Gatunki stali węglowej. Klasyfikacja, GOST, aplikacja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Stal jest produktem metalurgii żelaza, głównym materiałem konstrukcyjnym. Służy do produkcji okuć budowlanych, walcówki o różnych profilach, rur, części, mechanizmów i narzędzi.

Produkcja stali

Hutnictwo żelaza zajmuje się produkcją żelaza i stali. Żeliwo to twardy, ale nietrwały materiał. Stal to mocny, niezawodny, ciągliwy, podatny na stopy metal stosowany w odlewnictwie, walcowaniu, kuciu i tłoczeniu.

Istnieje kilka sposobów wytwarzania stali:

1. Konwerter. Wyposażenie: konwerter tlenu. Wsad (surowce): żeliwo białe, złom stalowy, wapień. Produkowane są tylko stale węglowe.
2. Martenowski. Wyposażenie: piec martenowski. Opłata: płynna surówka, złom stalowy, ruda żelaza. Uniwersalny do stali węglowych i stopowych.
3. Łuk elektryczny. Wyposażenie: elektryczny piec łukowy. Wsad: złom stalowy, żeliwo, koks, wapień. Metoda ogólna.
4. Indukcja. Wyposażenie: piec indukcyjny. Opłata: złom stalowy i żeliwny, żelazostopy.

Istotą procesu produkcji stali jest zmniejszenie ilości negatywnych wtrąceń chemicznych w celu uzyskania metalu popularnie zwanego „żelazem”, a raczej stopu żelazo-węgiel o nie większej zawartości węgla niż 2,14%.

Procesy odtleniania

Dla stali na końcowym etapie wytapiania charakterystyczny jest proces wrzenia, na który mają wpływ zawarte w niej tlenki azotu, wodoru i węgla. Taki stop w stanie zakrzepłym ma porowatą strukturę, którą usuwa się przez walcowanie. Jest miękki i plastyczny, ale niewystarczająco mocny.

Proces odtleniania polega na dezaktywacji wrzących zanieczyszczeń poprzez wprowadzenie do stopu żelazomanganu, żelazokrzemu i aluminium. W zależności od ilości gazów resztkowych i pierwiastków odtleniających stal może być półcicha lub nieruchoma.

Gotową stal o wymaganym stopniu odtleniania wlewa się do form w celu krystalizacji i wykorzystania w kolejnych etapach technologicznych w produkcji gotowych wyrobów stalowych.

Klasyfikacja stali węglowej

Cała stal istniejąca na rynku światowym można podzielić na węglową i stopową. Wszystkie gatunki stali węglowej są podzielone na różne grupy klasyfikatorów i cechy oznaczenia.

Na podstawie głównych cech klasyfikacji rozróżniają:

1. Węglowe stale konstrukcyjne. Zawierają mniej niż 0,8% węgla. Służą do produkcji prętów zbrojeniowych, wyrobów walcowanych i odlewów.
2. Węglowe stale narzędziowe zawierające węgielkwota od 0,7% do 1,3%. Służą do narzędzi, wyposażenia instrumentów.

Za pomocą metod odtleniania:

• wrzenie - pierwiastki odtleniające (RE) w składzie poniżej 0,05%;
• pół-spokojny - 0,05%≦RE≦0,15%;
• spokój - 0,15%≦RE≦0,3%.

Według składu chemicznego:

• niskoemisyjny (0,3%≦C);
• średni węgiel (0,3≦C≦0,65%);
• wysokowęglowy (0,65≦C≦1,3%).

Stal o zawartości węgla powyżej 1,3% nie jest używana w przemyśle.

W zależności od mikrostruktury:

• hipoeutektoid - w takiej stali zawartość węgla jest mniejsza niż 0,8%;
• eutektoid - są to stale o zawartości węgla 0,8%;
• hipereutektoid - stale o zawartości węgla powyżej 0,8%.

Jakość:

1. Regularna jakość. Siarka tutaj zawiera mniej niż 0,06%, fosfor - nie więcej niż 0,07%.
2. Stale wysokiej jakości. Nie zawierają więcej niż 0,04% siarki i fosforu.
3. Wysoka jakość. Ilość siarki tutaj nie przekracza 0,025%, a fosforu - nie więcej niż 0,018%.

Zgodnie z głównym standardem gatunki stali węglowej dzielą się na:

• Konstrukcyjna regularna jakość;
• jakość konstrukcji;
• jakość instrumentalna;
• instrumentalna wysoka jakość.

Cechy znakowania stali konstrukcyjnej zwykłej jakości

Stal o zwykłej jakości zawiera: Od - do0,6%, S - do 0,06%, P - do 0,07%. Przyjrzyjmy się, jak oznaczona jest ta stal węglowa. GOST 380 definiuje następujące niuanse oznaczenia:

• A, B, C - grupa; A - nieoznaczone na znaczkach;
• 0–6 po literach „St” - numer seryjny, w którym zaszyfrowany jest skład chemiczny i (lub) właściwości mechaniczne;
• G - obecność Mangan Mn (mangan);
• kp, ps, cn - stopień odtleniania (wrzenie, pół-spokojne, spokojne).

Liczby od 1 do 6 po stopniu odtlenienia przez myślnik to kategorie. W takim przypadku pierwsza kategoria nie jest w żaden sposób wskazana.

Litery M, K na początku marki mogą oznaczać metalurgiczną metodę produkcji: palenisko otwarte lub konwerter tlenu. Nawiasem mówiąc, stale węglowe o zwykłej jakości są reprezentowane przez ilościowy skład gatunków, około 47 sztuk.

Klasyfikacja stali konstrukcyjnych zwykłej jakości

Stale węglowe o zwykłej jakości są podzielone na grupy.

• Grupa A: stale, które muszą dokładnie odpowiadać określonym właściwościom mechanicznym. Dostarczane są konsumentowi najczęściej w postaci arkuszy i wielosekcyjnych wyrobów walcowanych (blachy, trójniki, dwuteowniki, okucia, nity i obudowy). Stopnie: St0, St1 - St6 (kp, ps, sp), kategorie 1-3, w tym St3Gps, St5Gps.
• Grupa B: stale, które muszą być regulowane przez niezbędny skład chemiczny i właściwości. Produkowane są wyroby odlewane i walcowane, które zostaną poddane dodatkowej obróbce skrawaniemprasowanie na gorąco (kucie, tłoczenie). Znaki: Bst0, Bst1 (kp-sp), Bst2 (kp, ps), Bst3 (kp-sp, w tym Bst3Gps), Bst4 (kp, ps), Bst 6 (ps, sp), kategorie 1 i 2.
• Grupa B: stale, które muszą spełniać wymagane właściwości chemiczne, fizyczne, mechaniczne i technologiczne. Grupę tę charakteryzuje różnorodność gatunków, z których wykonywane są wyroby z tworzyw sztucznych, trwałe okucia do pracy w obszarach o znacznych różnicach temperatur, części krytyczne (śruby, nakrętki, osie, sworznie tłokowe). Wszystkie produkty o różnym składzie, właściwościach i gatunkach z tej grupy łączy dobra spawalność technologiczna. Stopnie: VSt1-VSt6 (kp, ps, sp), VSt5 (ps, sp), w tym VSt3Gps, kategorie 1-6.

Stale konstrukcyjne zwykłej jakości to stopy, które mają szerokie zastosowanie w przemyśle.

Oznakowanie stali węglowej

Zawartość węgla w stali o podanej jakości wynosi od 0,05% do 0,6%. Wytapianie metali z tej grupy klasyfikacyjnej odbywa się metodami martenowskimi lub łukowymi. Szeroki zakres obecności węgla różnicuje właściwości mechaniczne: niskowęglowe - ciągliwe, średniowęglowe - mocne.

Stal węglowa ma zawartość odpowiednio S i P nie większą niż 0,04%.

Oznakowanie (GOST 1050-88):

• liczby 05-60 - zaszyfrowana obecność węgla (minimum - 0,05%, maksimum - 0,6%);
• kp, ps, cn - stopień odtlenienia ("sp" nie jest)wskazane);
• G, Yu, F - zawierają mangan, aluminium, wanad.

Oznaczanie wyjątków

Stal węglowa ma wyjątki w ich znakowaniu:

• 15K, 20K, 22K - stale wysokiej jakości, mające zastosowanie w budownictwie kotłowym;
• 20-PV - węgiel - 0,2%, stal ma zastosowanie w produkcji rur metodą walcowania na gorąco, w budownictwie kotłowym i instalacji systemów grzewczych, zawiera miedź i chrom;
• OSV - stal do produkcji osi wagonów, zawiera nikiel, chrom, miedź.

W przypadku wszystkich gatunków stali wysokiej jakości możliwa jest potrzeba zastosowania obróbki termicznej (na przykład normalizacja) i chemiczno-termicznej (na przykład nawęglania).

Klasyfikacja stali węglowych

Ten rodzaj stali węglowej można z grubsza podzielić na 4 grupy:

1. Wysoce plastyczny materiał stosowany do obróbki na zimno (walcowania), walcowania blach i rur. Gatunki - stal 08ps, stal 08, stal 08kp.
2. Metal używany do walcowania i tłoczenia na gorąco, który sprawdza się w warunkach agresywnych termicznie. Gatunki - od stali 10 do stali 25.
3. Stal używana do produkcji krytycznych części, w tym sprężyn, sprężyn, sprzęgieł, śrub, wałów. Gatunki - od stali 60 do stali 85.
4. Stale wymagające niezawodnej pracy w agresywnych warunkach (np. łańcuch ciągnika gąsienicowego). Gatunki stal 30, stal 50, stal 30G, stal 50G.

Możliwe jest również podzielenie wszystkiego na 2 grupyznane gatunki stali węglowej z klasy jakości: konstrukcyjnej konwencjonalnej i konstrukcyjnej manganowej.

Zastosowanie węglowej stali konstrukcyjnej

Gatunek stali według jakości	Marka	Aplikacja
regularna jakość	St0	wzmocnienie, poszycie
	St1	tas, dwuteowniki, kanały
	St3Gsp	stal konstrukcyjna
	St5sp	tuleje, nakrętki, śruby
	St6ps	złom budowlany
	ST4kp	Kształtowane, blaszane, długie produkty do trwałych konstrukcji
jakość	Stal10	rury do kotłów, wytłoczki
	Stal15	części o wysokiej ciągliwości, krzywki, śruby, nakrętki
	Stal18kp	struktury spawane
	Stal 20szt	osie, widły, sworznie, złączki, rury
	Stal50	koła zębate, sprzęgła
	Stal60	wrzeciona, podkładki, pierścienie sprężyste

Węglowe stale narzędziowe mają wysoką wytrzymałość i ciągliwość. Są one koniecznie poddawane wieloetapowej obróbce cieplnej.

Zawartość węgla w stali: 0,7 – 1,3%. Dla wysokiej jakości - do 0,03%, fosforu - do 0,035%. I na instrumentalnewysoka jakość: siarka - do 0,02%, fosfor - do 0,03%.

Oznaczenie marki (GOST 1435-74):

• U - węgiel instrumentalny;
• 7 -13 - zawartość węgla w nim wynosi odpowiednio 0,7-1,3%;
• G - obecność manganu;
• A to wysoka jakość.

Wyjątki od podstawowych zasad znakowania węglowych stali narzędziowych stanowią materiał na części mechanizmów zegarków A75, ASU10E, AU10E.

Wymagania dotyczące węglowych stali narzędziowych

Zgodnie z GOST, stale narzędziowe muszą spełniać szereg cech.

Wymagane właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne: wskaźniki jakości twardości, udarności, wytrzymałości, odporności na zmiany temperatury podczas pracy (podczas cięcia, wiercenia, obciążenia udarowe), odporności na korozję.

Określone właściwości technologiczne:

• odporność na negatywne procesy technologii cięcia (przyklejanie się wiórów, utwardzanie);
• dobra skrawalność toczenia i szlifowania;
• podatność na obróbkę cieplną;
• odporność na przegrzanie.

W celu poprawy jakości wskaźników mechanicznych i technologicznych stale narzędziowe poddawane są wieloetapowej obróbce cieplnej:

• wyżarzanie surowca przed wykonaniem narzędzi;
• hartowanie (chłodzenie w roztworach soli) i późniejsze odpuszczanie gotowych produktów (głównie odpuszczanie niskie).

Otrzymanoo właściwościach decyduje skład chemiczny i uzyskana mikrostruktura: martenzyt z wtrąceniami cementytu i austenitu.

Stosowanie narzędziowych stali węglowych

Opisane stale są używane do produkcji wszelkiego rodzaju narzędzi: skrawających, udarowych, pomocniczych.

• Stal U7, U7A - młotki, dłuta, siekiery, dłuta, młoty kowalskie, dłuta, haczyki.
• Stal U8, U8A, U8G - piły, wkrętaki, punktaki, pogłębiacze, frezy, szczypce.
• Stal U9, U9A - narzędzie do obróbki metalu, narzędzie do cięcia drewna.
• Stal U10, stal U10A, U11, U11A - tarniki, gwintowniki, wiertła kręte, narzędzia pomocnicze do wykrawania i wymiarowania.
• U 12, U12A - rozwiertaki, gwintowniki, narzędzia pomiarowe.
• U13, U13A - pilniki, narzędzia do golenia i chirurgiczne, stemple do stempli.

Racjonalny wybór gatunku stali węglowej, technologii jej obróbki cieplnej, zrozumienie jej właściwości i cech jest kluczem do długiej żywotności produkowanych, przetwarzanych lub używanych konstrukcji lub narzędzi.