Terästen ominaisuudet ja niiden luokittelu. Hiiliterästen luokitus: lajikkeet, merkinnät, ominaisuudet, käyttö

Teräkset luokitellaan:

• - kemiallisen koostumuksen mukaan;
• - rakenne;
• - tarkoitus;
• - laatu;
• - hapettumisaste.

Kemiallisen koostumuksen mukaan teräs jaetaan:

• - päällä hiili(vähähiilinen jopa 0,2 % C, keskihiili 0,2-0,45; korkea hiilipitoisuus, joka sisältää yli 0,5 % C);
• - seostettu(Seosalkuaineiden summa niukkaseosteisille teräksille on enintään 2,5 %; keskiseosteisille teräksille 2,5-10,0 %; runsasseosteisille teräksille - yli 10,0 %).

Lejeerausastetta määritettäessä hiilipitoisuutta ei oteta huomioon mangaania ja piitä, kun niiden pitoisuus on yli 1 % ja piitä vastaavasti 0,8 %.

Teräslajeja määritettäessä käytetään seuraavia kemiallisten alkuaineiden nimityksiä: G - mangaani, M - molybdeeni, D - kupari, P - boori, C - pii, V - volframi, Yu - alumiini, P - fosfori, N - nikkeli, F - vanadiini, B - niobium, A - typpi, X - kromi, T - titaani, K - koboltti, C - zirkonium.

Teräksen merkitsemiseksi Venäjällä he käyttävät tiettyä numeroiden ja kirjainten yhdistelmää, joka osoittaa teräksen likimääräisen kemiallisen koostumuksen.

Teräslaadun ensimmäiset numerot osoittavat hiilipitoisuuden prosentin sadasosina. Jos merkinnän alussa on yksi numero ennen kirjaimia, se ilmaisee hiilipitoisuuden prosentin kymmenesosina; jos hiilipitoisuus on yli 1 %, numeroa ei sijoiteta kirjaimien eteen.

Lisäksi merkinnässä on kirjaimia, jotka osoittavat vastaavien seosaineiden esiintymisen teräskoostumuksessa. Kirjainten takana olevat numerot osoittavat seosaineen keskimääräisen prosenttiosuuden (pyöristettynä yhteen). Lisäksi jos elementtipitoisuus on enintään 1,5 %, numeroa ei anneta. Joissakin tapauksissa seosaineen pitoisuus voidaan ilmoittaa tarkemmin. Esimerkiksi teräs 32Х06Л sisältää keskimäärin 0,32 % C ja 0,6 % Cr. Viimeinen kirjain “L” tarkoittaa, että teräs on valettu.

Korkealaatuisen seosteräksen osoittamiseksi kirjain "A" lisätään merkinnän loppuun. Korkealaatuinen teräs sisältää vähemmän rikkiä ja fosforia kuin korkealaatuinen teräs.

Jotkut erikoisteräkset on luokiteltu erillisiin ryhmiin ja niillä on erityismerkinnät. Jokaiselle ryhmälle osoitetaan oma kirjain ja se asetetaan eteen:

F - kromi ruostumaton teräs;

Olen kromi-nikkeli ruostumaton teräs;

R - nopea teräs;

Ш - kuulalaakeroitu teräs;

E - sähköteräs.

Teräsrakenne- vähemmän vakaa luokitusominaisuus, koska se riippuu jäähdytysnopeudesta (valuseinämän paksuus), seostusasteesta, lämpökäsittelytavasta ja muista muuttuvista tekijöistä, mutta valmiin tuotteen rakenteen avulla voit arvioida objektiivisesti sen laatua.

Teräkset luokitellaan rakenteensa mukaan hehkutuksen ja normalisoinnin jälkeisissä tiloissa.

SISÄÄN hehkutettu tila teräkset jaetaan:

• - päällä hypoeutektoidi, ylimääräinen ferriitti rakenteessa;
• - eutektoidi, jonka rakenne koostuu perliitistä;
• - hypereutektoidi, jonka rakenteessa on austeniitista vapautuvia sekundaarisia karbideja;
• - ledeburiitti, jonka rakenne sisältää primaarisia (eutektisia) karbideja;
• - austeniittista",
• - ferriittistä.

Jälkeen normalisointi Teräkset jaetaan seuraaviin rakenneluokkiin:

• - perliitti;
• - austeniittista;
• - ferriittistä.

Teräsrakenteen muodostumiseen vaikuttaa eniten hiili. Teräksen rakenne ilman lämpökäsittelyä hitaan jäähdytyksen jälkeen koostuu ferriitin ja sementiitin seoksesta (sellaisen teräksen rakenne on joko perliitti + ferriitti tai perliitti + sementiitti). Sementiitin määrä teräksessä on suoraan verrannollinen hiilipitoisuuteen. Kiinteät sementiittihiukkaset lisäävät muodonmuutoskestävyyttä vähentäen taipuisuutta ja viskositeettia. Näin ollen teräksen hiilipitoisuuden kasvaessa kovuus ja vetolujuus kasvavat ja sitkeys, venymä ja supistuminen vähenevät.

Hypereutektoidisten terästen mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttaa voimakkaasti sekundäärinen sementiitti, joka muodostaa hauraan verkoston perliittirakeiden ympärille. Tämä verkko edistää terästuotteen ennenaikaista hajoamista kuormituksen alaisena. Siksi hypereutektoidisia teräksiä käytetään erityisen hehkutuksen jälkeen, minkä seurauksena rakenteeseen saadaan rakeista perliittiä.

Hiilipitoisuuden lasku alle 0,3 % ja nousu yli 0,4 % johtaa työstettävyyden heikkenemiseen. Hiilipitoisuuden lisääntyminen edelleen vähentää teräksen teknologista plastisuutta painekäsittelyn aikana ja heikentää sen hitsattavuutta - materiaalien kykyä muodostaa pysyviä liitoksia, joilla on tietyt ominaisuudet.

Pii sillä on vähän vaikutusta hiiliteräksen rakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, mutta hapettumisenestoaineena se auttaa parantamaan valuominaisuuksia. Pii lisää huomattavasti teräksen myötörajaa, mikä heikentää sen vetokykyä. Siksi kylmämeistämiseen tarkoitetuissa teräksissä piipitoisuuden tulee olla minimaalinen.

Mangaani on hyvä rikinpoistoaine ja hapenpoistoaine (vähentää rikin ja hapen haitallisia vaikutuksia); auttaa lisäämään teräksen mekaanisia ominaisuuksia heikentämättä sitkeyttä ja vähentää voimakkaasti haurautta korkeissa lämpötiloissa (punainen hauraus). Kotimaisessa käytännössä mangaanipitoisuus pidetään 0,35-0,65 %:n välillä vähähiilisessä teräksessä ja 0,5-0,8 %:n välillä keski- ja korkeahiilisessä teräksessä. Monet ulkomaiset yritykset pitävät parempana 0,9-1,1 % mangaania hiiliteräksissä.

Rikki on haitallinen epäpuhtaus teräksessä, sen pitoisuus ei saa ylittää 0,06%. Raudan kanssa rikki muodostaa kemiallisen yhdisteen - rautasulfidin (alhaalla sulava eutektinen seos), joka sijaitsee yleensä metallimatriisin raerajoilla. Kun terästä kuumennetaan 1000-1300 °C:seen, eutektiikka sulaa ja metallirakeiden välinen sidos katkeaa, ts. haurastumista tapahtuu.

Mangaanin läsnäolo teräksessä estää matalassa lämpötilassa sulavan eutektin muodostumisen ja punaisen haurauden ilmiön.

Sulfidit, kuten muut ei-metalliset sulkeumat, heikentävät suuresti teräksen rakenteen homogeenisuutta ja mekaanisia ominaisuuksia, erityisesti sitkeyttä, iskulujuutta ja kestävyysrajaa, ja heikentävät myös hitsattavuutta ja korroosionkestävyyttä.

Fosfori on haitallinen epäpuhtaus teräksessä, ja sen pitoisuus ei saa ylittää 0,08%. Ferriittiin liukeneva fosfori vääristää ja tiivistää suuresti sen kidehilaa. Samalla lejeeringin lujuus- ja juoksevuusrajat kasvavat, mutta sitkeys ja sitkeys heikkenevät. Fosfori lisää merkittävästi teräksen kylmähaurauskynnystä.

Kaasut (typpi, vety, happi) osittain liuennut teräkseen ja läsnä hauraiden ei-metallisten sulkeumien - oksidien ja nitridien - muodossa. Raerajoja pitkin keskittyessään ne lisäävät kylmähaurauden kynnystä, alentavat kestävyysrajaa ja hauraiden murtumien vastustuskykyä. Esimerkiksi teräksen kuumakäsittelyssä paineella hauraat oksidit eivät muotoile, vaan murenevat ja löysäävät metallia.

Pii, mangaani, rikki, fosfori sekä kaasut: happi, typpi, vety ovat pysyviä epäpuhtauksia teräksessä. Niiden lisäksi teräs voi sisältää satunnaisia ​​epäpuhtauksia jotka tulevat teräksestä uusioraaka-aineista tai malmeista yksittäisistä esiintymistä. Teräsromusta (romu) teräkseen voi päästä kromia, nikkeliä, tinaa ja monia muita alkuaineita. Yksittäisiä epäpuhtauksia on teräksessä pieniä määriä, eikä niillä ole merkittävää vaikutusta.

Tekijä: tarkoitus teräkset jaetaan kolmeen ryhmään:

rakenteellinen, tarkoitettu koneenosien ja rakennusrakenteiden elementtien valmistukseen. Jaettu osiin:

• - tavallinen laatu;
• - parantunut;
• - sementoitu;
• - Automaattinen;
• - voimakas;
• - kevät-kevät;

instrumentaali", tuotannon mukaan jaettu alaryhmiin:

Leikkaustyökalu; mittauslaite; leima-press laitteet;

erikoisterästä erityisillä fysikaalisilla ja mekaanisilla ominaisuuksilla:

• - ruostumaton teräs (korroosionkestävä);
• - lämmönkestävä;
• - lämmönkestävä;
• - kulutusta kestävä jne.

Tekijä: teräksen laatu luokitellaan:

tavallinen laatu, sisältävät enintään 0,06 % S ja 0,07 % P;

korkealaatuinen, joka sisältää enintään 0,035 % S ja 0,035 % P;

korkealaatuinen- enintään 0,025 % S ja 0,025 % P;

erityisen korkealaatuisia- enintään 0,015 % S ja 0,025 % R.

Laatu viittaa teräksen ominaisuuksien kokonaisuuteen, joka määräytyy sen valmistusprosessin metallurgisessa prosessissa. Teräksen kemiallisen koostumuksen, rakenteen ja ominaisuuksien homogeenisuus riippuu haitallisten epäpuhtauksien ja kaasujen pitoisuudesta.

Tekijä: deoksidaatioaste teräkset luokitellaan:

• - rauhoittaa (sp);
• - puolirauhallinen (ps);
• - kiehuva (kp).

Deoksidaatio on prosessi hapen poistamiseksi nestemäisestä teräksestä.

Rauhallinen teräs deoksidoitu mangaanilla, alumiinilla ja piillä sulatusuunissa ja kauhassa. Ne jähmettyvät muotissa hiljaa, ilman kaasun kehittymistä, jolloin harkkojen yläosaan muodostuu kutistumisontelo.

Dendriittien segregaatio aiheuttaa anisotropiaa mekaanisissa ominaisuuksissa. Teräksen plastiset ominaisuudet poikittaisleikkauksessa (suhteessa valssaus- tai takomissuuntaan) ovat huomattavasti heikommat kuin pituusleikkauksessa.

Vyöhykeerottelu johtaa siihen, että harkon yläosassa rikin, fosforin ja hiilen pitoisuus kasvaa ja alaosassa vähenee. Tämä johtaa tällaisesta harkosta valmistetun tuotteen ominaisuuksien huomattavaan heikkenemiseen aina hylkäämiseen asti.

Kiehuva teräs hapettunut vain mangaanilla, mikä ei riitä. Ennen valua ne sisältävät lisääntyneen määrän happea, joka harkon jähmettyessä reagoi osittain hiilen kanssa ja vapautuu hiilimonoksidikaasukuplien muodossa, mikä antaa vaikutelman teräksen "kiehumisesta".

Kiehuva teräs ei käytännössä sisällä ei-metallisia hapettumistuotteiden sulkeumia. Nämä teräkset ovat sulatettuja vähähiilisiä ja erittäin alhaisella piipitoisuudella (alle 0,07 %), mutta niissä on lisääntynyt määrä kaasumaisia ​​epäpuhtauksia. Valanteita rullattaessa hiilimonoksidilla täytetyt kaasukuplat hitsataan. Tästä teräksestä valmistetut valssatut levyt on tarkoitettu auton korin osien valmistukseen vetämällä, niillä on hyvä kylmämuovattavuus.

Puolihiljainen teräs Niiden hapettumisasteen suhteen ne ovat tyynien ja kiehuvien terästen välissä. Ne poistetaan osittain hapettumisesta sulatusuunissa ja kauhassa ja lopuksi muottiin metallin sisältämän hiilen ansiosta. Segregaatio puolihiljaisen teräksen harkoissa on pienempi kuin kiehuvassa teräksessä ja lähestyy tyynessä teräksessä olevien harkkojen erottelua.

Hitsatuissa metallirakenteissa käytetyt teräkset eroavat useilta ominaisuuksiltaan, mikä kuvastaa niiden tuotantoa, käyttöominaisuuksia ja käyttöaluetta. Tärkeimmät näistä merkeistä ovat:

· teräksen sulatus- ja valumenetelmä;

· hapettumisaste;

· kemiallinen koostumus;

· toimituksen tila;

· voimataso (luokka);

Sulatusmenetelmällä Hitsatuissa metallirakenteissa käytettävä teräs voidaan jakaa tulisijateräkseen, happikonvertteriteräkseen ja sähköteräkseen.

Vuoteen 1960 asti avouunissa sulatettua terästä käytettiin lähes yksinomaan metallirakenteissa. Seuraavina ajanjaksoina happikonvertterien tuottavin sulatusmenetelmä, jossa sulan metallin läpi puhaltamiseen käytettiin erittäin puhdasta happea, jonka pitoisuus on vähintään 99,5 % O 2, levisi laajasti kaikkialla maailmassa. Happikonvertteriteräksen laatu ei ole huonompi kuin tulisijateräksen laatu, ja vuodesta 1971 lähtien näitä terästyyppejä ei ole eroteltu toisistaan.

Suurten sähkökaariuunien, joiden sulamassa on 100-250 tonnia tai enemmän, lanseerauksen myötä teräksen tuotanto sähköuuneissa lisääntyi. Tämä teräs erottuu lisääntyneestä puhtaudesta haitallisten epäpuhtauksien - rikin ja fosforin - pitoisuuden suhteen.

Sähkökuonan uudelleensulatusprosessissa avotakkateräksestä, perushappiteräksestä tai sähköteräksestä valmistetut alkuperäiset aihiot (laatat) sulatetaan uudelleen kuumentamalla sähkövirralla erityisen kemiallisen koostumuksen omaavan sulan kuonaseoksen kerroksen alla. Samanaikaisesti rikki- ja happipitoisuus vähenee 2-3 kertaa. Harkkoon vielä jääneet ei-metalliset sulkeumat ovat kooltaan pieniä ja jakautuvat tasaisesti koko tilavuuteen.

Hapettumisasteen mukaan teräs on jaettu:

kiehuva (kp);

·puolirauhallinen (ps);

rauhallinen (sp).

Kun terästä sulatetaan avoimessa tulisijassa tai konvertterissa 3-4 % hiiltä sisältävästä harkkoraudasta, hiilen hapettuminen (pitoisuuteen 0,06-0,25 % C teräksessä) liittyy kaasumaisten tuotteiden CO ja CO 2 muodostumiseen, mikä aiheuttaa metallikylvyn kiehuminen. Jos hapettumista ei suoriteta, keittäminen jatkuu sen jälkeen, kun sula on päästetty kauhaan ja sen jälkeen, kun se on kaadettu muotteihin, kunnes harkko jähmettyy. Tätä terästä kutsutaan kiehuvaa.

Kaasumaisten tuotteiden vapautuminen kiehuvan teräsharkon kiteytymisen aikana johtaa jyrkästi sen heterogeenisyyteen C-, S- ja P-pitoisuuksissa, jota kutsutaan segregaatioksi. Harkon pää (yläosa) ja ydin on rikastettu epäpuhtauksilla. Erotuselementtien maksimipitoisuuden vyöhyke kiehuvassa teräsharkteessa sijaitsee 5-15 %:n etäisyydellä harkon korkeudesta sen yläosasta. Hiilen erotus on 400 % ja rikin osalta 900 % näiden keskimääräisestä pitoisuudesta elementtejä sulassa.

Valssauksen aikana hukkaan menevä kiehuvan teräsharkon pääosa (trimmaus) muodostaa 4-10 % sen massasta. Mutta myös valssauksen jäljelle jäävässä harkon osassa on laajoja erotteluvyöhykkeitä, joiden C-pitoisuus on jopa 0,3-0,4 % ja rikkipitoisuus jopa 0,15 %, joiden keskimääräinen sulamispitoisuus on C = 0,12-0,22 % ja S<= 0,05%. В результате разные листы и профили, входящие в одну партию (плавку) кипящей стали, но изготовленные из разных частей слитка (головной, средней или донной), неодинаковы по содержанию C, S и P.

rauhoittaa teräs hapettuu terässulatusyksikössä sekä kauhassa poistuessaan uunista. Tässä tapauksessa nestemäiseen metalliin lisätään energisiä hapettumisenestoaineita: mangaani, pii. alumiinia, joskus kalsiumia tai titaania. Näillä alkuaineilla on paljon suurempi affiniteetti happea kohtaan kuin hiilellä, joten hiilen hapettuminen pysähtyy ja teräs lakkaa kiehumasta. Tämän ansiosta rauhallisen teräksen harkot ovat kemialliselta koostumukseltaan paljon homogeenisempia kuin kiehuva teräs. Hiilen nesteytys on vain 60 % ja rikillä 110 % korkeampi kuin näiden alkuaineiden keskimääräinen sulamispistepitoisuus.

Samanaikaisesti hiljaisen teräsharkon jähmettyminen liittyy suuren kutistusontelon muodostumiseen. Viattoman harkon rungon saamiseksi teräs kaadetaan muotteihin, joissa on lämpöä eristävät kannattavat jatkeet. Valanteen ylempään eristettyyn osaan muodostetaan kutistusontelo, joka poistetaan ennen valssausta. Leikkaus muodostaa 12-16 % harkon massasta. Siksi sopivien valssattujen tuotteiden saanto rauhallisista teräsharkoista on pienempi kuin kiehuvista teräsharkista. Tästä johtuen ja myös hapettumisenestosta johtuvasta pidemmästä sulatuksesta johtuen ferroseosten ja alumiinin lisäkulutus, rauhallinen teräs on kalliimpaa kuin kiehuva teräs.

Kiehuvan teräksen heikko laatu ja rauhallisen teräksen alhainen tekninen ja taloudellinen tehokkuus toimivat kannustimena kehittää muunnelma, jolla on keskitason hapettumisaste - puoliksi rauhallinen tulla. Se sulatetaan ikään kuin kiehuessaan, mutta kauhassa tai muotteihin kaadettuna sitä käsitellään pienellä määrällä hapettumisenestoaineita, paljon vähemmän kuin sulatettaessa rauhallisia teräksiä. Yleensä käytetään monimutkaista hapettumisenpoistoa ferrosipillä ja alumiinilla. Valanteen pään kiehumisen ja jähmettymisen nopea lopettaminen estää suuren kemiallisen heterogeenisyyden kehittymisen. Samaan aikaan puolihiljaisten teräsharkkojen erottelulle on ominaista keskimääräisen sulamispisteen hiilipitoisuuden 80 % ja rikkipitoisuuden ylittäminen 150 %:lla. Aksiaalisen erotteluvyöhykkeen etäisyys harkon yläosasta on 15-30 % sen korkeudesta; pään leikkaus - 3-5% harkon massasta.

Puolimietojen terästen tuotannolle on ominaista korkea tekninen ja taloudellinen tehokkuus. Tavallisen teräksen tuotantoon verrattuna sopivien valssattujen tuotteiden saanto harkoista on 8-10 % suurempi, ferrosipiin kulutus dehapetukseen vähenee 2-5 kertaa, alumiinin kulutus 5 kertaa ja muottien määrä vähenee merkittävästi. . Puolikarkaisuteräksestä valmistettujen valssattujen tuotteiden kustannukset ja hinta ovat 2-9 % alhaisemmat kuin miedosta teräksestä valmistettujen. Samaan aikaan kemiallisen koostumuksen, mikrorakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien homogeenisuuden, hauraiden murtumien kestävyyden ja lujuusindikaattoreiden suhteen valssattu puolihiljainen teräs on huonompi kuin valssattu kevyt teräs, sillä se on väliasemassa.

Teräksen kemiallinen koostumus- sen tärkein ominaisuus. Hän määrittelee hänen brändinsä. Tässä tapauksessa kemiallisten alkuaineiden pitoisuutta tietylle teräslaadulle ei määritellä erikseen, vaan tietyllä aikavälillä, jonka sisällä kemikaali muuttuu. koostumukseen ei pitäisi liittyä ominaisuuksien poistamista taattujen tasojen rajojen ulkopuolella. Välin leveys liittyy teräksen valmistuksen kykyyn säilyttää tietty koostumus.

Teräksiä, jotka eivät sisällä erityisiä seosalkuaineiden lisäaineita tai joissa niitä on vain vähän sulatustekniikan vuoksi, kutsutaan hiiliteräksiksi.

- vähähiilinen(jopa 0,25 % C);

- keskihiiltä(0,3 - 0,6 % C);

- korkea hiilipitoisuus(yli 0,6 % C).

Hitsatuissa metallirakenteissa käytetään pääasiassa vähähiilisiä teräksiä. Ne toimitetaan standardien GOST 380-88, GOST 14637-89 ja GOST 27772-88 mukaisesti sekä terästä GOST 1050-88:n mukaisesti, pääasiassa putkien muodossa.

Kutsutaan teräksiä, joihin on lisätty seosaineita erityisesti vaadittujen ominaisuuksien varmistamiseksi doping. Ne voivat sisältää yhden, kaksi, kolme tai useampia seosalkuaineita. Siten erotetaan mangaani, kromi, pii-mangaani, kromi-nikkeli, kromi-nikkeli-molybdeeni ja muut seosteräkset.

Seosteräkset, joiden seosaineiden pitoisuus on pieni, yleensä enintään 2-3 painoprosenttia, ja joiden hiilipitoisuus on alhainen ja joita käytetään rakentamisessa, koneenrakennuksessa, laivanrakennuksessa hitsattujen metallirakenteiden valmistukseen, luokitellaan erityisryhmään, niitä kutsutaan matala seos. Metallirakenteiden valssatut niukkaseosteiset teräkset toimitetaan standardien GOST 19281-89 (profiilit ja muodot), GOST 19282-73 (levyt ja leveät nauhat), GOST 6713-91, GOST 27772-88 ja muiden eritelmien mukaisesti.

Teräkset, joiden seosaineiden kokonaispitoisuus on 3-10 % - keskiseostettu.

Teräslajit

Kaikkien seosterästen merkinnät ovat samat: kaksi ensimmäistä numeroa osoittavat hiilipitoisuuden prosentin sadasosina; kirjaimet - seosaineiden symboli; kirjaimen jälkeen oleva numero on seosaineen likimääräinen sisältö (yksi ja pienempi arvo ei ole merkitty); kirjain "A" merkin lopussa osoittaa, että teräs on korkealaatuista ja sen rikki- ja fosforipitoisuus on alhainen.