Características dos aços e sua classificação. Classificação dos aços carbono: classes, marcações, propriedades, aplicação

Os aços são classificados:

• - por composição química;
• - estrutura;
• - propósito;
• - qualidade;
• - grau de desoxidação.

De acordo com a composição química, o aço é dividido em:

• - sobre carbono(baixo carbono até 0,2% C, médio carbono 0,2-0,45; alto carbono contendo mais de 0,5% C);
• - ligado(a soma dos elementos de liga para aços de baixa liga é de até 2,5%; para aços de liga média 2,5-10,0%; para aços de alta liga - mais de 10,0%).

Na determinação do grau de liga, o teor de carbono não é levado em consideração; o manganês e o silício são considerados elementos de liga quando seu teor é superior a 1 e 0,8%, respectivamente.

Ao designar classes de aço, são utilizadas as seguintes designações de elementos químicos: G - manganês, M - molibdênio, D - cobre, P - boro, C - silício, V - tungstênio, Yu - alumínio, P - fósforo, N - níquel, F - vanádio, B - nióbio, A - nitrogênio, X - cromo, T - titânio, K - cobalto, C - zircônio.

Para marcar o aço na Rússia, eles usam uma certa combinação de números e letras que indicam a composição química aproximada do aço.

Os primeiros números da classe do aço indicam o teor de carbono em centésimos de percentual. Se no início da marcação houver um número antes das letras, isso expressa o teor de carbono em décimos de por cento; se o teor de carbono for superior a 1%, o número não é colocado antes das letras.

Mais adiante na marcação existem letras que indicam a presença dos elementos de liga correspondentes na composição do aço. Os números atrás das letras indicam a porcentagem média (arredondada para 1) do elemento de liga. Além disso, se o conteúdo do elemento for de até 1,5%, o número não será fornecido. Em alguns casos, o teor do elemento de liga pode ser indicado com mais precisão. Por exemplo, o aço 32Х06Л contém em média 0,32% C e 0,6% Cr. A última letra “L” indica que o aço é fundido.

Para indicar aço-liga de alta qualidade, a letra “A” é adicionada no final da marcação. O aço de alta qualidade contém menos enxofre e fósforo do que o aço de alta qualidade.

Alguns aços para fins especiais são classificados em grupos separados e possuem marcações especiais. Cada grupo recebe sua própria letra e é colocada na frente:

F - aço inoxidável cromo;

Sou aço inoxidável cromo-níquel;

R - aço rápido;

Ш - aço para rolamento de esferas;

E - aço elétrico.

Estrutura de ferro- uma característica de classificação menos estável, pois depende da taxa de resfriamento (espessura da parede da peça fundida), grau de liga, modo de tratamento térmico e outros fatores de mudança, mas a estrutura do produto acabado permite avaliar objetivamente sua qualidade.

Os aços são classificados de acordo com sua estrutura nos estados após recozimento e normalização.

EM estado recozido os aços são divididos em:

• - sobre hipoeutetóide, possuir excesso de ferrita na estrutura;
• - eutetóide, cuja estrutura consiste em perlita;
• - hipereutetóide, em cuja estrutura existem carbonetos secundários liberados da austenita;
• - ledeburita, cuja estrutura contém carbonetos primários (eutéticos);
• - austenítico",
• - ferrítico.

Depois normalização Os aços são divididos nas seguintes classes estruturais:

• - perlita;
• - austenítico;
• - ferrítico.

A formação da estrutura de aço é mais influenciada carbono. A estrutura do aço sem tratamento térmico após resfriamento lento consiste em uma mistura de ferrita e cementita (a estrutura desse aço é perlita + ferrita ou perlita + cementita). A quantidade de cementita no aço é diretamente proporcional ao teor de carbono. Partículas sólidas de cementita aumentam a resistência à deformação, reduzindo a ductilidade e a viscosidade. Assim, com o aumento do teor de carbono no aço, a dureza e a resistência à tração aumentam e a tenacidade, o alongamento e a contração diminuem.

Para aços hipereutetóides, suas propriedades mecânicas são fortemente influenciadas pela cementita secundária, que forma uma rede frágil ao redor dos grãos de perlita. Esta malha promove a falha prematura do produto siderúrgico sob carga. Portanto, aços hipereutetóides são utilizados após recozimento especial, resultando na obtenção de perlita granular na estrutura.

Uma diminuição no teor de carbono abaixo de 0,3% e um aumento acima de 0,4% leva à deterioração da usinabilidade. Um aumento adicional no teor de carbono reduz a plasticidade tecnológica do aço durante o tratamento sob pressão e prejudica sua soldabilidade - a capacidade dos materiais de formar juntas permanentes com propriedades específicas.

Silício tem pouco efeito na estrutura e nas propriedades mecânicas do aço carbono, mas como agente desoxidante ajuda a melhorar as propriedades de fundição. O silício aumenta muito a resistência ao escoamento do aço, o que reduz sua capacidade de trefilação. Portanto, em aços destinados à estampagem a frio, o teor de silício deve ser mínimo.

Manganêsé um bom dessulfurizante e desoxidante (reduz os efeitos nocivos do enxofre e do oxigênio); ajuda a aumentar as propriedades mecânicas do aço sem reduzir a ductilidade e reduz drasticamente a fragilidade em altas temperaturas (fragilidade vermelha). Na prática nacional, o teor de manganês é mantido na faixa de 0,35-0,65% em aços de baixo carbono e 0,5-0,8% em aços de médio e alto carbono. Muitas empresas estrangeiras preferem ter 0,9-1,1% de manganês em aços carbono.

Enxofreé uma impureza prejudicial ao aço, seu teor não deve exceder 0,06%. Com o ferro, o enxofre forma um composto químico - o sulfeto de ferro (uma liga eutética de baixo ponto de fusão), geralmente localizado ao longo dos limites dos grãos da matriz metálica. Quando o aço é aquecido a 1000-1300 °C, o eutético derrete e a ligação entre os grãos do metal é quebrada, ou seja, ocorre fragilização.

A presença de manganês no aço evita a formação de eutéticos de baixo ponto de fusão e o fenômeno da fragilidade vermelha.

Os sulfetos, como outras inclusões não metálicas, reduzem bastante a homogeneidade da estrutura e das propriedades mecânicas do aço, especialmente a ductilidade, a resistência ao impacto e o limite de resistência, e também prejudicam a soldabilidade e a resistência à corrosão.

Fósforoé uma impureza prejudicial ao aço e seu conteúdo não deve exceder 0,08%. Dissolvendo-se em ferrita, o fósforo distorce e compacta fortemente sua rede cristalina. Ao mesmo tempo, os limites de resistência e fluidez da liga aumentam, mas a sua ductilidade e tenacidade diminuem. O fósforo aumenta significativamente o limiar de fragilidade a frio do aço.

Gases (nitrogênio, hidrogênio, oxigênio) parcialmente dissolvido no aço e presente na forma de inclusões não metálicas frágeis - óxidos e nitretos. Concentrando-se ao longo dos limites dos grãos, eles aumentam o limiar de fragilidade a frio, diminuem o limite de resistência e a resistência à fratura frágil. Por exemplo, durante o processamento a quente do aço por pressão, os óxidos frágeis não se deformam, mas se desintegram e afrouxam o metal.

Silício, manganês, enxofre, fósforo, bem como gases: oxigênio, nitrogênio, hidrogênio são impurezas permanentes no aço. Além deles, o aço pode conter impurezas aleatórias que entram no aço a partir de matérias-primas secundárias ou minérios de depósitos individuais. Da sucata de aço (sucata), cromo, níquel, estanho e vários outros elementos podem entrar no aço. Impurezas individuais são encontradas no aço em pequenas quantidades e não têm efeito significativo.

Por propósito os aços são divididos em três grupos:

estrutural, destinado à fabricação de peças de máquinas e elementos de estruturas de edifícios. Dividido em partes:

• - qualidade normal;
• - melhorou;
• - cimentado;
• - automático;
• - força elevada;
• - primavera-primavera;

instrumental", divididos em subgrupos de acordo com a produção:

Ferramenta de corte; instrumento de medição; equipamento para prensar carimbos;

aço para fins especiais com propriedades físicas e mecânicas especiais:

• - aço inoxidável (resistente à corrosão);
• - resistente ao calor;
• - resistente ao calor;
• - resistente ao desgaste, etc.

Por qualidade do aço classificados em:

qualidade comum, contêm até 0,06% S e 0,07% P;

alta qualidade, contendo até 0,035% de S e 0,035% de P;

alta qualidade- não mais que 0,025% S e 0,025% P;

especialmente de alta qualidade- não mais que 0,015% S e 0,025% R.

Qualidade refere-se à totalidade das propriedades do aço determinadas pelo processo metalúrgico de sua produção. A homogeneidade da composição química, estrutura e propriedades do aço dependem do teor de impurezas e gases nocivos.

Por grau de desoxidação os aços são classificados:

• - acalmar (sp);
• - semi-calma (ps);
• - ebulição (kp).

Desoxidaçãoé o processo de remoção de oxigênio do aço líquido.

Aço calmo desoxidado com manganês, alumínio e silício em forno de fundição e panela. Solidificam no molde silenciosamente, sem evolução de gases, com formação de uma cavidade de retração na parte superior dos lingotes.

A segregação dendrítica causa anisotropia nas propriedades mecânicas. As propriedades plásticas do aço na seção transversal (em relação à direção de laminação ou forjamento) são significativamente menores do que na seção longitudinal.

A segregação zonal leva ao fato de que na parte superior do lingote o teor de enxofre, fósforo e carbono aumenta e na parte inferior diminui. Isto leva a uma deterioração significativa nas propriedades do produto feito a partir de tal lingote, até a rejeição.

Aço fervente desoxidado apenas com manganês, o que não é suficiente. Antes da fundição, eles contêm uma quantidade maior de oxigênio, que, quando o lingote solidifica, reage parcialmente com o carbono e é liberado na forma de bolhas de gás monóxido de carbono, dando a impressão de “fervura” do aço.

O aço em ebulição praticamente não contém inclusões não metálicas de produtos de desoxidação. Esses aços são fundidos com baixo teor de carbono e baixíssimo teor de silício (menos de 0,07%), mas com maior quantidade de impurezas gasosas. Ao rolar lingotes, bolhas de gás cheias de monóxido de carbono são soldadas. As chapas laminadas deste aço destinam-se à produção de carrocerias por trefilação e apresentam boa conformabilidade a frio.

Aço semi-silencioso em termos do grau de desoxidação, ocupam uma posição intermediária entre os aços calmos e os aços em ebulição. São parcialmente desoxidados em forno de fusão e em panela e finalmente em molde devido ao carbono contido no metal. A segregação em lingotes de aço semi-silencioso é menor do que em aço em ebulição e aproxima-se da segregação em lingotes de aço calmo.

Os aços utilizados em estruturas metálicas soldadas diferem em diversas características, refletindo sua produção, propriedades de serviço e escopo de aplicação. Os mais importantes desses sinais são:

· método de fundição e fundição de aço;

· grau de desoxidação;

· composição química;

· status de entrega;

· nível (classe) de força;

Pelo método de fundição O aço utilizado em estruturas metálicas soldadas pode ser dividido em aço aberto, aço conversor de oxigênio e aço elétrico.

Até 1960, o aço fundido em fornos abertos era utilizado quase exclusivamente em estruturas metálicas. Nos períodos subsequentes, o método mais produtivo de fundição em conversores de oxigênio, utilizando oxigênio de alta pureza de pelo menos 99,5% de O 2 para soprar o metal fundido, tornou-se difundido em todo o mundo. A qualidade do aço conversor de oxigênio não é inferior à qualidade do aço aberto e, desde 1971, esses tipos de aço não foram separados.

Com o lançamento de grandes fornos elétricos a arco com massa fundida de 100-250 toneladas ou mais, a produção de aço em fornos elétricos aumentou. Este aço distingue-se pela sua maior pureza em termos do teor de impurezas nocivas - enxofre e fósforo.

No processo de refusão por eletroescória, tarugos iniciais (placas) feitos de aço de forno aberto, aço básico de oxigênio ou aço elétrico são refundidos por aquecimento por corrente elétrica sob uma camada de mistura de escória fundida de composição química especial. Ao mesmo tempo, o conteúdo de enxofre e oxigênio diminui 2 a 3 vezes. As inclusões não metálicas que ainda permanecem no lingote são pequenas e distribuídas uniformemente por todo o volume.

De acordo com o grau de desoxidação o aço é dividido:

ebulição (kp);

·semi-calma (ps);

calma (sp).

Na fundição de aço em forno aberto ou conversor de ferro-gusa contendo 3-4% de carbono, a oxidação do carbono (até um teor de 0,06-0,25% C no aço) está associada à formação de produtos gasosos CO e CO 2, causando fervura do banho metálico. Se a desoxidação não for realizada, a fervura continua após o fundido ser liberado na concha e depois de despejado nos moldes até que o lingote solidifique. Este aço é chamado ebulição.

A liberação de produtos gasosos durante a cristalização de um lingote de aço em ebulição leva a um aumento acentuado em sua heterogeneidade no teor de C, S e P, denominado segregação. A parte superior (superior) e o núcleo do lingote são enriquecidos com impurezas. A zona de teor máximo de elementos segregantes em um lingote de aço em ebulição está localizada a uma distância de 5-15% da altura do lingote do seu topo, a segregação para carbono atinge 400% e para enxofre 900% do teor médio destes; elementos no fundido.

A parte da cabeça do lingote de aço em ebulição (aparas), que é desperdiçada durante a laminação, representa 4-10% de sua massa. Mas mesmo na parte restante do lingote após a laminação existem extensas zonas de segregação com um teor de C de até 0,3-0,4% e enxofre de até 0,15% com um teor médio de fusão de C = 0,12-0,22% e 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.

Calma o aço desoxida na unidade de fundição de aço, bem como na panela ao sair do forno. Neste caso, desoxidantes energéticos são introduzidos no metal líquido: manganês, silício. alumínio, às vezes cálcio ou titânio. Esses elementos têm uma afinidade muito maior com o oxigênio do que com o carbono, então a oxidação do carbono para e o aço para de ferver. Graças a isso, os lingotes de aço calmo são muito mais homogêneos em composição química do que o aço em ebulição. A liquefação para o carbono é de apenas 60%, e para o enxofre é 110% superior ao teor médio do ponto de fusão desses elementos.

Ao mesmo tempo, a solidificação de um lingote de aço silencioso está associada à formação de uma grande cavidade de contração. Para obter um corpo de lingote sem defeitos, o aço é derramado em moldes com extensões lucrativas com isolamento térmico. Uma cavidade de contração é formada na parte superior isolada do lingote, que é removida antes da laminação. A guarnição representa 12-16% da massa do lingote. Portanto, o rendimento de produtos laminados adequados a partir de lingotes de aço calmo é menor do que a partir de lingotes de aço em ebulição. Como resultado disso, e também devido ao maior tempo de fundição devido à operação de desoxidação, ao consumo adicional de ferroligas e alumínio, o aço calmo é mais caro que o aço em ebulição.

A baixa qualidade do aço de ebulição e a baixa eficiência técnica e econômica do aço calmo serviram de incentivo para o desenvolvimento de uma variante com grau intermediário de desoxidação - semi-calmo tornar-se. É fundido como se estivesse fervendo, mas na concha ou ao despejar em formas é tratado com uma pequena quantidade de desoxidantes, muito menos do que na fundição de aços calmos. Geralmente é usada desoxidação complexa com ferrossilício e alumínio. A rápida cessação da ebulição e solidificação da cabeça do lingote evita o desenvolvimento de grande heterogeneidade química. Ao mesmo tempo, a segregação em lingotes de aço semi-silenciosos é caracterizada por um excesso do teor médio de carbono do ponto de fusão em 80% e enxofre em 150%. A distância da zona de segregação axial ao topo do lingote é de 15-30% da sua altura; corte da cabeça - 3-5% da massa do lingote.

A produção de aços semi-suaves é caracterizada por alta eficiência técnica e econômica. Em comparação com a produção de aço comum, o rendimento de produtos laminados adequados a partir de lingotes é 8-10% maior, o consumo de ferrossilício para desoxidação é reduzido em 2 a 5 vezes, o alumínio em 5 vezes e o número de moldes é significativamente reduzido . O custo e o preço dos produtos laminados feitos de aço semi-extinguido são 2 a 9% mais baixos do que aqueles feitos de aço macio. Ao mesmo tempo, em termos de qualidade em termos de homogeneidade de composição química, microestrutura e propriedades mecânicas, resistência à fratura frágil e indicadores de resistência, o aço semi-silencioso laminado é inferior ao aço doce laminado, ocupando uma posição intermediária.

Composição química do aço- sua principal característica. Ele define sua marca. Neste caso, o conteúdo de elementos químicos para um determinado tipo de aço não é especificado de forma discreta, mas por um determinado intervalo dentro do qual ocorre a mudança química. a composição não deve ser acompanhada pela remoção de propriedades além dos limites dos níveis garantidos. A largura do intervalo está relacionada à capacidade da siderurgia em manter uma determinada composição.

Os aços que não contêm aditivos especiais de elementos de liga ou possuem apenas uma pequena quantidade deles, devido à tecnologia de fundição, são chamados de aços carbono.

- baixo carbono(até 0,25% C);

- carbono médio(0,3-0,6%C);

- alto carbono(acima de 0,6% C).

Para estruturas metálicas soldadas, são utilizados principalmente aços de baixo carbono. Eles são fornecidos de acordo com GOST 380-88, GOST 14637-89 e GOST 27772-88, bem como aço de acordo com GOST 1050-88, principalmente na forma de tubos.

Aços nos quais são introduzidos aditivos de elementos de liga especialmente para garantir as propriedades exigidas são chamados dopado. Podem conter um, dois, três ou mais elementos de liga. Assim, é feita uma distinção entre manganês, cromo, silício-manganês, cromo-níquel, cromo-níquel-molibdênio e outras ligas de aço.

Os aços-liga com baixo teor de elementos de liga, geralmente não superiores a 2-3% em peso, e com baixo teor de carbono, utilizados na construção, engenharia mecânica, construção naval para a fabricação de estruturas metálicas soldadas, são atribuídos a um grupo especial, eles são chamados baixa liga. Os aços laminados de baixa liga para estruturas metálicas são fornecidos de acordo com GOST 19281-89 (seções e perfis), GOST 19282-73 (chapas e tiras largas), GOST 6713-91, GOST 27772-88 e outras especificações.

Aços com teor total de elementos de liga de 3 a 10% - liga média.

Classes de aço

A marcação de todos os aços-liga é a mesma: os dois primeiros dígitos indicam o teor de carbono em centésimos de por cento; letras - símbolo de elementos de liga; o número após a letra é o conteúdo aproximado do elemento de liga (um ou menor valor não são indicados); a letra “A” no final da marca indica que o aço é de alta qualidade e possui baixo teor de enxofre e fósforo.