Файл: Лачинов, Н. В. Клепка и чеканка стальных конструкций учеб. пособие.pdf

С т а л ь

Сталь получают специальным процессом переплава чугуна и металлического лома в мартеновских и элек­ трических печах, а также путем продувки воздухом жидкого чугуна в бессемеровских и томасовских конвер­ торах. Процессы эти состоят в изъятии значительной части примесей (углерода, кремния, марганца, фосфора и серы) из жидкого чугуна. Перечисленные примеси удаляются путем окисления их кислородом воздуха или чистым кислородом, продуваемым через расплавленный металл. Образующаяся при этом окись углерода СО яв­ ляется газом и уходит из металла, а окислы кремния, марганца, фосфора, серы переходят в шлак и с ним уда­ ляются.

Полученную различными методами сталь разливают в металлические формы (изложницы), в которых она застывает, образуя слиток. Остывший твердый слиток вынимают из изложницы и подвергают дальнейшей об­ работке (ковке, прокатке и т. д.). При производстве стального фасонного литья сталь разливают в литейные формы.

Достоинством конверторного способа является прос­ тота, высокая производительность и низкая стоимость конверторной стали. Конверторная сталь относится к стали обыкновенного качества и применяется для из­ готовления проволоки, листов, сварных труб, строитель­ ного металла и других не столь ответственных изделий *.

Недостатки конверторного производства стали: необ­ ходимость иметь передельные чугуны; значительный угар металла (10—12%); трудности контроля химичес­ кого состава металла; наличие значительного содержа­ ния азота и кислорода; невозможность использоватьот­ ходы (стружку, лом, негодные детали).

Получение стали в мартеновских печах имеет следую­ щие преимущества: возможность переплавлять в сталь чугуны различного -состава в твердом или жидком со­ стоянии и использовать металлические отходы; большая продолжительность процесса плавки, что облегчает конт­ роль состава выплавляемой стали; получение стали с бо­

* Конверторный процесс производства стали настолько усовер­ шенствован, что качество конверторной стали не уступает качеству мартеновской.

22

лее высокими механическими свойствами; меньший угар металла.

Недостатки мартеновского способа: присутствие воз­ духа и газов, поступающих в мартеновскую печь; невоз­ можность освободиться от вредных примесей — фосфора и серы.

Стали, выплавленные в мартеновских печах, более высокого качества (по сравнению с конверторными ста­ лями), они применяются для ответственных конструкций и деталей машины.

Выплавка стали в электропечах позволяет вести про­ цесс без доступа воздуха и при полном отсутствии газов и при этом выплавку можно вести при температурах бо­ лее высоких по сравнению с мартеновским способом. Поэтому стали, полученные в электропечах, содержат меньше вредных примесей, являются высококачествен­ ными и используются для наиболее ответственных конст­ рукций и деталей машин. Недостаток способа выплавки стали в электропечах — его дороговизна.

У г л е р о д и с т ы е с т а л и. По химическому соста­ ву стали делятся на две группы: углеродистые и леги­ рованные. Углеродистыми сталями называют такие ста­ ли, в которых углерод является основным элементом, определяющим все свойства сплава. Кроме' углерода, в состав этих сталей входят в разных количествах мар­ ганец, кремний, фосфор и сера.

Углеродистая сталь, как говорилось выше, содержит углерода не более 2,0%; ее химический состав в процен­ тах следующий:

Самым важным составляющим элементом стали яв­ ляется у г л е р о д : увеличение десятых долей процента углерода резко повышает прочность стали, делает ее твердой. Содержание углерода весьма сильно влияет на свариваемость стали: обычно в стальных деталях, пред­ назначенных для сварки, содержание углерода не более

0,22—0,25%.

* Относится к сталям для заклепок.

(по способу использования) подразделяются на три группы:

группа А — с гарантированными механическими свойствами;

группа Б — с гарантированным химическим составом; группа В — с гарантированными механическими

свойствами и гарантированным химическим составом. Обозначения марок стали группы А: СтО, Ст1, Ст2,

СтЗ, Ст4, Ст5, Стб.

Буква А в марке не ставится и способ плавки также не указывается; стали маркируются буквами Ст, обозначающими слово сталь, и цифрами, указывающи­ ми номер стали, при этом чем больше номер, тем боль­ ше сталь содержит углерода.

Обозначения марок стали группы Б: МСтО, МСт1, ..., МСтб или КСтО, КСт1, ..., КСтб или БСтО, БСтЗ, БСт4, БСт5, БСтб.Здесь буквы М, К, Б обозначают соответст­ венно мартеновскую, конверторную или бессемеровскую сталь; остальные обозначения те же, что и для группы А.

Маркировка марок стали группы В: ВМСт2, ВМСтЗ, ВМСт4, ВМСтб или ВКСт2, ВКСтЗ, ВКСт4, ВКСтб. Здесь обозначения те же, что и для группы Б, но впере­ ди буквой В указывается, что стали относятся к группе В.

Сталь всех групп марок 1, 2, 3 и 4 (Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, МСт1, МСт2, МСтЗ, МСт4, КСт1, ВКСт2, ВКСтЗ, ВКСт4 и др.) изготовляют кипящей, полуспокойной и спокой­ ной, а марок 5, 6 (Ст5, Стб, МСтЗ, МСтб, ВМСтоидр.) — полуспокойной и спокойной.

При всех способах выплавки особо важное значение для свойств стали имеют методы ее раскисления и уда­ ления растворенных в жидком металле газов. Поэтому различают сталь, изготовленную в кипящем или спокой­ ном состоянии, в соответствии с чем маркировка стали содержит буквы кп (кипящая) или пс (полуспокойная) или сп (спокойная).

В ГОСТе 1050—60** для качественных конструкцион­

сталей буква не ставится. Цифры обозначают сотые до­ ли процента углерода в стали. Например, в стали марки 20 содержится 0,20% углерода.

Качественные конструкционные стали имеют более высокие свойства, чем конструкционные стали обыкно­ венного качества. Они прочнее и значительно более вяз­

25

ки. Стоимость их выше, а потому они применяются толь­ ко для более ответственных изделий.

Инструментальные углеродистые стали маркируются

Буква У в обозначении марки стали указывает, что эта сталь углеродистая, а не легированная. Цифра, стоя­ щая после буквы, показывает десятые доли процента уг­ лерода в стали. Так, в стали У8 содержится в среднем 0,8% углерода, в стали У10—1,0% и т. д. Буква А обоз­ начает, что эта сталь высококачественная. Инструменты из высококачественных сталей оказываются более стой­ кими в работе. Высококачественные стали дороже ка­ чественных.

М а р к и р о в к а м о с т о с т р о и т е л ь н о й с т а л и

по ГОСТ 6713—53. Для мостостроения сталь изготовля­ ется двух марок: М16С-— предназначенная для сварных мостовых конструкций, и СтЗ мост. — для клепаных мос­ товых конструкций. Способ выплавки обеих марок — мар­ теновский.

Марка стали М16С содержит несколько меньше угле­ рода, кремния, серы и фосфора. Механические свойства обеих марок почти одинаковы.

Л е г и р о в а н н ы е стали. Легированной называет­ ся такая сталь, в составе которой, кроме углерода и обыч­ ных примесей, имеются легирующие элементы, улучшаю­ щие ее свойства. Такими элементами в стали являются никель, хром, вольфрам и многие другие. Они вводятся в сталь при ее изготовлении. По ним легированная сталь получает и свое название (никелевая сталь, хро­ мистая и т. д.).

Легированную сталь можно получить не только до­ бавками специальных легирующих элементов в углеро­ дистую сталь при ее выплавке, но также и введением в

в нее марганца или кремния в повышенном количестве по сравнению с содержанием этих элементов в углеро­ дистой стали, т. е. марганца — свыше 0,8%, кремния свыше 0,4%.

Легированные стали, как и углеродистые, разделяют на три группы в зависимости от процентного содержания легирующих элементов: низколегированная сталь, в ко­ торой содержание легирующих элементов менее 2,5%; среднёлегированная сталь, когда содержание легирую­

26

щих элементов находится в пределах свыше 2,5%, но не более 10,0%; высоколегированная сталь, в которой со­ держание легирующих добавок превышает 10%.

Временное сопротивление низколегированных сталей (прочность) примерно в полтора раза выше, чем низко­ углеродистых. Следовательно, применение низколегиро­ ванных сталей дает весьма значительную экономию (25—35%) металла по массе в сравнении с низкоуглеро­ дистыми.

Применение низколегированных сталей вызывается желанием уменьшить массу конструкций и сооружений, особенно при значительных нагрузках, когда элементы из углеродистой стали получаются весьма громоздкими и тяжелыми. При этом удешевляется стоимость перевозки, а также упрощается монтаж и уменьшается его стои­ мость.

Различные легирующие добавки по разному влия­ ют на механические свойства легированой стали.

Х р о м и н и к е л ь улучшают механические свойства стали, повышают ее прочность, а также придают жаро­ стойкость и стойкость против коррозии. Никель, кроме

К р е м н и й (при содержании более 0,4—0,6%) повы­ шает упругие свойства стали и электросопротивление ее; делает сталь кислотоупорной.

Легирование стали одним каким-либо элементом час­ то оказывается недостаточным, чтобы обеспечить опре­ деленные механические свойства. В связи с этим получи­ ли распространение стали с двумя, тремя и более леги­ рующими элементами.

М а р к и р о в к а л е г и р о в а н н ы х с т а л е й . Для маркировки легированных сталей в СССР пользуются сочетанием цифр и букв, показывающих примерный состав стали.

27

Буквенные обозначения легирующих элементов:

Первые две цифры в обозначении показывают сред­ нее содержание углерода в стали в сотых долях процен­ тов. Цифры, стоящие после буквы, указывают на при­ мерное содержание того легирующего элемента (в целых процентах), который данная буква обозначает. При этом, если содержание элементов меньше или около 1%, то цифра не ставится. Если содержание около 1,5%, ста­ вится цифра 1; если около 2% — цифра 2 и т. д. Послед­ ней буквой в марке стали часто является буква А, кото­ рая указывает на то, что сталь высококачественная.

Например, марка 15ХА означает хромистую сталь '(буква X), содержащую 0,15% углерода и около 1% хро­ ма. Марка 35ХМЮА — хромомолибденоалюминиевая высококачественная сталь с содержанием 0,35% углеро­ да и около 1% хрома, 1% молибдена, 1% алюминия. Марка 14Г2 обозначает марганцевую сталь с содержани­

углерода 0,15%, марганца около 1% и кремния около 1 %.

Вопросы для повторения

1.Что такое руда и что из нее извлекается?

2.Как получается чугун, какие бывают виды чугуна, каковы их свойства и применение?

3. Как получают сталь, в чем ее отличие от чугуна по составу

исвойствам?

4.Какие существуют способы получения стали? Назовите срав­ нительные достоинства и недостатки этих способов..

5.Какие стали называются углеродистыми, каков состав, каково

влияние составляющих стали на ее свойства?

6.Какие марки являются строительными сталями?

7.Как маркируются углеродистые стали, что такое кипящая сталь, спокойная сталь?

8.Какие стали называются легированными и можно ли получи легированную сталь без добавления легирующих элементов?

9.В чем заключаются преимущества легированной стали?

10.Как влияют на свойства стали различные легирующие эл

менты?

28