Влияние способов плавки на свойства сталей

06.07.2016

Свойства сталей зависят не только от химического состава, но и от равномерности распределения по объёму составляющих ее химических элементов и от однородности строения стали.
Для повышения качества стали жидкий металл в печи, или в ковше, или в изложнице раскисляют (успокаивают) таким количеством добавок-раскислителей, которое обеспечивает спокойное остывание стали в изложнице. В качестве раскислителей наиболее часто применяют алюминий.
Раскислители энергично соединяются с находящимся в расплавленном металле кислородом, освобождая сталь от последнего. Эта реакция экзотермична, поэтому раскисленная сталь остывает более медленно; за это время газовые пузыри, шлаковые и другие посторонние включения выделяются из основной массы жидкого металла в верхнюю часть слитка. Последнюю вместе с усадочной раковиной перед дальнейшей обработкой стали удаляют. (Вес удаляемой части составляет 7—15% веса слитка. Эта часть идет в переплавку.) В результате сталь приобретает однородную мелкозернистую структуру. Механические свойства раскисленной стали, особенно пластичность и ударная вязкость (рис. I—2), повышаются. Такую сталь называют спокойной и обозначают ее индексом «сп», например ВМСт.3сп.
Эффект раскисления стали может быть достигнут и механическим путем (изложнице придают специальную форму или закрывают ее), а также комбинацией химического и механического приемов.
Влияние способов плавки на свойства сталей

При неполном раскислении жидкого металла во время остывания его в изложнице закись железа продолжает реагировать с углеродом. Образующаяся при этом окись углерода выделяется из расплавленного металла, что создает впечатление кипения последнего. Почему такую сталь и называют кипящей. Обозначают ее добавлением к марке стали индекса «кп».
Более раннее остывание наружных слоев слитка стали затрудняет выделение газов и других примесей из средней части слитка. В центре слитка кипящей стали часто образуется ликвационная зона, в которой концентрируются углерод, сера, фосфор. Эта неравномерность распределения элементов в слитке переходит в прокат и ухудшает качества последнего.
Производство кипящей стали проще и стоит она дешевле. Ho кипящие стали хуже свариваются, чаще образуют трещины, быстрее стареют, менее коррозиеустойчивы, чем спокойные.
Углеродистую сталь допускается раскислять кремнием. В этом случае не получается полного раскисления, и такую сталь называют полуспокойной. Обозначают ее индексом «пс». По своим качествам эта сталь занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью.
В зависимости от способа производства стали различают мартеновские, кислородно-конверторные, бессемеровские и томасовские стали, а также стали, полученные в электрических печах. В последнем случае получается высококачественная сталь с очень низким содержанием кислорода, серы и фосфора. По соображениям экономического порядка эти стали в строительстве не применяют.
Томасовская сталь вследствие особенностей ведения плавки содержит больше фосфора, серы, азота, кислорода и шлаковых включений, чем мартеновская. Она обладает высокой хрупкостью. Для изготовления строительных конструкций ее нельзя применять.
Бессемеровская сталь обладает такими же недостатками, что и томасовская, но в меньшей степени. Бессемеровскую углеродистую, сталь разрешено применять только в нерасчетных элементах конструкций.
Кислородно-конверторную сталь, получаемую с кислородным дутьем сверху (ВКСт.3сп; ВКСт.3пс и ВКСт.3кп по ГОСТ 380—60), толщиной до 30 мм можно применять в несущих конструкциях, не подвергающихся непосредственно динамическому воздействию подвижных и вибрационных нагрузок. Эта сталь получается быстрее и стоит несколько дешевле, чем мартеновская сталь. Количество ее в ближайшие годы возрастет очень сильно.
Марки сталей обозначают буквами: бессемеровскую — «Б», мартеновскую — «М» и кислородно-конверторную — «К».
Для изготовления несущих конструкций применяют преимущественно сталь углеродистую обыкновенную (поставляется по ГОСТ 380—60) для мостов (ГОСТ 6713—53) и реже сталь низколегированную конструкционную (поставляется по ГОСТ 5058—65). Углеродистую сталь заводы выплавляют мартеновским или конверторным способами и поставляют или с гарантией механических свойств (группа А), или с гарантией химического состава (группа Б). Для несущих конструкций необходимы стали не только с определенными (гарантированными) механическими свойствами, но и с определенным химическим составом. Такие стали относят к группе В. Изготовляют их мартеновским и конверторным способами.
Низколегированные стали для металлических конструкций имеют 14 марок. В обозначении марок первые две цифры указывают средний процент содержания углерода (в сотых долях); буквы указывают состав легирующих добавок: Г — марганец; С — кремний (сицилий); X — хром; H — никель; Д — медь; П — фосфор; Ф — ванадий. Цифры, стоящие после некоторых букв, указывают процент содержания этого элемента с округлением до целого числа. Так, например, хромокремненикелемедистая сталь, соответствующая ранее собирательной марке HЛ-2, обозначается по ГОСТ 5058—65—15ХСНД, а сталь марганцовистая — 14Г2.
Низколегированные стали по требованию заказчика могут поставляться в термически улучшенном состоянии (после закалки и отпуска). Такие стали обладают значительно повышенными механическими свойствами; например, у стали марки 14Г2 предел текучести повышается с 33 до 40 кг/мм2, а ударная вязкость при температуре —40° с 3 до 4 кгм/см2.
Кроме сталей обыкновенных углеродистых и низколегированных, для изготовления несущих конструкций наши заводы выпускают стали высокой прочности. Отдельные марки этих сталей объединены в классы, которые характеризуются нормативными сопротивлениями (наинизшими значениями предела текучести), выраженными в кг/мм2: С45, С50, С60 и С75. Значения пределов прочности на 10 кг/мм2 выше соответствующих значений предела текучести. Относительное удлинение пятикратных образцов колеблется от 18 до 10%. Ударная вязкость при температуре -40° колеблется от 4,5 до 3 кгм/см2. Высокопрочные стали, подвергающиеся разупрочнению при сварке, отмечены в условном обозначении класса стали буквой «Р», например С45Р, С50Р и т. д.