Степень раскисления стали это

Раскисление стали. Кипящая, спокойная, полуспокойная сталь

Вопрос №18.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление – процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводи­мый для предотвращения хрупкого раз­рушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют мар­ганцем, кремнием и алюминием. Они со­держат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Пе­ред разливкой в них содержится повы­шенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодей­ствуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатле­ние кипения стали, с чем и связано ее на­звание. Кипящие стали дешевы, их произ­водят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si

Спокойная сталь (рис. 2.11, а, г) за­твердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная рако­вина 1, а в средней – усадочная осевая рыхлость.

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с при­былью, которая образуется надставкой (см. рис. 2.9, б) со стенками, футерован­ными огнеупорной массой малой тепло­проводности. Поэтому сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располага­ется в прибыли. Слиток спокойной стали (рис. 2.11, а) имеет следующее строение: тонкую наружную корку А из мелких рав­ноосных кристаллов; зону Б крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону В крупных неориентированных кристал­лов; конус осаждения Г, мелкокристалли­ческую зону у донной части слитка. Стальные слитки неоднородны по хими­ческому составу. Химическая неоднород­ность, или ликвация, возникает вследст­вие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого со­стояния в твердое. Ликвация бывает двух видов – дендритная и зональная.

В слитках кипящей стали(рис.211,б,д) не образуются усадочные раковины: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении стали в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются. Кипение стали влияет на зональную ликвацию в слитках, которая развита в них больше, чем в слитках спокойной стали. Углерод, сера и фосфор потоком металла выносятся в верхнюю часть слитка. отчего свойства стали в этой части слитка ухудшаются. Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка. так как в донной ликвация мала. Для уменьшения ликвации кипение после заполнения изложницы прекращают, накрывая слиток металлической крышкой (“механическое закупоривание”), либо раскисляют металл алюминием или ферросилицием в верхней части слитка (“химическое закупоривание”).

Слиток кипящей стали имеет следующее строение (рис. 2.11, б, д): плот­ную наружную корку А без пузырей; зону мелких кристаллитов; зону сотовых пузырей П, вытянутых к оси слитка и располагающихся между кристаллитами Б; зону В неориентированных кристаллитов; промежуточную плотную зону С; зону вторичных круглых пузырей К и среднюю зону Д с отдельными пузырями

Полуспокойная стальсохраняет преимущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков.

Полуспокойная сталь (рис. 2.11, в, е) частично раскисляется в печи и ковше, а частично в изложнице. Слиток полуспокойной стали имеет в нижней части структуру спокойной стали, а в верхней – кипящей. Ликвация в верхней части слитка полуспокойной стали меньше, чем кипящей, и близка к ликвации спокойной стали, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочных раковин.

Два метода раскисления: диффузионное и осаждающее.

Классификация сталей

Сталь – сплав железа, содержащий менее 2,14% углерода и другим металлические и неметаллические компоненты. Она является одним из самых распространенных материалов и самым распространенным металлическим сплавом. Сталь применяется во всех отраслях хозяйства и во всех сферах жизни человека — от иголки шитья до корпуса атомного реактора и от винтика в дверном замке до пилона моста через пролив. За время развития металлургии для различных целей были разработаны сотни различных сортов, или марок сталей. Из них широко используются 7-8 десятков, остальные служат для специальных и редких применений.

Классификации сталей

Чтобы разобраться во всем многообразии марок, металлурги применяют несколько классификаций:

• по химическому составу;
• по структуре;
• по назначению;
• по качеству;
• по степени раскисления.

Существуют и другие классификации, но их применение ограничивается научными и узкоспециальными областями применения.

Классификация по химическому составу

По химическому составу классификацию проводя, подразделяя на: углеродистые и легированные стали, которые, в свою очередь, подразделяются на:

Содержание углерода не влияет на степень легирования, Если доля Mn превышает 1%, а Si- 0,9%, они также признаются легирующими добавками

Классификация по структуре

Структура стали, кроме ее химического состава, зависит от многих факторов, влиявших на нее на этапах отливки и термической обработки. Классификация по структуре после процедуры отжига, во время которого заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи, следующая:

• доэвтектоидные – с избыточными ферритовыми включениями;
• эвтектоидные – ферриты замещаются перлитами;
• заэвтектоидные – с включениями вторичных карбидов;
• ледебуритные – с включениями первичных карбидов;
• аустенитные;
• ферритные.

После проведения процедуры нормализации, заключающейся в нагревании до температуры пластичности и остывании на открытом воздухе, классификация различает такие группы, как:

Классификация по степени раскисления

Процесс раскисления приводит к снижению содержания кислорода в расплаве. Классификация предусматривает такие классы, как:

Основными раскислительными добавками служат Mn, Al, Si.

Классификация сталей по степени раскисления

Классификация стали по содержанию примесей

Кроме классификации по содержанию углерода и по степени раскисления, применяется классификация по качеству, определяемому методом производства и содержанием вредных примесей, прежде всего, серы и фосфора. Классификация сталей по качеству:

В Российской Федерации и странах СНГ маркировка состоит из цифровых и буквенных позиционных обозначений. На первом месте располагаются одна или две цифры, показывающие процент содержания углерода.

Если его больше одного процента, используют две цифры, если меньше — то одну, и значение показывается в десятых долях.

Пример расшифровки маркировки стали

Далее идут группы, обозначающие тип и содержание легирующих присадок

Буквенные коды элементов можно посмотреть здесь: буквенные обозначения легирующих присадок

Если содержание элемента больше одного процента, то указывается содержание в процентах, если меньше — остается только буква.

В конце кода может быть добавлена буквы А или АА, обозначающая содержание фосфора и серы и соответствующая качественным и высококачественным категориям.

Маркировка нержавеющей сварочной проволоки

Добавляют также и буквы, указывающие на степень раскисления:

• кп — кипящая;
• пс — полуспокойная;
• сп — спокойная.

В США и Западной Европе, а также в Китае и Японии приняты свои способы классификации и маркировки сталей. Таблицы соответствия содержатся в марочниках.

Виды стали по степени раскисления

Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Общая информация

Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные. Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.

Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.

Химический состав сталей обыкновенного качества

Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

• группа А – обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
• группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

• 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
• 2я – дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
• группа В – обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.

Подразделяется на шесть категорий.

Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б.

Маркировка стали

Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).

1. эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
2. цифра 5 – определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
3. пс- степень раскисления.

Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно. В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.

Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом). Кипящая сталь – довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.

Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.

Спокойная сталь

Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. Содержание кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.

Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.
Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.
Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям – является полуспокойная сталь.

Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.

Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 – 10% лучше.

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.

Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.

Поскольку производство кипящей стали обходится дешевле, чем спокойной и полуспокойной она достаточно широко используется для изготовления наименее ответственных изделий металлопроката, таких , как катанка, полоса, уголок, метизы.

Степень раскисления.

По степени раскисления* различают:

· спокойные стали – стали, раскисленные Mn; Al; Si;

· кипящие стали – стали, раскисленные Mn;

· полуспокойные стали – стали, раскисленные Mn; Al.

* Раскисление – восстановление элемента из его окислов. Раскислители – элементы, восстанавливающие другой элемент из его окислов.

Метод получения из сталей изделий.

По методу получения из сталей изделий различают:

§ деформируемые стали (изготовление изделий осуществляют обработкой давлением);

• литейные стали ( изготовление изделий осуществляют литьем).

Условия поставки потребителям.

Сталь обыкновенного качества дополнительно подразделяется по условиям поставки на 3 группы:

· сталь группы А – поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);

· сталь группы Б – по химическому составу;

· сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

Маркировка сталей

Спокойные стали –маркируются буквами “сп” (иногда буквы опускаются);

Кипящие стали – маркируются буквами “кп”;

Полуспокойные стали – маркируются буквами “пс”.

Литейные стали –маркируются в конце буквой “Л”.

Стали обыкновенного качества маркируются буквами “Ст” и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква “Г” после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Перед маркой указывают группу стали, причем группа “А” в обозначении марки стали не ставится.

Например стали марок:

– Ст1кп– углеродистая сталь обыкновенного качества, кипящая, № марки 1, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А);

– ВСт5Г– углеродистая сталь обыкновенного качества с повышенным содержанием марганца, спокойная, № марки 5, с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);

– БСт0 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б (стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяют).

Качественные стали маркируют следующим образом:

1.В начале марки указывают содержание углерода цифрой, соответствующей его средней концентрации:

а) в сотых долях процента для сталей, содержащих углерода С

Если после буквы, обозначающей легирующий элемент, стоит цифра, то она указывает содержание этого элемента в процентах. Если цифры нет, то сталь содержит в среднем 1,0 % этого легирующего элемента, за исключением редких металлов, а также бора. Если после букв, обозначающих редкие металлы и бор нет цифры, то в сталях содержится до 1% этих элементов.

Например, стали марок:

– 14Г2 – низколегированная качественная сталь, спокойная, содержит приблизительно 0,14% углерода и 2,0% марганца.

– 03Х16Н15М3Б – высоколегированная качественная сталь, спокойная содержит 0,03% C; – 16,0% Cr; 15,0% Ni; до З,0% Мо; до 1,0% Nb.