Степень раскисления стали это

Раскисление металла сводится к удалению кислорода из жидкого металла. Кислород может присутствовать в виде оксидов. А удаляется он специальными раскислителями или восстановителями, то есть веществами, которые способны связываться с кислородом. Эта процедура считается частью рафинирования металлов.

От раскисления сталей зависит и их качество. Раскисление стали – процесс по снижению уровня кислорода в ней до показателя, который полностью исключает окислительные реакции в слитке.

В процессе будут образовываться жидкие, твердые либо газообразные продукты, которые надо удалить, пока слиток не затвердеет. Именно они понижают качество стали, влияют на возможности материала. Сплав раскисляют строго дозированными добавками.

Это ферросилиций, алюминий, ферромарганец, также кремний и титан. Обычно эти компоненты применяются в осаждающем методе раскисления.

Куда реже убрать кислород решают способом диффузного вмешательства, вакуумного либо электрошлакового раскисления.

После таких манипуляций применяться будет большая усадочная раковина, то есть цена спокойной стали возрастет.

Но усадочную раковину не используют, а отрезают от основной части, потому что она считается дефектом разливки сплава. И слиток потеряет до 16% всей массы.

Алгоритм раскисления предполагает несколько этапов: растворение раскислителей в жидком металле, процессы с участием раскислителя и кислорода, а также формирование зародышей, и выпуск продуктов раскисления.

Всего существует 3 степени сталераскисления. Чтобы получить эталон выплавки слитка, кипение регулируется, либо предотвращается вовсе. И если регулируется, сталь будут называть кипящей, если останавливается – спокойной. Но так как стали подразделяются все же на 3 вида, есть еще промежуточный – полуспокойные.

В английском языке такой вид называется совсем иначе, чем в русском, – killed steel. Тем не менее это одна и та же сталь.

У спокойного вида фактически не происходит газовыделения при отвердевании слитка после разливки.

И это является итогом полного сталераскисления: из стали целиком удаляется кислород, образуется усадочная раковина вверху слитка. Потом эту часть отрезают, и отдают в лом.

Все виды легированных сталей, большая часть низколегированных сталей и многие виды углеродистых наименований используют именно в виде спокойной стали.

Если говорить о непрерывной разливке, сталь также подвергают «успокоению». У этого материала гомогенная структура, химический состав ее распределен равномерно, свойства также равны.

А получение данного вида требует раскисления алюминием, ферромарганцевыми сплавами, а также кремнистыми.

Бывает, применяется силицид кальция или некие иные раскислители тех же свойств. Такая степень раскисления, например, у стали 20.

Для такого вида, наоборот, характерен высокий уровень выделения газов во время затвердевания материала. Химический состав стали будет различаться по поперечному сечению, а также между верхней и нижней частями слитка.

Как итог, в наружной слиточной оболочке формируется условно чистое железо, и сердцевина слитка имеет высокую концентрацию примесных и легирующих составляющих.

В частности, это углерод, фосфор, сера и азот, имеющие низкую температуру плавления.

Наружная часть слитка получается почище, потому ее используют при прокатке. В целом же слитки из данного вида стали отлично подходят для изготовления таких ходовых изделий, как плиты, трубы, проволока.

Что же до производственной технологии, так она предполагает максимум марганца и углерода. В этой стали, к слову, нет большого количества очевидных раскислителей (титана, кремния, также алюминия). И кипящая сталь существенно дешевле других вариаций в этой классификации.

Верхнюю часть слитка не отправляют в лом, и раскислители используют не активно.

Выделение газов в данном случае будет подавляться не полностью, ведь стали раскисляются только частично. То есть больше, чем в спокойных газах, но значительно меньше, чем в кипящих. Это промежуточный вариант.

До того момента, как газы начнут выделяться, в слитке сформируется корковый слой, довольно толстый. Если сталь полураскислена грамотно, усадочной раковины не будет. Правда, будут пузыри, широко рассеянные по толще в центре верхушки слитка.

Но эти пузыри все равно заварятся при прокатке слитка.

Использование полуспокойные стали находят, как правило, в сортовом прокате, изготовлении труб и штрипса. Главное, что их отличает, – довольно неоднородный химсостав, что-то между спокойной и кипящей сталью (что и логично).

А еще отличаются они меньшей сегрегацией химэлементов по сравнению со спокойным видом. А также обязательно нужно отметить, что в верхней части слитка отслеживается тенденция к положительной химической сегрегации.

Есть еще один тип стали, которая раскислена, она называется закупоренная. Очень похожа на кипящую сталь, но по степени подавления продукции газов она будет посреди кипящей и полуспокойной.

На производство таких слитков идет меньше раскислителей, чем для тех же полуспокойных. А значит, есть маневр для формирования наружного слоя слитка при затвердевании.

Если стальные слитки закупоривают механически, применяются очень тяжелые чугунные крышки (сверху они герметизируют изложницу, тормозя образование наружной оболочки).

Главным способом по праву считается глубинное раскисление. Другое его название – осаждающее.

Его используют при выплавке стали во всех агрегатах плавления стали и проводят присадкой в металл элементов, что связывают кислород в прочные окислы, потому и название такое – глубинное.

Включения окислов удаляются полноценно либо относительно полноценно в ходе осаждения. То есть они всплывают, или их выносит металлопотоками и трансформацией в шлак, либо на межфазные твердые поверхности.

Другой способ раскисления – диффузионный. Он осуществляется за счет диффузий, в которых участвуют металл и шлак, что содержит менее 1% оксида железа.

Этот шлак – вполне себе восстановитель относительно металла, и он способен понизить в последнем кислородный показатель. Наконец, еще один способ сводится к вакуумной обработке стали.

И зависит он от того, что в вакууме равновесное с углеродом включение кислорода снижается.

Сталь: кипящая, полуспокойная, спокойная. Основные отличия

Ранее мы рассматривали структуру стали (система железо-углерод), деформацию и разрушение металлов, влияние на ее свойства различных примесей и т.д.

В данной публикации будем рассматривать виды стали по степени раскисления.

Итак, сталь это сплав Fe + C, ( С – не более 2%)+ другие элементы. Сталь подразделяют на углеродистую и легированную учитывая хим.

состав, и исходя из применения на-конструкционные и инструментальные.

Изготавливают и специальные стали со специфическими характеристиками для использования в агрессивных средах, к таким сталям относят жаро-, коррозионно-, кислото-стойкую стали.

Качество стали определяется по способу производства и количеству плохих примесей и подразделяются на рядовые, качественные, повышенного и высокого качества.

Химический состав сталей обыкновенного качества

Существует типизация по характеру застывания в изложнице и геометрической форме слитка (форма изложницы). Выделяют спокойную, полуспокойную и кипящую.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь выплавляется без добавления каких-либо легирующих элементов и бывает обычной и качественной.

Стали обычного качества принято делить на следующие группы:

•  группа А — обеспечивается по механическим свойствам. Изделия из сталей этой группы применяются для последующей сварки, ковки и т.д. Причем, заявляемые мех. свойства могут изменяться. (Ст3, Ст5кп.).
•  группа Б – сталь обеспечивается по хим. составу. Применяется для изготовления деталей, при обработке которых, могут изменяться механические характеристики определяемые составом.

Сталь из группы Б подразделяется на 2 категории:

• 1я- установлено содержание С, Si, Mn; ограничено содержание: S, P, N, As,
• 2я — дополнительно ограничено количесво Cr, Ni, Cu.
• группа В — обеспечивается по механическим характеристикам и содержанию химических элементов. Применяется при производстве свариваемых деталей.

Подразделяется на шесть категорий.

Обозначается группа В следующим образом: марка стали, степень раскисления, номер категории. Имеют одинаковый состав со сталью 2 категории группы Б. 

Маркировка стали

Рассматривая, на примере, маркировку стали Ст5пс (конструкционная углеродистая сталь обычного качества).

Определяем, что:

1.  эта сталь относится к группе А, (поскольку категория указывается перед буквами Ст (ВСт1, ВСт2), а не указывается только группа А).
2.  цифра 5 — определяет условный номер марки исходя из хим. состава и мех.свойств.
3.  пс- степень раскисления.

Если после цифры определяющей марку стали стоит буква Г- значит сталь содержит повешенное количество марганца.(Ст25Г2С)

Степени раскисления стали

Существует 3 степени раскисления стали.

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшив, таким образом, его вредное влияние.

Кипящая сталь

Кипящая сталь является не полностью раскисленой. Во время разливки в изложницы она кипит из-за обильного выделения газа, поэтому она является наиболее загрязнена газами и неоднородной. Т.

е механические свойства по слитку могут отличаться, поскольку распределение химических элементов по слитку не равномерно.

В головной части слитка находится наибольшее количество углерода и различных плохих примесей (таких , как сера или фосфор), из-за чего требуется удаление части слитка ( 5% от общей массы).

Скопление серы в определенных участках может послужить причиной появления кристаллизационной трещины по шву. На этих участках сталь менее устойчива к старению и является наиболее хрупкой в минусовые температуры. Содержание кремния в кипящей стали не превышает 0,07%.

Итак, о кипящей стали можно сказать, что она довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии.

Поэтому, с целью повышения характеристик стали её раскисляют кремнием (0,12-0,3%), алюминием (до 0,1%) или марганцем, (возможно раскисление и прочими химическими элементами динамично вступающими в реакцию с кислородом).

Кипящая сталь — довольно хрупкая, имеет плохие показатели свариваемости и наиболее подвержена коррозии. 

Процесс раскисления позволяет восстановить окись железа и связать растворенный кислород, уменьшить его вредное влияние, поддерживая при этом долгое время высокую температуру стали, что способствует максимальному газо и шлакоудалению, а так же, получению микрозернистой структуры, благодаря образованию участков кристаллизации. За счет образование этих очагов происходит улучшение качества стали.

Ликвацией называется образование неоднородной химической структуры стали, возникающая в момент кристаллизации. Различаю две разновидности ликвации: внутрикристаллическую и дендритную. Впервые данное явление обнаружено русскими металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 году.

Спокойная сталь

Полученная в результате раскисления сталь называется спокойной. Содержание кремния в спокойной стали не менее 0,12%, а наличие неметаллических включений и шлаков минимально.

Слитки спокойных сталей имеют плотную однородную структуру, а соответственно и улучшенные показатели по механическим свойствам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также обладает лучшей сопротивляемостью к ударным нагрузкам. Является более однородной.

Она подходит для возведении опорных металлоконструкции (благодаря ее стойкости к хрупкому разрушению), которые подвергаются сильным нагрузкам.

Спокойная сталь отлично подходит для сваривания, а также имеет лучшее сопротивление ударным нагрузкам и более однородна.

Полуспокойная сталь

Промежуточной по качественным показателям — является полуспокойная сталь.

Она является полураскисленной и кристаллизуется без кипения, выделяя при этом достаточное количество газа и имеет меньшее количество пузырьков, чем кипящая сталь. Поэтому, полуспокойная сталь имеет средние показатели качества (максимально приближенные к спокойной), и иногда заменяет спокойную.

Стоимость полуспокойной стали немного ниже спокойной, а выход качественного проката из таких слитков на 8 — 10% лучше.

Показатели качества полуспокойной стали ближе к спокойной.  

Полуспокойная сталь затвердевает без кипения, но с выделением большого количества газа. В таком слитке содержание пузырей меньше, чем кипящей, но больше, чем в спокойной.

Поскольку производство кипящей стали обходится дешевле, чем спокойной и полуспокойной она достаточно широко используется для изготовления наименее ответственных изделий металлопроката, таких , как катанка, полоса, уголок, метизы.

Классификация сталей по степени раскисления

Главная / Статьи / Классификация сталей по степени раскисления

В производственных целях используют стальные заготовки, полученные методом холодного или горячего проката.

Сталь ценится за высокую прочность и пластичность. Также стальной прокат отличается хорошей вязкостью, упругостью, твердостью и жаропрочностью.

Единственным недостатком стали является низкая сопротивляемость коррозийным процессам, что объясняется ее составом.

Сталь – это продукт черной металлургии, получаемый путем добавления к железу углерода.

При этом для придания материалу каких-либо отличительных черт, к нему добавляют другие элементы или меняют соотношение пропорций.

Например, чтобы повысить прочностные характеристики, в состав стали вводят больше углерода. Но если его количество превышает 2,14%, вместо стали получается чугун. По химическому составу различают:

• углеродистую сталь;
• легированную сталь. Для получения дополнительных характеристик стальной сплав легируют кремнием, ванадием, хромом, молибденом, марганцем, никелем и др.

Благодаря исследованиям ученых, кроме указанных выше, изготавливают нержавеющую и оцинкованную стали.

Углеродистая сталь

Под углеродистыми сталями понимают низколегированные сплавы на 99,5% состоящие из железа. Дополнительные добавки определяют физико-механические свойства сплава, поэтому их дозировка строго ограниченна и должна соответствовать нормативам. В настоящее время углеродистые стали составляют порядка 80% от всего выплавляемого объема стальных композиций.

Углеродистые стали насчитывают более 2 тысяч марок, которые представляют собой инструментальные, конструкционные или обычные стали. По качественным характеристикам различаются:

• обычная сталь холодного или горячего проката;
• конструкционная сталь высокого качества. Производится в виде заготовок, полученных методом горячего проката, кованных изделий, круглых прутков (серебрянки) и калиброванной стали.

Последняя применяется в разных сферах промышленности, для изготовления особо прочных деталей и механизмов. В числе основных достоинств углеродистой стали:

• хорошее соотношение цены и качества продукта;
• высокий показатель упругости. Это позволяет применять ее при изготовлении конструкций, испытывающих повышенные нагрузки и требующих материалов особой жесткости;
• закаливание стали, которое производится в температурных пределах от 200 до 6000 С в секунду повышает техническую прочность стали. При этом термическая обработки не влияет на упругость материала;
• хорошо поддается обработке резкой и давлением, показывает неплохие результаты при сваривании.

Все эти преимущества делают углеродистую сталь востребованной в современном производстве при изготовлении продукции массового потребления.

Маркировка углеродистых сталей

Классификацию сталей производят по нескольким показателям, среди которых:

• химический состав;
• структурный состав;
• качественные показатели;
• степень раскисления;
• область назначения.

Название и марка стали присваиваются сплаву в соответствие с его химическим составом. Но любая маркировка учитывает и другие показатели, приведенные выше.

При этом марка стали несет в себе основную информацию, касаемо состава и свойств материала. Для маркировки углеродистых сталей используют две литеры и цифру.

Число указывает на присутствие в составе углерода, а его значение выражается десятых долях процента.

У легированных сталей в маркировке содержаться дополнительные буквы, которые обозначают использованные при производстве присадки, влияющие на степень раскисления. Чтобы лучше ориентироваться в маркировках, существуют специальные таблицы.

Химический состав стали

В зависимости от химического состава углеродистые стали могут быть:

• низкоуглеродистыми. Углерод в составе сплава составляет не более 0,25%. Такие сплавы хорошо деформируются как в холодном, так и в горячем виде;
• среднеуглеродистыми. Доля углерода составляет порядка 0,3-0,6%. Эти составы отличает повышенная прочность, при хорошей пластичности и текучести;
• высокоуглеродистыми. Количество углерода варьирует от 0,6 до 1,4 %. Благодаря структуре, отличается повышенной плотностью и уникальными свойствами.

На однородность, хрупкость, прочность и вязкость сплава в большой степени влияет наличие в составе элементов, имеющих неметаллическую природу. Чтобы сделать структуру стали более мелкозернистой и уменьшить количество неметаллических примесей производят раскисление стали.

Классификация по степени раскисления

Раскисление – это вывод из жидкой стали кислорода. По степени раскисления стальные сплавы могут быть:

• спокойными. Для их раскисения применяется марганец, кремний или алюминий. Затвердевают такие сплавы без газовыделения (спокойно) и образовывают усадочную раковину в верхней части;
• полуспокойными. Их раскисление происходит поэтапно, сначала в печи и ковше. Затем процесс продолжается в изложнице, чему способствует содержащийся в составе углерод. Ликвация в слитках стали этого типа приближается к ликвации спокойных сталей;
• кипящими. Необходимой степени раскисления добиваются только марганцем. В составе высоко содержания кислорода, который в процессе затвердевания реагирует с углеродом, образуя углекислый газ. Пузыри газа выделяются с поверхности за счет чего создается ощущение кипения.

Кроме того, стали различаются:

• Качеством: обыкновенные, качественные, стали высокого качества, особовысококачественные.
• Способом производства: электросталь, мартеновская или конвертерная сталь.

Назначением: инструментальные, с особыми свойствами конструкционные.

Структурой. По структуре стали могут быть заэвтектоидными, доэвтектоидными или эвтектоидными.

Наглядно выразить состав углеродистой стали можно в следующей формуле:

УС = Fe + C + Si + Mn + S + Р

Железо (Fe) и углерод (С) здесь являются основными компонентами. При этом углерод оказывает непосредственное влияние на качественные характеритсики сплава. При увеличении содержания в сплаве этого элемента возрастает твердость и прочность в ущерб показателям пластичности и вязкости.

Кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (P) относятся к постоянным примесям. При этом два последних компонента представляют собой вредные примеси и внедряются в состав в процессе плавки руды и топлива.

Попадая в расплав, сера не растворяется, а образует устойчивые соединения – сульфид железа, образующий, в свою очередь, эвтектику Fe — FeS.

Это довольно вредное соединение, так как эвтектика имеет легкоплавкую структуру.

Располагаясь вокруг зерен металла при ковке или горячем прокате она расплавляется, образуя пустоты, которые провидят к возникновению трещин – красноломкости. Исправить ситуацию можно введя в состав марганец.

При попадании в состав фосфора, образуются внутрикристаллические ликвации и снижается пластичность сплава. Под ликвацией понимается неоднородность химического состава сплава. Негативное влияние заключается в увеличении размера зерен, что приводит к повышению хрупкости металла, проявляющейся при обычных температурных условиях — хладноломкость.

Учитывая негативное влияние серы и фосфора на сплав, их присутствие в составе строго регламентировано и не должно превышать 0,05% от общей массы вещества. При этом для автоматных сталей с содержанием углерода не более 0,3% данные нормативы еще меньше: серы до 0,2%, фосфора не более 0,15%.

Из сталей такого типа изготавливают изделия, не подвергающиеся большим нагрузкам. В основном это крепежные элементы (болты, гайки, винты и др.), изготавливаемые в автоматическом режиме.

Содержание кремния и марганца также регулируется нормативами ГОСТа. Для марганца установлена норма 0,75%, для кремния — 0,35% от общей массы вещества.

При таком количестве элементы не способны оказывать влияние на какие-либо характеристики сплава. Увеличение объема этих элементов приводит к изменениям в процессе обработки и эксплуатации.

Поэтому стали с содержанием марганца и кремния свыше 1 %, причисляются к специальным.

Данные элементы вводят в состав для устранения закиси железа и повышения качества сплава. В профессиональной среде процесс называется раскислением стали. Удаление кислорода методом раскисления позволяет снизить хрупкость металла, проявляющуюся при обработке горчим методом.

Железо, используемое для производства стали бывает двух модификаций: α и γ. Вступая в химическую реакцию с углеродом, железо образует такие формы, как:

• цементит. Массовая доля углерода составляет 6,67%;
• аустенит. Отличается КГЦ-решеткой. Получается при смешении углерода с γ –железом;
• феррит. Обладает КОЦ – решеткой. Изготавливается путем смешения углерода с α –железом.

Конструкционные и инструментальные стали

Конструкционная разновидность стали используется в промышленности для изготовления надежных элементов различных конструкций, механизмов и деталей. Могут быть представлены обычными и качественными сталями. Качественные показатели стального сплава зависят от количества и состава примесей, в частности от массовой доли фосфора и серы.

Для сталей обыкновенного качества характерно содержание серы менее 0,055%, фосфора не больше 0,07%. Для качественных сталей этот показатель составляет 0,04% для обоих элементов.

Обыкновенные стали подразделяются на группы А, Б и В:

Группа А. В нее входят сплавы с маркировкой Cт 0, Cт 1 … Cт 6. Из сплавов этой группы изготавливают различные конструкции, арматуру, крепеж, запчасти для автопрома, на которые в процессе эксплуатации не оказывается сильное механическое или химическое воздействие. Также они не предназначены для горячей обработки.

Группа Б. К ней относятся стали с маркировкой: БСт 0, БСт 1… БСт б. Эти сплавы хорошо переносят горячую обработку, используются для создания кованых изделий или при штамповке. Чтобы верно рассчитать температурный режим обработки, необходимо знать химический состав сплава. Механические свойства этих сталей регламентации не подлежат, так как в процессе обработки остаются неизменными.

Группа В. Сварные стали, свойства которых зависят от химического состава сплава. К данной группе относятся с тали с маркировкой: ВСт 2 … ВСт 5.

Инструментальная служит для производства инструментов: режущих, измерительных, штамповых и т.п.

Качественные стали также могут иметь различные физико-химические характеристики, в зависимости от процентного соотношения марганца, входящего в состав сплава. Выделяют:

• нормальное содержание марганца в стальном сплаве до 0,8 %. Сталь 45;
• повышенное содержание марганца в стальном сплаве 0,8% — 1,2%. Сталь 15Г. Литера «Г» в маркировке указывает на повышенный процент марганца.

В зависимости от количества углерода в составе качественных конструкционных углеродистых сталей выделяют:

Низкоуглеродистые. Содержание С до 0,25%. К данному типу сталей относятся стали 05, 08,10, 15, 20,25.

Среднеуглеродистые. Процентное содержание С в общем сплаве составляет порядка 0,25% — 0.6%. Такими показателями обладают стали 30, 35, 40, 45, 50, 58, 60.

Высокоуглеродистые. Максимальное содержание С в составе сплава – более 0,6%. К высокоуглеродистым относятся стали 65, 70, 75, 80, 85.

Числовое значение в маркировке указывает на сотые доли углерода, входящего в состав сплава.

Расшифровка марок сталей обыкновенного качества

В маркировке группы А Cт – означает сталь, а числовое обозначение – номер марки. С возрастанием номера повышается и прочностный предел на растяжение:

Cт 1. Углеродистая сталь, конструкционного типа. Имеет обыкновенное качество и гарантированные механические свойства. Относится к группе А. Цифровое обозначение, в данном случае – 1, означает номер марки;

БСт 2 кп. Углеродистая сталь группы Б. Относится к конструкционному типу и имеет гарантированный химический состав и обыкновенное качество. Числовое обозначение (2) – является условным номером марки. Маркировка после номера обозначает степень раскисления. В данном случае «кп» – кипящая.

ВСт 4 пс. Углеродистая сталь конструкционного типа. Сплав обыкновенного качества, относится к группе Б, имеет гарантированные механические свойства и химический состав. Номер марки – 4. По степени раскисления «пс» относится к полуспокойным сталям.

Стали группы А всегда маркируются буквами Ст и не содержат литеры А. Числовой номер марки варьирует от 0 до 6.

Расшифровка марок качественных и конструкционных сталей

Читать маркировку на стальных заготовках и изделиях следует таким образом:

сталь 45. Углеродистая сталь с неграмотным содержанием марганца. Качественная, конструкционная. Содержание углерода в составе сплава составляет 0,45%;

сталь 65Г. Высокоуглеродистая сталь с содержанием С 0,65%. Литера Г говорит о повышенном содержании марганца – более 1%. Сталь углеродистая, конструкционная, качественная.

По качественным характеристикам такие стали подразделяют на качественные (марки У7… У13) и высококачественные (марки У1А … У13А). В последних максимально допустимое значение содержания серы и фосфора 0,03%.

Числа в маркировке данных сталей определяют процент содержания углерода в десятых долях. Например, У8 – качественная инструментальная сталь с содержанием углерода 0,8%. Литера У – читается, как углеродистая, инструментальная.

Литера А указывает на высококачественную сталь.

Применение инструментальных углеродистых сталей

Чем выше процент углерода в стальном сплаве, тем больше значение твердости и, вместе с тем хрупкости металла. Стальные сплавы с низким содержанием С хорошо подходят для создания инструментов, в работе которых превалируют ударные технологии (пригодны для изготовления матриц, кувалд, слесарных молотков, пуансонов, клейм и др.

Стальные сплавы с высоким процентом С в составе используются для изготовления резцов, метчиков, фрез, напильников, разверток и т.д.

Кипящая сталь

Благодаря особой технологии изготовления, производство кипящих сталей позволяет получить годный металл с минимальным количеством отхода. Отсутствие в составе сплава Si (который необходим для получения сталей с высокой степенью раскисления), делает его пластичным.

Поэтому, работая с данным типом стали применяют метод глубокой вытяжки. Кипящие стали доводят до степени раскисления, при которой доля кислорода в сплаве составляет 0,02-0,04%, а затем выливают слитки. Себестоимость кипящей стали (кп) ниже, чем у спокойной и полуспокойной.

Снижение затрат достигается за счет минимального количества, вводимого в сплав раскислителя, а также благодаря сохранности верхней части слитка, которая не отправляется в лом. Кипящую сталь используют при изготовлении труб, листов, сортового проката, плит и проволоки и т.п.

Спокойная сталь

Это тип углеродистой, конструкционной стали с высокой степенью раскисления, которую получают вводя в состав алюминий, кремний и марганец. Уровень кислорода в ней максимально снижен, поэтому в ходе обработки не образовывается углекислого газа.

Благодаря высокой степени раскисления сталь выделяется более плотной структурой, не дает отрицательных реакций при сваривании, устойчива к старению.

В первую очередь степень раскисления влияет на однородность состава, а это в свою очередь, повышает пластичность материала и устойчивость к коррозийным процессам.

Однако, чтобы добиться высокой степени раскисления в состав сплава вводится больше элементов, что удорожает процесс производства и себестоимость продукции в целом. Сталь с высокой степенью раскисления относится к самым дорогим и используется для:

• изготовления заготовок деталей трубопровода;
• детали для железнодорожного полотна;
• листовой прокат;
• фасонный прокат и др.

Полуспокойная сталь

По степени раскисления полустойкие стали занимают промежуточное звено между кипящими и спокойными стальными сплавами.

В их составе достаточно кислорода для образования и выделения углекислого газа. Однако свойства пластичности твердости при такой степени раскисления стали выражены недостаточно ярко.

Затвердевание происходит без кипения, но структура сплава и химический состав неоднородны.

Полустойкую сталь получают методом переплавки (как и кипящую сталь с низкой степенью раскисления), а затем продолжают раскиление в ковше. Чтобы добиться необходимой степени раскисления в состав сплава вводят Si и Al. Из данного вида стали изготавливают: трубный прокат, круги, уголки, листовой прокат, шестигранники, закладные детали и т.д.

Сталь является самым важным металлическим материалом, широко применяемом в промышленности и быту. Стальные элементы, отличающиеся высокой прочность используют при изготовлении и сборке автомобилей, инструментов, приборов различного назначения.

Востребованность стали объясняется также приемлемой стоимостью и возможностью производства крупными партиями. При этом постоянно совершенствуется технология изготовления сплавов, становящихся еще более надежными и способными выдерживать большие нагрузки.

Раскисление стали. Кипящая, спокойная, полуспокойная сталь

• Вопрос №18.
• По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.
• Раскисление — процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводи­мый для предотвращения хрупкого раз­рушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют мар­ганцем, кремнием и алюминием. Они со­держат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения.

Кипящие стали раскисляют только марганцем. Пе­ред разливкой в них содержится повы­шенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодей­ствуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатле­ние кипения стали, с чем и связано ее на­звание.

Кипящие стали дешевы, их произ­водят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si < 0,07 %), но они содер­жат повышенное количество газообраз­ных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипя­щими.

Спокойная сталь (рис. 2.11, а, г) за­твердевает без выделения газов, в верхней части слитка образуется усадочная рако­вина 1, а в средней — усадочная осевая рыхлость.

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с при­былью, которая образуется надставкой (см. рис. 2.9, б) со стенками, футерован­ными огнеупорной массой малой тепло­проводности.

Поэтому сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располага­ется в прибыли. Слиток спокойной стали (рис. 2.

11, а) имеет следующее строение: тонкую наружную корку А из мелких рав­ноосных кристаллов; зону Б крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону В крупных неориентированных кристал­лов; конус осаждения Г, мелкокристалли­ческую зону у донной части слитка.

Стальные слитки неоднородны по хими­ческому составу. Химическая неоднород­ность, или ликвация, возникает вследст­вие уменьшения растворимости примесей в железе при его переходе из жидкого со­стояния в твердое. Ликвация бывает двух видов — дендритная и зональная.

В слитках кипящей стали(рис.211,б,д) не образуются усадочные раковины: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении стали в изложнице. При прокатке слитка газовые пузыри завариваются.

Кипение стали влияет на зональную ликвацию в слитках, которая развита в них больше, чем в слитках спокойной стали. Углерод, сера и фосфор потоком металла выносятся в верхнюю часть слитка. отчего свойства стали в этой части слитка ухудшаются.

Поэтому при прокатке отрезают только верхнюю часть слитка. так как в донной ликвация мала.

Для уменьшения ликвации кипение после заполнения изложницы прекращают, накрывая слиток металлической крышкой («механическое закупоривание»), либо раскисляют металл алюминием или ферросилицием в верхней части слитка («химическое закупоривание»).

Слиток кипящей стали имеет следующее строение (рис. 2.11, б, д): плот­ную наружную корку А без пузырей; зону мелких кристаллитов; зону сотовых пузырей П, вытянутых к оси слитка и располагающихся между кристаллитами Б; зону В неориентированных кристаллитов; промежуточную плотную зону С; зону вторичных круглых пузырей К и среднюю зону Д с отдельными пузырями

Полуспокойная стальсохраняет преимущества спокойной и кипящей сталей и не имеет их недостатков.

Полуспокойная сталь (рис. 2.11, в, е) частично раскисляется в печи и ковше, а частично в изложнице. Слиток полуспокойной стали имеет в нижней части структуру спокойной стали, а в верхней — кипящей. Ликвация в верхней части слитка полуспокойной стали меньше, чем кипящей, и близка к ликвации спокойной стали, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочных раковин.

Два метода раскисления: диффузионное и осаждающее.

Раскисление стали | Полезные статьи о металлопрокате

Раскисление стали позволяет продлить эксплуатационные характеристики стали. Ему подвергают сталь из-за содержания в нем кислорода, который портит его структуру и качество.

Раскисление занимается снижением внутри металла уровня кислорода, при наличии которого и осуществляются окислительные реакции в слитке.

Химические процессы в металле под влиянием кислорода приводят к постепенному разрушению материала.

О процессе и способах раскисления готовой стали, популярных раскислителях, и разновидностях и пойдет речь в статье.

Во время выплавки стали в ее структуру в любом случае попадает кислород, который ухудшает долговечность, пластичность и устойчивость к коррозии. Кислород является главным элементом осуществления окисления – процесса, при котором элемент теряет свои электроны. Например, железо передает два своих электрона кислороду, образуя FeO. Такой процесс приводит к разрушению структуры железа.

Наличие большого количества кислорода в металле чревато тем, что при дальнейшем прокатке и ковке металла могут появляться трещины и сколы. Это означает, что прочность стали будет намного ниже – она легко поломается при сильных механических воздействиях.

Процесс раскисления задается внедрением специальных химических веществ, которые нейтрализуют кислород в структуре металла. Поэтому для обеспечения наиболее высоких свойств металлопродукции следует минимизировать кислород в стали.

Раскисление стали проводят после производства металла как заключительный восстановительный период плавки.

Раскисление – процесс удаления кислорода из металла, точнее, его снижения до минимального показателя, который не допускает протекание окислительных реакций внутри металла.

Раскисление стали – довольно трудоемкий процесс, который подразумевает последовательное выполнение четырех этапов:

1. Растворение раскислителя в расплавленной жидкой стали, чтобы поспособствовать его проникновению в местонахождение кислорода.
2. Побуждение появления продуктов раскисления.
3. Проведение собственно реакции раскисления.
4. Выделение и извлечение полученных продуктов от объекта раскисления.

Следует помнить, что удалять продукты, которые выделяются во время раскисления нужно сразу, пока сталь не затвердела, иначе процесс будет проведен неэффективно.

Если раскисление будет проведено неправильно, это приведет к потере ценных металлических свойств, таких как долговечность, пластичность, вязкость, свариваемость, полируемость и обрабатываемость. На данные параметры влияют инородные включения, газовые поры и пузырьки, которые оказываются заточенными внутри стали при ее застывании.

Избавлять сталь от кислорода нужно строго дозированными веществами. Для раскисления готовой стали традиционно используют ферросилиций, алюминий, ферромарганец, а также кремний и титан.

Существует три высокоэффективных метода раскисления стали:

1. Глубинное или осаждающее раскисление. Наиболее популярный и экономичный способ. Он заключается во внедрении в состав металла элементов, соединяющих кислород в крепкие окислы. Эти элементы называются раскислителями. С их помощью образовавшиеся продукты раскисления всплывают на твердые межфазные поверхности и успешно убираются. Этим методом невозможно получить абсолютно чистый металл, однако им часто пользуются для простого и недорогого раскисления стали в масштабных производственных целях.
2. Диффузионное раскисление. Процедура подразумевает понижение концентрации растворенного кислорода за счёт раскисления шлака. То есть процесс раскисления происходит между металлом и шлаком, содержащим менее одного процента оксида железа. Такой шлак становится восстановителем для стали и удаляет в нем определенное количество кислорода. Диффузионное раскисление металла проводится в специальной дуговой печи, где отсутствуют горящие газы.
3. Ваккумное раскисление. Данный способ раскисления подразумевает металлообработку стали в вакууме или ее продувку нейтральным газом. В вакууме у углерода способности к раскислению значительно возрастают, таким образом он обеспечивает резкий упадок уровня кислорода.

Вакуумное раскисление проводится в ковше, который вместе с расплавом помещают в специальную камеру и закрывают герметичной крышкой. Далее вакуумный насос обеспечивает нужное давление, благодаря которому из жидкой стали выделяеются водород и азот.

В стали появляются пузырьки газа, которые захватывают всё ненужные вещества в металле. Количество неметаллических включений уменьшается, соответственно этому увеличивается прочность и качество стали.

Такому способу раскисления следует подвергать сталь до процедуры глубинного раскисления алюминием и кремнием, тогда эффективность процедуры в разы увеличивается.

1. Комбинированное раскисление. Данный способ раскисления подразумевает воздействие на металл при помощи и шлака, и элементов-раскислителей.

Данную четырехшаговую процедуру стоит выполнять с раскислителем высокого качества. Раскислитель с хорошими свойствами поможет добиться эффективности проведения процедуры, а именно получения чистейшего металла. Раскислитель должен отлично справляться со своей главное задачей – растворяться в расплавленном металле.

Чтобы упростить и ускорить процесс появления зачатков продуктов раскисления, нужно провести подготовительную обработку металла алюминием. Это позволяет добиться образования поверхности, на которую зачаткам проще выбираться наружу.

Применение металлических раскислителей является наиболее популярным и экономичным методов раскисления, ведь для проведения этой процедуры не требуются большие денежные средства в отличие от других способов.

Поэтому и конечный продукт выходит значительно ниже в цене. Этот метод раскисления подразумевает добавление в расплавленную сталь определенных металлов, которые вступают в реакцию с нежелательным кислородом и образуют сильный оксид.

Полученный продукт менее подвергает металл изменениям, чем чистый кислород.

Ниже представлен перечень наиболее используемых элементов для раскисления:

• ферросилиций, ферромарганец, силицид кальция;
• марганец;
• карбид кремния, карбид кальция;
• углерод;
• алюминий;
• кальций;
• иттрий;
• фосфор, фосфид меди (i);
• гексаборид кальция;
• титан;
• цирконий;
• магний;
• кремний.

Раскисление стали кремнием проводится наиболее эффективно при его сочетании с марганцем. Комбинирование компонентов первым делом дает водянистый остаток от раскисления марганцем, затем частицы диоксида кремния от раскисления кремнием.

В результате реакции выделяется остаток, в котором действие оксидов значительно ниже, чем когда эти вещества работают отдельно. Это увеличивает их результативность по уменьшению доли оксигена в стали.

Алюминий считается одним из самых мощных элементов-раскислителей, так как его оксид является постоянным. Оксид алюминия не плавится при температуре плавления стали, а потому его активно его задействуют в комбинации с другими более слабыми раскислителями. Действие алюминия часто сочетают с раскислением марганцем и кремнием, чтобы он мог сплавиться с жидким шлаком.

Кальций превосходит по своим раскислительным свойствам даже алюминий. Поэтому при добавлении кальция в металл он начинает свое взаимодействие не только с оксигеном, но и другими элементами раскисления или их сплавами.

Применяя кальций в виде раскислителя, нужно, однако, учитывать низкую температуру испарения – кальций воздействует на металл парообразном состоянии.

Вместе с тем продолжительность и скорость раскисления кальцием крайне мала, поэтому процедуру дополняют кремнием и алюминием.

Марганец характеризуется слабыми раскислительными свойствами. Вводя только один лишь марганец, не получится сразу добиться желаемого низкого показателя кислорода в стали. Однако при использовании с другими раскислителями марганец значительно повышает долговечность металла.

Воздействие на металл раскислителей вызывает выделение жидких, твёрдых и газообразных продуктов раскисления. Так как эти вещества легче, чем сталь, в процессе раскисления они поднимаются на поверхность.

Именно в этот момент их нужно убрать данный шлак, чтобы сталь не впитала всё это обратно при затвердевании. Это и называется процедурой флотации.

В редких случаях выделившиеся из стали продукты раскисления целесообразно сохранять в мелкодисперсном виде.

По силе раскисления сталь бывает спокойной, полуспокойной и кипящей.

Данная разновидность стали получается в результате неполного раскисления материала. Процесс сопровождается большим выделением газов при застывании стали. Образовавшиеся газы негативно отражаются на структуре металла, делая его хрупким и неустойчивым к коррозии. Механические свойства на разных участках стали могут отличаться из-за неравномерного размещения химических элементов по слитку.

Такая сталь достигается путём раскисления максимального количества марганца и углерода. Ближе к поверхности кипящая сталь получается чище по своему составу, поэтому её и используют для прокатки. Кипящая сталь отлично подходит для изготовления плит, труб и проволоки.

Кипящая сталь получается самой дешевой, так на ее выплавку и раскисление расходуется небольшое количество дополнительных элементов при максимальном выходе готового продукта. Однако по своим качествам за счет небольшого содержания кремния и марганца, он значительно уступает спокойной и полуспокойной стали.

В результате проведения полного раскисления металла образуется спокойная сталь. Сталь такого качества достигается путём раскисления металла алюминием, а также ферромарганцевыми и кремнистыми сплавами.

Она содержит минимальное количество неметаллических продуктов и шлаков. Данный вид стали считается наилучшим, благодаря сохранению в результате раскисления полного набора ценных металлических качеств.

Спокойная сталь характеризуется однородным содержанием элементов вверху и внутри металла.

После раскисления на выходе получается около 85% качественного продукта. Спокойная сталь подвергается раскислению кремнием, марганцем и алюминием.

Структура материала однородная и плотная, поэтому и металлические свойства намного лучше. Из данного металла можно строить крепкие конструкции, ведь прочный материал устойчив к разрушению. Спокойная сталь способна выдерживать сильные механические нагрузки.

Полуспокойная сталь имеет оптимальные показатели качества. Она, как и кипящая сталь, во время раскисления выделяет газ и имеет поры и пузырьки, но в меньшем размере.

Сталь такой степени раскисления обычно используется в производстве труб, проволоки и плит.

Раскисление стали является важной четырехэтапной процедурой, предназначенной для получения качественного металла без неметаллических дополнений, а также пузырьков и пор. В зависимости от силы раскисления выделяют кипящую, спокойную и полуспокойную сталь. Кипящая сталь является самой дешевой, однако спокойная – наиболее качественная и долговечная.