 10 бывают спокойными и кипящими. Последние обозначают 08кп, 10кп.

Легированные конструкционные стали обозначают (маркируют) цифрами и буквами, например, 15 Х, 40 ХФА, 20 ХН2А, 18 ХГТ. Двузначное числа в начале марки указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы обозначают легирующий элемент, цифра за буквой указывает примерное содержание легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифры за буквой указывает, что содержание элемента составляет 1 - 1,5% и менее.

Эти марки стали выплавляют как качественные и содержат не более 0,035% серы и фосфора.

Высококачественные стали содержат еще меньше вредных примесей, менее 0,025% серы и фосфора. Они обозначаются буквой А в конце маркировки.

Наличие легирующих элементов в стали обозначают буквами:

А - азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, К - кобальт, М - молибден, Н - никель, Р - бор, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, Ю - алюминий, Ч - обработана редкоземельными металлами.

Наличие в стали десятых долей алюминия, титана, ванадия, бора, молибдена также указывается в маркировке.

Буква А в конце маркировки означает, что сталь высококачественная;

в середине маркировки - сталь легирована азотом (16 Г 2АФ); в начале маркировки - сталь автоматная.

Например, сталь марки 20 ХНЧФА содержит 0,20% углерода, 1% хрома, 4% никеля, 0,15…0,30% ванадия; эта сталь высококачественная.

Автоматная сталь А20 содержит 0,15 - 0,25% углерода, 0,15… 0,35% кремния, 0,60…0,90% марганца, 0,08 - 15% серы (чтобы получить ломкую стружку) и не более 0,06% фосфора.

Аналогично автоматным, по назначению маркируются инструментальные стали: У8, У10, У12. (Цифры указывают содержание углерода в десятых долях процента);

шарикоподшипниковые: ШХ 9, ШХ15 (содержат около 1% углерода и хром соответственно 1 и 1,5%).

Буквой Е обозначают электротехнические стали и т. д.

Для раскисления и легирования используют соответствующие элементы как в чистом виде, так и в виде сплавов с железом.

10. Маркировка сталей за рубежом

Маркировка сталей в США. Обозначение государственного стандарта - ASA (American Standards Association). Ведущие организации по стандартизации: ASTM (American Society for Testing and Materials); AISI (American Iron and Steel Institute). По ASA стали маркируют цифрами, добавляя в некоторых случаях прописную букву. По ASTM конструкционные стали, за исключением коррозионностойких и жаростойких, обозначают четырехзначным числом, в котором две последние цифры - среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Марки коррозионностойких и жаростойких сталей обозначают трехзначным числом, из которых первая цифра имеет следующее значение:

2 - хромникелевые стали;

4 - хромистые стали;

5 - хроммолибденовые стал;

6 - хромникельмолибденовые стали и хроммолибденовые стали с содержанием других элементов.

Пример: сталь марки 302 - хромникелевая сталь, содержащая 17 - 19% Cr и 8 - 10% Ni.

Маркировка стали в Германии

Обозначение государственного стандарта - DIN (Deutsche Industrie-norm).

Организация по стандартизации - DNA (Deutsche Normenausshuss).

Стали маркируют двумя способами: с помощью цифр, которыми обозначают номер материала, и с помощью комбинации букв и цифр, которая обозначает марку стали.

Маркировка с помощью букв и цифр (марка стали) - при этом способе маркировки стали подразделяют на группы в зависимости от степени легирования и вида технической обработки:

Группа 1. Маркировка углеродистых неулучшаемых сталей. На первом месте в марке стали ставится заглавная буква (по способу разливки стали: U - кипящая сталь, R - спокойная или полуспокойная сталь, RR - сталь, успокоенная по специальной технологии), на втором месте ставятся буквы St (от слова «сталь»), на третьем месте двухзначное число, указывающее минимальный предел прочности (кгс/мм2), на четвертом месте - номер группы качества. По содержанию фосфора, серы, а иногда и углерода стали разделяются на три группы, обозначаемые цифрами 1, 2, 3, из которых 3-я группа имеет самое низкое содержание фосфора, серы, а также углерода. Номер группы качества отделяется от показателя минимального предела прочности дефисом. Приведенные четырехкомпонентные обозначения составляют основу марки, которая может быть дополнена перед первым обозначением буквами: Е (указание на то, что сталь выплавлена в электропечах), М - (сталь выплавлена в мартеновских печах), Y - (при выплавке стали применена продувка кислородом).

Пример: сталь марки RSt 42-2 - углеродистая неулучшаемая сталь с минимальным пределом прочности 42 кгс/мм2 2-й группы качества. Сталь MRSt 42-2N - та же сталь, мартеновская после нормализации.

Группа 2. Маркировка углеродистых качественных сталей. Сначала в марке приводится буква С, а затем двузначное число, указывающее среднее содержание углерода, умноженное на 100.

Пример: сталь С 35 - углеродистая качественная сталь со средним содержанием углерода 0,35%.

Маркировка стали в Японии

Обозначение государственного стандарта - JIS (Japanese Industrial Standards). Организация по стандартизации - JISC (Japanese Industrial Standards Committee).

Марки конструкционных сталей в Японии состоят из нескольких прописных букв и однозначного или двузначного числа. В зависимости от характеристик стали делятся на группы, причем каждую группу обозначают несколькими заглавными буквами.

Примеры обозначений сталей обычных групп:

1) стали марок SSxx - углеродистые рядовые стали, где хх - двузначное число, указывающее минимальный предел прочности (кгс/мм2), например SS 34;

2) стали марок SxxC - углеродистая сталь гарантированного химического состава (хх - двузначное число, указывающее среднее содержание углерода в сотых долях процента; например, в стали S20C среднее содержание углерода составляет 0,20%);

3) стали марки SUMx - автоматная сталь (х - однозначное число указывает на порядковый номер стали в группе);

4) стали марок SFxx - углеродистая сталь для поковок и т. д. в зависимости от назначения (хх - двузначное число, выражающее минимальный предел прочности, кгс/мм2, например, сталь марки SF42).



Литература

1. Под ред. Г.П. Фетисова ; Рец.: В.В. Атрощенко, В.М. Приходько: Материаловедение и технология металлов. - М.: Высшая школа, 2007

2. Л.Н. Белянчиков и др.; Под науч. ред. Ю. С. Карабасова; Рец.: Каф. "Теории и технологии металлургического производства" Московского гос. вечернего металлургического ин-та, С.П. Ефименко, А.А. Байкова: Сталь на рубеже столетий. - М.: МИСИС, 2001

Размещено на Allbest.ru