Фазы стали и характеристики марки 10хснд. Характеристики стали

особенности производства, свойства, пределы прочности

Сталь марки СТ3 классифицируется как конструктивная углеродистая обычного качества.

Сплав СТ3 применяется для изготовления горячекатаного проката, труб, штамповок, проволоки и т.д. Продукты металлопроката востребованы в строительстве для производства металлоконструкций, изготовления изделий для машиностроения и бытовой техники.

Основные характеристики

Сталь представляет собой деформированный сплав железа (не менее 45%), углерода (2%) и примесей некоторых элементов (фосфора, марганца, кремния). Для получения материала с необходимыми характеристиками (устойчивости к коррозии, повышения пределов прочности, магнитных свойств и т.д.) добавляются легирующие добавки (хром, вольфрам, ванадий, титан).

Химический состав стали СТ3: углерод (0,14-0,22%), кремний (0,05-0,17%), марганец (0,4-0,65%), никель, медь, хром (0,3%), мышьяк (0,08%).

Сплав СТ3 включает и вредные примеси: газы (кислород, несвязанный азот), серу, фосфор. Наличие фосфора способствует хрупкости металла при низкой температуре воздуха и уменьшению пластичности при нагревании. Примеси серы содействуют образованию трещин в металле.

По механическим характеристикам сталь подразделяют на следующие группы: обычной прочности, повышенной и высокой. На прочность материала влияет содержание углерода, соответствующее порядковому номеру маркировки от 0 до 6.

Стали подразделяются по назначению на три группы.

Конструкционные – применяются при изготовлении металлоконструкций и изделий с повышенным пределом прочности. Они могут быть углеродистыми и легированными.
Инструментальные – используются для изготовления измерительных, режущих приборов и инструментов. Содержание углерода составляет от 0,8 до 2%.
Стали с особыми свойствами (специальные) – нержавеющие, кислотостойкие, электротехнические и т.п. Имеют низкое содержание углерода и повышенное легирующих элементов.

Технологические свойства стали

По своим механическим свойствам сталь марки СТ3 обладает высоким пределом выносливости и сопротивляемостью к большим нагрузкам.

В зависимости от состава сплава определяются его основные свойства. Отличительной характеристикой СТ3 является содержание углерода. От повышенного содержания углерода зависит увеличение предела прочности материала. Однако одновременно с этим ухудшаются свариваемость, пластические качества и повышается опасность образования трещин в швах.

Повысить прочность сплава целесообразнее путем увеличения содержания марганца, так как это не ведет к снижению прочности металла шва.

Увеличению прочности способствует и наличие в его составе кремния, который практически не снижает пластичность металла.

Кремний совместно с марганцем или молибденом придает повышенную закаливаемость, увеличивает пределы упругости и текучести материала, а также устойчивость к атмосферным воздействиям.

Сварка стали СТ3 может производиться без ограничений. Штамповка проводится в горячем и холодном состоянии, без последующей термической обработки.

Раскисление стали

В процессе раскисления сплава стали происходит удаление кислорода из расплавленного сырья, наличие которого ухудшает механические свойства материала.

Раскаленную сталь, содержащую большое количество растворенного газа, выдерживают в изложницах с раскислителем (марганцем, кремнием, алюминием), который соединяется с растворенным кислородом. Получившиеся в процессе оксиды всплывают на поверхность и впоследствии удаляются.

Воздействие элементов на сплав оказывается различным. Так, наиболее сильным раскислителем является алюминий, затем идет кремний, а самым слабым считается марганец.

При выплавке стали в виде раскислителя чаще всего используется кремний. В полуспокойных составах он составляет 0,10%, а в спокойных – 0,40%.

В зависимости от содержания кислорода и углерода в структуре материала и степени раскисления сплав металла классифицируются по следующим типам.

Спокойная сталь («сп») – газы не выделяются при затвердевании, в полной степени проходит раскисление и удаление кислорода. Обладает однородной структурой, пластичностью и значительной устойчивостью к коррозии. В большинстве видов сталей (легированных, низколегированных и углеродистых) используются спокойные сплавы. Применяется при производстве жестких металлоконструкций.
В полуспокойных («пс») – проходит частичное раскисление, выделяющиеся газы подавляются не полностью (углерод до 0,30%). По своим качествам сырье имеет меньшую жесткость и пластичность. Широко применяется в производстве труб и сортового проката.

Кипящая сталь («кп») – большая степень выделения газов в процессе затвердевания. В своем составе содержит максимальное количество углерода и марганца. Ее себестоимость сравнительно невысока, так как при этом используется меньшее количество раскислителя. Применяется при производстве плит, листов, проволоки и труб.

По способу производства сталь различают на мартеновскую и кислородно-конвертерную. Наиболее современный, сравнительно простой и дешевый способ – это кислородно-конвертерный с использованием кислородных конвертеров.

Сталь марки СТ3 пользуется большой популярностью благодаря своей технологичности и качественным характеристикам (прочности, простоты в обработке и т.д.). Использование специальных технологий в производстве позволяет получать экономичные, долговечные конструкции и изделия самого различного применения.

показатель высокой прочности и технические характеристики

Сталь — это деформируемый сплав железа (подвергающийся ковке) с углеродом и другими элементами. Ее получают из состава, в котором есть место для чугуна и стального лома, обрабатывают в мартеновских печах, кислородных конвертерах и электрических печках. Если в сплаве железа более 2,14% углерода, тогда это уже чугун.

Классификация стали

На рынке 99% всей стали представлен материал конструкционный в широком смысле. К этой группе относятся стали для возведения строительных сооружений, изготовления деталей машин, упругих элементов, инструментов, а также для особых условий работы, имеющие определенные показатели, например, теплостойкие, нержавеющие и другие.

Главными качествами материала являются:

Прочность, которая характеризуется способностью к выдерживанию достаточного напряжения.
Пластичность, эта характеристика позволяет выдерживать деформации без ущерба разрушения как при производстве конструкций, так и в точках перегрузок при их работе.
Вязкость способствует поглощению работы внешних сил, препятствует распространению трещин.

Жаропрочность и холодостойкость.
Упругость и твердость.

Сталь и сплавы классифицируют:

По составу химическому, структурному.
По качеству. На данный показатель влияет способ производства и содержание вредных примесей.
По степени раскисления и затвердеванию металла в изложнице.
По применению.

Химический состав

В зависимости от содержания углерода делят на группы:

углерода менее 0,3%С — малоуглеродистые.
Среднеуглеродистые, когда его от 0,3 до 0,7% С.
Более 07 %С — высокоуглеродистые.

Чтобы улучшить технологические свойства материала сталь легируют. Что это значит? Кроме обычных примесей в ее состав добавляют в определенных сочетаниях легирующие элементы. Обычно лучшие свойства появляются, когда легируют комплексно.

В легированных сталях классификация происходит благодаря суммарному проценту содержащихся в ней примесей:

Низколегированные, в которых менее 2,5%.
Среднелегированные — от 2,5% до 10%.
Высоколегированные — выше 10%.

Структурный состав

В оттоженном виде — ледебуритный, ферритный, доэвтектоидный, заэвтектоидный, аустенитный.
В нормализованном виде — аутенитный, мартенситный, перлитный.

Перлитный класс характеризуется низким содержанием легирующих элементов. К нему относятся легированные и углеродистые стали. Мартенситный включает в себя стали с более высоким процентом легирующих веществ. В аутенитный класс входят материалы с высоким значением легирующих элементов.

Содержание примесей

По способу производства и содержании примесей данный материал делится на 4 группы:

Обыкновенного качества. По химическому составу являются углеродистыми. Они выплавляются посредством кислорода или в мартеновских печах. Данные стали являются недорогими и уступают по своим свойствам другим классам.
Качественные. По химическому свойству являются углеродистыми или легированными. Так же, как и предыдущий тип, выплавляются в конвертерах или в мартеновских печках, при этом соблюдаются более строгие требования к составу шихты, работам по плавке и разливке.
Высококачественные. Данный тип выплавляется, как правило, в электрических печах. Очень высокого качества сталь изготавливается благодаря электропечам с электрошлаковым переплавом. Применяются также другие совершенные методы, направленные на повышение чистоты по неметаллическим включениям (сера и фосфор).

Благодаря электрошлаковому переплаву, который эффективно очищает от сульфидов и оксидов, создаются особовысококачественные стали. Такие стали бывают только легированными. Они проходят обработку в электропечах, к ним применяются специальные методы электрометаллургии.

Применение

Шарикоподшипниковые хромистые стали применяются для изготовления подшипников. Этот вид зарекомендовал себя, как высокопрочный, твердый и контактно-выносливый материал.

Упругой деформацией обладают некоторые виды стали, поэтому они применяются для пружин, рессор и других изделий. Многие из них должны выдерживать циклические нагрузки. Поэтому основными требованиями к данным видам стали являются высокие значения упругости, текучести, выносливости, также необходима пластичность и сопротивление хрупкому разрушению.

Высокопрочные стали обладают прочностью при необходимой пластичности, малой чувствительностью к надрезам, низким порогам хладноломкости, отличной свариваемостью, высоким показателям сопротивления хрупкому разрушению.

Сталь 45

Этот сплав стали отличается от других набором особых характеристик, которые присущи только этой марке. Она отличается применением и высокой функциональностью, уникальным составом химических соединений, совокупностью литейных и других производственных параметров.

Применение

Сталь под номером 45 изготавливается в соответствии со всеми требованиями ГОСТа. Из нее делают валы всех видов, бандажи, шпиндели, цилиндры различных видов, кулачки разнообразной формы. По сути, применяется для конструкций и устройств, функциональным назначением которых является устойчивость к огромным нагрузкам, где требуется демонстрировать повышенные показатели износостойкости, прочности, нечувствительности к коррозии.

В составе стали марки 45 в соответствии с ГОСТ находятся такие элементы, как фосфор, мышьяк, медь, никель, марганец и другие вещества. Данная сталь обладает большим набором механических характеристик. Поэтому она способна вынести практически все климатические и температурные колебания. Испытывают данный вид стали при температурном интервале от 200 до 600 градусов.

Технические характеристики

Данная сталь относится к тем материалам, которые трудно поддаются сварке, однако, при этом у нее отсутствует отпускная способность. Эта ее особенность часто очень хорошо влияет на изготовление сложных форм и деталей. Благодаря характеристикам данной стали, ударная вязкость изделий из нее всецело зависит от толщины взятого листа, причем наибольшим значением будет обладать самый толстый исходник. Но, даже несмотря на данный параметр, можно с уверенностью сказать, что практически любая конструкция, изготовленная из стали этой марки, выдержит практически любые, в том числе и самые интенсивные воздействия.

Это стало возможным благодаря применяемым способам обработки, а также производственному процессу, который разработан в соответствии с ГОСТ. Безусловно, в мире еще не создали материалы, обладающие бесконечной выносливостью к различным воздействиям, поэтому данный металл в этом смысле не исключение. Но благодаря высоким свойствам сырья, из которых производят материал, у него великолепные показатели.

Характеристика стали 10хснд и особенности проведения сварочных работ

Сплав, сочетающий в себе углерод и другие легирующие элементы, на основе железа называется сталью. Он хорошо деформируется при определенных температурах. Максимальное содержание углерода в углеродистых и низколегированных сталях около 2%, высоколегированные имеют до 2,5%. Делят низколегированные и легированные стали по 5% отметке металлических легирующих элементов.

Фазы

Итак, все стали — это сплав железа с углеродом, однако, даже стали общего назначения имеют некоторые количества марганца и кремния, а также фосфора и серы. Углерод в таких сталях присутствует на уровне от 0,05 до 1,0%.

Железо легируют углеродом по особому сценарию, механизм данной системы сплавов является двухступенчатым. Первый этап характеризуется соединением железа с 6,67% углерода, при этом образуется карбид железа, чаще называемый цементитом.

Поэтому обычная сталь при комнатной температуре состоит из цементита и феррита. Это фазы. Если сталь нагреть до 725 градусов, то произойдет растворение цементита в железе и образуется следующая фаза — аустенит. Любая сталь подвергается только трем изменениям, в то время как структур и их смесей может быть много.

Характеристики стали 10хснд

Сталь относится к классу конструкционных и низколегированных, применяется для:

сварки металлоконструкций.
изготовления различных деталей, которые должны обладать повышенной прочностью и стойкостью к коррозии с ограничением веса, способные выдерживать температуру от -70 до 450 градусов.

Сталь 10хснд состоит из следующих химических элементов: кремния, меди, мышьяка, марганца, никеля, фосфора, хрома, азота, серы.

Особенности сварки

Так как сталь низколегированная, то это значит, что она хорошо сваривается. Но легирующие элементы обуславливают возможность возникновения закалочных структур в зоне термической обработки. Если к этому прибавятся неблагоприятные факторы, то это может привести к уменьшению ее стойкости против холодных трещин. Также легирующие элементы способны снизить сопротивляемость швов горячим трещинам. Они могут усугубить либо уменьшить последствия перегрева и склонность к хрупкому разрушению стали в зоне температурного влияния и шве.

Особо трудными для сварки являются термически улучшенные стали, разупрочняющиеся в разных участках температурного влияния.

Данный класс стали требует определенных навыков сварки, так как наибольшие трудности возникают в связи с приобретением требуемой ударной вязкости металла шва и участка температурной обработки около границы сплавления. Низколегированные стали с низкой стойкостью против хрупкого разрушения, подвергшиеся перегреву при электрошлаковой сварке, появляются тогда, когда:

значительно укрупняется аустенитное зерно и внутризерновая структура,
образуется видманштеттовая структура и ферритные оторочки по границам зерен,
повышена хрупкость ферритной основы металла,
развивается высокотемпературная химическая неоднородность,
перераспределяются и выделяются по границам зерна карбидов или легкоплавкие сульфидные включения в виде плен и строчек.

Снижение стойкости перед хрупким разрушением металла шва также вызывают вышеперечисленные причины. Сам металл под влиянием сварочного нагрева подвергается а-у-а превращению, в то время как в металле шва возникает только у-а превращение. Данный факт плюс крупнозернистость строения металла шва приводят к заметной химической неоднородности, это касается, главным образом, наиболее ликвирующих примесей стали — углероду, фосфору и сере.

Если применяется электрошлаковый способ сварки, то он оказывает рафинирующее действие. Типичным для всех методов дуговой сварки является шов по оксидным включениям, он исключительно чист. Сульфиды и фосфиды представлены немногочисленно. При электрошлаковой сварке на свойства шва оказывает основное влияние выделение сульфидов, которые имеют вид пленок по границам зерен, локализующиеся, главным образом, в области оси шва, а также внутрикристаллическая ликвация фосфора, который обогащает участки феррита — они совпадают с границами первичных кристаллитов.

Неметаллические включения в шве распределяются посредством направленности роста кристаллитов, она зависит от режимов сварки. Количество сульфидов, которые оттесняются к оси шва растущими кристаллитами, увеличивается, ударная же вязкость шва понижается. Это происходит благодаря увеличению скорости сварки (быстроте подачи проволоки) и глубине металлической ванны.

Кислород и азот, которые находятся в твердом растворе, а также повышенная плотность дислокаций в шве, делают меньше сопротивляемость хрупким разрушениям.

Требованиям технических условий, как правило, удовлетворяет ударная вязкость шва и зоны температурного влияния около границы сплавления в местах перегрева и твердо-жидкого состояния при комнатной температуре после сварки или отпуска. Если температурные условия более низки, то ударная вязкость данных участков обычно низкая. Поэтому выбор технологии электрошлаковой сварки и следующей за ней термообработки зависит от условий эксплуатации конструкции и стойкости низколегированной стали 10хснд и шва в соединении посредством сварочных работ против хрупкого разрушения.

Чтобы получить соединения с высокими свойствами существуют некоторые возможности. Для этого нужно предпринять некоторые шаги по выбору:

материалов с высокими показателями стойкости к перегреву при электрошлаковой сварке,
способа рациональной термообработки,
определенных режимов,
технологических подходов сварки.

В задачи технолога входит оценка сопротивляемости хрупкому разрушению шва и стали, сварка которой происходит в зоне термического влияния, а также определение относительно конкретных конструкций и условий их эксплуатации рациональных способов повышения свойств соединений.

Стойкость стали к перегреву при способе электрошлаковой сварки определяется легированием стали, которое оказывает решающее влияние на этот показатель. Если легирование происходит рационально, то он становится столь высоким, что ударная вязкость металла около границ сплавления соответствует требованиям уже после высокого отпуска, не прибегая к помощи, улучшающей качество, высокотемпературной обработки — нормализации.

Сталь по сравнению с другими металлами применяется широко. Это важный материал, он гибок в обработке и применении. Данное свойство образуется в результате различных вариантов ее структуры, для их достижения применяются способы термической обработки.

stanok.guru