ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Углеродистые стали из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " Для изготовления деталей котлов, вспомогательного оборудования и трубопроводов широко применяются низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода, до 0,8% марганца и до 0,4% кремния (остающихся после раскисления), а также вредные примеси — до 0,055% серы и до 0,045% фосфора. Эти стали хорошо поддаются обработке давлением, гибке и правке в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваются. Низкоуглеродистые стали относительно дешевы, не дефицитны и обладают удовлетворительными механическими свойствами при комнатной и повышенных температурах (до 450—500° С). [c.53] Структура низкоуглеродистой стали состоит из феррита и перлита. [c.53] Феррит —твердый раствор углерода в а-железе. Атомы углерода образуют раствор внедрения они имеют существенно меньшие размеры, чем атомы железа, и располагаются в кристаллической решетке в промежутках между атомами железа. Феррит — относительно мягкая и пластичная структурная составляющая низкоуглеродистой стали. В феррите при комнатной температуре растворяется только около 0,006% углерода. При большем содержании углерод образует химическое соединение РсзС, называемое цементитом. Это соединение имеет сложную кристаллическую решетку. Цементит тверд и относительно хрупок. [c.53] В низкоуглеродистой стали при очень небольшом содержании углерода в процессе медленного охлаждения хрупкий цементит может выпадать по границам зерен феррита. При такой структуре стальные детали плохо переносят ударную нагрузку. Раньше в котлостроении применялись стали с очень низким содержанием углерода, так как такие стали хорошо гнутся, штампуются и т. п. [c.53] В настоящее время широко используются стали, содержащие более 0,10—0,12% С, в которых не наблюдается выпадения цементита по границам зерен даже при очень медленном охлаждении. [c.53] Углерод—элемент, в основном определяющий свойства углеродистых сталей. Влияние углерода на прочность и пластичность углеродистой стали после прокатки показано на рис. 2.1. С увеличением содержания углерода возрастают временное сопротивление, предел текучести и твердость стали, снижаются показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение), а также ударная вязкость. При 0,8% углерода прочность стали достигает максимального значения, после чего она начинает снижаться. [c.54] Изменения свойств стали в зависимости от содержания углерода вызваны структурой. При увеличении содержания углерода до 0,8% в структуре стали непрерывно возрастает содержание более прочной и менее пластичной структурной составляющей — перлита. При 0,8% углерода вся структура состоит из перлита. При большем содержании углерода избыточный цементит образует оторочку вокруг перлитных зерен. [c.54] содержащие более 0,8% углерода, используются как инструментальные. [c.54] Марганец вводят в любую сталь для раскисления, т. е. для устранения вредных включений гемиоксида (закиси) железа. Марганец растворяется в феррите и цементите, поэтому обнаружить его металлографическими методами невозможно. Марганец повышает прочность стали и сильно увеличивает прока-ливаемость. Содержание марганца в углеродистой стали отдельных марок может достигать 0,8%. [c.54] Кремний, подобно марганцу, является раскислителем, но действует более эффективно. В кипящей стали содержание кремния не должно превышать 0,07%. Если кремн.чя будет больше, то раскисление кремнием произойдет настолько полно, что не получится кипения жидкого металла за счет раскисления углеродом. В спокойной у1леродистой стали содержится от 0,12 до 0,37% кремния, что заметно повышает прочность и твердость стали. [c.55] Сера — вредная примесь. В стали обыкновенного качества содержание серы допускается до 0,055%. [c.55] Присутствие серы в большом количестве приводит к образованию трещин при ковке, штамповке и прокатке в горячем состоянии. Это явление называется красноломкостью. [c.55] В углеродистой стали сера взаимодействует с железом, в результате чего получается сернистое железо. Сернистое железо образует с железом относительно легкоплавкую эвтектику, которая располагается по границам зерен. При температурах ковки, горячей штамповки и прокатки эвтектика находится в жидком состоянии. В процессе горячей пластической деформации по границам зерен образуются трещины. [c.55] Если в сталь ввести достаточное количество марганца, то вредное влияние серы уменьшается, так как она связывается в тугоплавкий сульфид марганца, включения которого располагаются в середине зерен, а не по их границам. При горячей обработке давлением включения сернистого марганца легко деформируются без образования трещин. [c.55] Фосфор также является вредной примесью растворяясь в феррите, резко снижает пластичность, повышает температуру перехода в хрупкое состояние или, иначе, вызывает хладноломкость стали. Это явление наблюдается при содержании фосфора свыше 0,1%. Однако допустить содержание даже 0,05% Р для стали ответственного назначения рискованно. При затвердевании слитка фосфор распределяется в металле не совсем равномерно. Области слитка с повышенным содержанием фосфора становятся хладноломкими. В мартеновской стали обыкновенного качества допускается содержание фосфора не более 0,045%. [c.55] В процессе выплавки углеродистой стали из металлического лома в качестве примесей в нее могут попасть никель, хром, медь и другие элементы. Эти примеси ухудшают технологические свойства углеродистой стали (в частности, свариваемость), поэтому их содержание стараются свести к минимуму. [c.55] Оксиды имеют меньшую плотность, чем железо, всплывают при застывании слитка и переходят в шлак. Если они не успели всплыть до перехода металла в твердое состояние, то в металле наблюдаются оксидные неметаллические включения, которые вызывают подобно сере красноломкость стали. Очень твердые частицы оксидов марганца, кремния и алюминия ухудшают обрабатываемость резанием, вызывая быстрое затупление режущего инструмента. Крупные неметаллические включения могут привести к снижению прочности детали, особенно при наличии концентраторов напряжений. [c.55] Углеродистые стали классифицируются по качеству, которое определяется содержанием серы и фосфора, способом производства и разбросом показателей химического состава и механических свойств. Чем меньше содержание вредных примесей, чем уже пределы изменения механических свойств и содержания химических элементов, тем выше качество стали. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества, качественные и высококачественные. [c.56] Существенное влияние на механические свойства и работоспособность готовых изделий оказывают особенности производства стали и стальных полуфабрикатов. [c.56] Вернуться к основной статье